JP5288701B2 - Fuel cell device - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池の発電により生じる排ガスを効率的に浄化できる燃料電池装置、特には固体電解質形燃料電池に好適に採用できる燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell device that can efficiently purify exhaust gas generated by power generation of a fuel cell, and more particularly to a fuel cell device that can be suitably used for a solid oxide fuel cell.

近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルを複数配列してなる燃料電池セルスタックを収納容器内に収納した燃料電池やその運転方法（システム）が種々提案されている。また、あわせて燃料電池より排出された排気ガスと水とで熱交換する熱交換器を具備する燃料電池装置が提案されている。   2. Description of the Related Art In recent years, various types of fuel cells in which a fuel cell stack formed by arranging a plurality of fuel cells is accommodated in a storage container and its operation method (system) have been proposed as next-generation energy. In addition, a fuel cell device having a heat exchanger for exchanging heat between exhaust gas discharged from the fuel cell and water has been proposed.

このような燃料電池の発電においては、改質器にて炭化水素系燃料を改質し、改質した燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池本体へ供給して発電が行なわれる。   In such power generation of the fuel cell, the hydrocarbon fuel is reformed by a reformer, and the reformed fuel gas and the oxygen-containing gas are supplied to the fuel cell body to generate power.

ところで、燃料電池の発電により生じる排ガス中には、特に高効率発電時（即ち高い燃料利用率での運転時）や高い空気利用率での運転時における不完全燃焼等により生じる一酸化炭素や、未燃焼の燃料ガスなどをはじめとする有害成分を含有する場合がある。   By the way, in the exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell, carbon monoxide generated by incomplete combustion especially at the time of high-efficiency power generation (that is, operation at a high fuel utilization rate) or operation at a high air utilization rate, It may contain harmful components such as unburned fuel gas.

これらの有害成分を含有する排ガスをそのまま排気すると、安全性や環境等への影響が懸念される。それゆえ、燃料電池の発電により生じる排ガス中に含有される有害成分を除去するための手段を設けた燃料電池が提案されており、例えばハウジング内に複数の固体酸化物形燃料電池セルを収納するとともに、燃料電池セルより排出された燃焼排ガスを浄化する浄化装置（例えば、燃焼触媒を用いる浄化装置）を具備する燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−３２２９１号公報 If exhaust gases containing these harmful components are exhausted as they are, there is a concern about the impact on safety, the environment, and the like. Therefore, a fuel cell having means for removing harmful components contained in exhaust gas generated by power generation of the fuel cell has been proposed. For example, a plurality of solid oxide fuel cells are housed in a housing. In addition, there has been proposed a fuel cell including a purification device (for example, a purification device using a combustion catalyst) that purifies the combustion exhaust gas discharged from the fuel cell (see, for example, Patent Document 1).
JP 2006-32291 A

ここで燃焼触媒は、例えば排ガス中の有害成分の１つである一酸化炭素を二酸化炭素に酸化する機能を有するが、燃焼触媒が効果的に作動するためにはある程度の排気ガス温度、触媒温度が必要となってくる。また触媒の種類により、活性の温度範囲が異なり、低温型とされる燃焼触媒であっても、５０℃以下等の低温では特に活性が低い（もしくは活性がない）ことが知られている。   Here, the combustion catalyst has a function of oxidizing, for example, carbon monoxide, which is one of harmful components in exhaust gas, to carbon dioxide, but in order for the combustion catalyst to operate effectively, a certain amount of exhaust gas temperature, catalyst temperature. Will be needed. Further, it is known that the activity temperature range varies depending on the type of catalyst, and even a low temperature combustion catalyst has a particularly low activity (or no activity) at a low temperature such as 50 ° C. or less.

