JP2016177880A - 改質水蒸発器及び発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温の燃料電池モジュールを構成する場合であっても、その小型化及び低コスト化を図ることができる改質水蒸発器及び該改質水蒸発器を有する燃料電池モジュールを備えた発電装置を提供する。【解決手段】改質水蒸発器２６は、断熱筐体１６で囲まれた燃料電池モジュール１０に設けられ、燃料電池スタック１４に導入される燃料を改質する改質器２２に供給する改質用水蒸気を生成する装置である。この改質水蒸発器２６は、水蒸気生成空間５８を内部に形成した箱体６０と、断熱筐体１６の外部から導入される改質水を水蒸気生成空間５８で散水する散水管６８と、箱体６０の一壁面である底面を形成すると共に、散水管６８から散水された水を吸水可能な吸水部７０が設けられ、断熱筐体１６内で発生する熱を受けて吸水部７０に散水された改質水を加熱して蒸発させる伝熱板６０ｂとを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、改質用水蒸気を生成する改質水蒸発器、及び該改質水蒸発器を有する燃料電池モジュールを備えた発電装置に関する。

天然ガスやＬＰＧ等の炭化水素系の燃料を改質して燃料電池の燃料極（アノード）に導入する構成として、例えば特許文献１には多重円筒型で燃焼部、改質部及び蒸発部を構成した燃料改質水装置が開示されている。また、特許文献２には、改質水蒸発器から出た水蒸気と改質器出口の改質ガスとをＣＯ変成器に導入する前に熱交換させることで水蒸気を過熱させる構成が開示されている。これら特許文献１、２に記載の構成の場合、改質水蒸発器における突沸や蒸発振動等の圧力変動を防止するために金属フェルトやスチールウールのような吸水材に改質水を吸水させて加熱し、水蒸気を生成している。

特開２００７−５５８９２号公報 特開２００３−１９２３０４号公報

ところで、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）や溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった高温型燃料電池では、高温となる燃料電池スタック、改質器、空気予熱器、改質水蒸発器、燃焼部を断熱筐体で囲って高温の燃料電池モジュールとして構成する場合がある。このような燃料電池モジュールでは、断熱筐体の内部での各機器の設置効率を最適にし、モジュール全体の小型化や低コスト化を図ることが重要である。さらに、高温の断熱筐体内での熱効率を低下させないために外部への放熱を低減する必要もある。

ところが、上記特許文献１のように燃焼部、改質部及び蒸発部を多重円筒型で構成した場合、各部の構造や伝熱が複雑となって設計や製造が困難となり、製造コストも増加する。しかも、上記特許文献１、２の構成では、改質器と改質水蒸発器とを円筒の一体型で構成している。従って、このような円筒型の複合機器は、上記した燃料電池モジュールの断熱筐体の内部での設置効率が悪く、モジュール全体が大型化すると共に、断熱筐体内での熱効率の最適化を図ることも困難である。

本発明は、上記従来の課題を考慮してなされたものであり、高温の燃料電池モジュールを構成する場合であっても、その小型化及び低コスト化を図ることができる改質水蒸発器及び該改質水蒸発器を有する燃料電池モジュールを備えた発電装置を提供することを目的とする。

本発明に係る改質水蒸発器は、断熱筐体で囲まれた燃料電池モジュールに設けられ、燃料電池スタックに導入される燃料を改質する改質器に供給する改質用水蒸気を生成する改質水蒸発器であって、水蒸気生成空間を内部に形成した箱体と、前記断熱筐体の外部から導入される改質水を前記水蒸気生成空間で散水する散水管と、前記箱体の一壁面を形成すると共に、前記散水管から散水された水を吸水可能な吸水部が設けられ、前記断熱筐体内で発生する熱を受けて前記吸水部に散水された改質水を加熱して蒸発させる伝熱板とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る発電装置は、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに導入される燃料を改質する改質器と、前記改質器に供給する改質用水蒸気を生成する改質水蒸発器と、前記燃料電池スタック、前記改質器及び前記改質水蒸発器を囲む断熱筐体とを有する燃料電池モジュールを備えた発電装置であって、前記改質水蒸発器は、水蒸気生成空間を内部に形成した箱体と、前記断熱筐体の外部から導入される改質水を前記水蒸気生成空間で散水する散水管と、前記箱体の一壁面を形成すると共に、前記散水管から散水された水を吸水可能な吸水部が設けられ、前記断熱筐体内で発生する熱を受けて前記吸水部に散水された改質水を加熱して蒸発させる伝熱板とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、改質水蒸発器が箱体による箱型形状を有するため、燃料電池モジュールを形成する断熱筐体の内部での設置効率が良好である。従って、所望の位置に容易に配置することができ、その占有面積も小さいものとなるため、燃料電池モジュールの小型化が可能となる。また、高温の燃料電池モジュール内で所望の位置に改質水蒸発器を設置できるため、断熱筐体内での熱効率を容易に向上させることができる。さらに、改質水蒸発器は、箱体の内部に散水管を配設し、箱体の一壁面となる伝熱板の内面に吸水部を設けた簡素な構成からなるため、設計や製造が容易で製造コストが低い。しかも、改質水を蒸発させる伝熱板の表面に吸水部を設けているため、蒸発振動を防止でき、改質水が円滑に拡散するため蒸発が安定する。

