JP2006032291A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体酸化物型燃料電池を高効率で運転した場合においても、外部に排出されるガスを無害化できる発電装置を提供する。
【解決手段】ハウジング１内に複数の固体酸化物型燃料電池セル２を収納してなるとともに、燃料電池セル２に供給されて排出されたガスの燃焼排ガスを浄化する浄化装置５１を具備するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電装置に関し、特に有害成分である一酸化炭素、水素などの可燃性、毒性のガスを外気に排出することなく燃料電池を作動することができる発電効率の高い発電装置に関するものである。

次世代エネルギーとして、近年、燃料電池セルのスタックをハウジング内に収容した燃料電池が種々提案されている。

従来の高分子型の燃料電池においては、都市ガスやプロパンガスなどの炭化水素燃料を改質器により改質し、改質された燃料ガス中に含まれる高分子型の燃料電池の被毒成分である一酸化炭素を除去するために、一酸化炭素の変成器、選択酸化器などの一酸化炭素除去器を経由して燃料電池に燃料を供給している。燃料電池に供給された余剰の燃料ガス、酸素含有ガスは浄化装置を経由して外気へ排出される（例えば特許文献１参照）。

炭化水素燃料の改質は吸熱反応であることが多く、改質器における熱源として、燃料電池セルで利用されなかった余剰の燃料ガスを浄化装置にて燃焼させ、その発熱エネルギーを用いることがなされている。その場合、余剰ガスのみでは熱源としては不十分であり、別途加熱源を設置、例えば炭化水素燃料を燃焼させ、改質反応を進めるとともに排気ガスを浄化することができる（例えば特許文献２参照）。
特開２００２−７９０５８号公報 特表２００４−５１３４８７号公報

固体酸化物型燃料電池における燃料は、都市ガスやプロパンガスなどの炭化水素燃料を改質器により改質するが、高分子型燃料電池とは異なり改質ガス中に含まれる一酸化炭素をも水素ガスと同様に燃料として利用できるため、一酸化炭素除去器は不要となる。これらの改質された燃料を用いて８００℃から１０００℃の温度で運転するため、燃料電池セルより排出される余剰の燃料ガス等は燃焼され、例えば一酸化炭素は二酸化炭素に、水素は水になるため、固体酸化物型燃料電池には浄化装置は不要であると考えられていた。

しかしながら、固体酸化物型燃料電池においては、特に燃料利用率の高い状態での運転、また空気利用率を高めた状態での運転により、高分子型燃料電池を上回る高い総合効率を達成することができるが、このような場合においては、発電に利用されない燃料ガス量は極端に減少し、また空気中の酸素濃度は低下する。このような状態においては、例え発電温度が８００から１０００℃と高い状態においても排出されるガスの燃焼は不完全なものとなり、また失火する懸念もある。これにより、一酸化炭素などを始めとする有害成分を外部に放出してしまう危険性があった。

本発明は、固体酸化物型燃料電池を高効率で運転した場合においても、外部に排出されるガスを無害化できる発電装置を提供することを目的とする。

本発明の発電装置は、ハウジング内に複数の固体酸化物型燃料電池セルを収納してなるとともに、前記燃料電池セルに供給されて排出されたガスの燃焼排ガスを浄化する浄化装置を具備することを特徴とする。

固体酸化物型燃料電池セルの燃焼排ガス中には、未燃の燃料ガスや、特に高効率発電時、即ち高い燃料利用率時、高い空気利用率時における不完全燃焼、失火により、一酸化炭素などを始めとする有害成分を含有するが、本発明では、固体酸化物型燃料電池セルから排出される燃料排ガスを浄化する浄化装置を有するため、燃焼排ガスを無害化することができ、クリーンな排ガスとして排出することができる。

また、本発明の発電装置は、ハウジング内に浄化装置が設けられていることを特徴とする。このような発電装置では、浄化装置により発熱した熱エネルギーをハウジング内の熱供給源として有効に利用できるとともに、ハウジング内の熱源を利用して浄化装置の起動や浄化に最低限必要な熱量を得ることができる。さらに浄化装置において、再度燃焼させて浄化する場合や、触媒を利用した燃焼方式を利用して浄化する場合においては、処理されるガスが、発電後の低酸素濃度の環境下においても高温状態の燃焼排ガスであるため、効率よく燃焼排ガスを浄化でき、さらにはＮＯｘやＳＯｘといった極微量成分の発生をも抑制することが可能となる。