ところで、燃料電池の起動時から発電初期においては、昇温のために高温の燃焼排ガスと常温の各種熱交換を行うため、燃料電池全体の温度は徐々に上昇するものの、排ガス自体の温度上昇は比較的遅くなる。すなわち、燃料電池の起動時から発電初期にかけて多く有害成分が排出される傾向がある。それゆえ、浄化装置として燃焼触媒を用いた場合であっても、有害成分を効率よく除去することが困難となるおそれがあった。   By the way, from the start of the fuel cell to the beginning of power generation, the temperature of the entire fuel cell gradually rises because various heat exchanges are performed with the high-temperature combustion exhaust gas to raise the temperature. Relatively slow. That is, many harmful components tend to be discharged from the start of the fuel cell to the beginning of power generation. Therefore, even when a combustion catalyst is used as the purification device, it may be difficult to efficiently remove harmful components.

それゆえ、本発明は、燃料電池の起動時から発電初期であっても、効率よく有害成分を除去することが可能な燃料電池装置を提供することにある。   Therefore, it is an object of the present invention to provide a fuel cell device capable of efficiently removing harmful components even when the fuel cell is started up and at the beginning of power generation.

本発明の燃料電池装置は、固体酸化物形燃料電池と、該固体酸化物形燃料電池の発電により生じる排ガスを浄化するための燃焼触媒を内部に有する浄化装置とを具備するとともに、前記浄化装置が伝熱板により形成され、前記排ガスが流入する前記浄化装置の伝熱板をメッシュ状としたことを特徴とする。
The fuel cell device of the present invention, the solid oxide fuel cell, as well as and a cleaning device having therein a combustion catalyst for purifying exhaust gas generated by the power generation of the solid oxide fuel cell, the purifier Is formed by a heat transfer plate, and the heat transfer plate of the purification device into which the exhaust gas flows is formed in a mesh shape.

本発明の燃料電池装置は、浄化装置が伝熱板により形成され、前記排ガスが流入する前記浄化装置の伝熱板をメッシュ状としたので、燃料電池の発電により生じた排ガスの熱を浄化装置に効率的に伝熱することができる。
In the fuel cell device of the present invention, the purification device is formed of a heat transfer plate, and the heat transfer plate of the purification device into which the exhaust gas flows is meshed. Heat can be transferred efficiently .

また、前記浄化装置の外面にヒーターを設けることが望ましい。ヒーターで浄化装置を直接加熱することで、浄化装置（伝熱板）を介して燃焼触媒を加熱することができる。それにより、浄化装置（伝熱板）を介してさらに効率よく燃焼触媒の温度を高めることができる。
 Moreover, it is desirable to provide a heater on the outer surface of the purification device. By directly heating the purification device with a heater , the combustion catalyst can be heated via the purification device (heat transfer plate). Thereby, the temperature of the combustion catalyst can be increased more efficiently via the purification device (heat transfer plate).

また本発明の燃料電池装置は、固体酸化物形燃料電池と、該固体酸化物形燃料電池の発電により生じる排ガスを浄化するための燃焼触媒を内部に有する浄化装置とを具備し、前記浄化装置に、該浄化装置に着脱可能で、かつ内部を排ガスが流通するカートリッジを設けるとともに、該カートリッジがメッシュ状の伝熱板により形成され、内部に前記燃焼触媒を有することを特徴とする。
The fuel cell device of the present invention comprises a solid oxide fuel cell, and a cleaning device having therein a combustion catalyst for purifying exhaust gas generated by the power generation of the solid oxide fuel cell, the purifier Further, the present invention is characterized in that a cartridge that can be attached to and detached from the purification device and through which exhaust gas flows is provided, the cartridge is formed of a mesh-like heat transfer plate, and has the combustion catalyst therein.

本発明においては、浄化装置に着脱可能なカートリッジの内部に燃焼触媒を有することから、浄化装置のメンテナンス等で燃焼触媒を交換する際に、浄化装置を分解等する必要がなく、新しい燃焼触媒が充填されたカートリッジを入れ替える、もしくは浄化装置よりカートリッジを取り外して、その内部の燃焼触媒を入れ替える等により、燃焼触媒の交換を行なうことができる。それゆえ、燃焼触媒の交換が容易となる。
In the present invention, since the combustion catalyst is provided inside the cartridge that can be attached to and detached from the purification device, it is not necessary to disassemble the purification device when replacing the combustion catalyst for maintenance or the like of the purification device. The combustion catalyst can be replaced by replacing the filled cartridge, or by removing the cartridge from the purification device and replacing the combustion catalyst in the cartridge. Therefore, the combustion catalyst can be easily replaced.