本発明に係る改質水蒸発器において、前記吸水部は、前記伝熱板の内面に敷かれた金属フェルト又は金属織物であると、散水管から散水された改質水を円滑に吸水して拡散して蒸発振動を一層確実に防止でき、さらに伝熱面積が飛躍的に増加するため改質水蒸発器を一層小型化することができる。

本発明に係る改質水蒸発器において、前記箱体の底面が前記伝熱板によって形成されると共に、該伝熱板の上方に前記散水管が配置されていると、伝熱板が設けられた箱体の底面側と散水管が設けられた箱体の上面側との間で断熱構造を構築することができ、伝熱板で受けた熱が箱体の上面側から外部に放熱されることを抑制できる。

本発明に係る改質水蒸発器において、前記散水管は、前記伝熱板に設けられた吸水部に向かって改質水を吐出するための吐出孔を有し、該吐出孔は該散水管の長手方向に沿って複数設けられていてもよい。そうすると、改質水を吸水部に向かってより分散させて散布することができる。

本発明に係る発電装置において、前記改質水蒸発器は、前記箱体の底面が前記伝熱板によって形成されると共に、該伝熱板の上方に前記散水管が配置されており、前記伝熱板の外面が前記燃料電池スタックの上面に対向配置された状態で、該燃料電池スタックの上方に設置されてもよい。そうすると、箱体の底面が加熱面となり、箱体の上面側にある散水管から改質水が導入・散水されるため、箱体の上面の温度を低下させ、断熱筐体の上部から外部への放熱を低減することができる。

本発明によれば、燃料電池モジュールの小型化が可能となり、また改質水蒸発器及び燃料電池モジュールの設計や製造が容易となるため製造コストを低下することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池モジュールを備えた発電装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る改質水蒸発器を備えた燃料電池モジュールの一構成例を示す斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る改質水蒸発器の構成図であり、図３（Ａ）は、平面図であり、図３（Ｂ）は、正面図であり、図３（Ｃ）は、側面図である。 図４は、改質水蒸発器の内部構造を示す説明図であり、図４（Ａ）は、平面図であり、図４（Ｂ）は、正面断面図であり、図４（Ｃ）は、側面断面図である。 図５は、散水管に設けられた吐出孔の設置例を示す図である。 図６は、散水管に設けられた吐出孔から吸水部及び伝熱板に散水している状態を説明するための断面説明図である。

以下、本発明に係る改質水蒸発器について、この改質水蒸発器を備えた燃料電池モジュール及び発電装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

先ず、図１を参照して燃料電池モジュール１０を備えた発電装置１２の全体的な構成を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池モジュール１０を備えた発電装置１２の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、発電装置１２は、燃料電池スタック１４を断熱筐体１６の内部に設けた燃料電池モジュール１０と、燃料電池モジュール１０に燃料及び空気を供給する燃料供給ラインＬＦ１，ＬＦ２及び空気供給ラインＬＡ１，ＬＡ２と、燃料電池モジュール１０からの排熱を利用して温水を製造する温水熱交換器１８と、燃料電池モジュール１０で使用する改質用水蒸気を生成するための水を貯留する凝集水タンク２０とを備えたコジェネレーションシステムとして構成されている。