また、本発明の発電装置は、ハウジング内に改質器が設けられていることを特徴とする。このような発電装置では、浄化装置で発生する熱エネルギーを、吸熱反応である改質器の熱源の一部として利用することができる。

さらに、本発明の発電装置は、ハウジング内に熱交換器を有しており、燃焼排ガスが前記熱交換器内に進入する前に浄化装置に進入することを特徴とする。このような発電装置では、浄化装置が、燃料電池セルの近傍に存在することになり、燃料電池セルの反応熱や高温の燃焼排ガスによる熱を、浄化装置の熱源として利用できるとともに、一旦浄化装置に進入し、熱交換器を経て外部へ排出されるため、全ての燃焼排ガスを逃すことなく、効率よく浄化することができる。

また、本発明の発電装置は、ハウジング内に熱交換器を有しており、浄化装置が熱交換器内に設けられていることを特徴とする。このような発電装置では、浄化装置が熱交換器内に設けられるため、熱交換器内部の表面を利用した（例えばプレートフィンなどの高い表面積）浄化が可能となり、燃焼排ガスとの接触時間を長くすることが可能となり、効果的に燃焼排ガス中の有害成分を無害化することができる。特に、触媒を利用する場合においては、熱交換器の高表面積を有する壁面に触媒を担持、もしくは設置することができ、より効果的な燃焼排ガスの無害化が可能となる。

さらに、本発明の発電装置は、ハウジング外の燃焼排ガス通路に、浄化装置が設けられていることを特徴とする。このような発電装置では、ハウジング内では燃焼排ガスは高温であるものの、ハウジング外に導出される状態では、燃焼排ガスの温度が数百度以下の低温になっているため、例えば触媒を利用した場合においても炎を出すことなく（直接燃焼することなく）、安全に無害化することができる。また酸素が希薄な状態の燃焼排ガスに、外気からの空気の導入を簡便に行うことができるため、酸素濃度を高めた状態での浄化が可能となる。

また、本発明の発電装置は、ハウジング外の燃焼排ガス通路に、燃焼排ガスが進入する廃熱回収部が設けられており、該廃熱回収部に浄化装置が設けられていることを特徴とする。このような発電装置では、廃熱回収内部の表面を利用した（例えばプレートフィンなどの高い表面積を利用した）浄化が可能となり、燃焼排ガスとの接触時間を長くすることが可能となり、効果的に燃焼排ガス中の有害成分を無害化することができる。

さらに、本発明の発電装置は、廃熱回収部の下流側に、浄化装置が設けられていることを特徴とする。このような発電装置では、浄化装置に進入する燃焼排ガスの温度は、例えば１００℃以下の低温になっていることから、燃焼を利用することなく、例えば、吸着機構を利用した触媒の適応が可能となり、安全にかつ温度の低い状態のまま燃焼排ガスを外部に放出することができる。

また、本発明の発電装置は、ハウジング内に浄化装置が設けられており、該浄化装置内で燃焼排ガスを燃焼させて浄化することを特徴とする。このような発電装置では、特別な触媒を利用することなく、燃料電池の発電による熱源や燃料電池セルからのガスが燃焼する際の熱源を有効に利用した浄化が可能となる。

さらに、本発明の発電装置は、ハウジング内に浄化装置が設けられており、該浄化装置内で燃焼排ガスを酸化触媒で燃焼させて浄化することを特徴とする。これにより、発電後の低酸素濃度の環境下においても効率よく燃焼排ガスを浄化でき、さらにはＮＯｘやＳＯｘといった微量成分の発生を抑制することが可能となる。

特に、ハウジング内に浄化装置が設けられており、該浄化装置内で燃焼排ガスを燃焼させて浄化するとともに、浄化装置内で燃焼排ガスを酸化触媒で燃焼させて浄化することが望ましい。これにより、燃料電池セルからの燃焼排ガスを燃焼させるとともに、酸化触媒を利用して燃焼させることにより、直接燃焼する際に、不完全な燃焼が起こった場合においても、後段の酸化触媒により再度無害化することができより効果的に浄化することができる。

