JP2018113260A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
となっている。
室400)内に設けられており、これらはそれぞれ近接して配置されている。ここで水加
熱手段410および気化器412は、水、灯油を気化させるために大きな熱量を消費するため、加熱室400内における排ガスの温度分布が不均一となる。このため、脱硫器411全体を排ガスにより均一の温度で加熱することが困難となるという問題がある。
位置)に該排ガス経路と連通するように設けられ、不純物除去器を収容可能とする容器な
どによって形成された空間であってもよい。あるいは、排ガス経路の経路断面が不純物除去器を収容できるほど十分に大きい場合は、排ガス経路そのものによって形成された空間であってもよい。
分を高効率に除去することができる。
。
以下、本発明の実施の形態(実施形態1)を、図面を参照して説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する。
1断熱部(断熱材)22が設けられている。
実施形態1に係る燃料電池システムでは、筐体7(第一の筐体7aおよび第二の筐体7b)の外部から供給された原料ガス(原燃料ガス)を改質器4で改質し、改質された改質ガスと外部から供給された空気とを利用して燃料電池6が発電反応により発電するように構成されている。なお、本明細書では、原料ガス経路1を通じて外部から供給されるガスを原料ガス(原料)と称し、原料ガスから硫黄成分が取り除かれ、改質器4において改質反応により改質された改質ガスを燃料ガス(燃料)と称するものとする。
から排ガス経路20に導かれる排ガスは、第一の筐体7a内に配置された、改質器4、空
気熱交換器5、および蒸発器9等によって熱利用され、所定の温度範囲となっている。また、この排ガスは、第一の筐体7a内に配置された各部材において消費される熱量の違い
に起因して発生する温度ムラが解消された状態となっている。すなわち、例えば、大きな熱量を消費する蒸発器9の近傍では他の場所よりも排ガス温度が低くなるなど筐体7内において温度分布が均一とならない状態が発生したとしても、燃焼部23の上方へは、排ガスが略均一的に拡散して導かれる。このため、結果として筐体7の上面側の温度分布は略均一化するようになっている。
れる原料から不純物を十分に取り除くことができ、かつ不純物除去器3の外周を流通する排ガスにより、全体が均一に加熱されるような形状であればよい。
を可能な限り遮断するように構成されている。
除去器3において、以下の反応式(式(1)、(2))によるZnSの形、または物理吸着の形で脱硫剤によって除去される。
C2H6S+2H2→2CH4+H2S ・・・(1)
H2S+ZnO→H2O+ZnS ・・・(2)
なお、付臭剤は、上述したDMSに限定されるものではなく、TBM(C4H10S)またはTHT(C4H8S)等の他の硫黄化合物であってもよい。
ppb以下となる。
)・・・(3)
そして、これらの水素ガスおよび一酸化炭素を、燃料ガス供給経路16を通じて燃料電池6に供給し、空気供給経路17を通じて供給された空気と合わせて、発電反応を行う。
)・・・(4)
上述した式(4)で示される水蒸気改質反応は、式(3)で示される部分酸化改質反応と比較すると、同じ量の炭化水素(CnHm)から生成できる水素量がより多くなり、その結果、燃料電池6での発電反応に利用可能な改質ガスの量が多くなる。つまり、水蒸気改質反応の方が効率よく改質ガスを生成することができる。
路20と接続するように、鉛直方向における下向きに突出した突出部が形成されている。他方の端部(図1における、右側の端部)には、当該収納器27内を流通した排ガスが系外へと排出されるように鉛直方向における上向きに突出した突出部が形成されている。このように、この収納器27と排ガス経路20とが連通している。換言すると、排ガス経路20の少なくとも一部を収納器27内において形成している。
次に、図3を参照して本発明の実施形態1の変形例に係る燃料電池システムの構成について説明する。図3は、本発明の実施形態1の変形例に係る燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図3では、実施形態1の変形例に係る燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。
第二の筐体7bの上面とほぼ同じ高さ位置となるように配置されている。実施形態1の変形例に係る燃料電池システムは、この収納器27の配置以外は実施形態1に係る燃料電池システムと同様の構成である。このため、同じ部材には同じ符号を付し、それぞれ各部材の説明は省略する。
図5および図6を参照して実施形態2に係る燃料電池システムについて説明する。図5および図6は、実施形態2に係る燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図5では、実施形態2に係る燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。図6では、実施形態2に係る燃料電池システムの筐体7内を上から見たときの構成を模式的に示している。なお、筐体7は、実施形態1と同様に第一の筐体7aと第二の筐体7bとから構成されているが、ここでは特に、図示しない。
説明を省略する。
5にて吸熱される熱量等を調整する。このようにして、不純物除去器3を、水添脱硫を行うのに適した温度(150〜300℃)とする。
次に、実施形態2に係る燃料電池システムの変形例1について図7を参照して説明する。図7は実施形態2の変形例1に係る燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図7では、実施形態2の変形例1に係る燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。なお、実施形態2の変形例1に係る燃料電池システムの筐体7内を上から見たときの構成は、図6に示す燃料電池システムの構成と同様となるため図示していない。