燃料電池モジュール１０は、燃料電池スタック１４と、改質器２２と、空気予熱器２４と、改質水蒸発器２６とを備え、これらの断熱部材を箱状に画成した断熱筐体１６の内部（高温室）に設置したものである。断熱部材としては、グラスウール等の一般的な断熱材を用いればよい。但し、ボード状の高性能断熱材を使用することで、燃料電池モジュール１０をよりコンパクトに構成することができる。

燃料電池スタック１４は、燃料供給ラインＬＦ２から導入される燃料と、空気供給ラインＬＡ２から導入される空気とを反応させて発電する矩形平板の発電セルを複数積層した公知の構成である。本実施形態の場合、燃料電池スタック１４を、燃料極（アノード）１４ａと空気極（カソード）１４ｂとの間に電解質としてイオン伝導性セラミックスを介在させた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）で構成している。固体酸化物形燃料電池を平板型の積層スタックで構成すると、燃料電池スタック１４をコンパクトに構成することができ、容積当たりの発電出力を高くすることができる。燃料電池スタック１４として他の高温型燃料電池、例えば、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）等を用いてもよい。燃料電池スタック１４の側部には、昇温用のヒータ２８が設置されている。

燃料供給ラインＬＦ１からの原燃料（例えば、天然ガス、ＬＰＧ又は都市ガス等の炭化水素系の燃料）は、脱硫器３０及び改質器２２を経て水素や一酸化炭素を含む改質燃料となり、燃料供給ラインＬＦ２から燃料極１４ａへと導入される。改質器２２は、公知の構成でよく、その内部に各種の改質触媒が設けられている。改質水蒸発器２６は、温水熱交換器１８からの凝集水を貯留する凝集水タンク２０から送られる水（改質水）を蒸発させて改質用の水蒸気を生成するものである。改質水蒸発器２６で生成された水蒸気（改質用水蒸気）は、水蒸気供給ラインＬＷから改質器２２に導入される直前の燃料供給ラインＬＦ１に導入されて改質器２２に導入される。これにより、燃料は改質水蒸発器２６で高温となった水蒸気と混合され、例えば３００℃程度まで加熱された後、改質器２２に導入され、ここで７００℃程度まで温度上昇しつつ、水蒸気改質されて改質燃料となる。

空気供給ラインＬＡ１からの空気は、ブロワ３２によって空気予熱器２４に導入され、所望の温度（例えば、６５０〜７００℃程度）まで予熱された後、空気供給ラインＬＡ２から空気極１４ｂへと導入される。

燃料電池スタック１４から排出された排ガスは排ガスラインＬＧから温水熱交換器１８に送られる。温水熱交換器１８は、貯水槽３６から供給される水を排ガスラインＬＧからの排ガスによって加熱して温水を製造し、製造した温水は貯水槽３６へと戻される。貯水槽３６では、補給水が供給され、温水が取り出される。また、温水熱交換器１８を通過した排ガスは、凝集水タンク２０で凝集・除塵されて排気する。凝集水は改質水として改質水蒸発器２６に供給される。凝集水タンク２０にはレベル計が設置され、水が一定レベル以下になると補給水が供給される。これにより、不要なガス及び余剰な水が排気及び排水される。

次に、以上のような発電装置１２を構成する燃料電池モジュール１０の具体的な構成例について説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る改質水蒸発器２６を備えた燃料電池モジュール１０の一構成例を示す斜視図である。以下では、燃料電池モジュール１０及び改質水蒸発器２６について、図２における手前側を前側（正面側）、奥側を後側（背面側）と呼び、さらに左右方向を幅方向（左右幅方向）、高さ方向を上下方向と呼んで説明する。

図２に示すように、本実施形態では１つの断熱筐体１６内に４個の燃料電池スタック１４を設けた４個１組の構成からなる燃料電池モジュール１０を用いている。この燃料電池モジュール１０は、断熱筐体１６内に設置された棚装置４０の上棚４０ａ及び下棚４０ｂに燃料電池スタック１４を２個ずつ載置しており、正面視で２行２列の配置となっている。以下では、このような４個１組の燃料電池スタック１４をまとめて燃料電池スタック１４として説明することもある。

