(57)【要約】  本発明は、固体酸化物燃料電池の高温ボックスの内部に配置される部品や配管の表面に高温耐久性の優れたコーティング層を形成し、高温による酸化及び高温によるクロム揮発を防止するコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムを提供することにその主な目的がある。前記した目的を達成するための本発明のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムは、高温ボックスと、前記高温ボックスの内部に配置されるバーナー、熱交換器、及び、スタックと、前記バーナー、熱交換器、及び、スタックの相互間におけるガスの移動通路である複数の配管と、前記バーナー、熱交換器、又は、配管の表面に形成され、高温による酸化又は高温によるクロム揮発を防止するコーティング層とを含める。
2018527698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ボックスと、
前記高温ボックスの内部に配置されるバーナー、熱交換器、及び、スタックと、
前記バーナー、熱交換器、及び、スタックの相互間におけるガスの移動通路である複数の配管と、
前記バーナー、熱交換器、又は、配管の表面に形成され、高温による酸化又は高温によるクロム揮発を防止するコーティング層と
を含めたコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項２】
前記コーティング層は、セラミックコーティング層であることを特徴とする請求項１に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項３】
前記セラミックコーティング層は、使用されるセラミック素材が固体酸化物燃料電池のスタックの電解質に使用される素材であることを特徴とする請求項２に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項４】
前記セラミックコーティング層は、使用されるセラミック素材がジルコニア又はセリアを含む化合物であることを特徴とする請求項２に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項５】
前記セラミックコーティング層は、その厚さが５〜１００μｍであることを特徴とする請求項２に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項６】
前記バーナー、熱交換器、又は、配管の表面と、前記セラミックコーティング層との間に、前記表面とセラミックコーティング層の接着力を向上させる酸化膜が形成されることを特徴とする請求項２に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項７】
前記コーティング層は、金属コーティング層であることを特徴とする請求項１に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項８】
前記金属コーティング層は、ニッケル、コバルト、パラジウム、白金、及び、金によって構成されるグループから選択された一又は二以上合金された金属素材でできていることを特徴とする請求項７に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項９】
前記金属素材は、固体酸化物燃料電池のスタックの電極にて使用される素材であることを特徴とする請求項７に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項１０】
前記金属コーティング層は、その厚さが２〜２０μｍであることを特徴とする請求項７に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項１１】
前記金属コーティング層は、その表面に金属酸化物層が形成されることを特徴とする請求項７に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項１２】
前記熱交換器は、熱交換型改質器及び、空気予熱器を含み、
前記熱交換型改質器には、前記配管に沿って熱交換媒体が供給され、前記空気予熱器には、前記配管に沿って前記バーナーの燃焼ガスが供給され、
前記コーティング層は、内部に前記熱交換媒体又は燃焼ガスが存在する前記バーナー、前記熱交換型改質器、前記空気予熱器、前記熱交換媒体が前記熱交換型改質器に供給される配管、及び、前記バーナーから前記空気予熱器までの配管の外部又は内部表面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項１３】
前記コーティング層は、前記熱交換型改質器から前記熱交換媒体が前記高温ボックスの外部に排出されるまでの配管、及び、前記空気予熱器から前記燃焼ガスが前記高温ボックスの外部に排出されるまでの配管の内部又は外部表面に形成されることを特徴とする請求項１２に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項１４】
前記熱交換器は、熱交換型改質器を含み、
前記スタックに供給される燃料又は水蒸気は、前記配管に沿って熱交換型改質器及び前記スタックに順次供給され、
前記コーティング層は、内部に前記燃料又は水蒸気が存在する前記熱交換型改質器又は、熱交換型改質器から前記スタックまでの配管の内部又は外部表面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項１５】
前記スタックの空気極から排出される空気極排出ガスは、前記バーナーに供給され、
前記コーティング層は、内部に前記空気極排出ガスが存在する前記スタックの空気極から前記バーナーまでの配管の内部又は外部表面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項１６】
前記熱交換器は、燃料極排出ガス冷却器を含み、
前記スタックの燃料極から排出される燃料極排出ガスは、前記燃料極排出ガス冷却器に供給され、
前記コーティング層は、内部に前記燃料極排出ガスが存在する前記スタックの燃料極から前記燃料極排出ガス冷却器までの配管の内部又は外部表面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項１７】
前記配管は、前記燃料極排出ガス冷却器から前記バーナーに前記燃料極排出ガスを供給する配管をさらに含み、
前記燃料極排出ガスは、前記配管に沿って前記バーナーに供給され、
前記コーティング層は、内部に前記燃料極排出ガスが存在する前記バーナーから所定の距離までの前記配管の内部又は外部表面に形成されることを特徴とする請求項１６に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項１８】
前記熱交換器は、空気予熱器を含み、
前記スタックに供給される空気は、前記配管に沿って前記空気予熱器及び前記スタックに供給され、
前記コーティング層は、内部に前記空気が存在する前記空気予熱器又は前記空気予熱器から前記スタックまでの配管の内部表面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項１９】
前記熱交換器は、空気予熱器を含み、
前記スタックに供給される空気は、前記配管に沿って前記空気予熱器及び前記スタックに供給され、
前記コーティング層は、内部に前記空気が存在する前記空気予熱器又は前記空気予熱器から前記スタックまでの配管の外部表面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項２０】
前記配管は、前記高温ボックスの外部から前記バーナーに燃焼用空気を供給する配管をさらに含み、