また、本発明の発電装置は、ハウジング外に浄化装置が設けられており、該浄化装置内で燃焼排ガスを吸着除去して浄化することを特徴とする。このような発電装置では、直接燃焼や触媒による燃焼反応などの発熱を伴うことなく安全に浄化することができる。本発明では、浄化装置内で燃焼排ガスを酸化触媒で燃焼させて浄化させるとともに、浄化装置内で燃焼排ガスを吸着除去して浄化することが望ましい。酸化触媒による燃焼において、例えば温度の低下などにより有害成分が酸化触媒を通過したとしても、その後の吸着による浄化により確実に燃焼排ガスを浄化できる。

さらに、本発明の発電装置は、浄化装置の上流側に有害成分の分離濃縮器が設けられていることを特徴とする。このような発電装置では、有害成分を分離濃縮し、この濃縮された有害成分を効率的に浄化でき、例えば酸化触媒や吸着等の触媒を利用する場合においては、有害成分と触媒との接触を高めることができ、効果的な浄化が可能となり、また必要最小限の触媒使用量とすることができる。

また、本発明の発電装置は、燃焼排ガスを燃焼させて浄化する場合には、浄化装置には酸素含有ガスが導入されることを特徴とする。発電で酸素を消費するため発電後の燃焼排ガスでは酸素濃度が低下し、燃焼反応においては酸素が欠乏し不完全燃焼を起こす可能性があるため、酸素含有ガス、例えば外気を浄化装置内に導入することにより、燃焼反応を促進することができ、浄化機能を高めることができる。

さらに、本発明の発電装置は、浄化装置から排出される燃焼排ガスの有害成分の濃度を検出する有害成分濃度検出器を有することを特徴とする。また、本発明の発電装置は、有害成分濃度検出器で所定量以上の有害成分が検出された場合に、再度浄化装置に燃焼排ガスが循環されることを特徴とする。さらに、本発明の発電装置は、再度浄化機構に燃焼排ガスが循環される際には、有害成分を分離濃縮して前記浄化装置へ循環することを特徴とする。

このような発電装置では、外気に排出される有害成分の濃度を検知し、必要に応じて再浄化をするか否かの判断をすることができる。即ち、有害成分が所定量以下に低減できるまで、確実に無害化することができる。さらに、循環される燃焼排ガス中の有害成分の濃度を高めることができ、すなわち可燃性ガスである一酸化炭素や水素などの濃度を高めることができ、例えば酸化触媒や吸着等の触媒を利用する場合においても、有害成分と触媒との接触を高めることができ効果的な浄化が可能となる。

本発明の発電装置では、固体酸化物型燃料電池セルの発電後の燃焼排ガス中に含まれる未燃焼の水素、一酸化炭素等を、ハウジング内部での高温の熱源を利用した燃焼、触媒燃焼、また、ハウジング外部への通路、廃熱回収部内部での数１００℃以下の中温の熱源を利用した触媒燃焼、また外気に放出される直前の低温の燃焼排ガス中の有害成分の吸着除去等を利用することにより、別途加熱源を必要とすることなく、また発電効率の低下を招くことなく外気に排出される燃焼排ガスを無害化することができる。

図１は、本発明の発電装置を示すもので、符号１は断熱構造を有するハウジングを示している。このハウジング１の内部には、複数の固体電解質形燃料電池セル２が縦列配列して集合した複数のセルスタック３と、セルスタック３の上方に存在する燃焼領域４と、この燃焼領域４を挿通し、セルスタック３間に配設された酸素含有ガス供給管５と、燃焼領域４の上方に設けられた改質器６と、この改質器６の上方に設けられた改質器上部領域２０と熱交換器７とを有して構成されている。またハウジング１の上方には廃熱回収部２２が排ガス通路２１を介して接続され、最終の排出ガスは排出口２３を通り外気に放出されている。尚、酸素含有ガス供給管５は、理解を容易にするため破線で記載した。

