專(zhuān)利名稱(chēng)：固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，說(shuō)得更詳細(xì)點(diǎn)，涉及使固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間的排熱互相利用，以提高綜合效率的復(fù)合系統(tǒng)及其運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
固體氧化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell以下，也簡(jiǎn)稱(chēng)為‘SOFC’)，是一種作為電解質(zhì)使用氧化釔穩(wěn)定化氧化鋯等的氧化物離子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)，把多孔型電極安裝到其兩面上，以之為隔壁向一方一側(cè)供給燃料氣體，向另一方一側(cè)供給氧化劑(空氣、氧等)，在大約1000℃工作的燃料電池。
SOFC由于①可以實(shí)現(xiàn)高功率和高發(fā)電效率，②作為燃料除可以使用氫氣之外還可以使用一氧化碳，③在高溫下工作，④電解質(zhì)是固體燃料，故具有不存在電解質(zhì)耗散的問(wèn)題等的特征，作為分散型的能源受到人們關(guān)注。
在近年來(lái)，隨著社會(huì)對(duì)能量的有效利用的要求的高漲，不僅在單個(gè)發(fā)電裝置或利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝中的效率的提高受到了人們的注意，借助于把2個(gè)或2個(gè)以上的工藝或裝置組合起來(lái)的復(fù)合系統(tǒng)的構(gòu)筑來(lái)提高綜合效率的嘗試也受到了人們的注意，對(duì)于具有高的發(fā)電效率的SOFC也希望進(jìn)一步提高綜合效率。
但是，在實(shí)際上進(jìn)行工業(yè)性應(yīng)用的情況下，要在完美地保持復(fù)合系統(tǒng)的各個(gè)構(gòu)成要素的能力平衡的狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)行作業(yè)，大多是很困難的，在大多數(shù)的情況下都會(huì)因適合于一個(gè)構(gòu)成要素的運(yùn)行條件而對(duì)別的構(gòu)成要素造成不好的影響。
本發(fā)明就是鑒于上述事實(shí)而完成的，目的在于提供含有SOFC，綜合效率優(yōu)良的復(fù)合系統(tǒng)，以及，提供可以實(shí)現(xiàn)1)燃燒工藝的排出氣體的進(jìn)一步的有效利用，2)SOFC用燃料的改質(zhì)化的高效化，3)SOFC模件的簡(jiǎn)化的復(fù)合系統(tǒng)。
發(fā)明的公開(kāi)本發(fā)明著眼于從SOFC排出的排出氣體為800～1000℃的高溫，在把該排出氣體作為利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的燃燒用氣體加以利用的情況下，謀求綜合效率的提高這一點(diǎn)，和采用設(shè)置旁路管線(xiàn)或加熱手段的辦法使得可以滿(mǎn)意地控制各個(gè)要素裝置間的彼此的運(yùn)行條件這一點(diǎn)，此外，還著眼于采用成為具備可以有效地利用燃燒工藝的排出氣體的改質(zhì)器的構(gòu)成的辦法可以解決上述1)～3)的課題這一點(diǎn)，把燃燒工藝用還原氣體作為SOFC吹掃氣體加以共用的辦法，謀求SOFC模件的簡(jiǎn)化這一點(diǎn)等等而完成的。
本發(fā)明如下所示。
(1)一種固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑。
(2)(1)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有用利用上述燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器。
(3)(2)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置供給溫度比從上述換熱器排出的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的溫度還低的氣體的手段。
(4)(3)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述供給低溫的氣體的手段，是使上述換熱器旁路的管線(xiàn)。
(5)(2)～(4)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段。
(6)(2)～(4)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)。
(7)(2)～(4)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段，而且，在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)。
(8)(2)～(4)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述固體氧化物型燃料電池和上述換熱器之間，設(shè)置使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)。
(9)(2)～(4)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)，而且，在上述固體氧化物型燃料電池與上述換熱器之間，設(shè)置使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)。
(10)(2)～(4)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段，而且，在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)，此外，在上述固體氧化物型燃料電池與上述換熱器之間，設(shè)置使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)。
(11)一種把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有用利用上述燃燒工藝的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體對(duì)上述固體氧化物型燃料電池的發(fā)電用燃料進(jìn)行加熱和改質(zhì)的改質(zhì)器。
(12)(11)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有用上述改質(zhì)器的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器。
(13)(11)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述固體氧化物型燃料電池與上述改質(zhì)器之間，設(shè)置有使利用上述燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)。
(14)(11)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有用上述改質(zhì)器的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器，而且，在上述固體氧化物型燃料電池與上述改質(zhì)器之間，設(shè)置有使利用上述燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)。
(15)(12)～(14)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述改質(zhì)器與利用上述燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置有使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)。
(16)(12)～(14)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置供給溫度比從上述換熱器排出的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的溫度還低的氣體的手段。
(17)(12)～(14)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述改質(zhì)器與利用上述燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置有使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)，而且，在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置供給溫度比從上述換熱器排出的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的溫度還低的氣體的手段。
(18)(16)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述供給低溫的氣體的手段是使上述換熱器成為旁路的管線(xiàn)。
