JP2009110674A

JP2009110674A - 燃料電池装置

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Publication number: JP2009110674A
Application number: JP2007278423A
Authority: JP
Inventors: Narikado Takahashi; 成門高橋
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2009-05-21
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: JP5342763B2

Abstract

【課題】再起動時に燃焼触媒が破損することを抑制した燃料電池装置を提供する。
【解決手段】排ガスを排気するための排気孔１８を備えてなる収納容器２内に複数個の燃料電池セル３および燃料電池セル３に供給する燃料ガスを生成するための改質器６を収納してなる燃料電池モジュール１と、排気孔１８から排気される排ガスを処理するための排ガス処理装置２５と、熱交換器２６で、排ガス処理装置２５で処理された排ガスと水とで熱交換して生じる第１の凝縮水を改質器６に供給する燃料電池装置１９であって、排ガス処理装置２５は、燃焼触媒３２と、上部側に燃焼触媒３２を収納するための収納部３３を備え下部側に燃料電池装置１９の運転停止処理において排ガスの温度低下に伴って生じる第２の凝縮水を回収するための凝縮水回収部３４を備えてなる触媒収納ケース３０とを具備することから、燃料電池装置１９の再起動時に燃焼触媒３０が破損することを抑制できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池の発電により生じる排ガスを処理するための排ガス処理装置および熱交換器を具備する燃料電池装置に関する。

近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルを複数個配列してなる燃料電池セルスタックを収納容器内に収納した燃料電池装置やその運転方法（システム）が種々提案されている。

そして、このような燃料電池装置においては、天然ガス等の原燃料を水素含有ガスに改質するための改質器を具備しており、この水素含有ガスと酸素含有ガスが燃料電池セルに供給されて燃料電池セルの発電が行なわれる。

ところで、改質器において、天然ガス等の原燃料に含まれる成分を水素含有ガスに改質する際、有害成分である一酸化炭素が生じる場合がある。また、燃料電池装置の稼動時（起動処理時、発電時、停止処理時）において、特に高効率発電時（即ち高い燃料利用率での運転時）や高い空気利用率での運転時における不完全燃焼等により排気中に一酸化炭素等を含有する場合がある。

それゆえ、一酸化炭素等の有害成分を含有する排ガスが燃料電池装置の外部に排気されないよう、例えば、ハウジング内に複数の固体酸化物形燃料電池セルを収納するとともに、燃料電池セルより排出された燃焼排ガスを浄化する浄化装置を具備する燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、燃焼排ガスと水とで熱交換するための熱交換器を具備し、熱交換により生成される凝縮水を改質器に供給する燃料電池装置も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００６−３２２９１号公報特開２００６−１７９３８６号公報

ところで、燃料電池装置の稼動に伴って生じる排ガスを処理するにあたり、燃焼触媒を触媒収納ケースに収納してなる排ガス処理装置を用いる燃料電池装置において、燃料電池装置の停止処理（燃料電池セルの発電停止処理）の際に、排ガス中に含まれる水が凝縮水として生じ、その凝縮水が燃焼触媒の内部に浸透する、もしくは燃焼触媒の表面に付着する場合がある。

ここで、特に燃焼触媒の内部に水が浸透した状態で燃料電池装置を再起動すると、燃焼触媒の温度上昇に伴って水が気化する際に、燃焼触媒が破損するおそれがある。さらに、これら破損した燃焼触媒や排ガス中に含まれる成分等が付着して塊状となり、排ガスの処理を効率よく行なうことが難しい場合がある。

さらに、触媒収納ケース内で排ガス中に含まれる水が凝縮した場合に、その凝縮水が触媒収納ケースの底部に溜まり、燃焼触媒が濡れてしまうおそれがある。

それゆえ、本発明の目的は、燃料電池装置を停止して再起動する場合において生じる、燃焼触媒の破損を抑制することができる燃料電池装置を提供することにある。

本発明の燃料電池装置は、排ガスを排気するための排気孔を備えてなる収納容器内に複数個の燃料電池セルおよび該燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質器を収納してなる燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールの前記排気孔から排気される排ガスを処理するための排ガス処理装置と、該排ガス処理装置で処理された処理後の排ガスと水とで熱交換するための熱交換器とを具備し、該熱交換器での熱交換により生じる第１の凝縮水を前記改質器に供給する燃料電池装置であって、前記排ガス処理装置は、燃焼触媒と該燃焼触媒を収納するための触媒収納ケースとを具備し、該触媒収納ケースは、上部側に前記燃焼触媒を収納するための収納部を備え、下部側に前記燃料電池装置の運転停止処理において、排ガスの温度低下に伴って前記触媒収納ケース内に生じる第２の凝縮水を回収するための凝縮水回収部を備えてなることを特徴とする。

