JP2001023679A - 二重排気ガス管構造 - Google Patents
二重排気ガス管構造Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温の排ガスを冷却すると共に外部へ積極的
に排出する二重排気ガス管構造を提供する。 【解決手段】 空気予熱器３３からの高温排ガスである
燃焼排ガス３２を排出する排気管（内管）４１を覆う外
管４２を配して二重管構造とし、二重管の外管４２内へ
低温のガスである空気４３を導入しており、燃焼排ガス
３２を積極的に外部から冷却するようにしていると共
に、上記排気管４１の後流側で、内管と外管との間を連
通し、燃焼排ガス３２ライン内へ空気４３を噴出する噴
出管４４を設け、この噴出管４４を介して空気４３を噴
出させ、該空気４３の流入によるエジェクタ効果によ
り、高温排ガスを積極的に吸引するようにし、その後煙
突４５から排出させている。
に排出する二重排気ガス管構造を提供する。 【解決手段】 空気予熱器３３からの高温排ガスである
燃焼排ガス３２を排出する排気管（内管）４１を覆う外
管４２を配して二重管構造とし、二重管の外管４２内へ
低温のガスである空気４３を導入しており、燃焼排ガス
３２を積極的に外部から冷却するようにしていると共
に、上記排気管４１の後流側で、内管と外管との間を連
通し、燃焼排ガス３２ライン内へ空気４３を噴出する噴
出管４４を設け、この噴出管４４を介して空気４３を噴
出させ、該空気４３の流入によるエジェクタ効果によ
り、高温排ガスを積極的に吸引するようにし、その後煙
突４５から排出させている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温の排ガスを外
部で冷却すると共に、外部へ積極的に排出する二重排気
ガス管構造及びそれを用いた燃料電池に関する。
部で冷却すると共に、外部へ積極的に排出する二重排気
ガス管構造及びそれを用いた燃料電池に関する。
【０００２】
【０００３】従来より固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ：
Solid Oxide Fuel Cells：以下「燃料電池」という。）
が種々提案されている。図５は従来の燃料電池の概略図
である。図５に示すように、一般に燃料電池は、両面に
空気極と燃料極とを設けた発電膜からなるセルを複層し
た燃料電池スタック（以下「スタック」という。）０１
と該スタック０１の周囲に設けた燃料室０２及び空気室
０３とが、モジュール本体０４のスタック室０５内に設
けられており、燃料０６及び空気０７は共にガス供給ラ
イン０８，０９に介装された燃料予熱器０１０及び空気
予熱器０１１より各々発電温度まで達するように熱交換
されている。
Solid Oxide Fuel Cells：以下「燃料電池」という。）
が種々提案されている。図５は従来の燃料電池の概略図
である。図５に示すように、一般に燃料電池は、両面に
空気極と燃料極とを設けた発電膜からなるセルを複層し
た燃料電池スタック（以下「スタック」という。）０１
と該スタック０１の周囲に設けた燃料室０２及び空気室
０３とが、モジュール本体０４のスタック室０５内に設
けられており、燃料０６及び空気０７は共にガス供給ラ
イン０８，０９に介装された燃料予熱器０１０及び空気
予熱器０１１より各々発電温度まで達するように熱交換
されている。
【０００４】上記空気予熱器０１１ではスタック０１か
ら排出された排空気０１２と燃料排ガス０１３とが燃焼
された燃焼排ガス０１４の排熱により熱交換が行われ、
その後排ガス０１４はそのまま排気管０１５を介して煙
突０１６から排出されている。 ここで、上記燃焼排
ガス０１４は、スタック室０５の上部に設けた燃焼室０
１７内でスタック室０５からの排空気０１２と燃料排ガ
ス０１３との燃焼により発生する高温のガスである。
ら排出された排空気０１２と燃料排ガス０１３とが燃焼
された燃焼排ガス０１４の排熱により熱交換が行われ、
その後排ガス０１４はそのまま排気管０１５を介して煙
突０１６から排出されている。 ここで、上記燃焼排
ガス０１４は、スタック室０５の上部に設けた燃焼室０
１７内でスタック室０５からの排空気０１２と燃料排ガ
ス０１３との燃焼により発生する高温のガスである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記排気管０１５から
排出されるガス温度は排熱利用しても高温（４５０℃）
で危険であるので、従来では耐熱性の高い高級な材料を
使用する必要があり、設備費用が高くなるという問題が
ある。また、積極的に冷却する場合には、冷却設備が別
途準備する必要があるという問題がある。また、排ガス
０１４がスタック室０５へ逆流することを防止する必要
がある。
排出されるガス温度は排熱利用しても高温（４５０℃）
で危険であるので、従来では耐熱性の高い高級な材料を
使用する必要があり、設備費用が高くなるという問題が
ある。また、積極的に冷却する場合には、冷却設備が別