(19)(17)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述供給低溫的氣體的手段是使上述換熱器成為旁路的管線(xiàn)。
(20)(12)～(14)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段。
(21)(12)～(14)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置有使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)，而且，在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段。
(22)(12)～(14)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置供給溫度比從上述換熱器排出的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的溫度還低的氣體的手段，而且，在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段。
(23)(12)～(14)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置有使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)，而且，在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置供給溫度比從上述換熱器排出的的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的溫度還低的氣體的手段，此外，在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段。
(24)(22)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述供給低溫的氣體的手段是使上述換熱器成為旁路的管線(xiàn)。
(25)(23)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述供給低溫的氣體的手段是使上述換熱器成為旁路的管線(xiàn)。
(26)(1)～(4)、(11)～(14)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝是加熱爐。
(27)(1)～(4)、(11)～(14)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝是具備輻射發(fā)熱管(radiant tube)的熱處理爐。
(28)(1)～(4)、(11)～(14)中的任何一項(xiàng)所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝是還原氣氛爐，該還原氣氛爐所使用的還原氣體作為上述固體氧化物型燃料電池的燃料電極一側(cè)吹掃氣體進(jìn)行共用。
(29)一種固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于在把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑，設(shè)置有用上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器，而且，在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置有加熱從上述換熱器排出的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)中，根據(jù)上述固體氧化物型燃料電池所必需的氧化劑溫度，對(duì)供給上述低溫氣體的手段或進(jìn)行上述加熱的手段進(jìn)行控制。
(30)一種固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于在把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑，設(shè)置有用利用上述燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器，而且，在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)，此外，在上述固體氧化物型燃料電池與上述換熱器之間，設(shè)置有使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)中，根據(jù)上述固體氧化物型燃料電池和上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝所必需的氧化劑流量，對(duì)使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)或使利用上述燃燒爐的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)進(jìn)行控制。
(31)一種固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于在把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑，設(shè)置有用上述利用燃燒工藝的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體對(duì)上述固體氧化物型燃料電池的發(fā)電用燃料進(jìn)行加熱和改質(zhì)的改質(zhì)器，而且，還設(shè)置有用上述改質(zhì)器的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)中，根據(jù)上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝所必需的氧化劑量，調(diào)整上述固體氧化物型燃料電池的氧化劑流量，并根據(jù)該固體氧化物型燃料電池用氧化劑流量和溫度，調(diào)整固體氧化物型燃料電池的電功率。
(32)一種固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于在把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑，設(shè)置有用上述利用燃燒工藝的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體對(duì)上述固體氧化物型燃料電池的發(fā)電用燃料進(jìn)行加熱和改質(zhì)的改質(zhì)器，而且，還設(shè)置有用上述改質(zhì)器的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器，而且，在上述固體氧化物型燃料電池與上述改質(zhì)器之間，設(shè)置使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)，在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)之間，設(shè)置使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)中，根據(jù)上述固體氧化物型燃料電池和上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝所必需的氧化劑流量，對(duì)使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)或使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)進(jìn)行控制。
(33)一種固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于在把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑，設(shè)置有用利用上述燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體對(duì)上述固體氧化物型燃料電池的發(fā)電用燃料進(jìn)行加熱和改質(zhì)的改質(zhì)器，而且，還設(shè)置有用上述改質(zhì)器的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器，而且，在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置供給溫度比從上述換熱器排出的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的溫度還低的氣體的手段或加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)中，根據(jù)上述固體氧化物型燃料電池所必需的氧化劑溫度，對(duì)上述供給低溫氣體的手段或上述進(jìn)行加熱的手段進(jìn)行控制。