このような燃料電池装置においては、燃料電池装置の稼動に伴って生じる排ガスを処理するための排ガス処理装置が、燃焼触媒と燃焼触媒を収納するための触媒収納ケースを具備するとともに、触媒収納ケースは、上部側に燃焼触媒を収納するための収納部を備え、下部側に燃料電池装置の運転停止処理において、排ガスの温度低下に伴って触媒収納ケース内に生じる第２の凝縮水を回収するための凝縮水回収部を備えてなることから、燃料電池装置の運転停止処理により、燃料電池モジュールから排気される排ガスの温度が低下し、排ガス中に含まれる水が凝縮水（第２の凝縮水）として生じる場合に、生じた凝縮水は凝縮水回収部に流れることとなる。

それにより、燃料電池装置の運転停止処理において、排ガスの温度低下に伴い生じる凝縮水（第２の凝縮水）が、燃焼触媒を収納する収納部に溜まることを抑制でき、また燃焼触媒間を流れる水（第２の凝縮水）は、凝縮水回収部に向けて流れやすくなることから、燃焼触媒に第２の凝縮水が浸透するもしくは表面に付着することを抑制でき、燃料電池装置の再起動時において燃焼触媒が破損することを抑制できる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記排ガス処理装置は、前記燃料電池モジュールより下方に設置され、前記熱交換器は、前記排ガス処理装置より下方に設置されるとともに、前記排ガス処理装置を構成する前記触媒収納ケースは、上面に前記燃料電池モジュールより排気された排ガスを流入させるための排ガス流入部を備え、下面に前記触媒収納ケース内を流通して処理された排ガスおよび前記凝縮水回収部にて回収された凝縮水を排出するための排出部を備えることが好ましい。

このような燃料電池装置においては、燃料電池モジュールの下方に排ガス処理装置が設けられ、その下方に熱交換器が設けられるとともに、排ガス処理装置を構成する触媒収納ケースは、上面に排ガスを流入させるための排ガス流入部を備え、下面に触媒収納ケースを流通して処理された排ガスおよび凝縮水回収部にて回収された凝縮水を排出するための排出部を備えることから、燃料電池モジュールより排気された排ガスは、排ガス流入部より触媒収納ケース内に流入し、収納部に収納された燃焼触媒により処理された後、処理された排ガスが排ガス流入部より排気されて、熱交換器に供給されることとなる。それにより、燃料電池装置の稼動に伴って生じる排ガスの処理と、処理後の排ガスと水とでの熱交換を効率よく行うことができる。

あわせて、触媒収納ケース内で生成され、凝縮水回収部に回収された凝縮水（第２の凝縮水）は、排出部を通じて熱交換器に供給され、熱交換器で生成された凝縮水（第１の凝縮水）とあわせて改質器に供給されることから、凝縮水を効率よく回収することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記凝縮水回収部の底面の少なくとも一部に凹部を有し、該凹部と前記排出部とが通じていることが好ましい。

このような燃料電池装置においては、凝縮水回収部の底面の少なくとも一部に凹部を有し、凹部と排出部とが通じていることから、凝縮水回収部に回収された凝縮水は凹部を介して排出部に向けて流れやすくなる。また、凹部と排出部が通じていることから、凹部を流れる凝縮水（第２の凝縮水）は、排出部より排出されて熱交換器に供給される。それゆえ、燃焼触媒に凝縮水（第２の凝縮水）が浸透するもしくは表面に付着することを抑制でき、燃料電池装置の再起動時において燃焼触媒が破損することを抑制できる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記収納部に、前記排ガス流入部より流入する排ガスを整流するための整流部材を具備することが好ましい。

このような燃料電池装置においては、収納部に排ガス流入部より流入する排ガスを整流するための整流部材を具備することから、排ガスが燃焼触媒を収納する収納部の特定部位だけを流れることを抑制することができる。それにより、効率よく排ガス処理を行うことができる。