前記燃焼用空気は、前記配管に沿って前記バーナーに供給され、
前記コーティング層は、内部に前記燃焼用空気が存在する前記バーナーから所定の距離までの前記配管の内部又は外部表面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【請求項２１】
前記配管は、前記高温ボックスの外部から前記バーナーに燃焼用燃料を供給する配管をさらに含み、
前記燃焼用燃料は、前記配管に沿って前記バーナーに供給され、
前記コーティング層は、内部に前記燃焼用燃料が存在する前記バーナーから所定の距離までの前記配管の内部又は外部表面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムに関するものであり、より詳しくは、固体酸化物燃料電池システムのうち、高温ボックス内に設けられる部品又は配管の表面にセラミック又は金属コーティング層を形成することにより、高温による酸化又は高温によるクロム揮発を防止するコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
我々が、現在使用している電気エネルギーは、主に火力発電及び原子力発電から得られており、その他、少量の電気エネルギーが水力及びその他の発電によって得られている。
【０００３】
火力発電は、石炭などの化石燃料を燃焼させるものであるため、火力発電による場合、多量の二酸化炭素が必然的に発生され、その他に一酸化炭素、硫黄酸化物又は窒素酸化物などの公害物質が大気中に排出されるようになる。
【０００４】
また、原子力発電の場合も原子力の使用後に生成される放射能廃棄物を安全に貯蔵また処理しなければならない。そのため相当な費用と手間を費やさなければならなく、環境汚染の側面から、火力発電の場合と大きく変わらない状況である。
【０００５】
このような状況で、環境汚染又は地球温暖化などの問題を解決するために、さまざまな再生可能エネルギー（Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ）を活用したＣＯ２削減及び、エネルギー効率向上技術の開発を通じた環境保護が汎国家的に推進されている実情である。
【０００６】
特に、２０１２年から施行された再生可能エネルギーの供給義務化制度（ＲＰＳ）は、一定の規模以上の発電事業者に対して総発電量のうち一定量以上を再生可能エネルギーからの電力で供給するように義務付ける制度であり、燃料電池発電システムに高い重みを与えて普及の活性化が推進されている。
【０００７】
燃料電池とは、燃料が有する化学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する装置であり、一般的に天然ガス、メタノール、ガソリンなどの燃料を改質して得られた改質ガスの中の水素と、空気中の酸素とをスタック（Ｓｔａｃｋ）の燃料極（ａｎｏｄｅ）と空気極（Ｃａｔｈｏｄｅ）にて電気化学反応させて電気を生産する発電システムを示す。
【０００８】
その際、各極における反応式と総反応式は次の通りである。
【０００９】
燃料極（ａｎｏｄｅ）：  ２Ｈ２＋２Ｏ２−  →  ２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−
空気極（Ｃａｔｈｏｄｅ）：  Ｏ２＋４ｅ−  →  ２Ｏ２−
総反応式：  ２Ｈ２＋Ｏ２  →  ２Ｈ２Ｏ
即ち、究極的に燃料電池は、水素を燃料として使用し、水以外の他の副産物がないため、非常に環境にやさしいというメリットがある。
【００１０】
なお、燃料電池は、比較的に単純なエネルギー変換プロセスによって、化学エネルギーから電気エネルギーを得ることができるので、非常に高効率的な発電方法という長所を持つ。
【００１１】
燃料電池には、電解質と電極の種類によって、高分子電解質燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）、アルカリ型燃料電池（ＡＦＣ）などがあり、最近では、改質器の部分を比較的に単純化することができ、一酸化炭素の被毒などの問題がなく、様々な燃料を使用することができつつ、高温で運転されるため高価の触媒に対する依存度が他の燃料電池に比べて低い、固体酸化物燃料電池が注目されている。
【００１２】
一方、前記したように、固体酸化物燃料電池、特に固体酸化物燃料電池の高温ボックスは非常に高温で運転され、また、高温ボックスの内部には、発電のために、スタック又は燃焼のためにバーナーに流れ込む空気のみならず、外部大気の流入による空気が存在することになる。
【００１３】
従来には、空気に含まれている酸素が高温状態で高温ボックスの内部に配置されている部品及び配管を酸化させて、固体酸化物燃料電池の耐久性を低下させる問題があった。
【００１４】
一方、高温ボックスは非常に高温で運転されるので、内部に配置されている部品は、熱抵抗性が非常に強い素材によって製造されなければならないが、一般的に高温用素材は高価であり、加工が難しいという問題がある。このような理由のため、比較的に安価で熱抵抗性の強いクロムを含む材料が高温ボックスの内部の部品素材として広く使用されている。
【００１５】
しかし、クロムは、高温および酸素によって揮発する性質を有し、揮発されたクロムがスタックの空気極に流れ込む場合、固体酸化物燃料電池のスタックの性能を大幅に減少させる問題があった。
【００１６】
大韓民国登録特許第１０−０９１７６１０号（発明の名称：固体酸化物燃料電池の金属連結材のコーティング方法）（特許文献１）には、上述したクロム揮発の問題点を解決するための電極コーティング技術が開示されている。この電極コーティング技術は、コバルトをアノードとし、金属連結材をカソードとし、常温のコバルトメッキ溶液にて平均電流密度（Ｉａ）を設定し、最大電流密度（Ｉｐ）と電流印加時間（Ｔｏｎ）及び電流遮断時間（Ｔｏｆｆ）をＩａ＝Ｉｐ×Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）を基準に調整してパルスメッキを実施するものである。これによると、導電性と、クロム揮発の抑制特性とが優れ、かつ微細亀裂及び微細気孔の発生を最小限に抑えられるコーティング表面を有する金属連結材を得ることができ、固体酸化物燃料電池の性能の向上を図ることができる。
【００１７】
しかし、特許文献１の電極コーティング技術は、高価のコバルトを電極及びコーティング材料として使用するため、製造コストが大幅に増加するだけではなく、この電極コーティング技術を適用しても、クロム揮発によるスタックの性能低下の問題を完全に解決することができない問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、このような従来の問題点を解決するために開発されたものであり、固体酸化物燃料電池の高温ボックスの内部に配置される部品及び配管の表面に高温耐久性の優れたセラミック又は金属コーティング層を形成して、高温による酸化及び高温によるクロム揮発を防止するコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムを提供することにその主な目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記した目的を達成するための本発明のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムは、高温ボックスと、前記高温ボックスの内部に配置されるバーナー、熱交換器、及び、スタックと、前記バーナー、熱交換器、及び、スタックの相互間におけるガスの移動通路である複数の配管と、前記バーナー、熱交換器、又は、配管の表面に形成され、高温による酸化又は高温によるクロム揮発を防止するコーティング層とを含める。
