JP2013211165A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 電池モジュールから排出される排ガスを効率よく浄化することのできる燃料電池装置を提供すること。
【解決手段】 燃料電池モジュール２と、燃料電池モジュール２から排出される排ガスを流通させる排ガス流路１２と、排ガス流路の下流に設けられ、燃料電池モジュールから排出される排ガスを浄化する浄化触媒２０と、浄化触媒２０が収納される浄化触媒ケース２１と、ヒータ２２と、を備え、浄化触媒ケース２１に導入される排ガスの流動方向において浄化触媒２０の上流かつ浄化触媒２０に接触しない位置にヒータ２２の発熱部２２ａが配置され、ヒータ２２の発熱部２２ａによって加熱された排ガスにより浄化触媒３を昇温させることで、浄化触媒ケース２１内に生じる浄化触媒２０の温度のばらつきを抑制することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池システムに関するものである。

従来、燃料ガスと酸素含有ガスを燃料電池スタックに供給して発電を行う燃料電池システムが提案されており、このような燃料電池システムにおいては、都市ガスやＬＰＧ等の原燃料から水素主成分の燃料ガスを生成する改質装置を内部に備えている。

そしてこの改質装置から燃料ガスを生成するには、改質装置を作動温度まで上昇させる必要があるため、燃料電池システムの起動時には原燃料を燃焼させて改質装置を加熱している。ところが、原燃料は炭素を含んでいることに加え、燃料電池システムの起動時は装置自体の温度が低いため、火炎が冷却されて不完全燃焼を起こしてしまい一酸化炭素が発生しやすい状態となる。そのため、燃料電池システムの起動時に排出される排ガスには一酸化炭素が多く含まれてしまう。

また、改質装置が燃料ガスの生成を開始して発電運転が行われるようになると、今度は発電で使われなかった燃料ガスが未燃ガスとして排ガス中に含まれる。

特許文献１では、燃料電池システムの排ガス中に含まれる環境影響成分を浄化して安全に燃料電池システムの外部に排出するために、燃料電池システムの排気経路中に排ガス浄化装置として浄化触媒を設け、浄化触媒を通過した排ガスを装置外に排出するようにしている。

さらに、この浄化触媒はある温度に達すると浄化作用が活性化するため、特許文献２では、排ガス浄化装置にヒータを設け、あらかじめ浄化触媒が排ガスを処理することのできる温度に昇温させてから原燃料供給手段、酸素含有ガス供給手段および燃料電池セルで使用されなかった余剰の燃料ガスを燃焼させるための着火装置を作動させることにより、排ガスを浄化している。

特開２０１０−２３８４４６号公報 特開２０１０−１９２２７２号公報

ところで、従来の排ガス浄化装置は、ヒータを浄化触媒が収納された排ガス処理装置の表面に貼付したり、浄化触媒の内部に埋め込むなどの方法を採っていたため、ヒータ近傍の浄化触媒は活性温度に達するがヒータから離れた部位では十分に温度が上がらない問題があった。活性温度に到達しない触媒は浄化作用を十分に発揮することができないため、浄化触媒ケースに収容された浄化触媒を有効に活用することができていなかった。一方、浄化触媒全体を活性温度まで昇温しようとすると、長時間を要することになる。そこで、短時間で浄化触媒全体を活性温度まで昇温させるためにヒータの出力を上げると、ヒータ近傍の浄化触媒が高温に晒されることになり、浄化触媒の耐久性に問題が生じてしまう。そして、これを解決するためには温度耐久性に優れた浄化触媒を使用する必要があり、燃料電池システムのコスト上昇にもつながる。

