JP2009110675A

JP2009110675A - 燃料電池装置

Info

Publication number: JP2009110675A
Application number: JP2007278424A
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: JP5342764B2

Abstract

【課題】燃料電池装置の起動時から効率よく排ガスを処理できる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ガス流路および排ガス流路に通じている排気孔２６を備えてなる収納容器１０内に、内部にガス流路を有する燃料電池セル１１を所定間隔をおいて配列してなる燃料電池セルスタック１３を収納してなり、ガス流路より排出される燃料ガスを燃料電池セル１１の上端部側で燃焼させるように構成してなる燃料電池装置１であって、排ガス流路の流入口または排ガス流路中に第１の排ガス処理装置２７を備えるとともに、排気孔２６内または排気孔２６に接続して第２の排ガス処理装置７を備えることから、燃料電池装置１の起動時から効率よく排ガスの処理を行うことができる。
【選択図】図４

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）に高効率発電時（すなわ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一酸化炭素等を含有する排ガスを生じる場合がある。

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）。
特開２００６−３２２９１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、燃焼触媒を具備する排ガス処理装置を用いる場合に、排ガス中の有害成分の１つである一酸化炭素を二酸化炭素に効率よく酸化するにあたっては、ある程度の排ガス温度、触媒温度が必要となり、触媒の種類により活性の温度範囲が異なることが知られている。

ここで、燃料電池セルが固体酸化物形燃料電池セルの場合、改質器での改質反応により生じる一酸化炭素等も燃料ガスとして使用することができるため、固体酸化物形燃料電池セル（セルスタック）を収納する燃料電池装置においては、燃料電池セルを収納する収納容器に備えられた排ガスの排気孔の近傍に燃焼触媒を配置することが考えられる。

しかしながら、排ガス処理装置を排気孔の近傍だけに配置した場合には、燃料電池装置の起動時のような、排ガス温度や触媒温度が低い場合に、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。

一方、燃焼触媒を具備する排ガス処理装置を、燃料電池セルの近傍に配置する場合には、特に燃料電池セルが固体酸化物形燃料電池セルの場合に、燃料電池セルの発電により生じる排ガスの温度が非常に高温となることから、排ガスの処理効率の良い燃焼触媒を用いることが難しい場合がある。

それゆえ、本発明の目的は、燃料電池の起動時から効率よく排ガスの処理を行うことが可能な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ガス流路および該排ガス流路に通じている排気孔を備えてなる収納容器内に、内部にガス流路を有する燃料電池セルを所定間隔をおいて配列してなる燃料電池セルスタックを収納してなり、前記ガス流路より排出される燃料ガスを前記燃料電池セルの上端部側で燃焼させるように構成してなる燃料電池装置であって、前記排ガス流路の流入口または前記排ガス流路中に第１の排ガス処理装置を備えるとともに、前記排気孔内または前記排気孔に接続して第２の排ガス処理装置を備え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、排ガスを排気するための排ガス流路の流入口または排ガス流路中に第１の排ガス処理装置を配置し、収納容器の排気孔内または排気孔に接続して第２の排ガス処理装置を備えることから、燃料電池装置の稼動に伴って生じる排ガスは、まず第１の排ガス処理装置で処理することができ、第１の排ガス処理装置で処理できなかった排ガスを、第２の排ガス処理装置で処理することができる。

それにより、燃料電池装置の起動時のような排気孔より排気される排ガスの温度が低い場合においても、燃料電池装置の稼動に伴って生じる排ガスを効率よく処理することができる。

また、第１の排ガス処理装置は、第２の排ガス処理装置が排ガスの処理を開始することができるまでの間に排気される排ガスを処理できればよいことから、第１の排ガス処理装置が大型化することを抑制でき、それにより収納容器が大型化することを抑制できる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記第１の排ガス処理装置が、前記燃料電池セルの上端部の近傍に設置され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、燃料電池装置の起動時のような排気孔より排気される排ガスの温度が低い場合においても、燃料電池セルの上端部の近傍に第１の排ガス処理装置を配置することから、燃料電池セルのガス流路より排出される燃料ガスを上端部側で燃焼させることにより、第１の排ガス処理装置に流入する排ガスの温度を上昇させることができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記第１の排ガス処理装置および前記第２の排ガス処理装置が燃焼触媒を具備してなり、前記第１の排ガス処理装置が有する燃焼触媒の作動温度が、前記第２の排ガス処理装置が有する燃焼触媒の作動温度よりも高いことが好ましい。