【００２０】
なお、前記コーティング層は、セラミックコーティング層であってもよい。
【００２１】
なお、前記セラミックコーティング層は、セラミック素材でできていてもよく、このセラミック素材は、ジルコニア又はセリアを含める化合物であってもよい。また、前記セラミック素材は、固体酸化物燃料電池のスタックの電解質にて使用される素材であってもよい。
【００２２】
なお、前記セラミックコーティング層は、その厚さが５〜１００μｍであってもよい。
【００２３】
なお、前記セラミックコーティング層は、前記バーナー、熱交換器、又は、配管の表面と、前記セラミックコーティング層との間に酸化膜が形成され、前記酸化膜によって、前記表面と前記セラミックコーティング層との粘着性が向上することができる。
【００２４】
なお、前記コーティング層は、金属コーティング層であってもよい。
【００２５】
なお、前記金属コーティング層は、ニッケル、コバルト、パラジウム、白金、及び、金によって構成されるグループから選択された一又は二以上合金された金属素材でできていてもよい。
【００２６】
なお、前記金属素材は、固体酸化物燃料電池のスタックの電極にて使用される素材であってもよい。
【００２７】
なお、前記金属コーティング層は、その厚さが２〜２０μｍで形成されてもよい。
【００２８】
なお、前記金属コーティング層は、その表面に金属酸化物層が形成されてもよい。
【００２９】
一方、前記熱交換器は、熱交換型改質器及び空気予熱器を含み、前記熱交換型改質器には、前記配管に沿って熱交換媒体が供給され、前記空気予熱器には、前記配管に沿って前記バーナーの燃焼ガスが供給され、前記コーティング層は、内部に前記熱交換媒体又は燃焼ガスが存在する前記バーナー、前記熱交換型改質器、前記空気予熱器、前記熱交換媒体が前記熱交換型改質器に供給される配管、及び、前記バーナーから前記空気予熱器までの配管の外部又は内部表面に形成されてもよい。
【００３０】
なお、前記コーティング層は、前記熱交換型改質器から前記熱交換媒体が前記高温ボックスの外部に排出されるまでの配管、及び、前記空気予熱器から前記燃焼ガスが前記高温ボックスの外部に排出されるまでの配管の内部又は外部表面に形成されてもよい。
【００３１】
なお、前記熱交換器は、熱交換型改質器を含み、前記スタックに供給される燃料又は水蒸気は、前記配管に沿って熱交換型改質器及び前記スタックに順次供給され、前記コーティング層は、内部に前記燃料又は水蒸気が存在する前記熱交換型改質器、又は、熱交換型改質器から前記スタックまでの配管の内部又は外部表面に形成されてもよい。
【００３２】
なお、前記スタックの空気極から排出される空気極排出ガスは、前記バーナーに供給され、前記コーティング層は、内部に前記空気極排出ガスが存在する前記スタックの空気極から前記バーナーまでの配管の内部又は外部表面に形成されてもよい。
【００３３】
なお、前記配管は、前記燃料極排出ガス冷却器から前記バーナーに前記燃料極排出ガスを供給する配管をさらに含み、前記燃料極排出ガスは、前記配管に沿って前記バーナーに供給され、前記コーティング層は、内部に前記燃料極排出ガスが存在する前記バーナーから所定の距離までの前記配管の内部又は外部表面に形成されてもよい。
【００３４】
なお、前記熱交換器は、燃料極排出ガス冷却器を含み、前記スタックの燃料極から排出される燃料極排出ガスは、前記燃料極排出ガス冷却器に供給され、前記コーティング層は、内部に前記燃料極排出ガスが存在する前記スタックの燃料極から前記燃料極排出ガス冷却器までの配管の内部又は外部表面に形成されてもよい。
【００３５】
なお、前記配管は、前記高温ボックスの外部から前記バーナーに燃焼用空気を供給する配管をさらに含み、前記燃焼用空気は、前記配管に沿って前記バーナーに供給され、前記コーティング層は、内部に前記燃焼用空気が存在する前記バーナーから所定の距離までの前記配管の内部又は外部表面に形成されてもよい。
【００３６】
なお、前記熱交換器は、空気予熱器を含み、前記スタックに供給される空気は、前記配管に沿って前記空気予熱器及び前記スタックに供給され、前記コーティング層は、内部に前記空気が存在する前記空気予熱器又は前記空気予熱器から前記スタックまでの配管の内部表面に形成されてもよい。このコーティング層は、固体酸化物燃料電池システムの内、スタックの外部からクロム揮発が発生し、この揮発されたクロムが空気極へ流れ込むことができる唯一の区間である前記空気予熱器及び第二空気配管の内部表面に形成されてもよい。
【００３７】
なお、前記熱交換器は、空気予熱器を含み、前記スタックに供給される空気は、前記配管に沿って前記空気予熱器及び前記スタックに供給され、前記コーティング層は、内部に前記空気が存在する前記空気予熱器又は前記空気予熱器から前記スタックまでの配管の外部表面に形成されてもよい。
【００３８】
なお、前記配管は、前記高温ボックスの外部から前記バーナーに燃焼用空気を供給する配管をさらに含み、前記燃焼用空気は、前記配管に沿って前記バーナーに供給され、前記コーティング層は、内部に前記燃焼用空気が存在する前記バーナーから所定の距離までの前記配管の内部又は外部表面に形成されることを特徴とする金属コーティング層が形成されてもよい。
【００３９】
なお、前記配管は、前記高温ボックスの外部から前記バーナーに燃焼用燃料を供給する配管をさらに含み、前記燃焼用燃料は、前記配管に沿って前記バーナーに供給され、前記コーティング層は、内部に前記燃焼用燃料が存在する前記バーナーから所定の距離までの前記配管の内部又は外部表面に形成されてもよい。
【発明の効果】
【００４０】
前記のように構成された本発明のコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムによると、高温ボックスの内部に配置される部品及び配管にセラミック又はコーティング層を形成して、高温による酸化及び高温によるクロム揮発を防止することにより、固体酸化物燃料電池システムの高温耐久性を向上させ、揮発されたクロムによってスタックの性能が急激に低下することを防止することができる。
【００４１】
特に、本発明によると、スタックの外部からのクロム揮発が発生し、この揮発されたクロムが空気極に流れ込むことができる唯一の区間が、空気予熱器、及び、空気予熱器からスタックまでの配管の内部表面であることを確認し、この内部表面にクロム揮発の防止のためのセラミック又はコーティング層を形成することにより、揮発されたクロムが空気極に流れ込むことによって生じたスタックの性能低下の問題を大幅に改善したものである。
【００４２】
また、前記コーティング層が金属コーティング層である場合には、コーティング層に使用される金属素材を、スタックの電極で使用される金属素材と同様のものを使用することにより、コーティングされた物質が部品及び配管から離脱し、スタックの内に流れ込んでも化学的に影響を及ぼさないため、スタックの性能を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の一実施例にかかるコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムを示した図面。
【図２】図２は、本発明の一実施例にかかるコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムの高温ボックスの内の部品及び配管の連結状態を示した図面。
【図３】図３は、本発明の一実施例にかかるコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムおいて高温酸化を防止するためのコーティング層の形成位置を示した図面。