本発明は、上記課題を解決するためのもので、浄化触媒の加熱時における浄化触媒の温度のばらつきを抑制し、一酸化炭素、水素等の未燃成分を含有している場合がある燃料電池システムの排ガスを効率よく浄化することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明は、発電を行う燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールから排出される排ガスを流通させる排ガス流路と、前記排ガス流路内または前記排ガス流路の下流に設けられるヒータと、前記排ガス流路の下流に設けられ、前記燃料電池モジュールから排出される排ガスを浄化する浄化触媒と、前記浄化触媒が収納される浄化触媒ケースと、を備え、前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向において前記浄化触媒の上流かつ前記浄化触媒に接触しない位置に前記ヒータの発熱部が配置され、前記発熱部に排ガスを導入し、加熱された排ガスにより前記浄化触媒を昇温させることを特徴とする燃料電池システムである。

また、前記浄化触媒と、前記浄化触媒ケースと、前記ヒータと、を含んで排ガス浄化装置を構成してもよい。

また、前記発熱部は、前記発熱部の少なくとも一部が前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向と交差するように設けられてもよい。なお、ここでいう交差とは、排ガス上下装置に導入される排ガスの流動方向と発熱部の伸延方向とが平行でないことをいう。
排ガスの流動方向に対して直線的な交差でもよいし、曲線的な交差であってもよい。

また、前記発熱部は螺旋状であってもよい。

前記発熱部の螺旋軸は、前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向と交差するように設けてもよい。

前記ヒータは、前記発熱部と連続的に形成される非発熱部を更に備え、前記非発熱部を、少なくとも一部が前記浄化触媒に埋没するように前記ヒータを設けてもよい。

前記非発熱部は、前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向において、前記浄化触媒ケースの下流底部を貫通していてもよい。

前記ヒータは、前記発熱部のワット密度が４Ｗ／ｃｍ２以下のシーズヒータを用いてもよい。

上述のように構成することにより、発熱部を通過する際に高温となった排ガスにより浄化触媒が加熱されるため、浄化触媒の加熱時における浄化触媒の温度のばらつきを抑制することができ、浄化触媒の活用効率を向上することができる。さらには、発熱部の出力を過剰に上げる必要がなくなるため、ヒータの消費電力を抑えられるとともに、浄化触媒の局所的な過加熱が抑制され、浄化触媒に過剰に高い耐熱性を求める必要がなくなる。

本発明の燃料電池システムのブロック図である。 本発明の燃料電池モジュールの概略構成図である。 図３（ａ）は本発明に係る燃料電池システムの第１の実施形態における部分的断面図である。図３（ｂ）は、本発明に係る燃料電池システムの第１の実施形態における部分的上面図である。 図４（ａ）は、本発明に係る燃料電池システムの第２の実施形態における部分的断面図である。図４（ｂ）は、本発明に係る燃料電池システムの第２の実施形態における部分的上面図である。 本発明に係る燃料電池システムの第３の実施形態における部分的断面図である。 本発明に係る燃料電池システムの第３の実施形態における外観斜視図である。 図７（ａ）は、本発明に係る燃料電池システムの第４の実施形態における部分的断面図である。図７（ｂ）は、本発明に係る燃料電池システムの第４の実施形態における部分的上面図である。 図８（ａ）は、本発明に係る燃料電池システムの第５の実施形態における部分的断面図である。図８（ｂ）は、本発明に係る燃料電池システムの第５の実施形態における部分的上面図である。 ワット密度とシーズヒータの表面温度の関係を表したグラフである。

以下本発明の一実施例を図面により説明する。

図１は、燃料電池システム１の概略図を示す。燃料電池システム１は、発電を行う燃料電池モジュール２、燃料電池モジュール２から排出される排ガスに含まれている一酸化炭素、水素、メタン等の未燃成分を除去し浄化する排ガス浄化装置３、排ガス浄化装置３を通過した排ガスから熱媒体を用いて熱を回収する熱回収装置４、熱媒体循環路３０、熱回収装置４によって回収された熱を蓄熱する蓄熱タンク３１、を備えている。熱媒体としては例えば水を用いることができ、この場合、熱回収装置４において昇温された水を、温水として蓄熱タンク３１に蓄えることができる。