さらに、例えばカートリッジの内部を排ガスが流通するとともに、カートリッジがメッシュ状の伝熱板により形成されていることから、燃料電池の発電により生じた排ガスの熱により、カートリッジを形成する伝熱板を介して効率よく燃焼触媒の温度を高めることができ、燃料電池の発電により生じる排ガスを、効率よく浄化することができる。
また、本発明の燃料電池装置では、前記燃料電池の発電により生じる排ガスの熱を回収するための熱交換器を具備するとともに、前記排ガスが前記浄化装置の排ガス流路を流通した後、前記熱交換器に排出されることが望ましい。浄化装置は、燃料電池より生じる排ガスが内部を流通して熱交換器に排出される形状であることから、排ガス中の有害成分を除去（転化）することができる。
Further, for example, the exhaust gas circulates inside the cartridge and the cartridge is formed by a mesh-like heat transfer plate. Thus, the temperature of the combustion catalyst can be increased efficiently, and the exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell can be efficiently purified.
In the fuel cell device of the present invention, a heat exchanger for recovering heat of exhaust gas generated by power generation of the fuel cell is provided, and after the exhaust gas has circulated through the exhaust gas flow path of the purification device, the heat It is desirable to be discharged to the exchanger. The purification device has a shape in which the exhaust gas generated from the fuel cell circulates inside and is discharged to the heat exchanger, so that harmful components in the exhaust gas can be removed (converted).

本発明の燃料電池装置は、効率よく燃焼触媒の温度を上昇させ、燃焼触媒の活性を向上させることにより、固体酸化物形燃料電池の起動時から発電初期に生じる排ガスを、効率よく浄化することができる。
The fuel cell device of the present invention efficiently purifies exhaust gas generated at the beginning of power generation from the start of the solid oxide fuel cell by efficiently raising the temperature of the combustion catalyst and improving the activity of the combustion catalyst. Can do.

図１は、本発明の燃料電池装置１を簡略化して示すブロック図である。なお、図１で示すブロック図では、本発明の燃料電池装置１において重要となる部材のみを示している。なお、同一の部材については同一の番号を付するものとし、以下同様とする。また、図１で示す矢印は、燃料電池の発電により生じた排ガスの流れ方向を示している。   FIG. 1 is a block diagram schematically showing a fuel cell device 1 of the present invention. In the block diagram shown in FIG. 1, only important members in the fuel cell device 1 of the present invention are shown. In addition, the same number shall be attached | subjected about the same member and it is the same below. Moreover, the arrow shown in FIG. 1 has shown the flow direction of the waste gas produced | generated by the electric power generation of the fuel cell.

燃料電池本体内には、電解質を一対の電極で挟んだ燃料電池セルの集合体である燃料電池２が収納されており、燃料電池２に燃料ガスおよび酸素含有ガスが供給されて、燃料電池２の発電が行なわれる。   A fuel cell 2 that is an assembly of fuel cells in which an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes is housed in the fuel cell body, and a fuel gas and an oxygen-containing gas are supplied to the fuel cell 2 so that the fuel cell 2 Power generation is performed.

燃料電池２の発電により生じた排ガスは、排気流路５を介して、燃焼触媒６を含有する浄化装置３を流通する。その際、浄化装置３の内部に含有される燃焼触媒６により排ガス中に含有される一酸化炭素等の有害成分が除去（転化）されて、排ガスが浄化される。そして、浄化された排ガスは、続いて熱交換器４を介して排ガスの熱と空気や燃料ガス、及び、水の少なくとも１つ以上とで熱交換された後、排気流路５より排出される。なお、熱交換器４にて熱交換された後の湯水は、貯湯タンク（図示せず）に貯湯することができる。   The exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell 2 flows through the purification device 3 containing the combustion catalyst 6 via the exhaust passage 5. At that time, the combustion catalyst 6 contained in the purification device 3 removes (converts) harmful components such as carbon monoxide contained in the exhaust gas, thereby purifying the exhaust gas. The purified exhaust gas is subsequently subjected to heat exchange between the heat of the exhaust gas and at least one of air, fuel gas, and water via the heat exchanger 4 and then discharged from the exhaust passage 5. . In addition, the hot water after heat-exchanged with the heat exchanger 4 can be stored in a hot water storage tank (not shown).