このような燃料電池装置においては、燃料電池装置の稼動に伴って生じる排ガスの温度が、燃料電池セルの上端部近傍では高温となり、排気孔側では燃料電池セルの上端部近傍に比べて低温となる。したがって、第１の排ガス処理装置が有する燃焼触媒の作動温度を、第２の排ガス処理装置が有する燃焼触媒の作動温度よりも高くすることにより、各燃焼触媒の劣化を抑制することができ、それぞれの排ガス処理装置が効率よく排ガスを処理することができる。

さらに燃料電池装置の起動時のように、排気孔側における排ガスの温度が低い場合であっても、燃料電池セルの上端部近傍では排ガスの温度は高温であることから、高温で作動することができる第１の排ガス処理装置により、排ガスの処理を効率よく行うことができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記第２の排ガス処理装置は、前記燃焼触媒として多孔質担体に触媒が担持された燃焼触媒と、該多孔質担体に触媒が担持された燃焼触媒を収納するための触媒収納ケースとを具備するとともに、前記排気孔に接続して備えられ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、第２の排ガス処理装置は、燃焼触媒として多孔質担体に触媒が担持された燃焼触媒と、多孔質担体に触媒が担持された燃焼触媒を収納するための触媒収納ケースとを具備するとともに、排気孔に接続されていることから、排気孔より排気された排ガスを効率よく処理することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記第２の排ガス処理装置は、前記燃焼触媒としてハニカム型の燃焼触媒を具備するとともに、前記排気孔内に備えられ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、第２の排ガス処理装置は、燃料触媒としてハニカム型の燃焼触媒を具備するとともに、排気孔に備えられていることから、排気孔より排気される排ガスは、ハニカム型の燃焼触媒で効率よく処理した後に、収納容器の外部に排気することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記収納容器は、内部底面および前記燃料電池セルの配列方向に沿って形成された内部側面に対して所定間隔を空けて並設された排ガス用内壁により排ガス流路を形成してなり、前記排気孔は前記収納容器の底に設けられているとともに、前記排ガス流路の流入口に前記第１の排ガス処理装置が配置され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、内部底面および燃料電池セルの配列方向に沿って形成された内部側面に対して所定間隔を空けて並設された排ガス用内壁により排ガス流路が形成され、排気孔収納容器の底に設けられていることから、収納容器の底に熱交換器を接続することができ、燃料電池装置をコンパクトとすることができる。

そして、第１の排ガス処理装置が排ガス流路の流入口に配置されていることから、燃料電池装置の起動時のように、排気孔側における排ガスの温度が低い場合であっても、第１の排ガス処理装置で効率よく処理することができる。

本発明の燃料電池装置は、排ガスを排気するための排ガス流路および排ガス流路に通じている排気孔を備えてなる収納容器内に、内部にガス流路を有する燃料電池セルを所定間隔をおいて配列してなる燃料電池セルスタックを収納してなり、ガス流路より排出される燃料ガスを燃料電池セルの上端部側で燃焼させるように構成してなる燃料電池装置であって、排ガス流路の流入口または排ガス流路中に第１の排ガス処理装置を備えるとともに、排気孔内または排気孔に接続して第２の排ガス処理装置を備えることから、起動時から効率よく排ガスの処理を行うことができる。

図１は、本発明の燃料電池装置１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。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。

図１において、燃料電池装置１は、外装ケース２内に仕切部材３を有し、仕切部材３の上部に燃料電池モジュール４（以下、モジュールという場合がある。）が配置された燃料電池モジュール収納室５（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３の下部にはモジュール４を動作させるにあたり必要な補機類（図１においてはモジュール４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６が形成されている。なお、仕切部材３はモジュール収納室５と補機収納室６とを区画していればよく、モジュール収納室５と補機収納室６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２を仕切部材３により左右に区画するとともに、一方がモジュール４を収納する燃料電池モジュール収納室５、他方が補機類を収納する補機収納室６とした燃料電池装置１とすることもできる。