(34)一種固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于在把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑，設(shè)置有用上述利用燃燒工藝的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體對(duì)上述固體氧化物型燃料電池的發(fā)電用燃料進(jìn)行加熱和改質(zhì)的改質(zhì)器，而且，還設(shè)置有用上述改質(zhì)器的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)中，在復(fù)合系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，僅僅使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝啟動(dòng)而不使上述固體氧化物型燃料電池啟動(dòng)，使用由于上述改質(zhì)器而過(guò)熱的上述固體氧化物型燃料電池的燃料電極一側(cè)吹掃氣體和上述換熱器加熱的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑，使上述固體氧化物型燃料電池升溫。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是由SOFC、燃燒工藝和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的模式圖。
圖2是由SOFC、燃燒工藝、改質(zhì)器和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的模式圖。
圖3是與圖2同樣的復(fù)合系統(tǒng)，是用不同的方式供給燃料改質(zhì)所必需的水蒸氣的情況下的復(fù)合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的模式圖。
圖4示出了由SOFC、燃燒工藝、改質(zhì)器和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的狀態(tài)。
圖5示出了處于完全平衡狀態(tài)的由SOFC、燃燒工藝和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)。
圖6示出了處于完全平衡狀態(tài)的由SOFC、燃燒工藝、改質(zhì)器和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)。
圖7示出了處于使用旁路管線(xiàn)A的狀態(tài)的由SOFC、燃燒工藝和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)。
圖8示出了處于使用旁路管線(xiàn)A的狀態(tài)的由SOFC、燃燒工藝、改質(zhì)器和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)。
圖9示出了處于使用旁路管線(xiàn)B的狀態(tài)的由SOFC、燃燒工藝和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)。
圖10示出了處于使用旁路管線(xiàn)B的狀態(tài)的由SOFC、燃燒工藝、改質(zhì)器和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)。
圖11示出了處于正在用加熱手段加熱SOFC用空氣的狀態(tài)的由SOFC、燃燒工藝和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)。
圖12示出了處于正在用加熱手段加熱SOFC用空氣的狀態(tài)的由SOFC、燃燒工藝、改質(zhì)器和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)。
圖13示出了處于使用旁路管線(xiàn)C的狀態(tài)的由SOFC、燃燒工藝和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)。
圖14示出了處于使用旁路管線(xiàn)C的狀態(tài)的由SOFC、燃燒工藝、改質(zhì)器和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)。
圖15示出了在本發(fā)明的由SOFC、燃燒工藝和熱交換器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)中，使SOFC和加熱爐進(jìn)行復(fù)合的實(shí)施例1的情況下的能量平衡。
圖16示出了比較例1的情況下的加熱爐自身的能量平衡。
圖17示出了比較例2的情況下的SOFC自身的能量平衡。
圖18示出了在本發(fā)明的由SOFC、燃燒工藝、改質(zhì)器和熱交換器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)中，使SOFC和輻射加熱管(RT)進(jìn)行復(fù)合的實(shí)施例2的情況下的能量平衡。
圖19示出了比較例3的情況下的輻射加熱管(RT)自身的能量平衡。
圖20示出了比較例4的情況下的SOFC自身的能量平衡。
優(yōu)選實(shí)施方案本發(fā)明是一種其特征在于把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)。在本發(fā)明的復(fù)合系統(tǒng)中，把伴隨著SOFC的動(dòng)作而產(chǎn)生的排出氣體，作為利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑供給利用燃燒的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)。
SOFC是以在高溫下動(dòng)作為特征的燃料電池，SOFC的排出氣體也為800～1000℃，溫度非常之高。為此，在構(gòu)成把SOFC的排出氣體用做供給高溫的氧化劑的理想的利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑的復(fù)合系統(tǒng)，并把SOFC的排出氣體供給該復(fù)合系統(tǒng)的情況下，就可以直接把SOFC的排出氣體用做燃燒用氧氣供給源，而無(wú)須通過(guò)換熱器，可以實(shí)現(xiàn)高的綜合效率。
可以在本發(fā)明中使用的SOFC的種類(lèi)沒(méi)有什么特別限定，可以使用圓筒型SOFC、平面型SOFC等各種SOFC，可根據(jù)使用用途或設(shè)置環(huán)境適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行選擇。
此外，SOFC的排出氣體，具有15～18體積％的氧氣和800～1000℃的溫度。為此，在使SOFC和燃燒工藝進(jìn)行復(fù)合的情況下，在可以直接利用高溫的SOFC的排出氣體的顯熱的同時(shí)，還具有可以在燃燒工藝中實(shí)施高溫燃燒的優(yōu)點(diǎn)。以下，對(duì)高溫燃燒進(jìn)行說(shuō)明。
必須給燃燒供給一定量的氧氣，通常大約為18體積％以上的氧濃度。在800℃以上的情況下，將變成人們稱(chēng)之為高溫燃燒的燃燒狀態(tài)，在該狀態(tài)下，具有即便是在低氧濃度下也可以燃燒，且傳熱效率高，對(duì)減少氮氧化物(NOx)也是有效的這樣的特征。
SOFC的排出氣體，如上所述，具備800～1000℃，氧濃度為15～18體積％的對(duì)于高溫燃燒合適的條件。因此，即便是在直接用做燃燒工藝用氧化劑而不進(jìn)行使用什么氣體改質(zhì)或熱交換器的加熱的情況下，也可以進(jìn)行具有上述特征的高溫燃燒。此外，還含有顯熱大、在SOFC中未使用的殘余燃料，作為燃燒工藝用氧化劑的供給源是非常有用的。就是說(shuō)，在把SOFC的排出氣體用做燃燒工藝用氧化劑的情況下，不僅可以有效地靈活運(yùn)用SOFC的排出氣體所具有的特性，作為復(fù)合系統(tǒng)提高綜合效率，還可以借助于高溫燃燒來(lái)提高燃燒工藝本身的效率。
利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝(以下，為了便于說(shuō)明起見(jiàn)，也簡(jiǎn)稱(chēng)為‘燃燒工藝’)，只要是利用燃燒的手段就沒(méi)有什么限定，可以應(yīng)用加熱爐、燃燒爐、鍋爐、干燥爐、熱風(fēng)爐、化學(xué)反應(yīng)爐等的各種手段。此外，也可以作成為使SOFC與燃燒工藝一體化的發(fā)電機(jī)燃燒器等的裝置形態(tài)，該形態(tài)也包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
作為由燃燒工藝用燃料供給手段供給燃燒工藝的燃燒工藝用燃料，雖然舉出了重油、甲烷、煤炭、丙烷、電熱等，但是并非特別要進(jìn)行限定。燃燒工藝的燃燒溫度也沒(méi)有什么特別限定，在希望更高的燃燒溫度的情況下，只要增加燃料供給量即可。另外，燃燒工藝，雖然如上所述可以應(yīng)用加熱爐等的各種的手段，但是為了得到利用高溫SOFC的排出氣體的高溫燃燒的效果，理想的是應(yīng)用可以施行800℃以上的高溫處理的燃燒工藝，作為合適的例子可以舉出具備加熱爐或輻射加熱管的熱處理爐。輻射加熱管是一種在管內(nèi)進(jìn)行燃燒、輻射加熱處于管外的被加熱體的部件，可以使用各種眾所周知的輻射加熱管。