燃料電池の発電により生じた排ガス中には、一酸化炭素などをはじめとする有害成分を含有する場合がある。この有害成分を含有する排ガスをそのまま燃料電池装置１の外部に排気すると、安全性の問題や、環境等への影響が懸念される。それゆえ、燃料電池の発電により生じる排ガスを排気するにあたっては、排ガス中に含まれる有害成分を除去（転化）した後に排気する必要がある。   The exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell may contain harmful components such as carbon monoxide. If the exhaust gas containing this harmful component is exhausted to the outside of the fuel cell device 1 as it is, there are concerns about safety problems and environmental impacts. Therefore, when exhaust gas generated by power generation of the fuel cell is exhausted, it is necessary to exhaust after removing (converting) harmful components contained in the exhaust gas.

この燃料電池装置では、燃料電池２の発電により生じた排ガスが内部を流通して熱交換器４に排出する浄化装置３を具備する。
 This fuel cell device includes a purification device 3 that exhaust gas generated by power generation of the fuel cell 2 circulates inside and is discharged to the heat exchanger 4.

ここで、燃焼触媒６としては、一般的に知られている燃焼触媒を用いることができ、例えば、白金、パラジウム等の貴金属類の他、マンガン、コバルト、銀、銅、ニッケル等を用いることができ、浄化する有害成分に応じて、適宜選択して使用することができる。   Here, as the combustion catalyst 6, generally known combustion catalysts can be used. For example, in addition to noble metals such as platinum and palladium, manganese, cobalt, silver, copper, nickel and the like can be used. Can be selected and used according to the harmful components to be purified.

また、燃焼触媒の形状としては、例えば球状、ハニカム形状、タブレット形状等を用いることができ、図２は浄化装置３の内部にタブレット形状（円柱状）の燃焼触媒６を有する場合を示している。なお、実際にはタブレット状の触媒は密に充填されており、必要以上の隙間は空いていないのが好ましい。   Further, as the shape of the combustion catalyst, for example, a spherical shape, a honeycomb shape, a tablet shape, or the like can be used, and FIG. 2 shows a case where the purification catalyst 3 has a tablet-shaped (columnar) combustion catalyst 6. . In practice, it is preferable that the tablet-shaped catalyst is packed closely, and there is no gap more than necessary.

燃料電池の発電により生じる排ガス中の有害成分は、特に燃料電池の起動時から発電初期にかけて多く排出される傾向がある。それゆえ、燃料電池の起動時から発電初期において効率的に有害成分を除去（転化）する必要がある。   Many harmful components in the exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell tend to be discharged particularly from the start of the fuel cell to the beginning of power generation. Therefore, it is necessary to efficiently remove (convert) harmful components from the start of the fuel cell to the beginning of power generation.

しかしながら、燃焼触媒は、その種類や浄化対象となる有害成分により、活性の温度範囲が異なり、低温型とされる燃焼触媒であっても、例えば５０℃以下のような低温では特に活性が低い（もしくは活性がない）ことが知られている。   However, the combustion catalyst has a different activity temperature range depending on the type and harmful components to be purified, and even a low temperature combustion catalyst has a particularly low activity at a low temperature of, for example, 50 ° C. or less ( Or is not active).

ここで、燃料電池の起動時から発電初期においては、燃料電池の発電により生じる排ガスの温度が低温となるため、低温型の燃焼触媒を用いた場合であっても、有害成分を効率的に除去（転化）することが難しい場合がある。   Here, since the temperature of the exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell is low from the start of the fuel cell to the beginning of power generation, harmful components are efficiently removed even when a low-temperature combustion catalyst is used. (Conversion) may be difficult.