本発明の燃料電池装置は、排ガスを排気するための排気孔を備えてなる収納容器に複数個の燃料電池セルおよび燃料電池セルに供給するための改質器を収納してなる燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールの排気孔から排気される排ガスを処理するための、燃焼触媒と燃焼触媒を収納するための触媒収納ケースを具備する排ガス処理装置と、排ガス処理装置で処理された排ガスと水とで熱交換するための熱交換器とを具備するとともに、触媒収納ケースは、上部側に燃焼触媒を収納するための収納部を備え、下部側に燃料電池装置の運転停止処理において、排ガスの温度低下に伴って触媒収納ケース内に生じる第２の凝縮水を回収するための凝縮水回収部を備えてなることから、燃料電池装置の停止処理において触媒収納ケース内で生じる凝縮水（第２の凝縮水）を有効に回収することができ、燃料電池装置の再起動において燃焼触媒が破損することを抑制できる。

図１は、本発明の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュール１（以下、モジュールという場合がある。）の一例を示す外観斜視図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。モジュール１は、直方体状の収納容器２の内部に、内部をガスが流通するガス流路を有する燃料電池セル３を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル３間に集電部材（図示せず）を介して電気的に直列に接続するとともに、燃料電池セル３の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材（図示せず）でマニホールド４に固定してなる燃料電池セルスタック５（以下、セルスタックという場合がある。）を収納して構成されている。なお、図１においては、燃料電池セル３として、燃料電池セル３の内部に設けられたガス流路を長手方向に燃料ガスが流れる中空平板型で、支持体の表面に、燃料側電極、固体電解質及び酸素側電極を順に設けてなる固体酸化物形の燃料電池セル３を例示している。

また、燃料電池セル３にて使用する水素含有ガスを得るために、天然ガスや灯油等の燃料を改質して燃料ガス（水素含有ガス）を生成するための改質器６をセルスタック５の上部に配置している。そして、改質器６で生成された燃料ガスは、ガス流通管７によりマニホールド４に供給され、マニホールド４を介して燃料電池セル３の内部に設けられたガス流路に供給される。そして、これらの構成により燃料電池セルスタック装置８が構成されている。

なお、図１においては、収納容器２の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されている燃料電池セルスタック装置８を後方に取り出した状態を示している。ここで、図１に示したモジュール１においては、燃料電池セルスタック装置８を、収納容器２内にスライドして収納することが可能である。

図２は、図１で示すモジュール１の断面図であり、内部に温度センサ１５を配置してなるモジュール１の一例を示す。

モジュール１を構成する収納容器２は、内壁１０と外壁１１を有する二重構造で、外壁１１により収納容器２の外枠が形成されるとともに、内壁１０によりセルスタック５（燃料電池セルスタック装置８）を収納する発電室９が形成されている。

さらにモジュール１においては、内壁１０と外壁１１との間を、燃料電池セル３に導入する反応ガスの流路としており、例えば、燃料電池セル３に導入する酸素含有ガス等の反応ガスが流れる。

ここで内壁１０には、内壁１０の上面よりセルスタック５の側面側にまで延び、セルスタック５の配列方向における幅に対応し、内壁１０と外壁１１とで形成される流路に通じて、セルスタック５に反応ガスを導入するための反応ガス導入部材１３が備えられている。また、反応ガス導入部材１３の下端側（燃料電池セル３の下端側）には、燃料電池セル３に反応ガスを導入するための吹出口１４が設けられている。

なお図２において、反応ガス導入部材１３は、互いに所定間隔を空けて並設された一対の板部材により反応ガス導入流路を形成し、下端側で底部材に接合して形成されている。また、図２においては、反応ガス導入部材１３は、収納容器２の内部に並置された２つのセルスタック５（燃料電池セルスタック装置８）間に位置するように配置されている。なお、反応ガス導入部材１３は、収納されるセルスタック５の数により、例えばセルスタック５を挟み込むように配置してもよい。

そして、反応ガス導入部材１３の内部に、温度センサ１５の測温部１６が位置するよう、温度センサ１５が収納容器２の上面側より挿入されている。なお、温度センサ１５としては、例えば熱電対を用いることができる。