燃料電池モジュール１０では、棚装置４０に載置された燃料電池スタック１４の上方に扁平箱状の改質水蒸発器２６が設置され、燃料電池スタック１４の背面及び左右両側面の３面を囲むように空気予熱器２４が設置されている。

空気予熱器２４は、燃料電池スタック１４の背面側に配置される主予熱器５０と、燃料電池スタック１４の左右の側面側に配置される一対の補助予熱器５２，５２とを備え、平面視で燃料電池スタック１４の３面を覆う門形状となっている。主予熱器５０と各補助予熱器５２との間は、上下にそれぞれ設けられた矩形筒状の管路で接続され、空気が流通可能となっている。空気予熱器２４は、例えばステンレスによって形成される。主予熱器５０の内部は鉛直方向に沿った平板状の隔壁によって背面側と正面側で前後２層の第１予熱部及び第２予熱部に仕切られている。従って、空気供給ラインＬＡ１を介して空気予熱器２４に導入された空気は、主予熱器５０の第１予熱部、左右の補助予熱器５２，５２、主予熱器５０の第２予熱部へと順に流通して所望の温度まで加熱された後、空気供給ラインＬＡ２から空気極１４ｂへと導入される。

断熱筐体１６内の燃料電池モジュール１０では、より高い温度を必要とする改質器２２と空気予熱器２４とを燃料電池スタック１４の近傍に配置し、これらより低い温度でよい改質水蒸発器２６を燃料電池スタック１４の上方に配置している。改質水蒸発器２６が燃料電池スタック１４の上方に配置されることにより、断熱筐体１６内で燃料電池スタック１４の反応や輻射により発生して上昇する熱を効率的に受けることができる。これにより、生成された改質用水蒸気を所望の過熱状態まで十分に加熱することができる。

次に、改質水蒸発器２６の具体的な構成例を説明する。

図３は、本発明の一実施形態に係る改質水蒸発器２６の構成図であり、図３（Ａ）は、平面図であり、図３（Ｂ）は、正面図であり、図３（Ｃ）は、側面図である。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、改質水蒸発器２６は、内部に中空の水蒸気生成空間５８を有する扁平直方体形状の箱体６０と、箱体６０を燃料電池モジュール１０に設置する際のブラケットとなる取付部材６２とを備える。

箱体６０は、ステンレス等の金属板を箱型に形成した構成である。図３（Ａ）に示す箱体６０の平面視で短辺となる一側面（右側面）には、凝集水タンク２０からの改質水を水蒸気生成空間５８に導入するための入口管６４が突設されている（図２も参照）。箱体６０の平面視で長辺となる一側面（正面）には、水蒸気生成空間５８で生成された改質用水蒸気を改質器２２に供給するための水蒸気供給ラインＬＷが接続される出口管６６が突設されている（図２も参照）。

取付部材６２は、ステンレス等の金属板を図３（Ｂ）に示すような扁平門形状に屈曲形成した構成である。取付部材６２は、箱体６０の下面が載置・固定される支持板６２ａと、支持板６２ａの左右端に屈曲形成された取付片６２ｂ，６２ｂとを有する。図２に示すように、各取付片６２ｂが空気予熱器２４の左右の補助予熱器５２，５２を跨いで固定されることにより、改質水蒸発器２６が燃料電池スタック１４の上方に設置される。このように設置することで、改質水蒸発器２６と、改質水蒸発器２６に連結した固定配管との間に発生する熱応力を抑制することができる。

図４は、改質水蒸発器２６の内部構造を示す説明図であり、図４（Ａ）は、平面図であり、図４（Ｂ）は、正面断面図であり、図４（Ｃ）は、側面断面図である。図４では、取付部材６２の図示を省略している。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、箱体６０は、上面となる上板６０ａと、底面となる底板６０ｂと、前後左右の４側面となる側板６０ｃとを直方体形状に形成し、内部に中空の水蒸気生成空間５８を形成したものである。水蒸気生成空間５８の底面となる底板６０ｂは、燃料電池モジュール１０内で燃料電池スタック１４の上面に対向配置される部分であり、断熱筐体１６内で発生して上昇した熱を受けて水蒸気生成空間５８内を加熱する伝熱板（伝熱面、加熱面）６０ｂとなる（図２も参照）。