為進(jìn)一步提高復(fù)合系統(tǒng)的綜合效率，理想的是設(shè)置用燃燒工藝的排出氣體使SOFC用氧化劑過(guò)熱的換熱器。換熱器可以單獨(dú)或組合起來(lái)使用對(duì)流熱交換器、順流熱交換器等各種眾所周知的換熱器，沒(méi)有什么特別限定。
由SOFC、燃燒工藝和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的模式圖示于圖1。以下說(shuō)明該復(fù)合系統(tǒng)中的氣體的基本的流動(dòng)。
首先，SOFC用氧化劑10在換熱器9中被加熱，供給SOFC1。若考慮運(yùn)行成本，則SOFC用氧化劑10理想的是空氣，但是，并不限定于空氣，在供往SOFC的氧濃度不足的情況下則可以提高氧濃度。SOFC用氧化劑的供給方法沒(méi)有什么特別限定，可以使用鼓風(fēng)機(jī)等各種眾所周知的技術(shù)。在SOFC1中，還另外設(shè)有SOFC用燃料供給手段，可以借助其供給SOFC用燃料12，借助于在900～1000℃下的電池反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電。在進(jìn)行SOFC用燃料的改質(zhì)時(shí)，可以設(shè)置利用存在水蒸氣的發(fā)電反應(yīng)后的燃料氣體和SOFC反應(yīng)熱的內(nèi)部改質(zhì)手段或利用加熱爐排熱或SOFC排熱等的熱源的外部改質(zhì)手段。另外，至于改質(zhì)將在后邊講述。
從SOFC排出來(lái)的800～1000℃的排出氣體2，作為燃燒工藝用氧化劑與燃燒工藝用燃料4一起被供給燃燒工藝3，從進(jìn)行燃燒的燃燒工藝3排出來(lái)的高溫的燃燒工藝排出氣體5，被送往換熱器9，用來(lái)加熱SOFC用氧化劑。在用來(lái)加熱SOFC用氧化劑的排出氣體中殘存有熱能的情況下，如后所述，該熱能還可以進(jìn)一步再利用。
在本發(fā)明的復(fù)合系統(tǒng)中，理想的是設(shè)置供給比從換熱器排出來(lái)的SOFC用氧化劑溫度還低的低溫的氣體的手段。在設(shè)置有這樣的供給手段的情況下，在被換熱器加熱后的SOFC用氧化劑比SOFC1所必需的氧化劑溫度還高時(shí)，就可以供給低溫的氣體，降低SOFC用氧化劑的溫度。所供給的低溫的氣體只要是在使SOFC動(dòng)作方面不會(huì)產(chǎn)生什么壞處的氣體，就沒(méi)有什么特別限定，可以舉出空氣或氧氣等。供給手段除去可以設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)等的各種眾所周知的手段外，還可以設(shè)置如圖1所示使換熱器成為旁路的管線(xiàn)(旁路管線(xiàn)C)18。在設(shè)置有旁路管線(xiàn)的情況下，可以使復(fù)合系統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)化。
此外，理想的是在換熱器9與SOFC1之間，設(shè)置SOFC用氧化劑的加熱手段19。設(shè)置加熱手段19，就可以在用換熱器9加熱后的SOFC用氧化劑的溫度達(dá)不到SOFC1所必需的溫度的情況下，用加熱手段19來(lái)提高SOFC用氧化劑的溫度。作為加熱手段19，可以舉出向SOFC用氧化劑中供給燃料使之燃燒的手段或再設(shè)置熱交換器進(jìn)行加熱的手段等。在供給燃料使之燃燒的情況下雖然結(jié)果變成減少向SOFC1供給的氧氣量，但是，通常在SOFC用氧化劑中含有過(guò)剩量的氧氣，即便是在數(shù)十到數(shù)百℃的升溫中使用氧氣也不會(huì)對(duì)發(fā)電有影響。
另外，設(shè)置旁路管線(xiàn)C18和加熱手段19這兩者，則不言而喻構(gòu)筑無(wú)論在被換熱器9加熱后的SOFC用氧化劑比SOFC1所必需的氧化劑溫度還高或還低時(shí)都可以應(yīng)對(duì)的復(fù)合系統(tǒng)是可能的。此外，雖然也可以借助于對(duì)SOFC用氧化劑的流量調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)以取代設(shè)置旁路管線(xiàn)C18和加熱手段19，但是，在該場(chǎng)合下，存在著取決于換熱器出口一側(cè)的SOFC用氧化劑溫度而變得難于應(yīng)對(duì)，適應(yīng)范圍窄的情況，這一點(diǎn)必須留意。
其次，對(duì)采用在把這樣的SOFC1和燃燒工藝3組合起來(lái)的復(fù)合系統(tǒng)中還含有改質(zhì)器的辦法，可以解決上邊所說(shuō)的1)～3)的那些問(wèn)題的本發(fā)明的復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。
圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的模式圖，其中，與燃燒工藝用燃料4一起，作為燃燒工藝3用氧化劑向燃燒工藝3內(nèi)導(dǎo)入SOFC1的排出氣體2，在對(duì)SOFC用燃料12進(jìn)行加熱和改質(zhì)的改質(zhì)器6中使用該燃燒工藝3的排出氣體5，接著為了加熱SOFC用氧化劑10向換熱器9供給改質(zhì)器6的排出氣體8。
在該復(fù)合系統(tǒng)中，向SOFC1供給SOFC用氧化劑10和已經(jīng)改質(zhì)完畢的燃料11，進(jìn)行發(fā)電。
從燃燒工藝3排出來(lái)的燃燒工藝的排出氣體5，被運(yùn)輸至改質(zhì)器6，用作可以改質(zhì)的燃料混合物7的加熱和改質(zhì)的熱源。改質(zhì)器6中的改質(zhì)，一般是使用改質(zhì)觸媒對(duì)烴系SOFC燃料12進(jìn)行水蒸氣改質(zhì)，向SOFC1供給作為主成分含有氫和一氧化碳的已經(jīng)改質(zhì)完畢的燃料11。至于改質(zhì)反應(yīng)，若對(duì)用甲烷和乙烷(天然氣)的情況進(jìn)行例示，則可以用下式表示(I)(II)(III)(IV)該燃料改質(zhì)反應(yīng)一般地說(shuō)在700℃以上會(huì)進(jìn)行得很好。為此，燃燒工藝的排出氣體5，理想地說(shuō)在700℃以上，具體地說(shuō)，該燃燒工藝?yán)硐氲氖蔷邆漭椛浼訜峁艿臒崽幚頎t。這是因?yàn)閬?lái)自輻射加熱管的排出氣體溫度可成為高達(dá)1000℃的高溫的緣故。
向改質(zhì)器6進(jìn)行的燃料供給，如圖2所示，在發(fā)電完畢的燃料混合手段15中，使含有水蒸氣、二氧化碳的發(fā)電完畢的燃料13與烴系SOFC用燃料12進(jìn)行混合，變成為可改質(zhì)燃料混合物7進(jìn)行供給。作為發(fā)電完畢的燃料混合手段15，可以舉出噴射泵、循環(huán)泵等。
改質(zhì)器6，可以使用對(duì)流熱交換器、順流熱交換器等的各種眾所周知的熱交換器的可改質(zhì)燃料混合物7通過(guò)路徑填充了改質(zhì)用觸媒的改質(zhì)器，沒(méi)有特別限定。改質(zhì)用觸媒也可以使用通常使用的改質(zhì)觸媒，可以舉出Ni系觸媒、Pt-Ni系觸媒、Pd-Zn系觸媒、Cu-Zn系觸媒等。
如上所述，采用向改質(zhì)器6導(dǎo)入燃燒工藝的排出氣體5的辦法，就可以有效地靈活運(yùn)用燃燒工藝的排出氣體5所具有的熱量。特別是在燃燒工藝的排出氣體5為高溫的情況下，可以得到明顯的效果。
此外，在對(duì)可改質(zhì)燃料混合物7進(jìn)行改質(zhì)的情況下，以往，需要進(jìn)行本身為吸熱反應(yīng)的水蒸氣改質(zhì)反應(yīng)的復(fù)雜的內(nèi)部改質(zhì)手段或者在必需外部熱源的同時(shí)，還需要由于散熱損耗等在能量效率方面不能令人滿(mǎn)意的外部改質(zhì)手段。在本發(fā)明中，在用設(shè)置在SOFC的外部的改質(zhì)器6進(jìn)行可改質(zhì)燃料混合物7的改質(zhì)之際，由于可以靈活運(yùn)用構(gòu)成復(fù)合系統(tǒng)的燃燒工藝3的排出氣體5，故不需要特別設(shè)置向改質(zhì)器6供給熱的手段。因此，可以使SOFC1的構(gòu)成簡(jiǎn)化，而且，可以實(shí)現(xiàn)能量效率的提高。
圖3是與烴系SOFC用燃料12一起把水蒸氣14作為可改質(zhì)燃料混合物7供往改質(zhì)器6而不設(shè)置發(fā)電完畢燃料混合手段15的方案，這樣的改良方案也包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。作為水蒸氣14的產(chǎn)生手段，可以考慮利用換熱器9的排出氣體等的方案(未畫(huà)出來(lái))。
再有，作為SOFC1的啟動(dòng)時(shí)的升溫手段，可以有效地靈活運(yùn)用改質(zhì)器6。參看圖4對(duì)該作用進(jìn)行說(shuō)明。首先，為了防止燃料電極的氧化，向SOFC1的燃料電極一側(cè)供給以氮?dú)饣驓錃鉃橹黧w的吹掃氣體20，向SOFC1的空氣電極一側(cè)供給SOFC用氧化劑10。然后，僅僅使燃燒工藝3動(dòng)作而不使SOFC1動(dòng)作，向改質(zhì)器6導(dǎo)入高溫的燃燒工藝的排出氣體5。吹掃氣體20在改質(zhì)器6中被加熱，加熱后的吹掃氣體20被輸運(yùn)到SOFC1的燃料電極一側(cè)。在燃燒工藝3是還原氣氛爐的情況下，可以把燃燒工藝3的還原氣體作為SOFC的燃料電極吹掃氣體20共用，可以簡(jiǎn)化復(fù)合系統(tǒng)的構(gòu)成，可以削減設(shè)備成本。作為還原氣氛爐，可以舉出浸炭爐和燒入爐等，作為還原氣體，一般地說(shuō)可以舉出含有氫氣的氣體，而作為除氫氣之外可以含有的成分，則可以舉出氦氣、氬氣、氮?dú)獾鹊亩栊詺怏w。另外，在燃燒工藝3為還原氣氛爐的情況下，也可以用其它的升溫手段而并非要作成用改質(zhì)器6使還原氣體升溫的構(gòu)成不可。即便是在該情況下，也可以使復(fù)合系統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)化，可以得到削減設(shè)備成本的效果。