なお、図１に示したような仕切部材３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１をコンパクトな形状とすることができる。

また、図１においてはモジュール４の底面に排ガス処理装置７が接続されており（詳細は後述する）、排ガス処理装置７の底面に、排ガス処理装置７により処理された排ガスと水とで熱交換するための熱交換器８が接続されている。

なお図１においては、モジュール４の底面に断熱材９を設けた例を示しているが、モジュール４の輻射熱をより効果的に断熱すべく、モジュール４の全面を覆うように断熱材９を配置することが好ましい。

図２は、図１に示したモジュール４を抜粋して示した外観斜視図である。モジュール４は、直方体状の収納容器１０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１１を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル１１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１１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１２に固定してなる燃料電池セルスタック１３（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２においては、燃料電池セル１１として、燃料電池セル１１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１１を例示している。

また、燃料電池セル１１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１４をセルスタック１３の上部に配置している。そして、改質器１４で生成された燃料ガスは、ガス流通管１５によりマニホールド１２に供給され、マニホールド１２を介して燃料電池セル１１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１６が構成されている。

そして、ガス流路を長手方向に流れて排出される燃料ガスを燃料電池セル１１の上端部側で燃焼させるように構成されており、それにより、燃料電池セル１１や改質器１４の温度を上昇させることができる。

なお、図２においては、収納容器１０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１６を後方に取り出した状態を示している。ここで、図２に示したモジュール４においては、燃料電池セルスタック装置１６を、収納容器１０内にスライドして収納することが可能である。

図３は、図２で示すモジュール４の断面図であり、図４は、図３で示すモジュール４と第２の排ガス処理装置７および熱交換器８との接続について概略的に示すために、モジュール４、第２の排ガス処理装置７および熱交換器８を抜粋して示した正面図である。まず図３を用いてモジュール４について説明する。

モジュール４を構成する収納容器１０は、内壁１７と外壁１８を有する二重構造で、外壁１８により収納容器１０の外枠が形成されるとともに、内壁１７によりセルスタック１３（燃料電池セルスタック装置１６）を収納する発電室１９が形成されている。

さらにモジュール４においては、内壁１７と外壁１８との間を、燃料電池セル１１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１１に導入する酸素含有ガスが流れる。

ここで内壁１７には、内壁１７の上面よりセルスタック１３の側面側にまで延び、セルスタック１３の配列方向における幅に対応し、内壁１７と外壁１８とで形成される流路に通じて、セルスタック１３に反応ガスを導入するための反応ガス導入部材２０が備えられている。また、反応ガス導入部材２０の下端側（燃料電池セル１１の下端側）には、燃料電池セル１１に反応ガスを導入するための吹出口２１が設けられている。

なお図３において、反応ガス導入部材２０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３においては、反応ガス導入部材２０は、収納容器１０の内部に並置された２つのセルスタック１３（燃料電池セルスタック装置１６）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２０は、収納されるセルスタック１３の数により、例えばセルスタック１３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２０の内部に、温度センサ２２の測温部２３が位置するよう、温度センサ２２が収納容器１０の上面側より挿入されている。なお、温度センサ２２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１１は所定の温度範囲で運転されるため、発電室１９内（好ましくはセルスタック１３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１１（セルスタック１３）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１１（セルスタック１３）に破損等を生じるおそれがあるため、セルスタック１１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２２は、測温部２３がセルスタック１３の最も高い温度となる中央部側（セルスタック１３の配列方向の中央部で、かつ燃料電池セル１１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１９内には、モジュール４内の熱が極端に放散され、燃料電池セル１１（セルスタック１３）の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール４内の温度を高温に維持するための断熱材２４が適宜設けられている。