ここで、燃料電池セル３は所定の温度範囲で運転されるため、発電室９内（好ましくはセルスタック４もしくはその近傍）の温度を測定するとともに、その温度管理を行なうことが必要となる。特に燃料電池が、固体酸化物形燃料電池の場合においては、その運転温度が非常に高く、燃料電池セル３（セルスタック５）の温度が過度に上昇すると、発電量が低下する、さらには劣化や熱応力により燃料電池セル３（セルスタック５）に破損等を生じるおそれがあるため、セルスタック５近傍の温度を効果的に測定するとともに、その温度管理を行なうことが特に必要となる。それゆえ、温度センサ１５は、測温部１６がセルスタック５の最も高い温度となる中央部側（セルスタック５の配列方向の中央部で、かつ燃料電池セル３の長手方向における中央部に位置する部位）を測定できるように配置することが好ましい。

また発電室９内には、モジュール１内の熱が極端に放散され、燃料電池セル３（セルスタック５）の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール１内の温度を高温に維持するための断熱材１７が適宜設けられている。

ここで、燃料電池セル３（セルスタック５）の温度を高温で維持すべく、断熱材をセルスタック５の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル３の配列方向に沿ってセルスタック５の側面側に並設するとともに、セルスタック５の側面の外形と同等またはそれ以上の大きさを有する断熱材１７を並設することが好ましい。なお、好ましくは、セルスタック５の両側面側に並設することが好ましい。それにより、セルスタック５の温度が低下することを効果的に抑制できる。

また、セルスタック５の側面側に、セルスタック５の側面の外形と同等またはそれ以上の大きさを有する断熱材１７を設けることにより、反応ガス導入部材１３より供給されるガスが、セルスタック５の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック５を構成する燃料電池セル３間の反応ガスの流れを促進することができる。

なお、反応ガス導入部材１３側に配置する断熱材１７の下端側には、反応ガスを燃料電池セル３に供給するための切り欠き部を有していることが好ましい。

また内壁１０のさらに内側には、内壁１０の底面（内部底面）および燃料電池セル３の配列方向に沿った側面側に位置する内壁１０（内部側面）に対して、それぞれ所定間隔を空けて並設された排ガス用内壁１２により排ガス流路が形成され、燃料電池装置の稼動（起動処理時、発電時、停止処理時）に伴って生じる排ガスを、収納容器２の底面側に設けられた排気孔１８より排気する構成となっている。

図３は、上述したモジュール１を具備する本発明の燃料電池装置１９を概略的に示す側面図であり、一部外装ケースを構成する側面部を取り外して、外装ケースの内部が見えるようにして示している。

図３において、燃料電池装置１９は、外装ケース２０内に仕切部材２１を有し、仕切部材２１の上部にモジュール１が配置された燃料電池モジュール収納室２２（以下、モジュール収納室と略す）が形成されている。また、仕切部材２１の下部にはモジュール１を動作させるにあたり必要な補機類（図３においては、モジュール１に空気を供給するためのブロアーのみを示している。）を収納するための補機収納室２４が形成されている。なお、仕切部材２１はモジュール収納室２２と補機収納室２４とを区画していればよく、モジュール収納室２２と補機収納室２４とが隙間を有して区画されていてもよい。

また、例えば外装ケース２０を仕切部材２１により左右に区画するとともに、一方がモジュール１を収納する燃料電池モジュール収納室２２、他方が補機類を収納する補機収納室２４とした燃料電池装置１９とすることもできる。

なお、図３に示したような仕切部材２１を用いて、外装ケースを上下に区画した形状とすることにより、燃料電池装置１９をコンパクトな形状とすることができる。

ここで、燃料電池装置１９の稼動に伴って生じる排ガスは、排ガス中に含まれる一酸化炭素などの有害成分を除去すべく排ガス処理装置２５に供給され、排ガス処理装置２５で処理された排ガスが続いて熱交換器２６に供給される。それにより排ガスの処理を効率よく行なうとともに、排ガスの熱を効率よく回収することができる。

それゆえ、本発明の燃料電池装置１９においては、モジュール１（収容容器２の排気孔１８）の下方に排ガス処理装置２５を設け、排ガス処理装置２５よりも下方に熱交換器２６を設けることが好ましい。

なお、図３においてはモジュール１（収納容器２）の底面に、排ガス処理装置２５（後述する触媒収納ケース３０）の上端が接続され、排ガス処理装置２５の下端に熱交換器２６の上端が接続されている。このように、モジュール１、排ガス処理装置２５、熱交換器２６のそれぞれを直接接続することにより、排ガスの流れが直線的となり、排ガスを効率よく処理することができるとともに、熱交換器での処理後の排ガスと水とでの熱交換を効率よく行うことができる。