途準備する必要があるという問題がある。また、排ガス
０１４がスタック室０５へ逆流することを防止する必要
がある。
【０００６】そこで、本発明者等は、燃料電池等からの
高温の排ガスの温度を低温とすると共に、積極的に排出
することができる二重排気ガス管構造を提供することを
目的とする。
高温の排ガスの温度を低温とすると共に、積極的に排出
することができる二重排気ガス管構造を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
［請求項１］の発明は、高温排ガスを排出する排気管を
覆って内管と外管との二重管構造とし、上記外管と内管
との間へ低温ガスを導入すると共に、内管の後流側で該
低温ガスを内管内へ導き噴出させ、該低温ガスの流入に
よるエジェクタ効果により、高温排ガスを吸引すること
を特徴とする。
［請求項１］の発明は、高温排ガスを排出する排気管を
覆って内管と外管との二重管構造とし、上記外管と内管
との間へ低温ガスを導入すると共に、内管の後流側で該
低温ガスを内管内へ導き噴出させ、該低温ガスの流入に
よるエジェクタ効果により、高温排ガスを吸引すること
を特徴とする。
【０００８】［請求項２］の発明は、請求項１におい
て、上記高温排ガス排気管内に外部からガスを導入する
ガス管を設けると共に、該ガス導入管にはフィンを備え
てなることを特徴とする。
て、上記高温排ガス排気管内に外部からガスを導入する
ガス管を設けると共に、該ガス導入管にはフィンを備え
てなることを特徴とする。
【０００９】［請求項３］の燃料電池の発明は、請求項
１又は２の二重排気ガス管構造を備えたことを特徴とす
る。
１又は２の二重排気ガス管構造を備えたことを特徴とす
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明による燃料電池モジュール
の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実
施の形態に限定されるものではない。
の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実
施の形態に限定されるものではない。
【００１１】［第１の実施の形態］本発明の第１の実施
の形態を図１を用いて説明する。図１は本実施の形態に
かかる燃料電池モジュールの概略図である。本実施の形
態にかかる燃料電池は、モジュール本体１１のスタック
室１２内に設けられ、両面に空気極と燃料極とを設けた
発電膜からなるセルを複層した燃料電池スタック１３
と、上記燃料電池スタック１３の周囲に配されてなり、
該燃料電池スタック１３に燃料（水素又は炭化水素）１
４及び空気１５を供給する燃料室１６及び空気室１７と
を具備してなる固体電解質型燃料電池において、燃料電
池スタック１３へ供給する燃料１４及び空気１５を追い
焚きする部分燃焼手段１８，１９と、燃料供給ライン２
０及び空気供給ライン２１にガス温度を検出する各々熱
電対２２，２３を備えてなるものである。また、本実施
の形態では、燃料電池スタック１３へ供給する燃料は、
外部から導入される燃料１４に、上記燃料電池スタック
１３から排出した燃料排ガス２４をエジェクタ２９によ
る循環手段を用いて循環再利用するようにしている。
の形態を図１を用いて説明する。図１は本実施の形態に
かかる燃料電池モジュールの概略図である。本実施の形
態にかかる燃料電池は、モジュール本体１１のスタック
室１２内に設けられ、両面に空気極と燃料極とを設けた
発電膜からなるセルを複層した燃料電池スタック１３
と、上記燃料電池スタック１３の周囲に配されてなり、
該燃料電池スタック１３に燃料（水素又は炭化水素）１
４及び空気１５を供給する燃料室１６及び空気室１７と
を具備してなる固体電解質型燃料電池において、燃料電
池スタック１３へ供給する燃料１４及び空気１５を追い
焚きする部分燃焼手段１８，１９と、燃料供給ライン２
０及び空気供給ライン２１にガス温度を検出する各々熱
電対２２，２３を備えてなるものである。また、本実施
の形態では、燃料電池スタック１３へ供給する燃料は、
外部から導入される燃料１４に、上記燃料電池スタック
１３から排出した燃料排ガス２４をエジェクタ２９によ
る循環手段を用いて循環再利用するようにしている。
【００１２】ここで、上記部分燃焼手段としては、例え
ば図１に示すように、燃料供給ライン２０に介装する部
分燃焼手段１８であれば、空気供給管２５から空気１５
を少量供給することにより、空気１５と燃料１４とを燃
焼２６させて供給ガス自体を追い焚きするものである。
一方、空気供給ライン２１に介装する部分燃焼手段１９
であれば、燃料供給管２７から燃料１４を少量供給する
ことにより、空気１５と燃料１４とを燃焼２６させて供
給ガス自体を追い焚きするものである。また、供給ライ
ン２１には、外部から供給される空気を予め高温に予熱
する燃焼排ガス３２を利用した熱交換器である空気予熱
器３３が設置されている。ここで、上記燃焼排ガス３２
は、スタック室１２の上部に設けた燃焼室２８内でスタ