なお、伝熱板６０ｂは上記の通りステンレス等の金属板で形成されている。そのため、伝熱板６０ｂの内面が滑らかな表面で形成されている場合、高温に加熱された伝熱板６０ｂの表面では水滴が水蒸気を膜にして伝熱板６０ｂと接触することなく水滴のまま伝熱板６０ｂ上に存在し、蒸発速度が遅くなることがある。そうすると、蒸発速度が安定せずに圧力変動（脈動）を生じ、改質におけるスチームカーボン比が安定しなくなり、改質器２２での適切な改質条件を維持できなくなる懸念がある。すなわち、本実施形態のように箱型に構成した改質水蒸発器２６において、水蒸気生成空間５８内での圧力変動を低減するためには、改質水を分散して導入し、且つ突沸を防ぐために改質水を伝熱板６０ｂの表面になじませて広く浸透させる必要がある。

そこで、本実施形態に係る改質水蒸発器２６では、水蒸気生成空間５８の内部に改質水を分散して吐出可能な散水管６８を配設し、水蒸気生成空間５８の底面となる伝熱板６０ｂの内面（上面）には吸水部７０を設けている（図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）参照）。

散水管６８は、箱体６０内で入口管６４と接続されており、凝集水タンク２０からの入口管６４を介して供給された改質水を水蒸気生成空間５８で散水するパイプである。散水管６８は、水蒸気生成空間５８内で伝熱板６０ｂ（吸水部７０）の上方に配設されている。

図５に示すように、散水管６８の下面側にはその長手方向（改質水の流通方向）に沿って複数（図５では８個）の吐出孔６８ａが形成されている。各吐出孔６８ａは散水管６８の長手方向に向かって互いに周方向にずれた位置に形成されている。これにより、散水管６８に導入された改質水を各吐出孔６８ａから伝熱板６０ｂの吸水部７０に向かって分散させ、伝熱板６０ｂの表面（伝熱面）を広く有効活用することができる。この際、各吐出孔６８ａは散水管６８の円中心に向かって形成されているため、改質水をより円滑に散水することが可能となっている（図６参照）。例えば、散水管６８の入口での改質水の圧力は１ｋＰａ以上、好ましくは１０ｋＰａ程度とすると、各吐出孔６８ａからの改質水の分配性が向上し、より円滑な散水が可能となる。勿論、吐出孔６８ａの配置や設置数は適宜変更可能である。図５では交互に８個の吐出孔６８ａを配置した構成を例示したが、運転条件によっては中央に４個１列に配置する等、吐出孔６８ａの配置は適宜変更可能である。図４では吐出孔６８ａを水蒸気生成空間５８の上部に配置したが、これは改質水の分配性を向上させるためであり、運転条件によっては下部に配置してもよい。また、散水管６８内の改質水の流速を１ｍ／ｓ以下とすることで、各吐出孔６８ａからの改質水の分配性を十分に確保することができる。

本実施形態では円筒管の散水管６８を例示しているが、矩形管形状であると吐出孔６８ａの穴加工が容易となり、より細径の吐出孔６８ａを形成することができる。また、散水管６８としては、円筒管や矩形管に代えて、スプレーノズルを用いてもよい。ここで改質水吐出部（本実施形態では散水管６８）を箱体６０の上面６０ａに設置若しくは接触させる構造とすることで、上面６０ａの温度を下げることができ、燃料電池モジュール１０の放熱量を低減して熱効率を向上することができる。

伝熱板６０ｂは、箱体６０の底面を形成しており、その上方に配設された散水管６８から散水された改質水を加熱して蒸発させ、改質用水蒸気を生成する部分である。この伝熱板６０ｂは、内面に微細加工が施されており、その上に吸水部７０が設けられている。この場合の微細加工は、例えば、１ｍｍ以下の溝を１ｍｍ以下のピッチで十字状に形成し或いはローレット加工によって形成するとよい。

本実施形態の場合、吸水部７０としてステンレス等の金属フェルトを伝熱板６０ｂの表面に敷き詰めている。これにより、改質水が散水管６８から吸水部７０に散水されると、ここで吸水されて広範囲に浸透し、同時に伝熱板６０ｂからの熱によって大きな伝熱面積で加熱されて蒸発する。そして、生成された改質用水蒸気は、出口管６６から水蒸気供給ラインＬＷへと流れて改質器２２に導入されることになる。