ハウジング１は、耐熱性金属からなる枠体１ａと、枠体１ａ内面に設けられた断熱材１ｂとから構成されている。

セルスタック３は、例えば、図２に示すように、複数の燃料電池セル２を整列して構成され、３つのセルスタック３は３列に整列され、隣設した２列のセルスタック３最外部の燃料電池セル２同士が導電部材４２で接続され、これにより３列に整列した複数の燃料電池セル２が電気的に直列に接続している。セルスタック３はそれぞれ燃料ガスタンク１１を有している。

具体的に説明すると、燃料電池セル２は扁平状であり、その内部には複数の燃料ガス通過孔８が軸長方向に貫通して形成されている。この燃料電池セル２は、楕円柱状（扁平状）の電極支持体２ａの外面に、燃料側電極（内側電極）２ｂ、緻密質な固体電解質２ｃ、多孔質な導電性セラミックスからなる酸素側電極２ｄを順次積層し、酸素側電極２ｄと反対側の電極支持体２ａの外面にインターコネクタ２ｅを形成して構成されている。

一方の燃料電池セル２と他方の燃料電池セル２との間には集電部材９を介在させ、一方の燃料電池セル２の電極支持体２ａを、該電極支持体２ａに設けられたインターコネクタ２ｅ、集電部材９を介して他方の燃料電池セル２の酸素側電極２ｄに電気的に接続して、セルスタック３が構成されている。集電部材９は、金属及び／又は導電性の無機材質からなる板状及び／又はフェルト状とされている。

燃料電池セル２をさらに詳細に説明すると、電極支持体２ａは上下方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。電極支持体２ａにはこれを鉛直方向に貫通する複数個（図２では６個）の燃料ガス通過孔８が形成されている。

インターコネクタ２ｅは電極支持体２ａの片面上に配設されている。燃料側電極２ｂは電極支持体２ａの他面及び両側面に配設されており、その両端はインターコネクタ２ｅの両端に接合せしめられている。固体電解質２ｃは燃料側電極２ｂの全体を覆うように配設され、その両端はインターコネクタ２ｅの両端に接合せしめられている。酸素側電極２ｄは、固体電解質２ｃの主部上、即ち電極支持体２ａの他面を覆う部分上に配置され、電極支持体２ａを挟んでインターコネクタ２ｅに対向して位置せしめられている。

セルスタック３における隣接するセル２間には集電部材９が配設されており、一方のセル２のインターコネクタ２ｅと他方のセル２の酸素側電極２ｄとを接続している。セルスタック３の両端、即ち図２において上端及び下端に位置するセル２の片面及び他面にも集電部材４２が配設されている。セルスタック３の両端に位置する集電部材４２には電力取出手段（図示していない）が接続されている。

セル２について更に詳述すると、電極支持体２ａは燃料ガスを燃料側電極２ｂまで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ２ｅを介して集電するために導電性であることが要求され、かかる要求を満足する多孔質の導電性セラミック（若しくはサーメット）から形成することができる。

燃料側電極２ｂ及び／又は固体電解質２ｃとの同時焼成により電極支持体２ａを製造するためには、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから電極支持体２ａを形成することが好ましい。所要ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５乃至５０％の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｃ／ｃｍ以上であるのが好ましい。

特に電極支持体２ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ及びＰｒから選ばれた１種以上からなる希土類元素酸化物と、Ｎｉ及び／又はＮｉＯとを主成分とすることが望ましい。このような組成とすることにより、固体電解質の熱膨張係数に近づけることができる。

燃料側電極２ｂは多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２（安定化ジルコニアを称されている）とＮｉ及び／又はＮｉＯとから形成することができる。

固体電解質２ｃは、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有するものであることが必要であり、通常、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ_２から形成されている。

酸素側電極２ｄは所謂ＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックから形成することができる。酸素側電極２ｄはガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。

インターコネクタ２ｅは導電性セラミックから形成することができるが、水素ガスでよい燃料ガス及び空気でよい酸素含有ガスと接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクト２ｅは電極支持体２ａに形成された燃料ガス通過孔８を通る燃料ガス及び電極支持体２ａの外側を流動する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが望まれる。

集電部材９は、弾性を有する金属又は合金若しくは導電性セラミックから形成された適宜の形状の部材、或いは金属繊維又は合金繊維から成るフェルトに、所要表面処理を加えた部材から構成することができる。