在燃燒工藝3不是還原氣氛爐的情況下，可以設(shè)置以氮?dú)饣驓錃鉃橹黧w的吹掃氣體供給手段，而吹掃氣體供給手段可以使用流量可控的泵等的一般的手段。
在具備換熱器9的復(fù)合系統(tǒng)中，由于改質(zhì)器的排出氣體8，換熱器9也被加熱，SOFC氧化劑10被加熱。于是，就可以借助于高溫的吹掃氣體20或SOFC氧化劑10的作用把SOFC1加熱到動(dòng)作溫度。當(dāng)SOFC1達(dá)到動(dòng)作溫度時(shí)，供給改質(zhì)器6的氣體就從吹掃氣體20漸漸地向發(fā)電燃料12變化，開(kāi)始SOFC1的發(fā)電。由于像這樣地靈活運(yùn)用燃燒工藝5和改質(zhì)器6就可以加熱SOFC1，故就不必再設(shè)置用于SOFC1的加熱升溫的特別的裝置，裝置構(gòu)成可以簡(jiǎn)化，可以削減設(shè)備成本。此外，在SOFC1啟動(dòng)時(shí)，在把SOFC用燃料12、可改質(zhì)燃料混合物7和改質(zhì)完畢燃料11所要通過(guò)的管線(xiàn)并用作吹掃氣體20所要通過(guò)的管線(xiàn)的情況下，可以使裝置構(gòu)成進(jìn)一步簡(jiǎn)化，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備成本的削減。在并用管線(xiàn)的情況下，可用閥門(mén)對(duì)要通過(guò)的氣體進(jìn)行控制。
如上所述，雖然可以借助于設(shè)置改質(zhì)器6來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合效率的提高，但是要想得到更高的綜合效率，則理想的是設(shè)置換熱器9。換熱器9如圖2所示可以設(shè)置為使得可以用改質(zhì)器的排出氣體8加熱SOFC用氧化劑10。此外，只要在復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行方面不會(huì)特別地產(chǎn)生什么問(wèn)題，也可以使改質(zhì)器6和換熱器9的位置倒過(guò)來(lái)，把換熱器9設(shè)置在燃燒工藝3和改質(zhì)器6之間。在該情況下，就可以用燃燒工藝的排出氣體5的熱量，用換熱器9加熱SOFC用氧化劑10。接著，用換熱器9的排出氣體的熱量，用改質(zhì)器加熱可改質(zhì)燃料混合物7。但是，由于在改質(zhì)器6中的改質(zhì)反應(yīng)如上所述理想的是在700℃以上進(jìn)行，故可以說(shuō)如果考慮改質(zhì)反應(yīng)的控制則向換熱器9內(nèi)導(dǎo)入改質(zhì)器6的排出氣體8的方案更為理想。另外，以下的說(shuō)明，雖然為方便起見(jiàn)，說(shuō)明的是如圖2所示設(shè)置用改質(zhì)器的排出氣體8加熱SOFC用氧化劑10的換熱器9的方案，但是對(duì)于把換熱器9設(shè)置在燃燒工藝3和改質(zhì)器6之間的方案也同樣地可以適用。因此，在本發(fā)明中，‘用燃燒工藝的排出氣體’，作為一種概念，除去直接向改質(zhì)器6供給燃燒工藝的排出氣體5的方案之外，也包括通過(guò)換熱器9等向改質(zhì)器6間接地供給燃燒工藝的排出氣體5的方案。
被換熱器9加熱后的SOFC用氧化劑10被供給SOFC1，用來(lái)進(jìn)行發(fā)電。作為SOFC用氧化劑10，可以使用空氣、氧氣和借助于氧氣的混入而調(diào)整了氧濃度的高氧氣體等。
如上所述，雖然說(shuō)明的是本發(fā)明的由SOFC和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)以及由SOFC、燃燒系統(tǒng)、改質(zhì)器和換熱器構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)，但是在進(jìn)行實(shí)際的復(fù)合系統(tǒng)的作業(yè)時(shí)，有時(shí)候要在燃燒工藝3所必需的燃燒工藝用氧化劑流量和SOFC的排出氣體2流量不同的狀態(tài)下進(jìn)行作業(yè)。這時(shí)，當(dāng)使運(yùn)行條件與一方所必需的流量相吻合時(shí)，則不能充分地靈活運(yùn)用另一方的功能而使綜合效率降低。此外，雖然作為復(fù)合系統(tǒng)的最佳運(yùn)行點(diǎn)(最大效率點(diǎn))會(huì)隨著燃燒工藝3或SOFC1的運(yùn)行條件的變化而變動(dòng)，但是從穩(wěn)定作業(yè)的觀點(diǎn)來(lái)看，雙方的運(yùn)行條件頻繁地變動(dòng)是不理想的，特別是運(yùn)行條件的急劇地變化存在著會(huì)對(duì)SOFC1造成損傷的危險(xiǎn)。
為解決該問(wèn)題，理想的是如圖1所示在SOFC1與換熱器9之間，或者如圖2、圖3所示在SOFC1與改質(zhì)器6之間，設(shè)置SOFC的排出氣體2的一部分使燃燒工藝3成為旁路的管線(xiàn)(旁路管線(xiàn)A)16。借此，就可以針對(duì)SOFC的排出氣體2的過(guò)剩供給，確保燃燒工藝3的穩(wěn)定作業(yè)，同時(shí)，還可以繼續(xù)進(jìn)行向換熱器9或改質(zhì)器6進(jìn)行的熱供給和SOFC1的發(fā)電。在燃燒工藝3與改質(zhì)器6之間設(shè)置換熱器9的情況下，理想的是在SOFC1與換熱器9之間，設(shè)置SOFC的排出氣體2的一部分使燃燒工藝3成為旁路的管線(xiàn)(旁路管線(xiàn)A)16。
另外，在圖1中，旁路管線(xiàn)A16的換熱器一側(cè)端，雖然從提高熱效率的觀點(diǎn)看，理想的是設(shè)置在燃燒工藝3與換熱器9之間，但是根據(jù)復(fù)合系統(tǒng)的設(shè)置環(huán)境或運(yùn)行條件也可以設(shè)置為使得不通過(guò)換熱器9地作為排出氣體排出。
此外，為了向燃燒工藝3供給未經(jīng)過(guò)SOFC1的氧化劑，理想的是在換熱器9與燃燒工藝3之間設(shè)置使SOFC成為旁路的管線(xiàn)(旁路管線(xiàn)B)17。借此，可以彌補(bǔ)燃燒工藝用氧化劑流量的不足。
旁路管線(xiàn)B17的換熱器一側(cè)端，雖然從提高熱效率的觀點(diǎn)看，理想的是設(shè)置在換熱器9與加熱手段19(在未設(shè)置加熱手段19的情況下，則為SOFC1)之間，但是根據(jù)復(fù)合系統(tǒng)的設(shè)置環(huán)境、運(yùn)行條件，也可以把上述一側(cè)端設(shè)置在加熱手段19與SOFC1之間，使得既可以輸運(yùn)供往換熱器9之前的SOFC用氧化劑，也可以輸運(yùn)被加熱手段19加熱后的SOFC用氧化劑。
此外，在本發(fā)明的復(fù)合系統(tǒng)中，如上所述，也可以設(shè)置供給溫度比從換熱器9排出來(lái)的SOFC氧化劑溫度還低的氣體的手段。在設(shè)置這樣的供給手段的情況下，就可以在被換熱器9加熱后的SOFC用氧化劑10比SOFC1所必需的氧化劑溫度還高時(shí)供給低溫的氣體，以降低SOFC用氧化劑10的溫度。所供給的低溫的氣體，只要是在使SOFC1動(dòng)作方面不會(huì)產(chǎn)生什么壞處的氣體，就沒(méi)有什么特別限定，可以舉出空氣或氧氣等。供給手段除去可以設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)等的各種眾所周知的手段外，還可以設(shè)置如圖1～圖3所示使換熱器9成為旁路的管線(xiàn)(旁路管線(xiàn)C)18。在設(shè)置有旁路管線(xiàn)的情況下，可以使復(fù)合系統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)化。
此外，如上所述，也可以在換熱器9與SOFC1之間，設(shè)置SOFC用氧化劑10的加熱手段19。設(shè)置加熱手段19，就可以在用換熱器9加熱后的SOFC用氧化劑的溫度達(dá)不到SOFC1所必需的溫度的情況下，用加熱手段19來(lái)提高SOFC用氧化劑的溫度。作為加熱手段19，可以舉出向SOFC用氧化劑中供給燃料使之燃燒的手段或再設(shè)置熱交換器進(jìn)行加熱的手段等。在供給燃料使之燃燒的情況下雖然結(jié)果變成減少向SOFC1供給的氧氣量，但是，通常在SOFC用氧化劑中含有相對(duì)于發(fā)電過(guò)剩量的氧氣，即便是在數(shù)十到數(shù)百℃的升溫中使用氧氣也不會(huì)對(duì)發(fā)電有影響。
在SOFC1的各個(gè)旁路管線(xiàn)上，理想的是設(shè)置閥門(mén)(未畫(huà)出來(lái))以控制氣體流量。借此，就可以迅速地把氣體流量控制為使得對(duì)于燃燒工藝與SOFC的作業(yè)狀態(tài)的變化來(lái)說(shuō)綜合效率成為最大。具體地說(shuō)，可以在旁路管線(xiàn)中設(shè)置由不銹鋼、鎳合金、陶瓷等的耐熱材料構(gòu)成的開(kāi)閉率可控的可變角度閥門(mén)等。旁路管線(xiàn)等的氣體輸運(yùn)管線(xiàn)，并不限定于這些，可以使用已施行過(guò)耐火襯砌的不銹鋼等的材料，并借助于用凸緣進(jìn)行的螺栓接合或熔接接合連接到把各個(gè)裝置連接起來(lái)的管道上。
