JP2012169048A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排気系500は、筐体5内に設けられ中空状の排気室511と排気室511と外気とを連通する外気連通口512とを有する排気箱510と、排気箱510の外部から排気箱510の排気室511内に突出する突出先端部560を有する排気管550とをもつ。排気管550の突出先端部560は、排気管550の中心軸線P1に沿って延設され外気連通口512側に設けられた風遮蔽壁562と、外気連通口512に対して反対側に形成され排ガスを吹き出す吹出口563とを有する。
【選択図】図1
Description
排気系は、筐体内に設けられ中空状の排気室を有すると共に排気室および外気を連通する外気連通口を有する排気箱と、筐体内において排気箱の外部から排気箱の排気室内に突出する突出先端部を有する排気管とを具備しており、側面視において、排気管の突出先端部は、排気管の突出先端部の中心軸線に沿って延設され外気連通口側に設けられた風遮蔽壁と、外気連通口に対して反対側に形成され排ガスを吹き出す吹出口とを有することを特徴とする。
図1は実施形態1の概念を示す。燃料電池システムは、図1に示すように、(i)アノード流体が供給されるアノード10とカソード流体が供給されるカソード11とをもつ固体酸化物形の燃料電池1と、(ii)ガス状または液状の燃料を水蒸気改質反応により改質させてアノード流体(水素含有ガス)を形成する改質器2Aと、(iii)燃料電池1と共に改質器2Aを水蒸気改質反応に適するように燃焼により加熱させる燃焼部105と、(iv)燃料電池1、改質器2A及び燃料電池1を収容する空間55をもつ筐体5と、(v)熱源となり得る改質器2A、燃焼部105および燃料電池1を断熱壁19で覆ったモジュール18と、(vi)排ガス発生源であるモジュール18から排出される高温の排ガスを凝縮器76を介して冷却させた後に筐体5の外部の外気に排出させる排気系500とを有する。
図4は実施形態2の概念を示す。本実施形態は前記した実施形態1と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。燃料電池システムは、図4に示すように、アノード流体が供給されるアノード10とカソード流体が供給されるカソード11とをもつ固体高分子形の燃料電池1と、燃料を水蒸気改質反応により改質させてアノード流体を形成する改質器2Aと、少なくとも改質器2Aを水蒸気改質反応に適するように燃焼により加熱させる燃焼部105とをもつ。固体高分子形の燃料電池1は、炭化フッ素系または炭化水素系等の固体高分子型の電解質膜を有する。燃焼部105および改質器2Aは改質装置2Xを形成する。
図5は実施形態3の概念を示す。本実施形態は前記した実施形態1,2と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。但し、図5に示すように、排気管550の突出先端部560の吹出口563の周縁部565は、円弧状に上向き(矢印U2方向)に膨出している。この場合、周縁部565が直線状に傾斜している仮想軌跡Waの場合に比較して、寸法ΔWの遮蔽作用が増加する。このため、外気の風、雨水、塵埃等が排気管550の内部に進入することが一層抑制される。
図6は実施形態4の概念を示す。本実施形態は前記した実施形態1,2と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。但し、図6に示すように、排気管550の突出先端部560には切欠567が形成されている。切欠567は、鉛直方向(突出先端部560の中心軸線P1)に対して角度θ2で傾斜した傾斜567aと、鉛直方向に沿った縦辺567cとを有する。切欠567により吹出口563が形成されている。上方から投影する平面視において、風遮蔽壁562の一端562eから他端562fまでの距離は、突出先端部560の中心軸線P1の全周距離を100%とするとき、全周距離に対して所定値(30〜70%)を占めるように周方向(矢印RA方向)に沿って円弧状に延設されている。また、図6に示すように、突出先端部560の最先端部561は、排気箱510の箱本体520の上面壁520uの内壁面520uiに接触している。これにより外気の風、雨水、塵埃等が内壁面520ui側から排気管550の内部に進入することが一層抑制される。図6に示すように吹出口563の下端563dは、排気室511においてリップ縁520kの高さよりも上方に更に進入している。このため、底面520vからの吹出口563の下端563dの高さHは更に増加されている。この場合、底面520vに溜まった液分が排気管550の内部に進入しにくくなっている。
図7は実施形態5の概念を示す。本実施形態は前記した実施形態1,2と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。但し、図7に示すように、排気管550の突出先端部560は、中心軸線P1に直交する断面で四角形状とされており、互いに対向する側面壁560h,560iと,互いに対向する側面壁560j,560kとを有する。側面壁560hは排気カバー530の前面壁530fに平行な状態で対面しており、風遮蔽壁562として機能する。側面壁560hは矢印W4方向に延びる直辺状であるため、矢印E方向に排気室511内に進入する風に対する遮蔽面積を確保できる。排気管550のうち突出先端部560以外の部位は断面四角形状でも、断面円形状でも良い。
図8は実施形態6の概念を示す。本実施形態は前記した実施形態1と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。但し、図8に示すように、排気カバー530の上面壁530u、下面壁530d、側面壁530sのそれぞれには、小孔状の外気連通口512wが多数個形成されている。排気カバー530の前面壁530fには外気連通口512が形成されていないため、排ガスを排気カバー530の前方に直接排出させることが抑制され、排ガスを上方、下方、側方に分散させることができ、排ガスの分散排出性を高めることができる。この場合、筐体5に隣設する建築物等の構造物と排気カバー530との距離が十分にとれないときであっても、排ガスの排出性が確保され、システムの設置の自由度が確保される。本実施形態においても、排気カバー530の外気連通口512wを介して外気の風、雨水、塵埃等が排気管550の内部に進入することが一層抑制される。更に、排気カバー530の前面壁530fには外気連通口512が形成されていないため、外部の風が排気管550内に進入することが一層抑制される。