そして、複数の燃料電池セル２の下端部は、図１に示すように燃料ガスタンク１１に固定されている。この燃料ガスタンク１１には、燃料電池セル２内部に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管１７が接続され、この燃料ガス供給管１７は改質器６に接続され、この改質器６には、被改質ガスを供給するための被改質ガス供給管１９が接続されており、外部から被改質ガス供給管１９を介して被改質ガスが改質器６に供給され、この改質器６で改質され、燃料ガスが燃料ガス供給管１７を介して燃料ガスタンク１１に供給される。

また、図１に示したように、燃焼領域４を挿通する酸素含有ガス供給管５は、その先端部が発電領域の下部であってセルスタック３間に位置している。発電で用いられなかった余剰の酸素含有ガスは、燃焼領域４内に自然流動するように構成されている。

熱交換器７は、燃料電池セル２上方で燃焼された燃焼排ガスを導出する排ガス通路と、この排ガス通路に沿って設けられた酸素含有ガス通路とから構成され、お互いが対向する形で配置され、この部分で熱交換されている。

このように構成された燃料電池では、外部からの酸素含有ガス（例えば空気）を熱交換器７の酸素含有ガス通路を経由して、酸素含有ガス供給管５を介して発電室のセルスタック３間に噴出させ、燃料電池セル２間に供給するとともに、被改質ガスを被改質ガス供給管１９を介して改質器６内に供給し、この改質器６にて改質して、燃料ガス（例えば水素）を燃料ガス供給管１７、燃料ガスタンク１１を介して燃料電池セル２の燃料ガス通過孔８内に供給し、発電領域のセル２において発電させる。

発電に用いられなかった余剰の燃料ガスは燃料ガス通過孔８の上端から燃焼領域４内に噴出し、発電に用いられなかった余剰の酸素含有ガスは、燃焼領域４内に導かれ、余剰の燃料ガスを燃焼させ、燃焼排ガスを発生させ、この燃焼排ガスが燃焼排ガス導入口２４を介して熱交換器７の排ガス通路に導出され、熱交換器７の上端から排出される。

さらに、ハウジング１より排出される燃焼排ガスは排ガス通路２１を通過して、後段の廃熱回収器２２に導入され、例えば、温水の作製、デシカント方式の廃熱回収などに利用され、最終の排ガスとして排ガス通路２１の排出口２３より外気に放出される。

そして、本発明の発電装置では、ハウジング１内の改質器上部領域２０に浄化装置５１が設けられている。これにより、排出口２３より外気に放出される燃焼排ガスの有害成分を除去、浄化することができる。直接燃焼を利用する場合においては、燃焼に十分な温度は発電時の温度を考慮すると得られると考えられるが、前記浄化装置５１としては、容器内に、ニクロム線、Ｐｔヒーター、セラミックヒーター、イグナイターなどの着火源を具備して構成されており、余剰の燃料ガスと余剰の酸素含有ガスを反応させて再度燃焼させ、有毒な一酸化炭素や可燃性の水素などを燃焼、除去することができる。

設置位置としては、高温域であり、かつ吸熱反応である改質部に熱を授受可能な改質器近傍である前記燃焼領域４、または改質器上部領域２０に設置することが好ましい。特には燃焼領域４に設置する場合には燃焼部に近いため高温になり、直接燃焼の場合に、より適した設置位置となると同時に、例えば、浄化装置５１の着火源は起動時の着火源としての共用が可能となる。さらに改質部上部領域２０においては着火源である浄化装置５１が燃焼領域４と改質器６を介して離れているため、セル上部での燃焼による炎に曝されることが少ないため、耐久性が向上する。

また、セル上部での燃焼の炎や発電時の高温状態から浄化装置５１を保護するという点から、浄化装置が中空状の容器で形成されていることが好ましい。容器内部には、排ガスの導入口、排出口と前記の直接燃焼するための着火源用のニクロム線、Ｐｔヒーター、セラミックヒーターなどが設けられている。

また、直接燃焼させる場合の着火源においては、常時着火源に通電されている状態でも構わないが、効率の点から少なくとも高効率の発電時である高燃料利用率時、高空気利用率時において通電されている状態にあることが好ましい。