以下，對(duì)旁路管線(xiàn)的作用以及本發(fā)明的復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行方法進(jìn)行說(shuō)明。
在圖5的情況下，示出了在用換熱器9回收燃燒工藝3的排熱時(shí)，此外，在圖6的情況下，示出了用換熱器9回收改質(zhì)器6的排熱時(shí)，SOFC1中可以使用被換熱器9加熱后的SOFC用氧化劑的全部的量，可以最大限度地利用燃燒工藝3的排熱，而且，SOFC的排出氣體2的全部的量都進(jìn)入到燃燒工藝3內(nèi)的狀態(tài)。把該狀態(tài)定義為完全平衡狀態(tài)。在完全平衡狀態(tài)的情況下，綜合效率也將變?yōu)樽罡摺?br> 為了不論何時(shí)都保持完全平衡狀態(tài)，也有這樣的方法與燃燒工藝3所必需的氧化劑量相吻合地調(diào)整SOFC用氧化劑10的流量，與該SOFC用氧化劑10的流量和溫度相吻合地調(diào)整SOFC電功率，而無(wú)須設(shè)置旁路管線(xiàn)A16或旁路管線(xiàn)B17。在該情況下，要把SOFC用氧化劑10的流量調(diào)整為使得SOFC的排出氣體2變?yōu)榕c燃燒工藝3所必需的氧化劑量同量，并根據(jù)從換熱器9排出來(lái)的SOFC用氧化劑10的溫度決定得以維持SOFC1可以動(dòng)作的溫度的電功率。在使SOFC1和燃燒工藝3在一定的范圍的動(dòng)作條件下運(yùn)行的情況下，即便是不設(shè)置旁路管線(xiàn)A16或旁路管線(xiàn)B17也可以得到高的綜合效率。因此，在不設(shè)置旁路管線(xiàn)等的情況下，與設(shè)置的情況下比較起來(lái)可以壓低裝置成本。
但是，由于SOFC1或燃燒工藝3的處理能力，或者，在以各自獨(dú)立的設(shè)計(jì)使SOFC1和燃燒工藝3運(yùn)行的情況下，要保持完全平衡狀態(tài)是困難的。在該情況下，可以用旁路管線(xiàn)A16、旁路管線(xiàn)B17、旁路管線(xiàn)C18、加熱手段19進(jìn)行控制，使得可以得到最高的綜合效率。
例如，在與SOFC1所必需的氧化劑流量相比燃燒工藝3所必需的氧化劑流量這一方少的情況下，如圖7或圖8所示，采用靈活運(yùn)用旁路管線(xiàn)A16的辦法，就可以保持SOFC1所必需的氧化劑流量與燃燒工藝3所必需的氧化劑流量之間的平衡。在該情況下，SOFC的排出氣體2之中未被輸運(yùn)到燃燒工藝3內(nèi)的部分，如圖7所示，用旁路管線(xiàn)A16輸運(yùn)至換熱器9，或者，如圖8所示，輸運(yùn)至改質(zhì)器6，以有效地靈活運(yùn)用SOFC的排出氣體2所具有的顯熱。借此可以抑制復(fù)合系統(tǒng)的綜合效率降低。
另一方面，有時(shí)候比起SOFC1所必需的氧化劑流量來(lái)燃燒工藝3所必需的氧化劑流量這一方多。在該情況下，采用如圖9或圖10所示靈活運(yùn)用旁路管線(xiàn)B17的辦法，就可以對(duì)燃燒工藝3所必需的氧化劑流量的不足的量進(jìn)行補(bǔ)償。旁路管線(xiàn)B17從提高綜合效率的觀點(diǎn)看，理想的是輸運(yùn)被換熱器9加熱后的空氣。
此外，在用換熱器9加熱后的SOFC用氧化劑10的溫度達(dá)不到SOFC1所必需的溫度的情況下，可以用加熱手段19加熱SOFC用氧化劑10，提高SOFC用氧化劑10的溫度(圖11或圖12)。反之，在被換熱器9加熱后的SOFC用氧化劑10的溫度比SOFC1所必需的溫度高的情況下，則可以采用使用旁路管線(xiàn)C18的辦法，降低SOFC用氧化劑10的溫度(圖13或圖14)。也可以用鼓風(fēng)機(jī)等取代旁路管線(xiàn)C18供給溫度比通過(guò)換熱器9后的SOFC用氧化劑10的溫度還低的空氣或氧氣。
另外，在本發(fā)明的復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行之際，上邊所說(shuō)的旁路管線(xiàn)A～C和加熱手段等可以自由地進(jìn)行組合。
此外，作為復(fù)合系統(tǒng)的旁路管線(xiàn)A16和旁路管線(xiàn)B17的控制方法，可以舉出這樣的方法從對(duì)于燃燒工藝3和SOFC1的作業(yè)指令計(jì)算必要的氧化劑量，并據(jù)此對(duì)設(shè)置在旁路管線(xiàn)A16和旁路管線(xiàn)B17上的閥門(mén)(未畫(huà)出來(lái))下達(dá)指示。作為旁路管線(xiàn)C18和加熱手段19的控制方法，可以舉出這樣的方法根據(jù)由設(shè)置在換熱器9的SOFC一側(cè)出口附近的溫度傳感器(未畫(huà)出來(lái))得到的信息，對(duì)旁路管線(xiàn)C18或加熱手段19下達(dá)使SOFC用氧化劑10的溫度成為SOFC1所必需的溫度的指示。
實(shí)施例與用SOFC自身時(shí)的能量平衡和用加熱爐自身的能量平衡進(jìn)行比較地示出了作為燃燒工藝使用加熱爐的情況下的復(fù)合系統(tǒng)的能量平衡。
<實(shí)施例1SOFC和加熱爐二者的復(fù)合系統(tǒng)>
圖15示出了以鋼片加熱熱量當(dāng)作100時(shí)的SOFC和加熱爐二者的復(fù)合系統(tǒng)的能量平衡。熱效率可由下式<1>求得 對(duì)于加熱爐的熱效率為68％，對(duì)于SOFC的熱效率為50％。此外，復(fù)合系統(tǒng)整體的熱效率為70％。
<比較例1加熱爐自身>
圖16示出了以鋼片加熱熱量當(dāng)作100時(shí)的加熱爐自身的能量平衡。根據(jù)上述式<1>求熱效率，加熱爐的熱效率為68％。
<比較例2SOFC自身>
圖17示出了以實(shí)施例1中的SOFC發(fā)電量24為基準(zhǔn)時(shí)的SOFC的能量平衡。根據(jù)上述式<1>求熱效率，SOFC的熱效率為50％。
由實(shí)施例和比較例可知，實(shí)施例的本發(fā)明的復(fù)合系統(tǒng)的效率非常高。特別是可以用作為把SOFC組裝到已有的加熱爐內(nèi)去的情況下的指標(biāo)的下述式<2>表示的SOFC的視在發(fā)電效率為83％，顯示出極其優(yōu)良的數(shù)值。 (式中，a是在復(fù)合系統(tǒng)中使燃燒工藝變更的情況下得到的電功率，b是在復(fù)合系統(tǒng)中使燃燒工藝變更的情況下的燃料增加量)。
其次，與用輻射加熱管自身時(shí)的能量平衡和用SOFC自身時(shí)的能量平衡進(jìn)行比較地示出了已組裝了作為燃燒工藝使用鋼板熱處理爐的輻射加熱管的情況下的改質(zhì)器的復(fù)合系統(tǒng)的能量平衡。
<實(shí)施例2SOFC和輻射加熱管(TR)二者的復(fù)合系統(tǒng)>
圖18示出了SOFC和輻射加熱管二者的復(fù)合系統(tǒng)的必要的燃料當(dāng)作100時(shí)的能量平衡。作為SOFC用燃料，使用城市煤氣。熱效率可由下式<3>定義 對(duì)于輻射加熱管的熱效率為75％，對(duì)于SOFC的熱效率為47％。此外，復(fù)合系統(tǒng)整體的熱效率為79％。
<比較例3輻射加熱管自身>
圖19示出了把用輻射加熱管時(shí)所產(chǎn)生的熱量當(dāng)作70時(shí)的用輻射加熱管自身時(shí)的能量平衡。為進(jìn)行比較，把換熱器的熱回收效率作成與復(fù)合系統(tǒng)相同。根據(jù)上述式<3>求熱效率，輻射加熱管的熱效率為75％。
<比較例4SOFC自身>
圖20示出了把SOFC發(fā)電量定為9的情況下的用SOFC自身時(shí)的能量平衡。為進(jìn)行比較，對(duì)把城市煤氣用做SOFC用燃料，用SOFC的排出氣體的熱能進(jìn)行燃料改質(zhì)的情況計(jì)算能量平衡。根據(jù)上述式<3>求熱效率，SOFC的熱效率為47％。
如實(shí)施例和比較例所示，實(shí)施例的本發(fā)明的復(fù)合系統(tǒng)的效率非常優(yōu)良。
工業(yè)上的利用性在本發(fā)明的復(fù)合系統(tǒng)中，伴隨著SOFC的工作而產(chǎn)生的排出氣體直接用做燃燒工藝用氧化劑。由于SOFC的排出氣體是800～1000℃的非常高的高溫，且具有氧濃度為15～18％的特性，故可以有效地利用SOFC的排出氣體的顯熱，此外，由于可以利用殘存于SOFC的排出氣體中的SOFC的未使用燃料，故可以提高復(fù)合系統(tǒng)的綜合效率。特別是，在組裝到現(xiàn)有的燃燒工藝中去的情況下，由于現(xiàn)有的鼓風(fēng)機(jī)、換熱器等的設(shè)備可以兼用，故用少的投資進(jìn)行綜合效率高的SOFC發(fā)電廠(chǎng)的建設(shè)是可能的，這時(shí)的SOFC的視在發(fā)電效率為80％以上，是極其出色的效率。如上所述，可以得到綜合效率的提高、設(shè)備成本的削減、裝置的簡(jiǎn)化等的效果。
除去上述效果之外，還可以借助于設(shè)置可以利用燃燒工藝的排出氣體所具有的熱量的改質(zhì)器實(shí)現(xiàn)綜合效率的提高。此外，由于用改質(zhì)器進(jìn)行改質(zhì)的改質(zhì)完畢的燃料可以用做固體氧化物型燃料電池的發(fā)電用燃料，故在SOFC本體內(nèi)部不再需要改質(zhì)器，因而，可以簡(jiǎn)化SOFC的構(gòu)造。再有，作為SOFC啟動(dòng)時(shí)的升溫手段可以有效地靈活運(yùn)用改質(zhì)器。