さらに、実施形態2に係る燃料電池システムの変形例2について図8を参照して説明する。図8は、実施形態2の変形例2に係る燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図8では、実施形態2の変形例2に係る燃料電池システムを側部から見たときの
構成を模式的に示している。なお、実施形態2の変形例2に係る燃料電池システムの筐体7内を上から見たときの構成は、図6に示す燃料電池システムの構成と同様となるため図示していない。
次に、実施形態2に係る燃料電池システムの変形例3について図9を参照して説明する。図9は、実施形態2の変形例3に係る燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図9では、実施形態2の変形例3に係る燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。なお、実施形態2の変形例3に係る燃料電池システムの筐体7内を上から見たときの構成は、図6に示す構成と同様となるため図示していない。
次に、図10、11を参照して実施形態2の変形例4に係る燃料電池システムについて説明する。図10および図11は、実施形態2の変形例4に係る燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図10では、実施形態2の変形例4に係る燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。図11では、実施形態2の変形例4に係る燃料電池システムの筐体7内を上から見たときの構成を模式的に示している。
次に、図12を参照して実施形態2の変形例5に係る燃料電池システムについて説明する。図12は、実施形態2の変形例5に係る燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図12では、実施形態2の変形例5に係る燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。なお、実施形態2の変形例5に係る燃料電池システムの筐体7内を上から見たときの構成は、図11に示す変形例4の構成と同様となるため図示していない。
することができる。
次に、図13、14を参照して実施形態2の変形例6に係る燃料電池システムについて説明する。図13および図14は、実施形態2の変形例6に係る燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図13では、実施形態2の変形例6に係る燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。図14では、実施形態2の変形例6に係る燃料電池システムの筐体7内を上から見たときの構成を模式的に示している。
次に、図15を参照して実施形態2の変形例7に係る燃料電池システムについて説明する。図15は、実施形態2の変形例7に係る燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図15では、実施形態2の変形例7に係る燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。なお、実施形態2の変形例7に係る燃料電池システムの筐体7内を上から見たときの構成は、図14に示す変形例6の構成と同様となるため図示していない。
よって略均一に不純物除去器3が加熱されることとなる。特に、実施形態2の変形例7に係る燃料電池は、排ガス経路20に排ガス熱交換器21を備えているため、不純物除去器3と排ガス経路20を流通する排ガスとの間での伝熱面積の拡大および熱伝達率の向上を図ることができる。したがって、不純物除去器3の温度分布を均一に保ちつつ、迅速に水添脱硫を行うのに適した温度まで上げることができる。
部2の上流側に導く構成としてもよい。
とが困難となるという問題があった。
図16および図17を参照して実施形態3に係る燃料電池システムについて説明する。図16および図17は、実施形態3に係る燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図16では、実施形態3に係る燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。図17では、図16に示す燃料電池システムにおいて、筐体7から後述する収納器27を分離させた際の構成の一例を示す。
燃料電池システムを構成することができる。
されるように構成されている。さらに、排ガス経路接続部31も第1断熱部22内に収容されている。このようにこれらの接続部は第1断熱部22または第2断熱部33内に収容されているため、筐体7内部の高温な熱に直接、曝されることがなく、不純物除去器3と同じ温度範囲に保たれる。
以下、図19、図20を参照して実施形態3に係る燃料電池システムの変形例について説明する。図19、図20は、実施形態3の変形例に係る燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図19では、実施形態3の変形例に係る燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。図20では、図19に示す燃料電池システムにおいて、筐体7から収納器27を分離させた際の構成の一例を示す。
ムと比較して、収納器27において収納器内排ガス経路20cが形成されていない点で異なる。また、上流側排ガス経路20a、下流側排ガス経路20bそれぞれが排ガス経路接
続部31によって収納器内排ガス経路20cに接続された構成ではない点でも異なる。すなわち、実施形態3の変形例に係る燃料電池システムでは、排ガス経路20は筐体7の内部から第1断熱部22を貫通し、筐体7の外部に延設されている。
1接続部30a、筐体側第1接続部30b)、ならびに第2接続部32(収納器側第2接続部32a、筐体側第2接続具32b)は、第1断熱部22内または第2断熱部33内に
収容されるように構成されている。このようにこれらの接続部は第1断熱部22または第2断熱部33内に収容されているため、筐体7内部の高温に直接曝されることがなく、不純物除去器3と略同じ温度範囲に保たれる。