図２は、燃料電池モジュール２の概略図を示す。燃料電池モジュール２は、水素含有燃料を用いて燃料ガスを発生させる改質装置５と、改質装置５に原燃料として水素含有燃料を供給する水素含有燃料供給路１６と、排ガス流路１２と、酸化剤ガス流路１３と、改質装置５に改質水を供給する改質水供給路１７と、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行うセルスタック６、およびセルスタック６を収納する筐体８と、を備えている。なお、図２は概略を示すものであって、各構成要素の構造および形状はこの限りでない。例えば、セルスタック６を構成するセルの形状はプレート状でもよいし、筒状でもよい。セルスタックの形状は、複数のセルが直列、並列、または直並列に接続されたものであってもよい。

改質装置５は、内部に改質触媒を充填して構成されており、水蒸気改質法、部分酸化法、または、自己熱改質法、あるいはこれらの組合せ等により、水素を生成することができる。

水素含有燃料としては、例えば、炭化水素系燃料を用いることができる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでもよい）若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられる。これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、タウンガス、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。

酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス（通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい）、酸素富化空気を用いることができる。

改質装置５とセルスタック６の間には燃料ガス供給路９が設けられており、改質装置５で生成された燃料ガスは、燃料ガス供給路９を介してセルスタック６の下部から各セルに供給される。セルスタック６の上部には、セルスタック６で反応しなかった燃料ガス及び酸化剤ガスが合流して燃焼する燃焼部１０が形成され、燃焼部１０での燃焼により、改質装置５が加熱されるとともに燃焼ガスが発生する。

筐体８は、改質装置５、およびセルスタック６を収納するための内部空間を有する箱体である。筐体８は、セルスタック６を収納する収納室１１と、セルスタック６で反応しなかった燃料ガスまたは酸化剤、あるいはそれらの燃焼による燃焼ガスの少なくとも一種を排ガスとして通過させる排ガス流路１２と、外部から導入した酸化剤ガスを通過させる酸化剤ガス流路１３と、を備えている。

図３は、メッシュ状の発熱部２２ａを、浄化触媒ケース２１に流通する排ガスの流動方向に対して交差するように配置した第１の実施形態を示す。図３（ａ）は、第１実施形態における燃料電池システムの部分的断面図を示す。図３（ｂ）は、第１実施形態における燃料電池システムを排ガスの流動方向において上流側からみた場合の部分的上面図を示す。
燃料電池モジュール２の排ガス流路１２の一部である排気管１５の内部にヒータ２２が設けられている。排気管１５の下流に、排ガスから一酸化炭素、水素、メタン等の未燃成分を除去して排ガスを浄化する浄化触媒２０を収納された浄化触媒ケース２１が設けられている。

浄化触媒２０は、例えば白金・パラジウム等の貴金属系触媒やマンガン・鉄等の卑金属系触媒など、一般的に知られているものを用いることができる。これらは、排ガス中に含まれる一酸化炭素、水素、メタン等の未燃成分を浄化処理するものであり、加熱されることで活性化し効率よく未燃成分を浄化することができる。また、浄化触媒２０の形状も特に限定するものではなく、浄化触媒ケース２１内に納まるものであればハニカムタイプ、ペレットタイプ、金属発泡体等、種々の形状を用いることができるので、燃料電池システム１の設計の際に適宜選択すればよい。

触媒温度検知部２３は、浄化触媒ケース２１の外表面である底板２４に配置されている。底板２４の外表面の温度変化から、浄化触媒ケース２１に収納されている浄化触媒２０の温度を推測することができる。また、浄化触媒ケース２１の外表面に配置することにより、メンテナンスが容易となる。

