JP2013191280A - 燃料電池装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発電モジュール200から受熱するように主断熱層600の外壁面に対面する脱硫器700が設けられている。脱硫器700は、発電モジュール200の主断熱層600の外壁面に接触または接近した状態で対面する基板710と、基板710のうち第2表面712に固定され容器720と、容器720に収容された脱硫剤とをもつことが好ましい。
【選択図】図3
Description
図1〜図3は実施形態1を示す。本実施形態に係る燃料電池装置は、図1に示すように発電モジュール200を有する。図1に示すように、発電モジュール200は、燃料ガスを改質させることにより水素を主要成分(例えば40モル%以上)として含むアノードガスを生成させる改質器300と、改質器300で生成されたアノードガスが供給されると共にカソードガス(一般的に空気)が供給されて発電する燃料電池(固体酸化物形,SOFC)のスタック400と、アノードオフガス等の可燃ガスを燃焼させて改質器300を加熱させる燃焼火炎510を形成する燃焼部500と、断熱材料で形成された主断熱層600とをもつ。主断熱層600は改質器300、スタック400および燃焼部500を覆っており、層600a,600b,600c(図1参照),600d,600e,600f(図2参照)をもつ。
図4は実施形態2を示す。本実施形態は実施形態1と基本的には同様の構成、作用および効果を有する。発電モジュール200の主断熱層600の外壁面600pと脱硫器700の基板710との間には、スペーサ719が介在している。これにより発電モジュール200の主断熱層600と基板710との間には、隙間Lがほぼ均等に形成されている。発電モジュール200の内部の運転温度が脱硫器700にとって高温過ぎる場合において、発電モジュール200から脱硫器700への伝熱量を抑えるのに有効である。スペーサ719の肉厚ts(図4参照)を調整すれば、隙間Lの大きさを調整できる。このように発電モジュール200の主断熱層600と基板710との間隔Lを適宜調整できる。よって、燃料電池装置の種類、脱硫剤780の材質等に応じて、発電モジュール200から基板710への熱伝達量を調整でき、ひいては脱硫器700の脱硫剤780の温度を調整できる。なおスペーサ719の材質は特に限定されない。
図5は実施形態3を示す。本実施形態は実施形態1と基本的には同様の構成、作用および効果を有する。発電モジュール200は、相対的に高温となる高温部位200hと相対的に低温となる低温部位200cを有する。これは主として、改質器300を加熱させるために高温となる燃焼部500の高さ位置に基づく。従って、発電モジュール200において、高温部位200hは、発電モジュール200の第1側面201において燃焼部500の高さ位置に相当する高領域に該当する。相対的に低温となる低温部位200cは、発電モジュール200の第1側面201において燃焼部500よりも高さ位置が低い領域に該当する。基板710の各部位が発電モジュール200の主断熱層600に同じ程度に接触または接近していると、脱硫剤780の材質によっては、基板710のうち発電モジュール200の高温部位200hに対面する部位が他の部位に比較して相対的に過剰に高温となるおそれがある。この場合、基板710および容器720が伝熱性をもつ金属で形成されているとしても、脱硫器700における温度ムラを発生させるおそれがある。
図6は実施形態4を示す。本実施形態は実施形態1と基本的には同様の構成、作用および効果を有する。発電モジュール200は、相対的に高温となる高温部位200hと相対的に低温となる低温部位200cを有する。主断熱層600のうち脱硫器700に対面する層600cの肉厚が均一であると、基板710のうち発電モジュール200の高温部位200hに対面する部位が他の部位に比較して相対的に過剰に高温となるおそれがある。この場合、基板710および容器720が伝熱性をもつ金属で形成されているとしても、脱硫器700における温度ムラを発生させるおそれがある。そこで本実施形態によれば、図6に示すように、発電モジュール200の主断熱層600のうち脱硫器700に対面する層600cの厚みについて、高温部位200hに対応する領域では肉厚がtc1と厚くされており、低温部位200cに対応する領域では肉厚がtc2と薄くされている。このため、発電モジュール200の高温部位200hから基板710への伝熱量を相対的に抑制させることができる。ひいては基板710の全体において温度ムラが低減され、脱硫器700の脱硫剤780における温度ムラも低減される。