次に、燃料電池システムの製造方法について図23を参照して説明する。特に、不純物除去器3が収納器27内に格納されており、収納器27が燃料電池システムにおいて容易に着脱可能となった実施形態1、3に係る燃料電池システムの製造方法について説明する。図23は、実施形態1、3に係る燃料電池システムの製造方法の一例を示すフローチャートである。
次に、上述した本発明の実施形態1または実施形態3に係る燃料電池システムの製造方法について図23を参照して説明する。図23は、本発明の実施形態1または実施形態3に係る燃料電池システムの製造方法の一例を示すフローチャートである。
2 昇圧部
3 不純物除去器
4 改質器
5 空気熱交換器
6 燃料電池
7 筐体
7a 第一の筐体
7b 第二の筐体
9 蒸発器
10 空気供給経路
11 改質水経路
12 改質空気経路
14 脱硫後原料ガス経路
16 燃料ガス供給経路
17 空気供給経路
18 減圧部
19 リサイクル経路
20 排ガス経路
20a 上流側排ガス経路
20b 下流側排ガス経路
20c 収納器内排ガス経路
21 排ガス熱交換器
22 第1断熱部
23 燃焼部
24 凝縮器
25 ファン
27 収納器
30 第1接続部
30a 収納器側第1接続部
30b 筐体側第1接続部
31 排ガス経路接続部
31a 収納器側排ガス経路接続部
31b 筐体側排ガス経路接続部
32 第2接続部
32a 収納器側第2接続部
32b 筐体側第1接続部
33 第2断熱部
Claims (11)
- 供給された原料ガスに含まれる不純物を除去する不純物除去器と、
供給された水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発器と、
前記蒸発器により生成された水蒸気と、前記不純物除去器により不純物が除去された前記原料ガスとから改質反応により燃料となる改質ガスを生成する改質器と、
供給された空気と前記燃料とを利用して発電反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池で未利用の燃料を燃焼する燃焼部と、
前記蒸発器、前記改質器、前記燃料電池、および前記燃焼部を収容する筐体と、
前記燃焼部における燃焼により生じた排ガスを、前記筐体内から当該燃料電池システム外へと排出させるため、該排ガスが流通する排ガス経路と、
前記排ガス経路の途中に該排ガス経路の一部を構成するように設けられ、前記不純物除去器を配置するための収容空間と、を備える燃料電池システム。 - 前記不純物除去器は、前記原料ガスから不純物として硫黄成分を除去する脱硫器である請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記脱硫器に前記原料ガスを供給するために、該原料ガスを流通させる原料ガス経路と、
水素含有ガスを前記原料ガス経路へと導くためのリサイクル経路とを備え、
前記脱硫器が、前記原料ガス経路を流通する水素含有ガスを利用して、水添脱硫により前記原料ガスから不純物として硫黄成分を除去する請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記水素含有ガスとして、前記改質器により生成した改質ガスの一部が前記リサイクル経路を流通する請求項3に記載の燃料電池システム。
- 前記不純物除去器が平板型形状である請求項1から4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池に供給する空気と前記排ガスとの熱交換により該排ガスを冷却する空気熱交換器を前記筐体内に備える請求項1から5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記不純物除去器を配置するための前記収容空間を形成する収納器を備え、
前記収納器は前記筐体に接続されている請求項1から6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記筐体に対して前記収納器が着脱可能となるように構成されている請求項7に記載の燃料電池システム。
- 前記筐体は、少なくとも前記蒸発器、前記改質器、前記燃料電池、および前記燃焼部を収容する第一の筐体と、
前記第一の筐体の外周を囲む第二の筐体と、を備える請求項1から8のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記第一の筐体と第二の筐体との間の少なくとも一部に断熱材が収容されている請求項9に記載の燃料電池システム。
- 供給された空気と原料ガスから生成した燃料とを利用して発電反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池で未利用の燃料を燃焼する燃焼部と、
前記燃焼部における燃焼により生じた排ガスが保有する熱を利用して、原料ガスに含まれる不純物を除去する不純物除去器と、
供給された水を蒸発させ水蒸気を生成する蒸発器と、
前記蒸発器により生成された水蒸気と、前記不純物除去器によって不純物が除去された原料ガスとから改質反応により燃料となる改質ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池、前記燃焼部、前記蒸発器、および前記改質器を収容する筐体と、
前記燃焼部における燃焼により生じた排ガスを、前記筐体内から当該燃料電池システム外へと排出させるため、該排ガスが流通する排ガス経路と、
前記筐体に対して着脱可能であるとともに、前記排ガス経路の途中に該排ガス経路の一部を構成するように設けられ、前記不純物除去器を配置するための収容空間を形成する収容器と、を備えた燃料電池システムの製造方法であって、
前記筐体から取り外された状態で、前記不純物除去器または該不純物除去器を収容する前記収納器を加熱する第一の工程と、
前記不純物除去器に充填された触媒を還元する第二の工程と、
前記収納器を前記筐体に取り付ける第三の工程と、を含む燃料電池システムの製造方法。
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