一方、酸化触媒を利用した触媒燃焼では、容器内部に、ハニカム状、モノリス状に形成された酸化触媒が設置したり、球状、ペレット形状などの形状の酸化触媒を充填して構成されており、余剰の燃料ガスと余剰の酸素含有ガスを触媒反応により再度燃焼させ、有毒な一酸化炭素や可燃性の水素などを燃焼、除去することができる。設置位置としては、高温域であり、かつ吸熱反応である改質器に熱を授受可能な改質器近傍である前記燃焼領域４、または改質器上部領域２０に設置することが好ましい。特には燃焼領域４に設置する場合には燃焼領域に近いため、触媒反応開始時の熱源としての熱エネルギーを授受できる。

さらに改質器上部領域２０においては浄化装置５１が燃焼領域と改質器を介して離れているため、セル上部での燃焼による炎に曝されることが少ないため、酸化触媒の耐久性が向上する。触媒そのものは、重金属酸化物の混合物を成型或いは担持した複合酸化物系触媒や、貴金属を担持した貴金属系触媒などが利用される。さらに、浄化装置５１は、熱交換器７への燃焼排ガス導入口２４に設けることもできる。

このようにハウジング１内に浄化装置５１を設けることにより、燃料電池セル２の反応熱や高温の燃焼排ガスによる熱を、浄化装置５１の熱源として利用できる。特に図１の場合や、燃焼排ガス導入口２４に設けた場合には、一旦浄化装置５１に進入し、熱交換器７を経て外部へ排出されるため、全ての燃焼排ガスを逃すことなく、効率よく浄化することができる。

また、本発明の発電装置では、熱交換器７の内部の排ガス通路に浄化装置を設けることができる。この排ガス通路を全ての燃焼排ガスが通過することから、排ガス通路に浄化装置を設けることにより、効率よく燃焼排ガスの浄化ができるとともに、燃焼排ガスは比較的高温であることから、その顕熱を利用した直接燃焼や触媒による燃焼方式が可能となる。

例えば、直接燃焼の場合には、排ガス通路の一部、もしくは複数箇所に着火源用のニクロム線、Ｐｔヒーター、セラミックヒーターなどが設置されることで構成され、触媒による燃焼方式の場合には、通路内部に直接触媒成分を担持してもかまわないが、通路上に、例えば球状の触媒粒子を充填しても構わないし、圧力損失を低減する観点より、ハニカムやモノリス形状の触媒を設置しても良い。触媒そのものは、複合酸化物系の触媒や、貴金属を担持したものなどが利用される。

さらに、本発明の発電装置では、熱交換器７にて熱交換された後の数百度以下の中温の燃焼排ガスを後段の廃熱回収部２２に導入する際の燃焼排ガス通路２１、もしくは廃熱回収部２２に浄化装置を設けることができる。この部位での浄化においては、燃焼排ガスの全てが集約され（全ての燃焼排ガスが通過する）ていることに加え、数百度以下の中温度域の燃焼排ガスであることから、直接燃焼させることは困難であるが、触媒を利用した燃焼触媒方式が有効となる。燃焼触媒方式においては、通路内部に直接触媒成分を担持してもかまわないが、通路上に、例えば球状の触媒粒子を充填しても構わないし、圧力損失を低減する観点より、ハニカムやモノリス形状の触媒を設置しても良い。触媒そのものは、酸化物系の触媒や、貴金属を担持したものなどが利用される。

また、本発明の廃熱回収部２２の後段の排出口２３に浄化装置を設けることができる。排出口２３においては、廃熱も回収されており、その温度は十分に低下しているため、例えば吸着を利用した方式が有効となる。吸着に利用される触媒は活性炭、ゼオライトなどの物理吸着、化学吸着によるものなどが利用される。

また本発明においては、直接燃焼させる方式、触媒燃焼方式、吸着方式のいずれか一つの利用で燃焼排ガスの浄化が可能であるが、より確実な浄化のためには３種の方式を種々組合わせて利用することが望ましい。例えば、ハウジング内に浄化装置を設け、かつハウジング外、例えば燃焼排ガス通路２１に浄化装置を設けることが望ましい。