對(duì)于本申請(qǐng)發(fā)明的復(fù)合系統(tǒng)的作業(yè)來(lái)說(shuō)，可以采用與燃燒工藝所必需的氧化劑流量相吻合地調(diào)整SOFC的氧化劑流量和電功率的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率的作業(yè)。還可以采用在復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置旁路管線(xiàn)或加熱手段的辦法，靈活地調(diào)整SOFC用氧化劑和燃燒工藝用氧化劑的溫度、流量、氧濃度，即便是在SOFC或燃燒工藝的作業(yè)條件會(huì)進(jìn)行變化的情況下，也可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定作業(yè)。再者，由于采用在復(fù)合系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，最初僅僅使燃燒工藝啟動(dòng)的辦法，加熱改質(zhì)器(在具備換熱器的情況下還有換熱器)，使SOFC升溫到工作溫度，故不再需要SOFC啟動(dòng)用的專(zhuān)用加熱裝置，可以實(shí)現(xiàn)裝置的簡(jiǎn)化和設(shè)備成本的削減。
此外，在燃燒工藝為還原氣氛爐的情況下，還可以把還原氣氛爐的還原氣體作為SOFC啟動(dòng)時(shí)使用的燃料電極一側(cè)吹掃氣體共用，因而不再需要設(shè)置SOFC啟動(dòng)用的專(zhuān)用吹掃氣體供給手段。
權(quán)利要求
1.一種固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有用上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置供給溫度比從上述換熱器排出的的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的溫度還低的氣體的手段。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述供給低溫的氣體的手段，是使上述換熱器成為旁路的管線(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2～4中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段。
6.根據(jù)權(quán)利要求2～4中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2～4中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段，而且，在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2～4中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述固體氧化物型燃料電池與上述換熱器之間，設(shè)置使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2～4中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)，而且，在上述固體氧化物型燃料電池與上述換熱器之間，設(shè)置使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2～4中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段，而且，在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)，此外，在上述固體氧化物型燃料電池與上述換熱器之間，設(shè)置使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)。
11.一種把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有用上述利用燃燒工藝的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體對(duì)上述固體氧化物型燃料電池的發(fā)電用燃料進(jìn)行加熱和改質(zhì)的改質(zhì)器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有用上述改質(zhì)器的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述固體氧化物型燃料電池與上述改質(zhì)器之間，設(shè)置有使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有用上述改質(zhì)器的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器，而且，在上述固體氧化物型燃料電池與上述改質(zhì)器之間，設(shè)置有使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12～14中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述改質(zhì)器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置有使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12～14中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置供給溫度比從上述換熱器排出的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的溫度還低的氣體的手段。
17.根據(jù)權(quán)利要求12～14中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置有使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)，而且，在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置供給溫度比從上述換熱器排出的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的溫度還低的氣體的手段。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述供給低溫的氣體的手段是使上述換熱器成為旁路的管線(xiàn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述供給低溫的氣體的手段是使上述換熱器成為旁路的管線(xiàn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求12～14中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段。
21.根據(jù)權(quán)利要求12～14中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置有使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)，而且，在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段。
22.根據(jù)權(quán)利要求12～14中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置供給溫度比從上述換熱器排出的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的溫度還低的氣體的手段，而且，在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段。
23.根據(jù)權(quán)利要求12～14中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置有使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)，而且，在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置供給溫度比從上述換熱器排出的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的溫度還低的氣體的手段，此外，在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述供給低溫的氣體的手段是使上述換熱器成為旁路的管線(xiàn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述供給低溫的氣體的手段是使上述換熱器成為旁路的管線(xiàn)。
26.根據(jù)權(quán)利要求1～4、11～14中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝是加熱爐。
27.根據(jù)權(quán)利要求1～4、11～14中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝是具備輻射發(fā)熱管的熱處理爐。