また、底板２４は、熱回収装置４へ浄化した排ガスを供給するための浄化排ガス流路２５を備えており、浄化排ガス流路２５を通じて浄化排ガスが熱回収装置４に流入する。

発熱部２２ａは、排ガスの流動方向において、浄化触媒２０の上流かつ浄化触媒２０に接触しない位置に設けられる。これによると、燃料電池モジュール２から排出された排ガスは、発熱部２２ａを通過して高温となった後、浄化触媒２０を通過することで浄化触媒２０を活性温度まで加熱する。つまり、浄化触媒２０が発熱部２２ａに直接接触することによる浄化触媒２０の局所的な過加熱を抑制することができ、ひいては浄化触媒２０の寿命低下を抑制することができる。また、浄化触媒２０に過剰な耐熱性を要求する必要がなくなるため、燃料電池システムのコスト上昇も抑制することができる。

また、発熱部２２ａは、浄化触媒ケース２１に流通する排ガスの流動方向に対して交差するように配置されている。換言すると、排気管１５の断面の一部分を遮るように配置されている。これによると、排気管１５に流入してくる排ガスが加熱部２２ａに接触する確率、または、発熱部２２ａの近傍を通過して高温化される確率を高めることができる。なお、本実施形態においては、発熱部２２ａを平面的なメッシュ状の発熱部２２ａを用いたが、排ガスの流入を著しく妨げない形状であれば足りる。

図４は、発熱部２２ａを平面的に曲折し排ガスの流動方向に対して交差するように配置した形態を示す。図４（ａ）は、第２実施形態における燃料電池システムの部分的断面図を示す。図４（ｂ）は、第２実施形態における燃料電池システムを排ガスの流動方向において上流側からみた場合の部分的上面図を示す。本実施形態においては、浄化触媒２０と、浄化触媒ケース２１と、ヒータ２２とを含んで構成される排ガス浄化装置３を備える。排ガス浄化装置３は、燃料電池モジュール２の排ガス流路１２の一部である排気管１５の下流に接続されている。

このように、排ガスを浄化するために必要な機能をユニット化することにより、燃料電池システム１の組立容易性およびメンテナンス容易性を向上させることができる。なお、本実施形態においては、発熱部２２ａを平面的に曲折させたが、排ガスの流入を著しく妨げない形状であれば足りるため、例えば、渦状の発熱部２２ａを用いてもよい。

図５は、発熱部２２ａを螺旋状に形成し、排ガスの流動方向に対して交差するように配置した第３の実施形態を示す。図６は、図５の斜視図である。発熱部２２ａは螺旋状に形成され、その螺旋軸（螺旋の中心軸）が、発熱部２２ａを通過する排ガスの流動方向に対して交差するように設けられている。

これによると、排ガス浄化装置３における排ガス流通部分の断面積に対して発熱面積を大きく確保することができる。また、発熱部２２ａの螺旋軸（螺旋の中心軸）が、発熱部２２ａを通過する排ガスの流動方向に対して交差することにより、排ガス浄化装置３に流入する排ガスが発熱部２２ａに接触する確率を高めることができる。これにより、排ガスの加熱ムラを低減し、ひいては浄化触媒２０の温度のばらつきを低減することができる。なお、図７に示すように、螺旋状の発熱部２２ａを環状に配置しても、同様の効果を得ることができる（第４の実施形態）。また、図８に示すように、螺旋状の発熱部２２ａを複数本配置してもよい（第５の実施形態）。

また、本実施形態のヒータ２２は、発熱部２２ａと一体的に構成される非発熱部２２ｂを更に備える。なお、発熱部２２ａと非発熱部２２ｂとは、連続的に形成されてもよいし、発熱部２２ａと非発熱部２２ｂとを直接的または間接的に組み立てて構成されるものであってもよい。ヒータ２２は、発熱部２２ａを浄化触媒２０の上流かつ浄化触媒２０に接触しない位置に保持した状態で、非発熱部２２ｂの少なくとも一部を浄化触媒２０に埋没させ、浄化触媒ケース２１の底板２４から外部に突出している。