ここで、燃料電池セル１１（セルスタック１３）の温度を高温で維持すべく、断熱材２４をセルスタック１３の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル１１の配列方向に沿ってセルスタック１３の側面側に並設するとともに、セルスタック１３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２４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１３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１３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１３の側面側に、セルスタック１３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２４を設けることにより、反応ガス導入部材２０より供給されるガスが、セルスタック２３の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック２３を構成する燃料電池セル１１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２０側に配置する断熱材２４の下端側には、反応ガスを燃料電池セル１１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１７により形成される底面（内部底面）および燃料電池セル１１の配列方向に沿って形成された側面（内部側面）に対して所定間隔を空けて併設された排ガス用内壁２５により排ガス流路が形成され、さらに収納容器１０の底に設けられた排気孔２６と排ガス流路が通じている。

それにより、燃料電池装置１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は、排ガス流路を流れた後、排気孔２６より排気される構成となっている。

なお、排気孔２６は収納容器１０の底面側の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を嵌め合わせることにより形成してもよい。

そして、図４に示したように、排気孔２６より排気される排ガスは、第２の排ガス処理装置７にて処理された後、処理後の排ガスと水とで熱交換する熱交換器８に供給されて熱交換が行われる。

なお、図４（図１）において、熱交換器２８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８においては、熱交換器８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２８が設けられており、熱交換器８の側面の上部側に熱交換後水供給部２９が設けられている。そして、これら水導入部２８と熱交換後水供給部２９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８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と、熱交換後の排ガスとを分離するための気液分離部材３０が設けられており、熱交換器８の側面方向に熱交換後の排ガスを排気し、熱交換器８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８での熱交換により生じた凝縮水（気液分離部材３０で分離された凝縮水）を、改質器１４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とすることができる。なお、燃料電池装置１の構造により気液分離部材３０の構造は適宜調整することができる。

ところで、燃料電池セル１１が固体酸化物形燃料電池の場合、改質器１４での改質反応により生成された一酸化炭素等の有害ガスも燃料ガスとして使用することができる。それゆえ、一酸化炭素等の有害ガスを処理するにあたり、モジュール４（収納容器１０）の排気孔２６に近接して排ガス処理装置（本発明においては第２の排ガス処理装置７に相当）を配置することが考えられる。

しかしながら、特に、燃料電池装置１の起動時は、モジュール４より排気される排ガスの温度が非常に低く、例えば排ガス処理装置（本発明においては第２の排ガス処理装置７に相当）として燃焼触媒を用いる場合に、燃焼触媒が効率よく排ガスを処理することができないおそれがある。

それゆえ、本発明の燃料電池装置１においては、モジュール４（収納容器１０）の排気孔２６または排気孔２６に接続して第２の排ガス処理装置を設けるとともに、排ガス流路の流入口または排ガス流路中に第１の排ガス処理装置２７を具備する。なお、図３および図４においては、第１の排ガス処理装置２７を排ガス流路の流入口に設け、第２の排ガス処理装置７を排気孔２６に接続して設けた例を示している。

ここで、ガス流路を長手方向に流れて排出される燃料ガスを燃料電池セル１１の上端部側で燃焼させるように構成されていることから、燃料電池装置１の起動時において、燃料電池セル１１の上端部の近傍の排ガスの温度は高温となる（少なくとも排気孔２６よりは高温となる）。それに伴い、第１の排ガス処理装置２７の温度も高くなるため、燃料電池装置１の起動時において生じる排ガスは、第１の排ガス処理装置２７にて処理することができる。また、燃料電池装置１の起動に伴い排ガスの温度やモジュール４の温度が上昇すると、第１の排ガス処理装置２７および第２の排ガス処理装置７の両方にて排ガスを処理することができ、より効率よく排ガスの処理を行うことができる。

また、第１の排ガス処理装置２７は、第２の排ガス処理装置７が排ガスの処理を開始するまでの間に排気される排ガス（燃料電池装置１の起動時における排ガス）を処理できる大きさとすればよく、例えば第１の排ガス処理装置２７および第２の排ガス処理装置７を燃焼触媒より構成する場合には、第１の排ガス処理装置が大型化することを抑制でき、それにより収納容器１０が大型化することを抑制できる。

また、燃料電池装置１の稼動に伴って生じる（特には発電に伴って生じる）排ガスを、第１の排ガス処理装置２７と第２の排ガス処理装置７とで処理すればよいことから、第２の排ガス処理装置を小型化することもでき、それにより、燃料電池装置１をよりコンパクトなものとする（小型化する）こともできる。