ック室１２からの排空気３０と燃料排ガス３１との燃焼
により発生する高温のガスである。
ば図１に示すように、燃料供給ライン２０に介装する部
分燃焼手段１８であれば、空気供給管２５から空気１５
を少量供給することにより、空気１５と燃料１４とを燃
焼２６させて供給ガス自体を追い焚きするものである。
一方、空気供給ライン２１に介装する部分燃焼手段１９
であれば、燃料供給管２７から燃料１４を少量供給する
ことにより、空気１５と燃料１４とを燃焼２６させて供
給ガス自体を追い焚きするものである。また、供給ライ
ン２１には、外部から供給される空気を予め高温に予熱
する燃焼排ガス３２を利用した熱交換器である空気予熱
器３３が設置されている。ここで、上記燃焼排ガス３２
は、スタック室１２の上部に設けた燃焼室２８内でスタ
ック室１２からの排空気３０と燃料排ガス３１との燃焼
により発生する高温のガスである。
【００１３】本実施の形態では、図２に示すように、上
記空気予熱器３３からの高温排ガスである燃焼排ガス３
２を排出する排気管（内管）４１を覆う外管４２を配し
て二重管構造とし、二重管の外管４２内へ低温のガスで
ある空気４３を導入しており、燃焼排ガス３２を積極的
に外部から冷却するようにしている。また、上記排気管
４１の後流側で、内管と外管との間を連通し、燃焼排ガ
ス３２ライン内へ空気４３を噴出する噴出管４４を設け
ている。この噴出管４４を介して空気４３を噴出させ、
該空気４３の流入によるエジェクタ効果により、高温排
ガスを積極的に吸引するようにし、その後煙突４５から
排出させている。
記空気予熱器３３からの高温排ガスである燃焼排ガス３
２を排出する排気管（内管）４１を覆う外管４２を配し
て二重管構造とし、二重管の外管４２内へ低温のガスで
ある空気４３を導入しており、燃焼排ガス３２を積極的
に外部から冷却するようにしている。また、上記排気管
４１の後流側で、内管と外管との間を連通し、燃焼排ガ
ス３２ライン内へ空気４３を噴出する噴出管４４を設け
ている。この噴出管４４を介して空気４３を噴出させ、
該空気４３の流入によるエジェクタ効果により、高温排
ガスを積極的に吸引するようにし、その後煙突４５から
排出させている。
【００１４】上記排気管（内管）４１と外管４２との二
重管構造とすることにより、上記外管４２と内管４１と
の間へ低温ガスの空気４３を導入すると共に、内管４１
の後流側で該空気４３を内管４１内へ導き噴出させ、該
空気４３の流入によるエジェクタ効果により、高温燃焼
排ガス３２を吸引することにより、４５０℃の排ガスを
１００℃へ冷却することができると共に、空気４３を排
気管の内部へ導入することによるエジェクタ効果によ
り、高温排ガス３２が冷却され、該冷却された排ガスを
積極的に排出することができる。
重管構造とすることにより、上記外管４２と内管４１と
の間へ低温ガスの空気４３を導入すると共に、内管４１
の後流側で該空気４３を内管４１内へ導き噴出させ、該
空気４３の流入によるエジェクタ効果により、高温燃焼
排ガス３２を吸引することにより、４５０℃の排ガスを
１００℃へ冷却することができると共に、空気４３を排
気管の内部へ導入することによるエジェクタ効果によ
り、高温排ガス３２が冷却され、該冷却された排ガスを
積極的に排出することができる。
【００１５】この結果、空気予熱器３３からの高温排ガ
ス３２を積極的に冷却することができるので、耐熱性の
低い材料で排ガスラインを形成することができ、設備の
低廉化を図ることができる。
ス３２を積極的に冷却することができるので、耐熱性の
低い材料で排ガスラインを形成することができ、設備の
低廉化を図ることができる。
【００１６】上記二重排気ガス管構造を備えた燃料電池
とすることで、燃料電池モジュールの設備費用が低廉化
を図ることができる。
とすることで、燃料電池モジュールの設備費用が低廉化
を図ることができる。
【００１７】［第２の実施の形態］本発明の第２の実施
の形態を図３を用いて説明する。図３は燃料電池モジュ
ールの概略図である。なお、モジュール本体の構造は第
１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略す
る。本実施の形態にかかる燃料電池は、図３に示すよう
に、上述した第１の実施の形態の内管４１と外管４２か
らなる二重管構造の排気ガス管において、内管４１内へ
空気予熱器３３へ供給する空気１５を供給する空気供給
管４６を挿入し、上記空気予熱器３３へ供給する前に空
気１５を予熱するようにしている。
の形態を図３を用いて説明する。図３は燃料電池モジュ
ールの概略図である。なお、モジュール本体の構造は第
１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略す
る。本実施の形態にかかる燃料電池は、図３に示すよう
に、上述した第１の実施の形態の内管４１と外管４２か
らなる二重管構造の排気ガス管において、内管４１内へ
空気予熱器３３へ供給する空気１５を供給する空気供給
管４６を挿入し、上記空気予熱器３３へ供給する前に空
気１５を予熱するようにしている。