【図４】図４は、本発明の一実施例にかかるコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムにおいてクロム揮発を防止するためのコーティング層の形成位置を示した図面。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下に、添付された図面を参照して、本発明にかかるコーティング層が形成された固体酸化物燃料電池システムの一実施例をより詳細に説明する。
【００４５】
しかし、本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、お互いに異なる様々な形態にして具現されることができ、単に、本実施例らは、本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されているものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。ちなみに、本発明を説明するにあたって、関連する公知の機能あるいは構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に濁すと判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００４６】
図１は、本発明の一実施例にかかるコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムを示した図面である。
【００４７】
本発明の一実施例にかかるコーティング層が形成された固体酸化物燃料電池システムは、大まかに、高温ボックス、熱交換器２００、バーナー３００、スタック４００、及び、前記熱交換器２００とバーナー３００とスタック４００との相互間のガスの移動通路である複数の配管（図１の矢印を参照）を含める。
【００４８】
前記高温ボックスは、一般的に、燃料電池システムに適用される部品のうち、高温で運転する部品の作動温度を保持するための断熱を提供し、熱損失を最小化してシステムの動作効率を向上させる。この高温ボックスは、図１に明示的に示されてはいないが、その内部に熱交換器２００、バーナー３００、及び、スタック４００のような高温部品らが配置される。
【００４９】
前記スタック４００は、供給される燃料に含まれた水素と大気中の空気に含まれている酸素との電気化学反応を通じて直流電源を発生させる。前記スタック４００に供給される燃料は、改質器により水素に変換されるが、図１には、その図示を省略した。
【００５０】
本発明の一実施例にかかるコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムは、熱交換型改質器を含むことができ、この改質器は、前記熱交換器２００に含められるところ、これに対する詳細な説明は後述することにする。
【００５１】
前記熱交換器２００は、高温ボックスの外部から常温で供給される燃料及び空気を、前記スタック４００に供給されるに適した温度に加熱する。この熱交換器２００を通じて加熱された燃料及び空気は、スタック４００に供給される。前記スタック４００に供給される燃料及び空気によって発電が行われ、スタック４００の燃料極又は空気極から排出される高温の排出ガスは、熱交換器２００又はバーナー３００へ供給されることになる。
【００５２】
前記バーナー３００は、前記高温の排出ガス以外にも、別途の燃焼用燃料又は燃焼用空気を供給されることができる。前記燃焼用燃料又は燃焼用空気は、バーナー３００に直接供給されてもよいし、熱交換器２００を経て加熱された後、バーナー３００に供給されてもよい。前記バーナー３００における燃焼によって発生する高温の燃焼ガスは、熱交換器２００に供給され、この高温の燃焼ガスは、スタック４００に供給される燃料、空気、又は、水蒸気を加熱するために用いられる。そのために、前記高温の燃焼ガスは、熱交換器２００によって熱が回収された後、高温ボックスの外部へ排出される。
【００５３】
前記したように、前記熱交換器２００、バーナー３００、スタック４００、又は、これらの相互間に連結された配管には、高温の燃料、燃焼ガス、又は、空気が供給されたり流れたりする。したがって、前記高温ボックスの内部は、非常に高温の状態に置かれることになり、前記高温ボックスの内部に配置される部品は、高温での熱抵抗性を高めるために、所定量のクロムが含有された鋼材を用いて製作される。
【００５４】
前記高温ボックスの内部には、前記スタック４００に供給されたり、バーナー３００の燃焼のために供給されたりする空気のみならず、外部大気の流入による空気が存在するようになる。前記高温状態及び空気に含まれている酸素の存在は、前記高温ボックスの内部に配置されている部品対して高温による酸化を生じさせ、クロムを含有した部品に対しては、高温によるクロム揮発を生じさせる。
【００５５】
前記高温による酸化及び高温によるクロム揮発の発生メカニズムは同様ではなく、特に高温による酸化は、部品と配管に高温の気体が触れた際に発生するものであるのに対し、高温によるクロム揮発は、部品と配管に高温の酸素が触れたときにのみ発生するという点から違いがある。
【００５６】
前記高温による酸化は、高温ボックスの内部に配置されている部品を腐食させて燃料電池システムの耐久性を低下させる。前記高温によるクロム揮発は揮発されたクロムがスタック４００の内部に流れ込む場合において、前記スタック４００の性能を急激に減少させることになる。より詳しく説明すると、スタック４００の内部に流れ込んだクロムがスタックの電極、特にそのうち、ペロブスカイト（Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ）構造を有する空気極に接触する場合には、電極を成す元素と化学反応を起こし、多孔性のペロブスカイト電極構造を急激に損傷させることになる。したがって、高温によるクロム揮発は、燃料電池の性能を保持するために必ず解決するべき問題である。
【００５７】
しかし、特許文献１のように、従来のスタックの内の電極をコーティングする技術だけでは、クロム揮発によるスタックの性能低下の問題を完全に解決できなかったということは、上述した通りである。本発明は、このような従来の問題点を解決したものであり、これに対する詳細な説明は、図４を参照として後述することにする。
【００５８】
本発明は、高温ボックスの内部に配置された部品及び配管の表面にコーティング層を形成することにより、高温による酸化及び高温によるクロム揮発を効果的に防止したものである。このコーティング層は、部品及び配管を成す金属素材が高温の気体と接触することを根本的に遮断することにより、酸化及びクロム揮発を防止する。
【００５９】
本発明の一実施例によると、前記コーティング層は、セラミック素材を使用したセラミックコーティング層であることができる。
【００６０】
前記セラミック素材は、耐熱性が強く、運転の際に高温状態に置かれる前記バーナー３００、熱交換器２００、又は、配管（矢印）のコーティングに非常に適している。また、セラミック素材は、緻密な構造を成すことができるので、前記バーナー３００、熱交換器２００、又は、配管が酸素と接触することを防止することができる。これによって、前記バーナー３００、熱交換器２００、又は、配管が酸化したり、前記バーナー３００、熱交換器２００、又は、配管からクロムが揮発されたりするのを防止することができる。
【００６１】
一方、前記セラミックコーティング層において使用される素材は、シリコン、硫黄、リン、又は、クロムを含まないセラミック物質を用いることが望ましい。
【００６２】
なお、前記セラミックコーティング層において使用される素材は、固体酸化物燃料電池のスタック４００の電解質にて使用される素材であることができる。固体酸化物燃料電池の特性から、前記スタック４００の電解質は、耐熱性の高いセラミック素材によって形成されるので、前記電解質にて使用されるセラミック素材は、前記バーナー３００、熱交換器２００、又は、配管のコーティングに非常に適している。