図9は適用形態1の概念を模式的に示す。図9に示すように、燃料電池システムは、燃料電池1で形成されたスタックと、液相状の水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部2と、蒸発部2で生成された水蒸気を用いて燃料を改質させてアノードガスを形成する改質器3と、蒸発部2に供給される液相状の改質水を溜めるタンク4と、これらを収容するハウジングとして機能する筐体5とを有する。改質部3は温度センサ33をもつ。燃料電池1のスタックは、イオン伝導体を挟むアノード(燃料極)10とカソード(酸化剤極)11とをもち、例えば、SOFCとも呼ばれる固体酸化物形燃料電池(運転温度:例えば400℃以上)を適用できる。改質部3は、多数のガス通路を形成するセラミックス等の担体に改質触媒を担持させて形成されており、蒸発部2に隣設されている。改質部3および蒸発部2は改質器2Aを構成しており、燃料電池1と共に断熱壁19で包囲され、モジュール18を形成している。
(1)…CH4+2H2O→4H2+CO2
CH4+H2O→3H2+CO
アノードガスは改質部3の出口ポート3pからアノード流体通路73を介して燃料電池1のアノード10に供給される。更にポンプ71の駆動によりカソードガス(酸素含有ガス、筐体5内の空気)がカソードガス通路70を介して燃料電池1のカソード11に供給される。この状態で燃料電池1において発電反応が生じる。
上記した発電反応においては、アノードガスとして水素含有ガスが供給されるアノード10では、基本的には(2)の反応が発生すると考えられている。空気(酸素)がカソードガスとして供給されるカソード11では、基本的には(3)の反応が発生すると考えられている。カソード11において発生した酸素イオン(O2−)がカソード11からアノード10に向けて電解質をこれの厚み方向に伝導する。
(2)…H2+O2−→H2O+2e−
COが含まれている場合には、CO+O2−→CO2+2e−
(3)…1/2O2+2e−→O2−
発電反応後のアノードオフガスは、発電反応しなかった水素を含む。カソードオフガスは発電反応に未反応な酸素を含む。アノードオフガスおよびカソードオフガスは、燃焼部105に排出されて燃焼される。燃焼した後のアノードオフガスおよびカソードオフガスは、排ガスとなり、凝縮器76を経て排気管550を流れ、更に、排気管550の突出先端部560から排気箱510の排気室511、外気連通口512を介して矢印A5方向に筐体5の外部に放出される。
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態および適用形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。排気管550は円筒形状をなすが、これに限らず、四角形状等の角筒形状としても良い。カソード流体搬送源としては、ポンプに限らず、ブロア、ファン等の送風源を使用しても良く、要するにカソード流体をカソード11に搬送できるものであれば良い。加熱部40はタンク4に設けられているが、これに限らず、加熱部40を廃止させても良い。燃料電池1は、固体酸化物形燃料電池、固体高分子形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、りん酸形燃料電池に適用しても良い。場合によっては、ガス給湯器に適用しても良い。使用される燃料としては、都市ガス、LPG、バイオガス、ガソリン、灯油、アルコール等でも良い。本明細書から次の技術的思想が把握される。
Claims (3)
- アノード流体が供給されるアノードとカソード流体が供給されるカソードとをもつ燃料電池と、
燃料を改質反応により改質させて前記アノード流体を形成する改質器と、
少なくとも前記改質部を改質反応に適するように燃焼により加熱させる燃焼部と、
前記燃料電池、前記改質器及び前記燃料電池を収容する筐体と、
前記改質器、前記燃焼部および前記燃料電池のうちの少なくとも一つから排出される排ガスを凝縮器を介して前記筐体の外部に排出させる排気系とを具備しており、
前記排気系は、前記筐体内に設けられ中空状の排気室を有すると共に前記排気室および外気を連通する外気連通口を有する排気箱と、前記筐体内において前記排気箱の外部から前記排気箱の前記排気室内に突出する突出先端部を有する排気管とを具備しており、
側面視において、前記排気管の前記突出先端部は、前記排気管の前記突出先端部の中心軸線に沿って延設され前記外気連通口側に設けられた前記風遮蔽壁と、前記外気連通口に対して反対側に形成され排ガスを外気に吹き出す吹出口とを有することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1において、前記排気管の前記突出先端部は、側面視において鉛直線に沿って配設されており、前記突出先端部の前記吹出口の周縁部は鉛直線に対して傾斜されていることを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項1または2において、前記排気管の前記突出先端部は、前記排気箱の下方の外部から前記排気箱の前記排気室内に上向きに突出しており、前記突出先端部に形成されている前記吹出口の下端は、前記排気箱の底面に溜まった液分が前記吹出口に進入することを抑制するように、前記排気箱の前記底面から所定高さH、上側に位置していることを特徴とする燃料電池システム。
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