【００１８】これにより、燃料電池スタック１３の空気
室１７へ供給する空気を予熱する空気予熱器３３へ供給
する空気１５を前もって更に予熱することができ、空気
予熱器３３の容量を従来よりもコンパクトにすることが
できる。これは、燃料電池スタック１３へ供給する空気
量は大容量であるので、空気予熱器３３へ導入する以前
においても少しでも予熱することにより、空気の熱交換
効率が大幅に向上することになるからである。
室１７へ供給する空気を予熱する空気予熱器３３へ供給
する空気１５を前もって更に予熱することができ、空気
予熱器３３の容量を従来よりもコンパクトにすることが
できる。これは、燃料電池スタック１３へ供給する空気
量は大容量であるので、空気予熱器３３へ導入する以前
においても少しでも予熱することにより、空気の熱交換
効率が大幅に向上することになるからである。
【００１９】この結果、燃料電池モジュール全体をコン
パクト化を図ることができる。
パクト化を図ることができる。
【００２０】［第３の実施の形態］本発明の第３の実施
の形態を図３を用いて説明する。図４は二重排気ガス管
構造の概略図である。本実施の形態では、燃料電池スタ
ックに供給する空気の予熱を第２の実施の形態より更
に、積極的に行う実施の形態について説明する。本実施
の形態にかかる二重排気ガス管構造は、図４に示すよう
に、上述した図３に示す二重管構造の排気ガス管におい
て、内管４１内へ空気予熱器３３へ供給する空気１５を
供給する空気供給管４６の周囲にフィン４７を複数設
け、熱交換効率をさらに高めるようにし、上記空気予熱
器３３へ供給する前に空気１５の予熱を積極的にしてい
る。
の形態を図３を用いて説明する。図４は二重排気ガス管
構造の概略図である。本実施の形態では、燃料電池スタ
ックに供給する空気の予熱を第２の実施の形態より更
に、積極的に行う実施の形態について説明する。本実施
の形態にかかる二重排気ガス管構造は、図４に示すよう
に、上述した図３に示す二重管構造の排気ガス管におい
て、内管４１内へ空気予熱器３３へ供給する空気１５を
供給する空気供給管４６の周囲にフィン４７を複数設
け、熱交換効率をさらに高めるようにし、上記空気予熱
器３３へ供給する前に空気１５の予熱を積極的にしてい
る。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように、［請求項１］の発明
によれば、高温排ガスを排出する排気管を覆って内管と
外管との二重管構造とし、上記外管と内管との間へ低温
ガスを導入することで高温排ガスを積極的に冷却するこ
とができる。これにより耐熱性の低い材料で排ガスライ
ンを形成できるので、設備の低廉化を図ることができ
る。また、内管の後流側での該低温ガスの内管への導入
によるエジェクタ効果により、高温排ガスを積極的に吸
引することで、モジュール本体の燃焼室内圧力を減圧す
ることができ、スタック室内圧力が燃焼室内圧力より高
くなることで、燃焼室内の酸素を多く含む高温排ガスの
スタック室への逆流をなくし、スタック室内の循環燃料
を損なうことを防止することができる。
によれば、高温排ガスを排出する排気管を覆って内管と
外管との二重管構造とし、上記外管と内管との間へ低温
ガスを導入することで高温排ガスを積極的に冷却するこ
とができる。これにより耐熱性の低い材料で排ガスライ
ンを形成できるので、設備の低廉化を図ることができ
る。また、内管の後流側での該低温ガスの内管への導入
によるエジェクタ効果により、高温排ガスを積極的に吸
引することで、モジュール本体の燃焼室内圧力を減圧す
ることができ、スタック室内圧力が燃焼室内圧力より高
くなることで、燃焼室内の酸素を多く含む高温排ガスの
スタック室への逆流をなくし、スタック室内の循環燃料
を損なうことを防止することができる。
【００２２】［請求項２］の発明によれば、請求項１に
おいて、上記高温排ガス排気管内に外部からガスを導入
するガス管を設けると共に、該ガス導入管にはフィンを
備えてなるので、例えば燃料電池で使用する空気を予熱
する空気予熱器へ供給する以前に外部から供給する空気
の熱交換効率を積極的に向上させている。この結果、空
気予熱器の容量を従来よりもさらにコンパクトにするこ
とができる。
おいて、上記高温排ガス排気管内に外部からガスを導入
するガス管を設けると共に、該ガス導入管にはフィンを
備えてなるので、例えば燃料電池で使用する空気を予熱
する空気予熱器へ供給する以前に外部から供給する空気
の熱交換効率を積極的に向上させている。この結果、空
気予熱器の容量を従来よりもさらにコンパクトにするこ
とができる。
【００２３】［請求項３］の燃料電池の発明によれば、
請求項１又は２の二重排気ガス管構造を備えた燃料電池
とすることで、燃料電池モジュールの設備費用が低廉と
なり、さらに、空気予熱器をコンパクト化することでモ
ジュール全体のコンパクト化を図ることができる。
請求項１又は２の二重排気ガス管構造を備えた燃料電池
とすることで、燃料電池モジュールの設備費用が低廉と
なり、さらに、空気予熱器をコンパクト化することでモ
