[发明专利]燃料电池模块、发电系统以及燃料电池模块的运转方法

说明书

一实施方式的燃料电池模块具备：多个燃料电池单体，它们分别包括燃料侧电极、电解质及氧侧电极；燃料气体供给管，其向所述燃料侧电极供给燃料气体；氧化性气体供给管，其包括第一管线及从位于所述第一管线的下游端的分支点分支出且与一个以上的所述燃料电池单体分别连接的多个第二管线，且所述氧化性气体供给管向所述多个燃料电池单体的所述氧侧电极供给氧化性气体；以及至少一根升温用燃料气体供给管，其与比所述分支点靠下游侧的所述第二管线连接。

技术领域

本发明涉及燃料电池模块、具备该燃料电池模块的发电系统以及该燃料电池模块的运转方法。

背景技术

已知有一种燃料电池，该燃料电池将由燃料侧电极、电解质以及氧侧电极构成的燃料电池单体作为最小单位，且通过使向燃料侧电极供给的燃料气体与向氧侧电极供给的氧化性气体发生化学反应来进行发电。其中，固体氧化物型燃料电池(Solid Oxide FuelCell(SOFC))将陶瓷等固体氧化物用作电解质，且例如将城市煤气、天然气等用作燃料气体，并例如将包含氧的空气等用作氧化性气体。这样的SOFC已知为为了提高离子传导率而使工作温度高达约700～1000℃的程度且用途广泛、高效率的高温型燃料电池。SOFC例如与燃气轮机、微型燃气轮机以及涡轮增压器等旋转设备组合而提高运转压力，由此能够进行更高效率的发电。另外，在这样的加压发电系统中，将从压缩机喷出的压缩空气作为氧化性气体向SOFC的氧侧电极供给，并且将从SOFC排出的高温的燃料废气向燃气轮机等旋转设备入口的燃烧器供给并进行燃烧，且利用在燃烧器产生的高温的燃烧气体来使旋转设备旋转，由此能够实现动力的回收。

通常，燃料电池构成为具备多个盒(cartridge)、电池堆的燃料电池模块，且该盒、电池堆收容有多个燃料电池单体。

SOFC在起动时需要使燃料电池单体升温至高温。作为其升温方案，而在专利文献1～3中公开了如下的方案，该方案在氧侧电极担载氧化催化剂而附加催化功能，且在氧侧电极为能够进行催化燃烧的温度时，向氧化性气体添加可燃界限浓度以下的燃料气体而进行催化燃烧，从而使燃料电池单体升温。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5601945号公报

专利文献2：日本特开2018-6004号公报

专利文献3：美国专利第9874158号说明书

发明内容

发明要解决的课题

最近，由于大容量化的趋势，因此模块内的盒、电池堆的数量不断增加。因此，担心在盒、电池堆间温度的偏差会增大。若引起温度的偏差，则在一部分的燃料电池单体发电量会降低，因此需要对该温度偏差进行改善。在专利文献1～3所公开的燃料电池单体的升温方案中，在燃料电池模块的外部对在将氧化性气体向燃料电池模块供给的上游侧设置的起始管添加燃料气体。因此，不能对在模块内设置的多个盒中的每个进行燃料气体的流量、浓度的调整。因此，不能进行每个盒的温度调整。

本发明的一实施方式的目的在于，对收容于模块内的多个燃料电池单体的温度分布的偏差进行抑制。

用于解决课题的方案

(1)一实施方式的燃料电池模块具备：

多个燃料电池单体，它们分别包括燃料侧电极、电解质及氧侧电极；

燃料气体供给管，其向所述燃料侧电极供给燃料气体；

氧化性气体供给管，其包括第一管线及从位于所述第一管线的下游端的分支点分支出且与一个以上的所述燃料电池单体分别连接的多个第二管线，且所述氧化性气体供给管向所述多个燃料电池单体的所述氧侧电极供给氧化性气体；以及

至少一根升温用燃料气体供给管，其与比所述分支点靠下游侧的所述第二管线连接。