28.根據(jù)權(quán)利要求1～4、11～14中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝是還原氣氛爐，該還原氣氛爐所使用的還原氣體作為上述固體氧化物型燃料電池的燃料電極一側(cè)吹掃氣體進(jìn)行共用。
29.一種固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于在把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑，設(shè)置有用上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器，而且，在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置有加熱從上述換熱器排出的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)中，根據(jù)上述固體氧化物型燃料電池所必需的氧化劑溫度，對(duì)供給上述低溫氣體的手段或進(jìn)行上述加熱的手段進(jìn)行控制。
30.一種固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于在把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑，設(shè)置有用上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器，而且，在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝之間，設(shè)置使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)，此外，在上述固體氧化物型燃料電池與上述換熱器之間，設(shè)置有使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)中，根據(jù)上述固體氧化物型燃料電池和上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝所必需的氧化劑流量，對(duì)使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)或使上述利用燃燒爐的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)進(jìn)行控制。
31.一種固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于在把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑，設(shè)置有用上述利用燃燒工藝的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體對(duì)上述固體氧化物型燃料電池的發(fā)電用燃料進(jìn)行加熱和改質(zhì)的改質(zhì)器，而且，還設(shè)置有用上述改質(zhì)器的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)中，根據(jù)上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝所必需的氧化劑量，調(diào)整上述固體氧化物型燃料電池的氧化劑流量，并根據(jù)該固體氧化物型燃料電池用氧化劑流量和溫度，調(diào)整固體氧化物型燃料電池的電功率。
32.一種固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于在把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑，設(shè)置有用上述利用燃燒工藝的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體對(duì)上述固體氧化物型燃料電池的發(fā)電用燃料進(jìn)行加熱和改質(zhì)的改質(zhì)器，而且，還設(shè)置有用上述改質(zhì)器的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器，而且，在上述固體氧化物型燃料電池與上述改質(zhì)器之間，設(shè)置使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)，在上述換熱器與上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)之間，設(shè)置使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)中，根據(jù)上述固體氧化物型燃料電池和上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝所必需的氧化劑流量，對(duì)使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)或使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn)進(jìn)行控制。
33.一種固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于在把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑，設(shè)置有用上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體對(duì)上述固體氧化物型燃料電池的發(fā)電用燃料進(jìn)行加熱和改質(zhì)的改質(zhì)器，而且，還設(shè)置有用上述改質(zhì)器的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器，而且，在上述換熱器與上述固體氧化物型燃料電池之間，設(shè)置供給溫度比從上述換熱器排出的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的溫度還低的氣體的手段或加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)中，根據(jù)上述固體氧化物型燃料電池所必需的氧化劑溫度，對(duì)上述供給低溫氣體的手段或上述進(jìn)行加熱的手段進(jìn)行控制。
34.一種固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于在把固體氧化物型燃料電池的排出氣體用做利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑，設(shè)置有用上述利用燃燒工藝的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體對(duì)上述固體氧化物型燃料電池的發(fā)電用燃料進(jìn)行加熱和改質(zhì)的改質(zhì)器，而且，還設(shè)置有用上述改質(zhì)器的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器的固體氧化物型燃料電池和利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的復(fù)合系統(tǒng)中，在復(fù)合系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，僅僅使上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝啟動(dòng)而不使上述固體氧化物型燃料電池啟動(dòng)，使用由于上述改質(zhì)器而過(guò)熱的上述固體氧化物型燃料電池的燃料電極一側(cè)吹掃氣體和上述換熱器加熱的上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑，使上述固體氧化物型燃料電池升溫。
全文摘要
提供綜合效率優(yōu)良、對(duì)于作業(yè)條件可以靈活應(yīng)對(duì)的固體氧化物型燃料電池的復(fù)合系統(tǒng)及其運(yùn)行方法,其中,把固體氧化物型燃料電池的排出氣體作為利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝用氧化劑加以利用,優(yōu)選設(shè)置有用上述利用燃燒的產(chǎn)業(yè)工藝的排出氣體加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的換熱器,或者,還設(shè)置有使上述換熱器成為旁路的管線(xiàn)、使上述固體氧化物型燃料電池成為旁路的管線(xiàn),使上述產(chǎn)業(yè)工藝成為旁路的管線(xiàn)或加熱上述固體氧化物型燃料電池用氧化劑的手段等。
文檔編號(hào)H01M8/04GK1372343SQ02105120
公開(kāi)日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2002年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月22日
發(fā)明者秋田清司, 井上衛(wèi), 宿利清巳, 石橋洋一, 福島岳夫, 篠原善隆, 義若秀彥 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社