ジュール全体のコンパクト化を図ることができる。
【図１】第１の実施の形態にかかる燃料電池モジュール
の概略図である。
の概略図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる二重排気ガス管構造
図である。
図である。
【図３】第２の実施の形態にかかる燃料電池モジュール
の概略図である。
の概略図である。
【図４】第３の実施の形態にかかる二重排気ガス管構造
図である。
図である。
【図５】従来技術の燃料電池の概略図である。
１１ モジュール本体 １２ スタック室 １３ 燃料電池スタック １４ 燃料 １５ 空気 １６ 燃料室 １７ 空気室 １８，１９ 部分燃焼手段 ２０ 燃料供給ライン ２１ 空気供給ライン ２２，２２ 熱電対 ２４ 燃料排ガス ２５ 空気供給管 ２６ 燃焼 ２７ 燃料供給管 ２８ 燃焼室 ２９ エジェクタ ３０ 排空気 ３１ 燃料排ガス ３２ 燃焼排ガス ３３ 空気予熱器 ４１ 排気管（内管） ４２ 外管 ４３ 空気 ４４ 噴出管 ４５ 煙突 ４６ 空気供給管 ４７ フィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江崎 義美 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社技術開発本部電力 技術研究所内 (72)発明者 服部 雅俊 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社技術開発本部電力 技術研究所内 (72)発明者 榊 嘉範 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社技術開発本部電力 技術研究所内 (72)発明者 南條 房幸 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 武信 弘一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 福田 崇 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 Ｆターム(参考） 3G004 DA04 DA14 EA06 5H027 AA06 BA19
Claims (3)
- 【請求項１】 高温排ガスを排出する排気管を覆って内
管と外管との二重管構造とし、上記外管と内管との間へ
低温ガスを導入すると共に、内管の後流側で該低温ガス
を内管内へ導き噴出させ、該低温ガスの流入によるエジ
ェクタ効果により、高温排ガスを吸引することを特徴と
する二重排気ガス管構造。 - 【請求項２】 請求項１において、 上記高温排ガスの排気管内に外部からガスを導入するガ
ス管を設けると共に、該ガス導入管にはフィンを備えて
なることを特徴とする二重排気ガス管構造。 - 【請求項３】 請求項１又は２の二重排気ガス管構造を
備えたことを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11198453A JP2001023679A (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 二重排気ガス管構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11198453A JP2001023679A (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 二重排気ガス管構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001023679A true JP2001023679A (ja) | 2001-01-26 |
Family
ID=16391368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11198453A Withdrawn JP2001023679A (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 二重排気ガス管構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001023679A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001023657A (ja) * | 1999-07-13 | 2001-01-26 | Chubu Electric Power Co Inc | 固体電解質型燃料電池 |
| JP2004134263A (ja) * | 2002-10-11 | 2004-04-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物形燃料電池発電設備 |
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