【００６３】
なお、前記セラミックコーティング層において使用される素材は、ジルコニア（ＺｒＯ２）又はセリア（ＣｅＯ２）を含む化合物であることができる。前記ジルコニア（ＺｒＯ２）又はセリア（ＣｅＯ２）は、耐熱性、耐食性、及び急激な温度変化に対する抵抗性が強いので、前記コーティング層の形成に非常に適している。
【００６４】
なお、前記セラミックコーティング層は、その厚さが５〜１００μｍであることが望ましい。前記セラミックコーティング層の厚さが５μｍ未満である場合には、セラミックコーティング層を形成するための費用が非常に増加するに加えて、前記バーナー３００、熱交換器２００、又は、配管の表面と酸素が接触する現象を防止せない可能性がある。前記セラミックコーティング層の厚さが１００μｍを超える場合には、層の分離、すなわち前記バーナー３００、熱交換器２００、又は、配管の表面と、前記コーティング層とが分離する現象が生じ得る。
【００６５】
なお、前記バーナー３００、熱交換器２００、又は、配管の表面と前記セラミックコーティング層との間には、酸化膜が形成されることができる。この酸化膜は、一般的な方法によって形成されることができ、前記酸化膜によって前記バーナー３００、熱交換器２００、又は、配管の表面と、前記セラミックコーティング層との貼着力が増加することができる。
【００６６】
本発明の他の実施例によると、前記コーティング層は、金属コーティング層であることができる。
【００６７】
前記金属コーティング層は、ニッケル、コバルト、パラジウム、白金及び、金によって構成されるグループから選択された一又は二以上合金された金属素材で構成されることができる。前記金属素材は、高温での熱抵抗性が高く、酸化反応が滅多に起こらないため、表面処理用のメッキ素材として広く使用される。
【００６８】
ニッケル（Ｎｉ）は、周期表の１０族４周期に属する遷移元素であって、銀白色の強い光沢を有する金属素材である。化学反応性が比較的に低く、鉄よりも安定しているが、加熱すると、空気中の酸素又は水蒸気と反応して酸化物の保護皮膜を形成する。ニッケル又はニッケル合金を用いたメッキ方法は、産業分野で最も広く使用されている腐食の防止方法の一つである。
【００６９】
コバルト（Ｃｏ）は、周期表の９族４周期に属する遷移元素であって、強磁性を有する銀灰色の金属素材である。反応性が鉄より低く、高温で水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）などの気体とは反応しない。ただし、高温で加熱すると、酸素と反応してＣｏ３Ｏ４、ＣｏＯのような金属酸化物を生成する。
【００７０】
パラジウム（Ｐｄ）は、周期表の１０族の５周期に属する遷移元素であって、延性と展性が優れた白金族金属の一つである。パラジウム合金は、耐摩耗性と耐腐食性が優れてメッキの材料として広く使用されており、高温で酸素と反応し、パラジウム酸化物（ＰｄＯ）を生成する。
【００７１】
白金（Ｐｔ）は、周期表の１０族６周期に属する遷移元素であって、白金族金属の代表的元素である。白金又は白金合金は硬くて、腐食性がほとんどなく、化学反応性が非常に低いので、空気中では、いかなる温度であっても酸化されない。
【００７２】
金（Ａｕ）は、周期表１１族６周期に属する遷移元素であって、銅、銀などを含む銅族元素の一つである。金は化学反応性が最も低い固体元素の一つであり、空気や水によって腐食されず、元の状態を維持するので、表面のメッキ用として使用される。
【００７３】
上述のように、ニッケル、コバルト、パラジウムなどの一部の金属素材の場合、前記金属コーティング層を形成した後、別の熱処理をせずにすぐに使用しても、高温で気体と接触する高温ボックスの内部の動作環境下で、高温酸化反応により金属コーティング層の表面に金属酸化物層が形成されることができる。この金属酸化物層は、セラミック素材として金属コーティング層の表面の化学反応性を減少させ、高温ボックスの内に配置されている装置と部品の高温酸化及びクロム揮発現象をより効果的に防止する。
【００７４】
なお、前記金属コーティング層は、電気メッキや無電解メッキを通じて形成されることができる。この電気メッキや無電解メッキは、高温ボックスの内に配置されている装置及び部品その自体を高価の高温用素材として使用することよりも非常に経済的な方法を提供する。電気メッキは、部品や配管の内部のコーティングに困難な場合があり得るので、メッキの際に部品や配管の内部にメッキ負極を設置することが望ましい。構造の複雑な部品は、無電解メッキを使用する。金属の表面に不動態が形成される高温部品の場合には、負極物質の蒸着力を高めるために、表面の前処理を行なうこともできる。
【００７５】
電気メッキや無電解メッキは、金属の表面に化学反応又は電気化学反応を用いて金属素材を蒸着させたものであるため、バインダーを含む前記セラミックコーティング層を形成するために必要であった別途の熱処理工程をなしにして、すぐ使用することができ、コーティング層が薄いので、コーティングの作業以降にチュービング、フィッティングが可能になるという長所がある。
【００７６】
前記金属素材は、固体酸化物燃料電池のスタックの電極にて使用される素材を用いて構成することもできる。代表的な例は、ニッケル金属である。固体酸化物燃料電池の電極材料として、現在、ニッケル（Ｎｉ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）などが広く使用されているが、金属コーティング層の素材として燃料電池の電極の素材と同様であるものを使用すると、コーティングされた物質が部品及び配管から離脱され、スタックの内に流れ込んでも化学的に影響を与えないため、スタックの性能を保持することができる。
【００７７】
前記金属コーティング層は、その厚さが２〜２０μｍであることが望ましい。金属コーティング層の厚さが２μｍ未満になると、高温での化学反応の過程の際、金属元素が全て消耗され、前記バーナー３００、熱交換器２００、又は、配管の表面が外部へ露出される恐れがあり、金属コーティング層の厚さが２０μｍを超えるとコーティング層に亀裂が発生し、空気中の水素、酸素が前記バーナー３００、熱交換器２００、又は、配管の表面まで到達して、酸化及びクロム揮発を引き起こしてしまう。
【００７８】
図２は、本発明の一実施例にかかるコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムの高温ボックスの内の部品及び配管の連結状態を示した図面であり、図３は、図２に示されたコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムにおいて高温酸化を防止するためのコーティング層の形成位置を示した図面であり、図４は、図２に示されたコーティング層の形成された固体酸化物燃料電池システムにおいてクロム揮発を防止するためのコーティング層の形成位置を示した図面である。
【００７９】
以下に記載するすべてのコーティング層は、セラミックコーティング層又は、金属コーティング層を両方含めるものとして使用される。図３及び図４においてコーティング層が形成される熱交換器２００、バーナー３００、又は、配管は、実線として示し、コーティング層が形成されない部分は破線として示した。
【００８０】
まず、バーナーが燃焼用燃料、燃焼用空気などの供給を受け、高温の燃焼ガスを生成し、これを固体酸化物燃料電池システムの内、一定の温度以上に加熱される必要がある部分に、熱交換を通じて必要な熱を供給する燃焼ガス供給ラインについて説明する。
【００８１】