図４は、上述したように、モジュール１、排ガス処理装置２５、熱交換器２６のそれぞれを直接接続する場合について概略的に示すために、モジュール１、排ガス処理装置２５および熱交換器２６を抜粋して示した正面図を示している。

ここで、モジュール１の周囲には断熱材１７が設けられており、モジュール１の底面（下面）に排ガス処理装置２５と熱交換器２６とが、排ガス処理装置２５で処理された排ガスが熱交換器２６の排ガス流通路を上から下に流通するように、熱交換器２６に設けられた排ガス流通路が上下方向を向くように順に接続されている。なお、詳細は後述するが、排ガス処理装置２５の下面には排出部３５が備えられており、排出部３５と熱交換器２６とが接続されている。そして、排ガス処理装置２５と熱交換器２６との接続は、ネジやリベット等の固定部材（図示せず）を介して接続することができる。また、モジュール１の底面（もしくは底面に設けられている断熱材１７）が仕切部材２１に固定されている。

なお図３および図４で示した熱交換器２６として、プレートフィン型熱交換器を例示している。

ここで、プレートフィン型熱交換器２６においては、熱交換器２６の側面（プレートが積層されている面以外の面）の下部側に、内部に設けられた水流通路を水が下から上に流れるよう水導入部２７が設けられており、熱交換器２６の側面の上部側に、熱交換後水供給部２８が設けられている。そして、これら水導入部２７と熱交換後水供給部２８には、それぞれ水供給管が接続され（図示せず）、燃料電池装置１９の外部に設けられる貯湯タンクに、熱交換後の水（お湯）が貯水されることとなる。

また熱交換器２６の下部には、処理後の排ガスと水とでの熱交換により生成される凝縮水（第１の凝縮水）と、熱交換後の排ガスとを分離するための気液分離部材２９が設けられており、熱交換器２６の側面方向に熱交換後の排ガスを排気し、熱交換器２６の下方向に凝縮水を排水することができる。

そして、熱交換器２６での熱交換により生じた凝縮水（気液分離部材２９で分離された凝縮水）を、改質器６に供給することにより、発電効率が向上した燃料電池装置１９とすることができる。なお、燃料電池装置１９の構造により気液分離部材２９の構造は適宜調整することができる。

図５は、本発明の燃料電池装置１９における排ガス処理装置２５を抜粋して示したものであり、触媒収納ケース３０の内部に設けられた網目状の仕切部材３１により、上部側に燃焼触媒３２を収納するための収納部３３と、下部側に燃料電池装置１９の運転停止処理において、排ガスの温度低下に伴って触媒収納ケース３０内に生じる第２の凝縮水を回収するための凝縮水回収部３４とを備えている。

さらに、触媒収納ケース３０の上面にモジュール１の排気孔１８より排気される排ガスを流入させるための排ガス流入部３６が設けられており、触媒収納ケース３０の下面に、収納部３３に収納された燃焼触媒３２にて処理された排ガスおよび凝縮水回収部３４にて回収された凝縮水（第２の凝縮水）を排出するための排出部３５が設けられている。

燃料電池装置１９の稼動に伴って生じる排ガス中には、一酸化炭素等の有害成分が含まれる場合がある。それゆえ、排ガスを排ガス処理装置２５（収納部３３）に配置された燃焼触媒３２により、無害化して排気する必要がある。

ここで、燃焼触媒３２としては、一般的に知られている燃焼触媒３２を用いることができる。それにより燃料電池装置１９の稼動に伴って生じる排ガスを無害化することができる。しかしながら、例えば多孔質の担持体に貴金属類等を担持させた燃焼触媒３２（貴金属類は担持体の表面や内部に担持される）を利用する場合に、燃焼触媒３２の種類によっては（例えばγ−アルミナなどの多孔質担体に触媒を担持させた燃焼触媒の場合など）、燃料電池装置１９の停止処理の際（燃料電池セル３の発電停止処理の際）に、排ガスの温度低下に伴い、排ガス中に含まれる水が触媒収納ケース３０内に第２の凝縮水として生じ、その第２の凝縮水が燃焼触媒３２の内部に浸透する、もしくは燃焼触媒３２の表面に付着する場合がある。