ここで、燃焼触媒を含有する浄化装置に、燃焼触媒を加熱するための加熱装置を設けることにより、加熱装置により直接燃焼触媒を加熱する、もしくは加熱装置を介して間接的に燃焼触媒を加熱することで、燃焼触媒の温度を上昇させることができる。
 Here, the cleaning device containing a combustion catalyst, by providing a heating device for heating the combustion catalyst, heated indirectly combustion catalyst to heat the direct combustion catalyst, or through the heating device by a heating device By doing so, the temperature of the combustion catalyst can be raised.

それにより、燃焼触媒の温度を上昇させ燃焼触媒の活性を高めることで、燃料電池の起動時から発電初期といった、燃料電池の発電により生じる排ガスの温度が低い場合であっても、排ガス中の有害成分を効率的に除去（転化）することができる。   As a result, by increasing the temperature of the combustion catalyst and increasing the activity of the combustion catalyst, even if the temperature of the exhaust gas generated by fuel cell power generation is low, such as from the start of the fuel cell to the beginning of power generation, The component can be efficiently removed (converted).

ちなみに浄化装置３の形状としては、燃料電池２の発電により生じる排ガスが、内部を流通して熱交換器４に排出される形状であり、かつ燃焼触媒６を浄化装置３内に保持できる形状とする必要がある。そのような形状としては、例えば浄化装置３のうち排ガスの流路に面する部材を、メッシュ状の部材で形成することができる。   Incidentally, the shape of the purification device 3 is a shape in which the exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell 2 circulates inside and is discharged to the heat exchanger 4, and a shape that can hold the combustion catalyst 6 in the purification device 3. There is a need to. As such a shape, for example, the member facing the exhaust gas flow path in the purification device 3 can be formed of a mesh-like member.

図３は、浄化装置３に加熱装置としてヒーター７を設け、燃焼触媒６をヒーター７により直接加熱する場合の一例を示す。   FIG. 3 shows an example in which the purification device 3 is provided with a heater 7 as a heating device, and the combustion catalyst 6 is directly heated by the heater 7.

図３においては、浄化装置３の内部に加熱装置としてヒーター７を設けたことから、燃料電池２の起動時から発電初期（特には起動時）に、ヒーター７の電源を入れることにより、ヒーター７により直接燃焼触媒６を加熱することで、燃焼触媒６の温度を迅速に高めることができる。   In FIG. 3, since the heater 7 is provided as a heating device inside the purification device 3, the heater 7 is turned on by turning on the heater 7 from the start of the fuel cell 2 to the beginning of power generation (particularly at the start). By directly heating the combustion catalyst 6 by the above, the temperature of the combustion catalyst 6 can be quickly increased.

それにより、燃焼触媒６の温度を高めることで、燃焼触媒６の活性を向上させることができることから、燃料電池２の起動時から発電初期のような、排ガス温度が低い場合であっても、排ガスを効率よく浄化することができる。   Thereby, the activity of the combustion catalyst 6 can be improved by increasing the temperature of the combustion catalyst 6, so even if the exhaust gas temperature is low, such as at the beginning of power generation from the start of the fuel cell 2, the exhaust gas Can be purified efficiently.

なお、加熱装置としては、燃焼触媒６を直接加熱することができるものであれば、特に制限はなく、例えばバーナー等を用いることもできる。なお、これらの燃焼触媒６を直接加熱する加熱装置を用いる場合は、加熱装置が燃焼触媒を過加熱して、燃焼触媒６を劣化することがないよう、温度が一定に達すると自動的に電源のスイッチが切れる等の手段を有していることが好ましい。   The heating device is not particularly limited as long as it can directly heat the combustion catalyst 6, and for example, a burner or the like can be used. When using a heating device that directly heats the combustion catalyst 6, the power supply is automatically turned on when the temperature reaches a certain level so that the heating device does not overheat the combustion catalyst and deteriorate the combustion catalyst 6. It is preferable to have means such as switching off.