図５は、第２の排ガス処理装置７の一例を示したものである。図５に示した第２の排ガス処理装置７は、触媒収納ケース３１中の収納部３２に、燃焼触媒として多孔質担体に触媒を担持させた燃焼触媒３３（触媒は、多孔質担体の表面や内部に担持される）を充填するとともに、上端部に網目状の部材で形成された排ガス流入部３４を設けている例を示している。なお、図示しないが、下端側も網目状の部材が設けられている。

そして、この第２の排ガス処理装置７（触媒収納ケース３１）が、モジュール４（収納容器１０）の排気孔２６に接続されることにより（図４参照）、排気孔２６より排気された排ガスを効率よく処理できるとともに、熱交換器８においても効率よく熱交換を行うことができる。

なお、図示していないが、第１の排ガス処理装置２７も同様の形状とすることができ、排ガス流路の流入口側の面（底面）が、排ガスが流通できる形状（例えば網目状）となっていれば、他のどの面を排ガスが流入する形状としてもかまわない。それゆえ、例えば第１の排ガス処理装置２７の上面の他、側面等を網目状の形状とすることもできる。

ここで、第１の排ガス処理装置２７と第２の排ガス処理装置７とが燃焼触媒を具備してなる場合に、第１の排ガス処理装置２７が有する燃料触媒の作動温度が、第２の排ガス処理装置７が有する燃焼触媒の作動温度よりも高いことが好ましい。

図４に示したように、本発明の燃料電池装置１においては、燃料電池装置１の稼動に伴って生じる排ガスの温度は、燃料電池セル１１の上端部近傍で高温となり、排気孔２６側では燃料電池セル１１の近傍に比べて低温となる。したがって、第１の排ガス処理装置２７が有する燃焼触媒の作動温度を、第２の排ガス処理装置７が有する燃焼触媒の作動温度よりも高くすることにより、それぞれの排ガス処理装置がさらに効率よく排ガスを処理することができる。

特に、燃料電池装置１の起動時のように、排気孔２６より排気される排ガス温度が低温であっても、燃料電池セル１１の上端部近傍では排ガスの温度は高温であることから、燃料電池装置１の起動時は、第１の排ガス処理装置２７により排ガスを処理することができ、燃料電池装置１の排ガスの温度が上昇するに伴い、第１の排ガス処理装置２７および第２の排ガス処理装置７により効率よく排ガスを処理することができる。

なお、燃焼触媒の作動温度は特定の温度範囲で示されるため、その作動温度の一部が重複していてもよく、例えば作動可能温度の最低温度（開始温度）もしくは最高温度（耐熱温度）等を比較した場合に、第１の排ガス処理装置２７が有する燃焼触媒の方が、第２の排ガス処理装置７が有する燃焼触媒よりも、作動か可能温度の最低温度もしくは最高温度が高温であればよい。

ちなみに、燃焼触媒としては、例えば、γ−アルミナやα−アルミナやコージェライト等の多孔質担体に白金やパラジウム等の貴金属類等の触媒を担持させた燃焼触媒等を用いることができる。

なお、第２の排ガス処理装置が有する燃焼触媒が、図５に示したような、多孔質担体に触媒を担持させた燃焼触媒を使用する場合には、触媒収納ケース３１を流れる排ガスと、多孔質担体に触媒を担持させた燃焼触媒との接触性を向上でき、効率的に有害成分を除去することができる。

図６は、本発明の燃料電池装置１の他の実施の形態を示したものであり、第２の排ガス処理装置としてハニカム型の燃焼触媒（以下、ハニカム触媒と略す）３５を、排気孔２６に設けた燃料電池装置のうち、モジュール４、第２の排ガス処理装置７、熱交換器８を抜粋して示した正面図である例を示している。

それにより、排ガスを排気孔２６より排気する前にハニカム触媒３５にて処理することができることから、第２の排ガス処理装置をモジュール４（収納容器２）の外部に設ける場合に比べて、高温の排ガスを処理することができ、効率よく排ガスを処理することができる。さらに、ハニカム触媒３５にて処理された後の排ガスを、収納容器１０の外部に排気することができる。