この燃焼ガス供給ラインのために、本発明の一実施例にかかる熱交換器２００は、空気予熱器２２０を含むことができる。この空気予熱器２２０は、前記高温ボックスに供給される空気を加熱してスタック４００に供給する。
【００８２】
本発明にかかるバーナー３００は、高温ボックスの内部に配置され、スタック４００からの排出ガスの供給を受け、高温の燃焼ガスを発生させる。前記燃焼ガスは、第一燃焼ガス配管ｃｐ１に沿って前記空気予熱器２２０に供給されることができる。この空気予熱器２２０に供給された燃焼ガスは、スタック４００に供給される空気と熱交換することになる。前記空気予熱器２２０での熱交換を通じて空気は加熱され、燃焼ガスの温度は低くなる。前記空気予熱器２２０で熱交換された燃焼ガスは、第二燃焼ガス配管ｃｐ２に沿って高温ボックスの外部に排出されることができる。
【００８３】
上述した燃焼ガス供給ラインにおいて、本発明の一実施例にかかるコーティング層の形成について説明する。
【００８４】
前記燃焼ガスは、前記バーナー３００、空気予熱器２２０、及び、これらの間の配管である第一燃焼ガス配管ｃｐ１と、前記空気予熱器２２０から燃焼ガスが高温ボックスの外部に排出されるまでの配管である第二燃焼ガス配管ｃｐ２において、高温による酸化が起こることができる程度の高温の状態で存在することになる。
【００８５】
なお、前記燃焼ガスの熱は、バーナー３００、空気予熱器２２０、第一燃焼ガス配管ｃｐ１、及び、第二燃焼ガス配管ｃｐ２に伝達されて、前記バーナー３００、空気予熱器２２０、第一燃焼ガス配管ｃｐ１、及び、第二燃焼ガス配管ｃｐ２も前記燃焼ガスに近い温度を有することになる。
【００８６】
前記燃焼ガスは、多量の酸素が含まれているので、前記バーナー３００、空気予熱器２２０、第一燃焼ガス配管ｃｐ１、及び、第二燃焼ガス配管ｃｐ２の内部表面で高温による酸化が発生し得る。したがって、本発明の一実施例によると、図３に示すように、前記バーナー３００、空気予熱器２２０、第一燃焼ガス配管ｃｐ１、及び、第二燃焼ガス配管ｃｐ２の内部表面にコーティング層が形成されることができる。この内部表面に形成されるコーティング層は、燃焼ガスと直接に触れるように形成されることができる。
【００８７】
なお、前記バーナー３００、空気予熱器２２０、第一燃焼ガス配管ｃｐ１、及び、第二燃焼ガス配管ｃｐ２の外部表面は、前記高温ボックスの内への外部大気の流入による空気と接触することになる。前記高温及び空気による酸素との接触によって、前記バーナー３００、空気予熱器２２０、第一燃焼ガス配管ｃｐ１、及び、第二燃焼ガス配管ｃｐ２の外部表面にも、高温による酸化が発生し得る。したがって、本発明の一実施例によると、図３に示すように、前記バーナー３００、空気予熱器２２０、第一燃焼ガス配管ｃｐ１、及び、第二燃焼ガス配管ｃｐ２の外部表面にもコーティング層が形成されることができる。
【００８８】
次に、高温ボックスの内に燃料を供給し、この燃料が前記熱交換型改質器２１０を通じて改質され生成された水素ガスを、前記スタック４００の燃料極に供給する燃料ガス供給ラインについて説明する。
【００８９】
前記スタック４００における発電に利用される燃料は、前記高温ボックスの内に供給され、前記燃料は常温の状態であることができる。前記燃料は、天然ガス（ＮＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）、又は、ディーゼルなどの水素又は炭化水素系の様々な燃料であることができる。高温ボックスの内に供給される燃料は、別の供給装置（図示せず）によって水蒸気又は水を含むことができる。
【００９０】
前記高温ボックスの内に供給される燃料は、第一燃料／水蒸気配管ｆｓｐ１に沿って熱交換型改質器２１０に供給されることができる。前記熱交換型改質器２１０に供給された燃料は、前記熱交換型改質器２１０で、高温の熱交換媒体と熱交換することにより加熱される。その際、前記燃料に水蒸気ではなく水が含まれている場合、前記の水は水蒸気に相変化することになる。前記熱交換型改質器２１０は、前記燃料を改質して水素ガスを発生させる。
【００９１】
このため、前記熱交換型改質器２１０には、別途の熱交換媒体が通過する配管が形成されることができる。すなわち、前記熱交換媒体が熱交換型改質器２１０に供給される配管ｈｅｐ１及び熱交換型改質器２１０での熱交換過程によって温度が下がった熱交換媒体が熱交換型改質器２１０から高温ボックスの外部に排出されるまでの配管ｈｅｐ２を含むことができる。
【００９２】
一方、前記水素ガスは、第二燃料／水蒸気配管ｆｓｐ２に沿って、前記スタック４００の燃料極４１１に供給されることができる。前記スタック４００は、一般的に直列又は並列に接続される複数の単電池（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｃｅｌｌ）４１０で構成され、前記単電池４１０は、多孔性の燃料極４１１及び空気極４１３と、その間に配置される緻密な構造の電解質４１２とで構成される。
【００９３】
前記スタック４００の燃料極４１１に供給される水素ガスに含まれる水素（Ｈ２）は、空気極４１３からイオン伝導体である電解質４１２を介して伝導された酸素イオン（Ｏ２−）と反応する。このような反応によって、電子、水（Ｈ２Ｏ）、及び、熱が放出されると、前記電子は、外部回路（図示せず）を通じて正極へ移動する過程により、電気的仕事を行うことになる。
【００９４】
前記反応の後、燃料極４１１から排出されるガス、即ち、燃料極排出ガス（Ａｎｏｄｅ  ｏｆｆ  ｇａｓ）は、第一燃料極排出ガス配管ａｏｐ１及び第二燃料極排出ガス配管ａｏｐ２に沿ってバーナー３００に供給され、前記バーナー３００の燃焼のための燃料として用いられることができる。上述したように、前記反応は、熱を放出させる発熱反応なので、前記燃料極排出ガスは、前記燃料極４１１に供給される水素ガスよりもやや高い温度で排出される。
【００９５】
なお、前記反応は、水（Ｈ２Ｏ）を放出させる反応なので、前記の燃料極排出ガスには多量の水蒸気が含まれることになる。この多量の水蒸気は、燃料極排出ガスがバーナー３００の燃料として用いられるに適していないようにする。その理由は、水蒸気によってバーナー３００の燃焼による温度の上昇が限定的なり、特に、前記バーナー３００が触媒バーナーである場合には、水蒸気が触媒に深刻な影響を与える恐れがあるからである。
【００９６】
したがって、前記水蒸気を除去した後、燃料極排出ガスをバーナー３００の燃焼のための燃料として用いることが好ましい。前記水蒸気は、様々な方法によって除去することができるが、熱の回収による熱の利用の側面から、燃料極排出ガスの温度を下げて水蒸気を凝縮し除去することが望ましい。
【００９７】
前記のように、燃料極排出ガスの熱を回収して利用し、燃料極排出ガスの温度を下げるために、本発明の一実施例にかかる熱交換器２００は、燃料極排出ガス冷却器２５０を含むことができる。この燃料極排出ガス冷却器２５０は、他の燃料又は空気などとの熱交換を介して燃料極排出ガスの温度を下げる役割をする。
【００９８】
前記燃料極排出ガス冷却器２５０を含む場合、前記燃料極排出ガスは、第一燃料極排出ガス配管ａｏｐ１に沿って、燃料極排出ガス冷却器２５０に供給されることができる。
【００９９】
前記燃料極排出ガス冷却器２５０に供給された燃料極排出ガスは、第二燃料極排出ガス配管ａｏｐ２に沿ってバーナー３００へ移動しながら、高温ボックスの外部に配置される熱交換器（図示せず）を経ることができる。高温ボックスの外部に配置される前記熱交換器（図示せず）によって、燃料極排出ガスはさらに冷却され、熱交換器（図示せず）によって回収された燃料極排出ガスの熱は、暖房や給湯などに利用することができる。
【０１００】