吸水部７０としては、金属フェルトを設けずに伝熱板６０ｂの微細加工のみで改質水を広く吸水可能な構造としてもよい。また、金属フェルトに代えて金属織物等を用いてもよい。すなわち、吸水部７０は、散水管６８からの散布された改質水を毛細管現象等を利用して広く拡散浸透させることができる構成であればよく、多孔質形状や微細形状等、液体が染み渡る構造を有するものであればよく、伝熱板６０ｂと別体構造であっても一体構造であってもよい。

以上のように、本実施形態に係る改質水蒸発器２６によれば、水蒸気生成空間５８を内部に形成した箱体６０と、断熱筐体１６の外部から導入される改質水を水蒸気生成空間５８で散水する散水管６８と、箱体６０の一壁面である底面を形成すると共に、散水管６８から散水された水を吸水可能な吸水部７０が設けられ、断熱筐体１６内で発生する熱を受けて吸水部７０に散水された改質水を加熱して蒸発させる伝熱板６０ｂとを備える。

このように、改質水蒸発器２６は箱体６０による箱型形状を有するため、燃料電池モジュール１０を形成する断熱筐体１６の内部での設置効率が良好である。従って、所望の位置に容易に配置することができ、その占有面積も小さいものとなるため、燃料電池モジュール１０の小型化が可能となる。また、高温の燃料電池モジュール１０内で所望の位置に改質水蒸発器２６を設置できるため、断熱筐体１６内での熱効率を容易に向上させることができる。さらに、改質水蒸発器２６は、箱体６０の内部に散水管６８を配設し、箱体６０の一壁面となる伝熱板６０ｂの内面に吸水部７０として金属フェルトを設けた簡素な構成からなるため、設計や製造が容易で製造コストが低い。しかも、改質水を蒸発させる伝熱板６０ｂの表面に吸水部７０を設けているため、蒸発振動（脈動）を防止でき、改質水が円滑に拡散するため蒸発が安定する。この際、吸水部７０として金属フェルトを用いているため、伝熱面積が飛躍的に増加し、改質水蒸発器２６を一層小型化することができる。

ところで、改質器２２に改質用水蒸気と炭化水素系の原燃料とを導入する際、改質用水蒸気が凝縮して改質触媒に付着すると、改質触媒を劣化させる要因となる。そこで、改質水蒸発器２６から出た改質用水蒸気と原燃料の混合後も改質用水蒸気が凝縮しないよう、例えば１８０℃以上、望ましくは２００℃以上の過熱状態とする必要がある。さらに望ましくは３００〜５００℃で改質器２２に導入すると、改質器２２で必要な熱交換量を低減することができる。ここで５００℃以上とすると、ＳＵＳ３０４等の安価なステンレス部材では構成材料のＣｒ等が改質水中に溶出する可能性があるが、５００℃以下とすることで不純物の溶出を防止することができる。なお、上記特許文献１、２のように、改質水と原燃料を混ぜて改質水蒸発器に導入することもできるが、原燃料の加熱のための熱量が必要となり、伝熱面積を拡大させる必要が生じる。これに対し、本実施形態に係る改質水蒸発器２６には改質水のみが導入されて蒸発熱伝達を行うため、ガス状の炭化水素原燃料の加熱よりも熱伝達係数が高くなる分、必要な伝熱面積も少なくて済むという利点がある。しかも、本実施形態の場合には、改質水蒸発器２６の伝熱板６０ｂの表面に吸水部７０を設けているため、構成を小型化しつつも十分な伝熱面積を確保でき、所望の過熱状態となった改質用水蒸気を効率的に生成することができる。

また、本実施形態に係る発電装置１２は、このような改質水蒸発器２６と、燃料電池スタック１４と、これらを囲む断熱筐体１６とを有する燃料電池モジュール１０を備える。この発電装置１２では、燃料電池スタック１４の上方に改質水蒸発器２６を設置しているため、断熱筐体１６内で上昇した熱を改質水蒸発器２６で効率的に受けることができる。従って、改質用水蒸気を所望の過熱状態まで円滑に加熱することができる。しかも改質水蒸発器２６によって断熱筐体１６の上部から外部への放熱を低減することができるため、モジュール内の熱自立を維持することができる。これにより、燃料電池スタック１４での燃料利用率の低下が防止され、装置全体の発電効率を維持することができる。