ヒータ２２は、金属製のヒータパイプの内部にニクロム線が埋設されるとともに絶縁粉末であるマグネシアが充填されたシーズヒータにより構成されてもよい。ニクロム線が埋設されている発熱部２２ａと、ニクロム線が埋設されていない非発熱部２２ｂとを有し、非発熱部２２ｂの端部にはヒータ端子２２ｃが設けられている。

これによると、浄化触媒２０と接触する部分は発熱しないため、浄化触媒２０の局所的な過加熱を抑制することができ、浄化触媒２０を選択する際に過度な耐熱性を要求する必要がなくなる。なお、本実施形態の触媒温度検知部２３は、より直接的に浄化触媒２０の温度を検知することができるように、触媒温度検知部２３の温度検知点が浄化触媒２０に埋没するように底板２４から挿入して配置されているが、このように、浄化触媒ケース２１を貫通する構成部品を一つの面に集約することにより、排ガス浄化装置３の製造およびガス漏出検査の工程を効率化することもできる。また、万が一、底板２４に形成した非発熱部２２ｂの挿入部から排ガスが漏出したとしても、浄化触媒２０の最下流に位置する底板２４付近に到達する排ガスは、未燃成分が十分に除去されているため、未燃成分が燃料電池システムの外に漏出する可能性を低減することができる。

そして、ヒータ２２としてシーズヒータを用いる場合には、ワット密度が４Ｗ／ｃｍ２以下のものを用いる。ワット密度とは、発熱部２２ａにおける単位面積あたりの電力のことで、ワット密度はヒータ２２の寿命と大きく関係し、ワット密度が大きくなると表面温度は高くなり、ヒータ２２の寿命は短くなる。

図９は無風時におけるワット密度とシーズヒータの表面温度の関係を表したグラフであって、ワット密度を４Ｗ／ｃｍ２とした場合、ヒータの表面温度はおよそ５８０度である。なお本発明では、燃料電池装置１が運転を開始していればヒータ２２には流体が流入するので無風状態ではないため、実際の表面温度はグラフに示されている温度より低くなる。

また、ヒータ２２の耐熱温度はヒータパイプの材質によって決まり、一般に高い耐熱温度が要求されるヒータにおいてはヒータパイプの材質としてＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３２１などのステンレス、またはニッケル合金が用いられる。例えば、ステンレスの耐熱温度は７００〜８００度であるため、ヒータパイプにステンレスを用いた場合には、ワット密度が４Ｗ／ｃｍ２であればヒータ２２の表面温度が耐熱温度を超えることはないのである。

つまり、通常、ヒータ２２に通電する場合、常に温度を検知して表面温度が耐熱温度以上にならないように通電を制御する必要があるが、ワット密度を４Ｗ／ｃｍ２以下とすれば、ヒータ２２を通電し続けてもヒータ２２の表面温度が耐熱温度を超えることはないため、面倒な通電制御が不要となり、ヒータ２２の耐久性も向上させることができる。

なお、このグラフではワット密度が６Ｗ／ｃｍ２の場合でも表面温度は７００度以下で、ステンレスの耐熱温度よりも低いため、グラフ上ではワット密度の上限値を６Ｗ／ｃｍ２とすることも可能に思われる。しかし、ヒータ２２の表面温度はヒータ２２を通過する流体の流速や周囲温度などの条件によって変動するので、耐熱温度に対して余裕を持たせるためワット密度は４Ｗ／ｃｍ２以下とすることが好ましいのである。

次に、上述の燃料電池システム１の動作について説明する。

燃料電池システム１の運転が指示されると、排ガス浄化装置３の浄化触媒２０を活性化させるため、ヒータ２２への通電が開始されるとともに、燃料電池モジュール２の酸化剤ガス流路１３に外部から酸化剤ガスが導入される。ここでは、酸化剤として空気を例に説明する。酸化剤ガス流路１３に導入された空気はセルスタック６の酸化剤極（図示せず）へ供給される。しかし、改質装置５ではまだ改質動作は行われないため、水素を主成分とする燃料ガスがセルスタック６の燃料極（図示せず）に供給されず、セルスタック６による発電は行われない。よって、供給された空気がそのまま排ガス流路１２を通過して排ガス浄化装置３へ流入する。