図7は適用形態の概念を模式的に示す。図7に示すように、燃料電池システムは、スタック1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を有する蒸発器と、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部3と、蒸発部2に供給される液相状の水を溜めるタンク4と、これらを収容するケース5とを有する。スタック1は、イオン伝導体を挟むアノード10とカソード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(SOFC,運転温度:例えば400℃以上)とされている。改質部3は、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、スタック1と共に主断熱層19で包囲され、発電モジュール18(例えば直方体形状)を形成している。発電モジュール18内には、改質部3,蒸発部2を加熱する燃焼部105が設けられている。アノード10側から排出されたアノードオフガスは、流路103を介して燃焼部105に供給される。カソード11側から排出されたカソードオフガスは、流路104を介して燃焼部105に供給される。起動時には、燃焼部105は、アノード10から供給された改質前のガスを、カソード11から供給されたカソードガスで燃焼させ、蒸発部2および改質部3を加熱させる。
(1)…CH4+2H2O→4H2+CO2
CH4+H2O→3H2+CO
生成されたアノードガスはアノードガス流路73を介してスタック1のアノード10に供給される。更にカソードガス(酸素含有ガス、ケース5内の空気)がカソードガス流路70を介してスタック1のカソード11に供給される。これによりスタック1が発電する。スタック1で排出された高温の排ガスは、排ガス流路75を介してケース5の外方に排出される。
本発明は上記し且つ図面に示した実施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。燃料電池のスタック400は、固体酸化物形燃料電池に限定されず、場合によっては、固体高分子電解質形燃料電池でも良いし、リン酸形燃料電池でも良く、溶融炭酸塩形燃料電池でも良い。改質器に供給される燃料ガスも特に制限されず、都市ガス、プロパンガス、バイオガス、LPGガス、CNGガス等を例示できる。
[付記項1]燃料ガスを改質させることにより水素を含むアノードガスを生成させる改質器と、改質器で生成されたアノードガスが供給されると共にカソードガスが供給されて発電する燃料電池のスタックと、可燃ガスを燃焼させて改質器を加熱させる燃焼部と、改質器、スタックおよび燃焼部を覆う主断熱層とをもつ発電モジュールと、改質器に供給される燃料ガスを脱硫するように改質器の上流に位置して設けられた脱硫器とを具備しており、脱硫器は、第1表面および第2表面をもつ基板と、基板のうち第2表面に固定され且つ基板に対して脱硫剤が収容される脱硫室を有する容器と、容器の脱硫室に収容された脱硫剤とを具備する燃料電池装置。脱硫器の基板は、発電モジュールの主断熱層の外壁面に接触または接近した状態で対面すると共に発電モジュールから受熱するように形成できる。脱硫器は発電モジュールから離間していても良い。
Claims (5)
- (i)燃料ガスを改質させることにより水素を含むアノードガスを生成させる改質器と、前記改質器で生成されたアノードガスが供給されると共にカソードガスが供給されて発電する燃料電池のスタックと、可燃ガスを燃焼させて前記改質器を加熱させる燃焼部と、前記改質器、前記スタックおよび前記燃焼部を覆う主断熱層とをもつ発電モジュールと、
(ii)前記改質器に供給される燃料ガスを脱硫するように前記改質器の上流に位置して設けられ且つ前記発電モジュールの熱を受熱するように前記主断熱層の外壁面に接触または接近した状態で対面して設けられた脱硫器と、
(iii)脱硫すべき燃料ガスを前記脱硫器に供給させる入口流路と、
(iv)前記脱硫器で脱硫された燃料ガスを前記改質器に供給させる出口流路とを具備する燃料電池装置。 - 請求項1において、前記脱硫器は、前記発電モジュールの前記主断熱層の外壁面に接触または接近した状態で対面すると共に前記発電モジュールから受熱する第1表面と前記主断熱層に対して反対側を向く第2表面をもつ伝熱材料で形成された基板と、前記基板のうち前記第2表面に固定され且つ前記基板に対して脱硫剤が収容される脱硫室を有する伝熱材料で形成された容器と、前記容器の前記脱硫室に収容された脱硫剤とを具備する燃料電池装置。
- 請求項1または2において、前記発電モジュールは、前記発電モルの内部の前記燃焼部を着火させるための着火ヒータに関する器具を具備しており、
前記脱硫器は、前記発電モジュールの前記主断熱層において、前記着火ヒータに関する前記器具を取り付ける領域よりも、高さ方向において下方に配置されている燃料電池装置。 - 請求項2または3において、前記発電モジュールは、相対的に高温となる高温部位と相対的に低温となる低温部位を有しており、
前記発電モジュールの前記高温部位から前記基板への伝熱量を相対的に抑制させる伝熱量調整要素が設けられている燃料電池装置。 - 請求項2〜4のうちの一項において、前記容器のうち前記主断熱層と反対側は第2断熱層で被覆されており、前記第2断熱層を覆うカバーが前記基板または前記発電モジュールに取り付けられている燃料電池装置。
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