さらに、第２の排ガス処理装置をハニカム触媒３５とすることにより、排ガスの流れにおける圧力損失を低く抑えることができ、それにより、モジュール３に酸素含有ガスを供給するためのブロアー等において、安価な製品を使用することができる。

なお、ハニカム触媒３５としては、設定される温度範囲（作動温度）にあわせて適宜選択して用いることができ、例えばメタルハニカム触媒等を用いることができる。

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、ハニカム触媒３５を排気孔２６に接続するにあたり、ハニカム触媒３５の外周面に断熱材を設けることができる。それにより、排気孔２６とハニカム触媒３５との隙間を埋めることができ、排気孔２６とハニカム触媒３５との隙間より、ハニカム触媒３５で処理されていない排ガスが流出することを抑制できる。なお、断熱材としては板状の断熱材やウール状の断熱材を適宜選択して使用することができる。

なお、ハニカム触媒３５と排気孔２６を強固に固定するにあたり、排気孔２６や収納容器１０の底面に固定部材を設けることもできる。それにより、燃料電池装置１の運搬時においてハニカム触媒３５が外れることを抑制できる。なお、固定部材としては、例えばハニカム触媒の排ガス流通路の出口側と同じ面積かもしくはそれ以上の大きさの空洞部を有し、その空洞部に例えば十字状の保持部材が設けられた板状の部材を例示することができ、その板状の部材を収納容器１０の底面側より固定することにより、ハニカム触媒３５が外れることを抑制できる。さらには、例えば円錐状の部材のうち上部を切り取った形状の固定部材を用いることもできる。

本発明の燃料電池装置の一例を示す概略図である。本発明の燃料電池装置における燃料電池モジュールを抜粋して示した外観斜視図である。図２で示す燃料電池モジュールの断面図である。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第２の排ガス処理装置を抜粋して示す斜視図である。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他の一例における一部を抜粋した正面図である。

符号の説明

１：燃料電池装置
２：燃料電池
７：第２の排ガス処理装置
８：熱交換器
１０：収納容器
１１：燃料電池セル
１４：改質器
２６：排気孔
２７：第１の排ガス処理装置
３１：触媒収納ケース
３３：燃焼触媒
３５：ハニカム触媒

Claims

排ガスを排気するための排ガス流路および該排ガス流路に通じている排気孔を備えてなる収納容器内に、内部にガス流路を有する燃料電池セルを所定間隔をおいて配列してなる燃料電池セルスタックを収納してなり、前記ガス流路より排出される燃料ガスを前記燃料電池セルの上端部側で燃焼させるように構成してなる燃料電池装置であって、前記排ガス流路の流入口または前記排ガス流路中に第１の排ガス処理装置を備えるとともに、前記排気孔内または前記排気孔に接続して第２の排ガス処理装置を備えることを特徴とする燃料電池装置。
前記第１の排ガス処理装置が、前記燃料電池セルの上端部の近傍に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
前記第１の排ガス処理装置および前記第２の排ガス処理装置が燃焼触媒を具備してなるとともに、前記第１の排ガス処理装置が有する燃焼触媒の作動温度が、前記第２の排ガス処理装置が有する燃焼触媒の作動温度よりも高い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。
前記第２の排ガス処理装置は、前記燃焼触媒として多孔質担体に触媒が担持された燃焼触媒と、該多孔質担体に触媒が担持された燃焼触媒を収納するための触媒収納ケースとを具備するとともに、前記排気孔に接続して備えられていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池装置。
前記第２の排ガス処理装置は、前記燃焼触媒としてハニカム型の燃焼触媒を具備するとともに、前記排気孔内に備えられていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池装置。
前記収納容器は、内部底面および前記燃料電池セルの配列方向に沿って形成された内部側面に対して所定間隔を空けて並設された排ガス用内壁により排ガス流路を形成してなり、前記排気孔は前記収納容器の底に設けられているとともに、前記第１の排ガス処理装置は、前記排ガス流路の流入口に備え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燃料電池装置。