そして、燃焼触媒３２の内部に水が浸透した状態で燃料電池装置１９を再起動すると、燃焼触媒３２の温度上昇に伴い、燃焼触媒３２中に浸透した水の気化に伴う体積膨張により、燃焼触媒３２が破損する場合がある。さらに、これらの破損した燃焼触媒３２や排ガス中に含まれる成分が付着して塊状となり、排ガス処理装置２５での排ガスを効率よく処理できなくなるおそれがある。

また、燃料電池装置１９の停止処理に伴い触媒収納ケース３０内に第２の凝縮水が生じた場合に、凝縮水が排ガス処理装置２５（触媒収納ケース３０）の底部に溜まり、その溜まった凝縮水により燃焼触媒３２が濡れるおそれがある。

それゆえ、本発明の燃料電池装置１９においては、排ガス処理装置２５として、燃焼触媒３２と燃焼触媒３２を収納する触媒収納ケース３０とを具備するとともに、触媒収納ケース３０は、上部側に燃焼触媒３２を収納するための収納部３３と、下部側に排ガスの温度低下に伴って触媒収納ケース３０内に生じる凝縮水（第２の凝縮水）を回収するための凝縮水回収部３４を備えて構成される。

それにより、燃料電池装置１９の停止処理の際に生じる第２の凝縮水は、凝縮水回収部３４に流れることとなり、燃焼触媒３２を収納する収納部３３に溜まることを抑制することができる。また、収納部３３を触媒収納ケース３０の下部側に設けることから、燃焼触媒３２間を流れる水（凝縮水）が、凝縮水回収部３４に向けて流れやすくなる。

それにより、燃焼触媒３２に凝縮水が浸透するもしくは燃焼触媒３２の表面に付着することを抑制でき、燃料電池装置１９の再起動時において燃焼触媒３２が破損することを抑制できる。

なお、触媒収納ケース３０の下面（底面）には、凝縮水回収部３４にて回収された凝縮水および燃焼触媒３２にて処理された排ガスを熱交換器２７に供給するための排出部３５を具備している。また仕切部材３１、排出部３５および触媒収納ケース３０の上面に設けられた排ガス流入部３６は、それぞれ排ガスが効率よく流通することができる形状であることが好ましく、例えば網目状とすることができ、図５においては、排ガス流入部３６と仕切部材３１とを網目状で示している。

そして、収納容器２（モジュール１）の底面（下面）に排ガス流入部３６（触媒収納ケース３０の上面）が接続され、触媒収納ケース３０の下面に設けられた排出部３５に熱交換器２６が接続されることにより、燃料電池装置１９の稼動に伴って生じる排ガスの流れがより直線的となり、排ガスの処理と、処理後の排ガスと水とでの熱交換を効率よく行うことができる。

また、燃料電池装置１９の停止処理に伴って生じる第２の凝縮水が、凝縮水回収部３４を通じて熱交換器２６に供給され、熱交換器２６で生成された第１の凝縮水とあわせて改質器６に供給することにより、凝縮水を効率よく回収することができる。

図６は、排ガス処理装置２５の他の実施の形態を示したものであり、触媒収納ケース３０の下面に排出部３７が設けられているとともに、凝縮水回収部３４の底面の少なくとも一部に凹部３８を有し、凹部３８と排出部３７とが通じている触媒収納ケース３０を示している。

それにより、燃料電池装置１９の停止処理に伴い生じる第２の凝縮水は、凝縮水回収部３４の底面の少なくとも一部に設けられた凹部３８をつたって排出部３７に向けて流れやすくなる。それにより、凝縮水回収部３４に回収された第２の凝縮水は、熱交換器２６に流れやすくなることから、第２の凝縮水が燃焼触媒３０に浸透するもしくは表面に付着することを抑制でき、燃料電池装置１９の再起動時において燃焼触媒３０が破損することを抑制できる。

なお、凝縮水回収部３４の底面に設けられる凹部３８は、底面の一部が凹部となっていてもよく、また底面の全体を凹部３８としてもよい。

図７は、触媒収納ケース３０（収納部３３）に、排ガス流入部３６より流入する排ガスを整流するための整流部材３９を設けた例を示しており、整流部材３９を排ガス流入部３６に接続している。