この際、本実施形態に係る改質水蒸発器２６では、箱体６０の底面が伝熱板６０ｂによって形成されると共に、伝熱板６０ｂの上方に散水管６８が配置されている。しかも伝熱板６０ｂの外面が燃料電池スタック１４の上面に対向配置された状態で、改質水蒸発器２６が燃料電池スタック１４の上方に設置されている。これにより、箱体６０の底面（伝熱板６０ｂ）が加熱面となり、箱体６０の上面（天井面）側にある散水管６８から改質水が導入・散水されるため、箱体６０の内部に断熱構造を構築して上面の温度を低下させ、断熱筐体１６の上部から外部への放熱を一層低減することができる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、燃料電池スタック１４を４個１組として用いた構成を例示したが、燃料電池スタック１４の搭載個数は適宜変更可能であることは勿論である。また、燃料電池スタック１４は矩形の積層形状ではなく、円筒形状の発電セルを１本又は複数本有した構成であってもよい。

１０ 燃料電池モジュール
１２ 発電装置
１４ 燃料電池スタック
１４ａ 燃料極
１４ｂ 空気極
１６ 断熱筐体
２２ 改質器
２４ 空気予熱器
２６ 改質水蒸発器
５８ 水蒸気生成空間
６０ 箱体
６０ａ 上板
６０ｂ 底板（伝熱板）
６０ｃ 側板
６２ 取付部材
６４ 入口管
６６ 出口管
６８ 散水管
６８ａ 吐出孔
７０ 吸水部
ＬＡ１，ＬＡ２ 空気供給ライン
ＬＦ１，ＬＦ２ 燃料供給ライン
ＬＷ 水蒸気供給ライン

Claims (6)

1. 断熱筐体で囲まれた燃料電池モジュールに設けられ、燃料電池スタックに導入される燃料を改質する改質器に供給する改質用水蒸気を生成する改質水蒸発器であって、
   水蒸気生成空間を内部に形成した箱体と、
   前記断熱筐体の外部から導入される改質水を前記水蒸気生成空間で散水する散水管と、
   前記箱体の一壁面を形成すると共に、前記散水管から散水された水を吸水可能な吸水部が設けられ、前記断熱筐体内で発生する熱を受けて前記吸水部に散水された改質水を加熱して蒸発させる伝熱板と、
   を備えることを特徴とする改質水蒸発器。
2. 請求項１記載の改質水蒸発器において、
   前記吸水部は、前記伝熱板の内面に敷かれた金属フェルト又は金属織物であることを特徴とする改質水蒸発器。
3. 請求項１又は２記載の改質水蒸発器において、
   前記箱体の底面が前記伝熱板によって形成されると共に、該伝熱板の上方に前記散水管が配置されていることを特徴とする改質水蒸発器。
4. 請求項３記載の改質水蒸発器において、
   前記散水管は、前記伝熱板に設けられた吸水部に向かって改質水を吐出するための吐出孔を有し、該吐出孔は該散水管の長手方向に沿って複数設けられていることを特徴とする改質水蒸発器。
5. 燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックに導入される燃料を改質する改質器と、
   前記改質器に供給する改質用水蒸気を生成する改質水蒸発器と、
   前記燃料電池スタック、前記改質器及び前記改質水蒸発器を囲む断熱筐体と、
   を有する燃料電池モジュールを備えた発電装置であって、
   前記改質水蒸発器は、水蒸気生成空間を内部に形成した箱体と、
   前記断熱筐体の外部から導入される改質水を前記水蒸気生成空間で散水する散水管と、
   前記箱体の一壁面を形成すると共に、前記散水管から散水された水を吸水可能な吸水部が設けられ、前記断熱筐体内で発生する熱を受けて前記吸水部に散水された改質水を加熱して蒸発させる伝熱板とを備えることを特徴とする発電装置。
6. 請求項５記載の発電装置において、
   前記改質水蒸発器は、前記箱体の底面が前記伝熱板によって形成されると共に、該伝熱板の上方に前記散水管が配置されており、前記伝熱板の外面が前記燃料電池スタックの上面に対向配置された状態で、該燃料電池スタックの上方に設置されることを特徴とする発電装置。

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