前記高温ボックスの外部を通る第二燃料極排出ガス配管ａｏｐ２には、凝縮器（図示せず）が配置されることができ、温度の低下によって凝縮された水は、前記凝縮器（図示せず）にて前記燃料極排出ガスから分離排出されることができる。これにより、前記燃料極排出ガスに含まれている多量の水蒸気は除去されることができ、前記燃料極排出ガスは、より効果的にバーナー３００の燃焼のための燃料として使用されることができる。
【０１０１】
このような燃料ガス供給ラインにおいて、本発明の一実施例にかかるコーティング層の形成について説明する。
【０１０２】
前記燃料又は燃料に含まれる水蒸気は、熱交換型改質器２１０にて加熱されることにより、熱交換型改質器２１０及び第二燃料／水蒸気配管ｆｓｐ２で高温による酸化が起こる程度の高温状態で存在することになる。また、前記燃料又は水蒸気の熱は、熱交換型改質器２１０及び第二燃料／水蒸気配管ｆｓｐ２に伝達され、前記熱交換型改質器２１０及び第二燃料／水蒸気配管ｆｓｐ２も前記燃料又は水蒸気に近い温度を有することになる。
【０１０３】
前記燃料又は水蒸気も微量の酸素を含むことができるので、前記熱交換型改質器２１０及び第二燃料／水蒸気配管ｆｓｐ２の内部表面で、高温による酸化が発生し得る。したがって、本発明の一実施例によると、図３に示すように、前記熱交換型改質器２１０及び第二燃料／水蒸気配管ｆｓｐ２の内部表面にコーティング層が形成されることができる。前記内部表面に形成されるコーティング層は、燃料又は水蒸気と直接に触れるように形成されることができる。
【０１０４】
なお、前記熱交換型改質器２１０及び第二燃料／水蒸気配管ｆｓｐ２の外表面は、前記高温ボックスの内への外部大気の流入による空気と接触することになる。前記高温及び空気による酸素との接触によって、前記熱交換型改質器２１０及び第二燃料／水蒸気配管ｆｓｐ２の外部表面にも高温による酸化が発生し得る。したがって、本発明の一実施例によると、図３に示すように、前記熱交換型改質器２１０及び第二燃料／水蒸気配管ｆｓｐ２の外部表面にコーティング層が形成されることができる。
【０１０５】
上述したように、前記熱交換型改質器２１０の内部表面にコーティング層が形成される場合には、前記燃料又は水蒸気の熱が熱交換型改質器２１０の外部表面により少なく伝わることができる。つまり、前記コーティング層による断熱が可能になり、その結果、熱交換型改質器２１０の外部表面の温度がより低くなって、熱交換型改質器２１０の外部表面における高温による酸化を抑えられる効果を奏し得る。
【０１０６】
なお、前記熱交換媒体は、熱交換型改質器２１０を通過する前後において高温の状態を保持するので、この熱交換媒体が前記熱交換型改質器２１０に供給される配管ｈｅｐ１及び、熱交換媒体が前記熱交換型改質器２１０から高温ボックスの外部へ排出されるまでの配管ｈｅｐ２にも、高温酸化を防止するための金属コーティング層が形成されることができる。
【０１０７】
一方、前記燃料極排出ガスは、前記第一燃料極排出ガス配管ａｏｐ１において、高温による酸化が起こることができる程度の高温の状態で存在することになる。前記燃料極排出ガスも微量の酸素を含むことができるので、第一燃料極排出ガス配管ａｏｐ１の内部表面に高温による酸化が発生し得る。したがって、本発明の一実施例によると、図３に示すように、前記第一燃料極排出ガス配管ａｏｐ１の内部表面にコーティング層が形成されることができる。
【０１０８】
なお、前記燃料極排出ガスは、前記第一燃料極排出ガス配管ａｏｐ１に伝達され、前記第一燃料極排出ガス配管ａｏｐ１も燃料極排出ガスに近い温度を有することになる。前記第一燃料極排出ガス配管ａｏｐ１の外部表面は、前記高温ボックスの内への外部大気の流入による空気と接触することになる。前記高温および空気による酸素との接触によって、第一燃料極排出ガス配管ａｏｐ１の外部表面には、高温による酸化が発生し得る。したがって、本発明の一実施例によると、図３に示すように、前記第一燃料極排出ガス配管ａｏｐ１の外部表面にもコーティング層が形成されることができる。
【０１０９】
なお、前記燃料極排出ガスは、前記燃料極排出ガス冷却器２５０を通過した後、又は、さらに他の熱交換装置を通過した後には、温度がずいぶん下がり、前記バーナー３００に供給される第二燃料極排出ガス配管ａｏｐ２の内では、概して高温酸化が発生しない。しかし、バーナー３００が非常に高温に作動するため、バーナー３００から所定の距離までの第二燃料極排出ガス配管ａｏｐ２の内部表面では、バーナー３００による間接加熱によって高温酸化が起こる程度の高温状態で存在することになる。ここで、前記所定の距離は、高温酸化が起こり始める代表温度である４００℃以上維持される地点までの距離であることができる。
【０１１０】
前記燃料極排出ガスも微量の酸素を含むことができるので、前記バーナー３００から所定の距離までの第二燃料極排出ガス配管ａｏｐ２の内部表面にも高温による酸化が発生し得る。したがって、本発明の一実施例によると、図３に示すように、前記バーナー３００から所定の距離までの第二燃料極排出ガス配管ａｏｐ２の内部表面にコーティング層が形成されることができる。
【０１１１】
なお、前記バーナー３００から所定の距離までの前記第二燃料極排出ガス配管ａｏｐ２の外部表面も、高温ボックスの内への外部大気の流入による空気と接触することになる。高温及び空気による酸素との接触によって、バーナー３００から所定の距離までの第二燃料極排出ガス配管ａｏｐ２の外部表面にも、高温による酸化が発生し得る。したがって、本発明の一実施例によると、図３に示すように、前記バーナー３００から所定の距離までの第二燃料極排出ガス配管ａｏｐ２の外部表面にコーティング層が形成されることができる。
【０１１２】
次に、高温ボックスの内に空気を供給し、この空気を前記空気予熱器２２０を通じて加熱した後、前記スタック４００の空気極に供給する空気供給ラインについて説明する。
【０１１３】
スタック４００における発電に利用される空気は、前記高温ボックスの内に供給され、前記空気は常温の状態であることができる。前記高温ボックスの内に供給される空気は、空気配管ａｐ１、ａｐ２に沿って前記スタック４００の空気極４１３に供給される。前記空気極４１３に供給された空気の酸素は、空気極４１３と燃料極４１１の電気化学反応によって酸素イオン（Ｏ２−）に還元され、前記酸素イオン（Ｏ２−）はイオン伝導体である電解質４１２を通じて燃料極４１１に伝導される。
【０１１４】
前記空気極４１３に供給される空気は、所定の温度に加熱される必要があるが、前記したように、前記空気は、空気予熱器２２０を通じて加熱されることができる。即ち、前記空気は、空気予熱器２２０で燃焼ガスと熱交換することにより加熱されることができる。
【０１１５】
高温ボックスにおいて常温で供給される空気は、第一空気配管ａｐ１に沿って空気予熱器２２０に供給されることができる。前記空気予熱器２２０に供給された空気は、空気予熱器２２０で燃焼ガスと熱交換することにより、一次的に加熱されることができる。前記一次的に加熱された空気は、第二空気配管ａｐ２に沿って、前記スタック４００の空気極４１３に供給されることができる。
【０１１６】
前記空気極４１３に供給される空気は、スタック４００での発電に利用され、空気極４１３から排出される空気極排出ガス（Ｃａｔｈｏｄｅ  ｏｆｆ  ｇａｓ）は、空気極排出ガス配管ｃｏｐ１、ｃｏｐ２に沿ってバーナー３００に供給され、バーナーの燃焼に使用されることができる。より詳細に説明すると、前記空気極排出ガスは、第一空気極排出ガス配管ｃｏｐ１に沿って一又は二以上の熱交換器２６０に供給され、その熱交換器２６０で熱交換された空気極排出ガスは、第二空気極排出ガス配管ｃｏｐ１に沿って前記バーナー３００に供給されることができる。前記熱交換器２６０は、高温の空気極排出ガスが前記バーナー３００にて用いられるに適した温度になるように調節する役割を果たす。
【０１１７】
このような空気供給ラインにおいて、本発明の一実施例にかかるコーティング層の形成について説明する。