ところで、燃焼触媒６を加熱する手段として、伝熱板を用いることもできる。上述したような燃焼触媒６に対して直接熱を伝える場合に、燃焼触媒６の温度が非常に上昇し、燃焼触媒６の耐熱温度を超えるおそれがある。燃焼触媒６の耐熱温度を超えた場合には、燃焼触媒６の触媒活性が劣化する。それゆえ、燃焼触媒６を間接的に加熱することにより、燃焼触媒６の耐熱温度を超えるような加熱を抑えることができる。   Incidentally, a heat transfer plate can also be used as means for heating the combustion catalyst 6. When heat is directly transmitted to the combustion catalyst 6 as described above, the temperature of the combustion catalyst 6 is very high, and there is a possibility that the heat resistance temperature of the combustion catalyst 6 may be exceeded. When the heat resistance temperature of the combustion catalyst 6 is exceeded, the catalytic activity of the combustion catalyst 6 deteriorates. Therefore, by heating the combustion catalyst 6 indirectly, heating exceeding the heat resistance temperature of the combustion catalyst 6 can be suppressed.

図４は、浄化装置３が伝熱板８により形成されており、伝熱板８が加熱装置の機能を有し、伝熱板を介して燃焼触媒６（図示せず）を加熱する浄化装置３の一例を示している。ここで、伝熱板８が加熱装置の機能を有するとは、伝熱板８が実質的に加熱装置を兼ねることを意味する。なお、図中の矢印は、燃料電池２の発電により生じた排ガスの流れ方向を示している。なお浄化装置３は、排ガスの流路に面する伝熱板８をメッシュ状とした例を示している。   In FIG. 4, the purification device 3 is formed by a heat transfer plate 8, the heat transfer plate 8 has the function of a heating device, and the purification device heats the combustion catalyst 6 (not shown) via the heat transfer plate. 3 shows an example. Here, that the heat transfer plate 8 has a function of a heating device means that the heat transfer plate 8 also substantially serves as the heating device. In addition, the arrow in a figure has shown the flow direction of the waste gas produced | generated by the electric power generation of the fuel cell 2. FIG. In addition, the purification apparatus 3 has shown the example which made the heat exchanger plate 8 which faces the flow path of waste gas the mesh shape.

ここで、浄化装置３を伝熱板８にて形成したことにより、伝熱板８（浄化装置３）を加熱することで、浄化装置３の内部に有する燃焼触媒６を加熱することができる。それにより、燃焼触媒６の温度を高めることで、燃焼触媒６の活性を向上させることができることから、燃料電池２の起動時から発電初期のような、排ガス温度が低い場合であっても、排ガス中の有害成分の除去（転化）を向上することができる。   Here, since the purification device 3 is formed by the heat transfer plate 8, the combustion catalyst 6 included in the purification device 3 can be heated by heating the heat transfer plate 8 (purification device 3). Thereby, the activity of the combustion catalyst 6 can be improved by increasing the temperature of the combustion catalyst 6, so even if the exhaust gas temperature is low, such as at the beginning of power generation from the start of the fuel cell 2, the exhaust gas It is possible to improve removal (conversion) of harmful components therein.

伝熱板８を加熱するにあたっては、燃料電池２の発電により生じる排ガスの熱を伝熱板８に伝えることにより加熱することができ、その熱により燃焼触媒６を加熱することができる。   In heating the heat transfer plate 8, the heat of the exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell 2 can be transferred to the heat transfer plate 8, and the combustion catalyst 6 can be heated by the heat.

なお、さらに効率よく伝熱板８を加熱すべく、浄化装置３の外側より直接伝熱板８を加熱することも可能である。図４はその一例を示しており、浄化装置３（伝熱板８）の外側に、ヒーター７を設けている場合を示す。なおこの場合、浄化装置３の外側より直接伝熱板８を加熱することができればよく、例えば浄化装置３の近傍にバーナーを設け、バーナーにより浄化装置３を加熱することも可能である。   It is also possible to heat the heat transfer plate 8 directly from the outside of the purification device 3 in order to heat the heat transfer plate 8 more efficiently. FIG. 4 shows an example of this, and shows a case where the heater 7 is provided outside the purification device 3 (heat transfer plate 8). In this case, it is only necessary that the heat transfer plate 8 can be directly heated from the outside of the purification device 3. For example, a burner may be provided in the vicinity of the purification device 3, and the purification device 3 may be heated by the burner.