排ガス浄化装置３に流入した空気は、ヒータ２２により加熱されて高温空気となり、浄化触媒ケース２１を通過する際に浄化触媒２０を加熱する。浄化触媒２０を加熱部２２ａに接触させて加熱するのではなく、発熱部２２ａで予め加熱されて浄化触媒ケース２１を通過する高温空気によって浄化触媒２０を加熱するため、発熱部２２ａからの距離に起因して生じる浄化触媒２０の温度のばらつきが抑制される。

浄化触媒ケース２１に高温空気が流入している間、触媒温度検知部２３によって浄化触媒２０の温度が監視される。触媒温度検知部２３で検知した温度から、浄化触媒２０の温度が活性温度に到達したと判断された後、セルスタック６が発電動作を行うために必要な燃料ガスを生成するために、改質装置５への原燃料の供給が開始される。

改質装置５が原燃料から水素主成分の燃料ガスを生成するためには、改質装置５の温度が作動温度に達している必要があるが、燃料電池システム１の起動時は、改質装置５の温度が低く作動温度に達していない。そのため、改質装置５に供給された原燃料は十分に改質されずに改質装置５から排出される。そして、改質装置５から排出された未改質燃料は燃料電池モジュール２内の燃焼部１０において燃焼され、この燃焼により改質装置５が加熱されるとともに、発生した燃焼ガスが排ガス流路１２に流入する。

このように燃料電池システム１の起動時には、燃焼部１０において未改質燃料が燃焼して火炎が形成されるのだが、この時点ではまだ燃料電池モジュール２を構成する筐体８、改質装置５等の温度が低いため、火炎がそれらの低温部分に接触することにより、火炎が冷却されて不完全燃焼が生じ、一酸化炭素が発生する場合がある。

一酸化炭素を含有している場合がある排ガスは、排ガス流路１２に流れ込み、排気管１５からその下流に設けられた排ガス浄化装置３に流入する。排ガス浄化装置３では、すでに浄化触媒２０は加熱されて触媒全体が活性化した状態になっているので、排ガス中の未燃成分は浄化触媒２０により浄化処理され、浄化された排ガスが浄化排ガス流路２５を通って下流の熱回収装置４に流入する。

このようにして排ガスが浄化される一方で、改質装置５は燃焼により加熱されて温度が上昇する。そして、改質装置５が作動温度に達すると、改質装置５に原燃料と水が供給され、水素を主成分とする燃料ガスが生成される。そして、この燃料ガスと空気がセルスタック６に供給されて発電運転が行われる。

具体的には、燃料ガスは、燃料ガス供給路９を通してセルスタック６の各セルの燃料極（図示せず）に供給される。空気は、外部から導入されて酸化剤ガス流路１３へ流入し、各セルの酸化剤極（図示せず）へ供給される。セルスタック６での反応に用いられなかった燃料ガスおよび空気は燃焼部１０での燃焼に用いられ、燃焼ガスが発生する。燃焼ガスにも未燃ガスが含まれている場合があるが、燃焼ガス中の未燃成分は浄化触媒２０により浄化処理され、浄化された排ガスが浄化排ガス流路２５を通って下流の熱回収装置４に流入する。

発電運転時に排ガス流路１２を流れる排ガスは高温であり、また浄化触媒２０はすでに活性化する温度に達しているため、ヒータ２２で排ガスを加熱しなくとも、浄化触媒２０を活性化した状態に保つことができるようになる。したがって、発電運転時はヒータ２２への通電を停止してもよい。