【０１１８】
前記空気は、空気予熱器２２０及び第二空気配管ａｐ２において、高温による酸化が起こることができる程度の高温の状態で存在することになる。また、前記空気の熱は、空気予熱器２２０及び第二空気配管ａｐ２に伝達され、前記空気予熱器２２０及び第二空気配管ａｐ２も燃焼ガスに近い温度を有することになる。
【０１１９】
前記空気は、多量の酸素を含んでいるので、前記空気予熱器２２０及び第二空気配管ａｐ２の内部表面で高温による酸化が発生し得る。したがって、本発明の一実施例によると、図３に示すように、空気予熱器２２０及び第二空気配管ａｐ２の内部表面にコーティング層が形成されることができる。この際、前記内部表面に形成されるコーティング層は、前記空気と直接触れるように形成されることができる。
【０１２０】
ひいては、前記空気予熱器２２０及び第二空気配管ａｐ２は、高温の酸素が空気極４１３に供給される過程で通過する唯一の部品及び配管に該当する。その結果、空気予熱器２２０及び第二空気配管ａｐ２の内部表面で高温の酸素との接触が生じるので、高温によるクロム揮発も同時に発生することになる。すなわち、空気予熱器２２０及び第二空気配管ａｐ２の内部表面は、空気極４１３へ通じるラインのうちクロム揮発が発生する唯一の区間に該当する。したがって、本発明の一実施例によると、図４に示すように、空気予熱器２２０及び第二空気配管ａｐ２の内部表面にクロム揮発の防止のためのコーティング層が形成されることができる。この際にも、前記内部表面に形成されるコーティング層は、前記空気と直接に触れるように形成されることができる。
【０１２１】
前述したように、特許文献１の電極コーティング技術を適用しても、クロム揮発によるスタックの性能低下の問題が完全に解決されない問題があった。しかし、本発明によると、スタック４００の外部からクロム揮発が発生し、この揮発されたクロムが空気極に流れ込むことができる唯一の区間が前記空気予熱器２２０及び第二空気配管ａｐ２の内部表面であることを確認し、この内部表面にクロム揮発の防止のためのコーティング層を形成することにより、揮発されたクロムが空気極に流れ込むことによって生じたスタックの性能低下の問題を解決したものである。
【０１２２】
なお、前記空気予熱器２２０及び第二空気配管ａｐ２の外部表面は、前記高温ボックスの内への外部大気の流入による空気と接触することになる。前記高温及び空気による酸素との接触によって前記空気予熱器２２０及び第二空気配管ａｐ２の外部表面にも、高温による酸化が発生し得る。したがって、本発明の一実施例によると、図３に示すように、前記空気予熱器２２０及び第二空気配管ａｐ２の外部表面にコーティング層が形成されることができる。
【０１２３】
一方、前記空気極排出ガスは、空気極排出ガス配管ｃｏｐ１、ｃｏｐ２において、高温による酸化が起こることができる程度の高温の状態で存在することになる。また、前記空気極排出ガスの熱は、空気極排出ガス配管ｃｏｐ１、ｃｏｐ２に伝達され、前記空気極排出ガス配管ｃｏｐ１、ｃｏｐ２も前記空気極排出ガスに近い温度を有することになる。空気極排出ガス配管の途中、別途の熱交換器２６０が設置され、第一空気極排出ガス配管ｃｏｐ１と、第二空気極排出ガス配管ｃｏｐ２とで区分される場合にも、両方とも高温の空気極排出ガスが通過するので、高温酸化が起こることができる温度を有するようになる。
【０１２４】
前記空気極排出ガスも微量の酸素を含むことができるので、前記空気極排出ガス配管ｃｏｐ１、ｃｏｐ２の内部表面に高温による酸化が発生し得る。したがって、本発明の一実施例によると、図３に示すように、前記空気極排出ガス配管ｃｏｐ１、ｃｏｐ２の内部表面にコーティング層が形成されることができる。
【０１２５】
なお、前記空気極排出ガス配管ｃｏｐ１、ｃｏｐ２の外部表面は、高温ボックスの内への外部大気の流入による空気と接触することになる。高温及び空気による酸素との接触によって、空気極排出ガス配管ｃｏｐ１、ｃｏｐ２の外部表面にも、高温による酸化が発生し得る。したがって、本発明の一実施例によると、図３に示すように、前記空気極排出ガス配管ｃｏｐ１、ｃｏｐ２の外部表面にコーティング層が形成されることができる。
【０１２６】
最後に、前記高温ボックスのバーナー３００に供給される燃焼用燃料及び空気の供給ラインについて説明する。
【０１２７】
前記バーナー３００は、スタック４００の燃料極４１１から排出される燃料極排出ガス（燃料を含む）と、スタック４００の空気極４１３から排出される空気極排出ガス（空気を含む）と、その他にも、別途の燃焼用燃料及び燃焼用空気の供給を受け、燃焼ガスを発生させるものである。
【０１２８】
図２を参照すると、燃焼用燃料配管ｃｆｐ１に沿って燃焼用燃料がバーナー３００に供給されることができる。また、燃焼用空気配管ｃａｐ１に沿って燃焼用空気がバーナー３００に供給されることができる。一方、前記バーナー３００の内部の燃焼ガスは、高温による酸化が起こることができる程度の高温状態で存在するようになり、この燃焼ガスの熱は、バーナー３００、及び、バーナー３００から所定の距離までの燃焼用燃料配管ｃｆｐ１、及び、燃焼用空気配管ｃａｐ１にも伝達される。したがって、前記バーナー３００から所定の距離までの燃焼用燃料配管ｃｆｐ１及び、燃焼用空気配管ｃａｐ１も前記燃焼ガスに近い高温の温度を有するようになる。
【０１２９】
前記燃焼用燃料及び燃焼用空気は、酸素を含むので、前記バーナー３００から所定の距離までの燃焼用燃料配管ｃｆｐ１及び燃焼用空気配管ｃａｐ１の内部表面では、高温による酸化が発生し得る。したがって、本発明の一実施例によると、図３に示すように、前記バーナー３００から所定の距離までの燃焼用燃料配管ｃｆｐ１及び燃焼用空気配管ｃａｐ１の内部表面にコーティング層が形成されることができる。
【０１３０】
なお、前記バーナー３００から所定の距離までの燃焼用燃料配管ｃｆｐ１及び前記燃焼用空気配管ｃａｐ１の外部表面も、高温ボックスの内への外部大気の流入による空気と接触することになる。前記高温及び空気による酸素との接触によって、バーナー３００から所定の距離までの燃焼用燃料配管ｃｆｐ１及び燃焼用空気配管ｃａｐ１の外部表面にも、高温による酸化が発生し得る。したがって、本発明の一実施例によると、図３に示すように、前記バーナー３００から所定の距離までの燃焼用燃料配管ｃｆｐ１及び燃焼用空気配管ｃａｐ１の外部表面にコーティング層が形成されることができる。
【０１３１】
前記所定の距離は、燃焼用燃料配管ｃｆｐ１及び燃焼用空気配管ｃａｐ１において、バーナー３００の内部の燃焼ガスによる熱伝達によって、高温による酸化が発生することができる温度に到達する地点までの距離であることができる。例えば、高温酸化が起こり始める代表温度である４００℃以上維持される地点までの距離であることができる。
【０１３２】
以上、添付された図面を参照して、本発明の実施例を説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、本発明のその技術的思想や必須的特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施することができることを理解できるだろう。従って、以上で記述した実施例らは、すべての側面から例示的なものであり、限定的なものではないと理解すべきである。本発明の範囲は、前記の詳細な説明ではなく、後述する特許請求の範囲によって表らされ、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその均等の概念から導き出されるすべての変更又は変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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