また、燃料電池２の発電により生じた排ガスの熱を有効利用するにあたっては、例えば、浄化装置３内の排ガス流路に沿って伝熱板を設けることもできる。   In order to effectively use the heat of the exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell 2, for example, a heat transfer plate can be provided along the exhaust gas flow path in the purification device 3.

図５は、浄化装置３内の排ガス流路に沿って伝熱板８を設けた例を示している。なお、図４と同様、図中の矢印は、燃料電池２の発電により生じた排ガスの流れ方向を示している。
Figure 5 shows an example in which a heat transfer plate 8 along a flow path of an exhaust gas purifying apparatus 3. As in FIG. 4, the arrows in the figure indicate the flow direction of the exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell 2.

燃料電池２の起動時から発電初期に排出される排気ガスは温度が低いものの、その排ガスの熱を効率的に燃焼触媒６に伝えることができれば、排ガス中の有害成分の除去（転化）を向上（促進）することができる。   Although the exhaust gas discharged from the start of the fuel cell 2 at the beginning of power generation has a low temperature, if the heat of the exhaust gas can be efficiently transmitted to the combustion catalyst 6, the removal (conversion) of harmful components in the exhaust gas can be improved. (Promote).

ここで、伝熱板８を浄化装置３内の排ガス流路に沿って設けることにより、浄化装置３に流通する燃料電池２の発電により生じる排ガスが、伝熱板８に沿って流れることから、排ガスが伝熱板８と効率よく接触し、燃料電池２の排ガスの熱を、燃焼触媒６に伝えることができる。
Here, by providing along the heat transfer plate 8 in the flow path of an exhaust gas purifying apparatus 3, the exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell 2 to flow to the purifier 3, since the flow along the heat transfer plate 8, The exhaust gas efficiently contacts the heat transfer plate 8, and the heat of the exhaust gas from the fuel cell 2 can be transmitted to the combustion catalyst 6.

それにより、燃焼触媒６の温度を高めることで、燃焼触媒６の活性を向上させることができることから、燃料電池２の起動時から発電初期のような、排ガス温度が低い場合であっても、排ガス中の有害成分の除去（転化）を向上することができる。   Thereby, the activity of the combustion catalyst 6 can be improved by increasing the temperature of the combustion catalyst 6, so even if the exhaust gas temperature is low, such as at the beginning of power generation from the start of the fuel cell 2, the exhaust gas It is possible to improve removal (conversion) of harmful components therein.

また、伝熱板８を燃焼触媒のガス流れ方向に設置することで、局所的な加熱とならず、触媒全体を流れ方向に対してほぼ均等に加熱することができる。同様に、流れ方向に対し垂直方向に伝熱板８を設置することで、この垂直面内の燃焼触媒をほぼ均熱とすることができる。それにより、ヒーター７やバーナーなどの加熱器の熱を触媒に均等に伝えることができるため、加熱器からの局所的な過熱による触媒劣化を防止することができる。   Further, by installing the heat transfer plate 8 in the gas flow direction of the combustion catalyst, local heating is not performed, and the entire catalyst can be heated almost uniformly in the flow direction. Similarly, by installing the heat transfer plate 8 in a direction perpendicular to the flow direction, the combustion catalyst in the vertical plane can be almost uniformly heated. Thereby, the heat of the heater such as the heater 7 or the burner can be evenly transmitted to the catalyst, so that the catalyst deterioration due to local overheating from the heater can be prevented.

なお、伝熱板８は、浄化装置３の大きさや燃焼触媒６の量等により、適宜その枚数や大きさを変更して用いることができる。さらに、より効率よく燃料電池２の排ガスと接触すべく、例えば波型や表面に凹凸を有する形状等であってもよい。   Note that the number and size of the heat transfer plates 8 can be appropriately changed depending on the size of the purification device 3 and the amount of the combustion catalyst 6. Furthermore, in order to contact the exhaust gas of the fuel cell 2 more efficiently, for example, a wave shape or a shape having irregularities on the surface may be used.