なお、発電運転中に触媒温度検知部２３が検知する浄化触媒２０の温度が所定値以下になった場合には、再度ヒータ２２への通電を開始してもよい。ここでいう所定値とは、浄化触媒２０の活性温度下限値、または、浄化触媒２０の活性温度下限値より任意の温度だけ高い温度とすることができる。特許文献１のように、浄化触媒が発生する熱で改質水を加熱（または気化）させるような構造の排ガス浄化触媒においては、通常運転中においても浄化触媒温度が低下する可能性がある。また、浄化触媒ケースから熱を奪う構造であることから、浄化触媒の温度のばらつきは一層大きくなる傾向にある。しかし、高温の排ガスを浄化触媒に接触させる本発明を適用することにより、燃料電池装置が発電運転中においても、浄化触媒ケース２１内の温度ばらつきを抑制し、浄化触媒２０の浄化作用を安定的に維持することができる。

図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

例えば、第１〜第５の実施形態として様々な形態を示したが、発熱部２２ａの形状は、排ガスの流入を著しく妨げない形状であれば足りるため、一の実施形態に係る発熱部２２ａを他の実施形態に係る発熱部２２ａに置き換えてもよい。また、複数の発熱部２２ａを、浄化触媒ケース２１に流通する排ガスの流動方向に対して層状に配置してもよい。

例えば、図４においては、浄化触媒ケースの外表面に触媒温度検知部２３を配置した実施形態を示し、図５、図７および図８においては、浄化触媒２０に埋没するように触媒温度検知部２３を配置した実施形態を示したが、これに限定されない。触媒温度検知部２３は、浄化触媒温度を間接的に推測できれば足りるため、浄化触媒の温度変化と相関を有する温度変化が生じる場所であれば、排ガス浄化装置３のいずれに配置してもよい。

また、図３は、ヒータ２２が浄化触媒ケース２１の側壁から外部に突出する実施形態を示したが、図４および図６に示すように、ヒータ２２は非発熱部２２ｂを更にそなえ、浄化触媒ケース２１の底板２４から突出させてもよい。

また、図３および図４に示す形態は、排ガス流路１２の一部である排気管１５に排ガス浄化装置３を接続させているが、排気管１５を省略して筐体８の排気ガスが排出される部分に直接的に連結させてもよい。さらに、図６に示す実施形態は、浄化触媒ケース２１が排気管１５に挿入されているが、図３に示す実施形態のように、浄化触媒ケース２１は排気管１５に挿入されていなくてもよい。いずれの形態であっても、各部の連結部から排ガスが流出しないように固定されていればよい。

２ 燃料電池モジュール
３ 排ガス浄化装置
２０ 浄化触媒
２１ 浄化触媒ケース
２２ ヒータ
２２ａ 発熱部
２２ｂ 非発熱部

Claims (8)

1. 発電を行う燃料電池モジュールと、
   前記燃料電池モジュールから排出される排ガスを流通させる排ガス流路と、
   前記排ガス流路内または前記排ガス流路の下流に設けられるヒータと、
   前記排ガス流路の下流に設けられ、前記燃料電池モジュールから排出される排ガスを浄化する浄化触媒と、前記浄化触媒が収納される浄化触媒ケースと、を備え、
   前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向において前記浄化触媒の上流かつ前記浄化触媒に接触しない位置に前記ヒータの発熱部が配置されることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記浄化触媒、前記浄化触媒ケース、および前記ヒータを含んで、排ガス浄化装置を構成することを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記発熱部は、少なくとも一部が前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向と交差するように設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記発熱部は螺旋状であることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記発熱部は、螺旋軸が前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向と交差するように設けられることを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記ヒータは、前記発熱部と一体的に形成される非発熱部を更に備え、前記非発熱部の少なくとも一部が前記浄化触媒に埋没するように前記ヒータを設けることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
7. 前記非発熱部は、前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向において、前記浄化触媒ケースの下流底部を貫通していることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 前記ヒータは、前記発熱部のワット密度が４Ｗ／ｃｍ２以下のシーズヒータであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

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