触媒収納ケース３０に供給される排ガスは、圧損抵抗の少ない部位を流れる特性を有するため、触媒収納ケース３０（収納部３３）に収納された燃焼触媒３２の特定部位を特に流れる傾向にある。この場合、排ガスが流れやすい領域の燃焼触媒３２の劣化が早まるとともに、排ガスが流れにくい領域に位置する燃焼触媒３２は寿命が長くなり、排ガスの処理を効率よく行なうことが難しくなる場合がある。また、燃料電池装置の再起動時に燃焼触媒３０が破損して塊状となった場合に、排ガスの処理を効率よく行うことができないおそれがある。

それゆえ、図７に示した排ガス処理装置２５においては、排ガス流入部３６より流入する排ガスを整流するための整流部材３９を設けることにより、排ガスが収納部３０の特定部位だけを流れることを抑制することにより、効率よく排ガスを処理することができる。

なお、図７においては、四角錐形状の整流部材３９を示したが、例えば板状であってもよく、また排ガスの流量等に応じて適宜配置場所や設置する数量を設定することができる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

例えば、図３において、燃料電池セル３の近傍、特には内壁１１と排ガス用内壁１２により形成される排ガス流路の排ガス流入口に、別の排ガス処理装置（第２の排ガス処理装置）を設けることもできる。この場合には、燃料電池装置１９の起動時の排ガス温度が低い場合に、排ガス流路の排ガス流入口に設けられた排ガス処理装置（第２の排ガス処理装置）により排ガスを処理することができ、それにより、効率よく排ガスの処理を行なうことができる。

また、この場合、排ガス流路の排ガス流入口の排ガス温度は、排気孔２１より排気される排ガスの温度よりも高温となるため、排ガス処理装置１７で用いる燃焼触媒３０よりも作動温度が高温の燃焼触媒を用いることができ、それにより、効率よく排ガスの処理を行なうことができる。

本発明の燃料電池装置における燃料電池モジュールを抜粋して示した外観斜視図である。本発明の燃料電池装置における燃料電池モジュールの断面図である。本発明の燃料電池装置の一例を示す概略図である。排ガス処理装置と熱交換器との接続を示す、本発明の燃料電池装置の一部を抜粋した正面図である。本発明の燃料電池装置における排ガス処理装置を抜粋して示す斜視図である。本発明の燃料電池装置における排ガス処理装置の他の一例を示す斜視図である。本発明の燃料電池装置における排ガス処理装置のさらに他の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１：燃料電池モジュール
２：収納容器
３：燃料電池セル
６：改質器
１８：排気孔
１９：燃料電池装置
２５：排ガス処理装置
２６：熱交換器
３０：触媒収納ケース
３２：燃焼触媒
３３：収納部
３４：凝縮水回収部
３５、３７：排出部
３６：排ガス流入部
３８：凹部
３９：整流部材

Claims

排ガスを排気するための排気孔を備えてなる収納容器内に複数個の燃料電池セルおよび該燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質器を収納してなる燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールの前記排気孔から排気される排ガスを処理するための排ガス処理装置と、該排ガス処理装置で処理された処理後の排ガスと水とで熱交換するための熱交換器とを具備し、該熱交換器での熱交換により生じる第１の凝縮水を前記改質器に供給する燃料電池装置であって、前記排ガス処理装置は、燃焼触媒と該燃焼触媒を収納するための触媒収納ケースとを具備し、該触媒収納ケースは、上部側に前記燃焼触媒を収納するための収納部を備え、下部側に前記燃料電池装置の運転停止処理において、排ガスの温度低下に伴って前記触媒収納ケース内に生じる第２の凝縮水を回収するための凝縮水回収部を備えてなることを特徴とする燃料電池装置。
前記排ガス処理装置は、前記燃料電池モジュールより下方に設置され、前記熱交換器は、前記排ガス処理装置より下方に設置されるとともに、前記排ガス処理装置を構成する前記触媒収納ケースは、上面に前記燃料電池モジュールより排気された排ガスを流入させるための排ガス流入部を備え、下面に前記触媒収納ケース内を流通して処理された排ガスおよび前記凝縮水回収部にて回収された凝縮水を排出するための排出部を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
前記凝縮水回収部の底面の少なくとも一部に凹部を有し、該凹部と前記排出部とが通じていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池装置。
前記収納部に、前記排ガス流入部より流入する排ガスを整流するための整流部材を具備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燃料電池装置。