さらに本発明においては、図３（ａ）に示すように浄化装置の上流側に有害成分を分離濃縮する分離濃縮器を設けることにより、有害成分の濃度を一旦増加したうえで浄化装置に送り込むことができ、効果的な浄化が可能となると同時に、有害成分濃度が非常に低い状態においても有害成分の濃度を高めてより燃焼しやすい状態にすることができ（有害成分は可燃性ガスであるため濃度が低い状態では燃焼しにくいため、濃度を高めて燃焼させたほうが良い）、必要な触媒や燃焼の着火源を必要最小限に低下できる。分離濃縮器としては、高分子や無機の分離膜やＰＳＡ（圧力変動吸着）法等の公知のものを使用できる。

また本発明においては、図３（ｂ）に示すように高い空気利用率もしくは高い燃料率での作動においては、燃焼させようにも酸素や燃料が不足する状態が存在するため、不完全な燃焼を起こしやすい状況が存在しうる。そのため浄化装置の上流側に、例えば空気などの酸素を含有する酸素含有ガス導入配管を設置することにより、全体的な総合効率を向上することができる。

また本発明においては、図３（ｃ）に示すように、浄化装置の下流側に有害成分の濃度を検出するガス検出器を設けることができ、更には図３（ｄ）に示すように、有害成分が所定量以上に検出される場合には再度浄化装置の上流側に燃焼排ガスを循環する機構を備えることで外気に放出されるガスの浄化を確実に行うことができる。

また本発明においては、図３（ｅ）に示すように、燃焼排ガスを循環する際には、有害成分を分離濃縮することにより、浄化装置の負荷を低減するとともに、有害成分の濃度を高めた状態での浄化が可能となる。

本発明の発電装置の好適実施形態を示す断面図。 図１のセルスタックを示す平面図。 ハウジング外に浄化装置を設けた場合の種々の形態を示す図。

符号の説明

１：ハウジング
２：燃料電池セル
６：改質器
７：熱交換器
２１：燃焼排ガス通路
２２：廃熱回収部
５１・・・浄化装置

Claims (16)

1. ハウジング内に複数の固体酸化物型燃料電池セルを収納してなるとともに、前記燃料電池セルに供給されて排出されたガスの燃焼排ガスを浄化する浄化装置を具備することを特徴とする発電装置。
2. ハウジング内に浄化装置が設けられていることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
3. ハウジング内に改質器が設けられていることを特徴とする請求項２記載の発電装置。
4. ハウジング内に熱交換器を有しており、燃焼排ガスが前記熱交換器内に進入する前に浄化装置に進入することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の発電装置。
5. ハウジング内に熱交換器を有しており、浄化装置が熱交換器内に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の発電装置。
6. ハウジング外の燃焼排ガス通路に、浄化装置が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の発電装置。
7. ハウジング外の燃焼排ガス通路に、燃焼排ガスが進入する廃熱回収部が設けられており、該廃熱回収部に浄化装置が設けられていることを特徴とする請求項６記載の発電装置。
8. 廃熱回収部の下流側に、浄化装置が設けられていることを特徴とする請求項７記載の発電装置。
9. ハウジング内に浄化装置が設けられており、該浄化装置内で燃焼排ガスを燃焼させて浄化することを特徴とする請求項１記載の発電装置。
10. ハウジング内に浄化装置が設けられており、該浄化装置内で燃焼排ガスを酸化触媒で燃焼させて浄化することを特徴とする請求項９記載の発電装置。
11. ハウジング外に浄化装置が設けられており、該浄化装置内で燃焼排ガスを吸着除去して浄化することを特徴とする請求項１記載の発電装置。
12. 浄化装置の上流側に有害成分の分離濃縮器が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれかに記載の発電装置。
13. 燃焼排ガスを燃焼させて浄化する場合には、浄化装置に酸素含有ガスが導入されることを特徴とする請求項９又は１０記載の発電装置。
14. 浄化装置から排出される燃焼排ガスの有害成分の濃度を検出する有害成分濃度検出器を有することを特徴とする請求項１乃至１３のうちいずれかに記載の発電装置。
15. 有害成分濃度検出器で所定量以上の有害成分が検出された場合に、再度浄化装置に燃焼排ガスが循環されることを特徴とする請求項１４記載の発電装置。
16. 再度浄化機構に燃焼排ガスが循環される際には、有害成分を分離濃縮して前記浄化装置へ循環することを特徴とする請求項１５記載の発電装置。

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