また、燃料電池２の起動時から発電初期のような、排ガス温度が低い場合に、より効率的に排ガス温度を伝熱板８に伝熱すべく、伝熱板８を排気流路５の内部に伸ばして配置することも可能である。   Further, when the exhaust gas temperature is low, such as when the fuel cell 2 is started up and at the beginning of power generation, the heat transfer plate 8 is disposed inside the exhaust passage 5 in order to more efficiently transfer the exhaust gas temperature to the heat transfer plate 8. It is also possible to arrange it to extend.

ところで燃焼触媒６は、使用期間や頻度に応じて交換等のメンテナンスを行なうことが好ましい。それにより、燃料電池２の発電により生じる排ガス中の有害成分を、常時有効に浄化することができる。   By the way, it is preferable to perform maintenance such as replacement of the combustion catalyst 6 according to the period of use and frequency. Thereby, harmful components in the exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell 2 can always be effectively purified.

ここで、燃焼触媒６を交換するにあたっては、浄化装置３を燃料電池２や熱交換器４、さらには排気流路５等と取り外す、さらには浄化装置３を分解する等、手間がかかる場合がある。   Here, when replacing the combustion catalyst 6, it may take time to remove the purification device 3 from the fuel cell 2, the heat exchanger 4, and the exhaust passage 5, or to disassemble the purification device 3. is there.

図６は、浄化装置３に、排ガスが内部を流通し、内部に燃焼触媒６（図示せず）を有するとともに、かつ浄化装置３に着脱可能なカートリッジ９を設けた例を示す。   FIG. 6 shows an example in which the purification apparatus 3 is provided with a cartridge 9 in which exhaust gas circulates inside, has a combustion catalyst 6 (not shown) inside, and is detachable from the purification apparatus 3.

ここで、浄化装置３の外部より着脱可能なカートリッジ９の内部に燃焼触媒６を有することにより、燃焼触媒６を交換する場合に、浄化装置３を燃料電池２や熱交換器４、さらには排気流路５等を取り外す、さらには浄化装置３を分解する等の必要がなく、新しい燃焼触媒６が充填されたカートリッジ９を入れ替えることや、取り外したカートリッジ９の燃焼触媒６を入れ替えることで、燃焼触媒６の交換が非常に容易となる。したがって、燃焼触媒６の交換において、手間がかかることを解消することができる。   Here, when the combustion catalyst 6 is exchanged by having the combustion catalyst 6 inside the cartridge 9 detachable from the outside of the purification device 3, the purification device 3 is replaced with the fuel cell 2, the heat exchanger 4, and further the exhaust gas. There is no need to remove the flow path 5 or the like, or to disassemble the purification device 3, and the combustion can be achieved by replacing the cartridge 9 filled with a new combustion catalyst 6 or replacing the combustion catalyst 6 of the removed cartridge 9. The exchange of the catalyst 6 becomes very easy. Therefore, it is possible to eliminate the trouble of replacing the combustion catalyst 6.

あわせて、カートリッジ９を伝熱板８にて形成し、カートリッジ９を浄化装置３の燃料電池２の発電により生じる排ガスが流れる排ガス流路に設けることにより、排ガスの熱を、カートリッジ９を形成する伝熱板８を介して効率よく燃焼触媒６の温度を高めることができる。   In addition, the cartridge 9 is formed by the heat transfer plate 8, and the cartridge 9 is provided in the exhaust gas flow path through which the exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell 2 of the purification device 3 flows. The temperature of the combustion catalyst 6 can be increased efficiently through the heat transfer plate 8.

それにより、燃焼触媒６の交換が容易であるとともに、燃料電池２の起動時から発電初期のような、排ガス温度が低い場合であっても、排ガスを効率よく浄化することができる。   Thus, the combustion catalyst 6 can be easily replaced, and the exhaust gas can be efficiently purified even when the exhaust gas temperature is low, such as when the fuel cell 2 starts up and at the beginning of power generation.

なお、カートリッジ９は、浄化装置３の大きさや必要とする燃焼触媒６の量や大きさにより適宜作製することができ、例えば、カートリッジ９の内部を燃料電池２の発電により生じる排ガスが流通することが容易となるよう、メッシュ状の伝熱板８を用いて作製することができる。   The cartridge 9 can be appropriately manufactured depending on the size of the purification device 3 and the amount and size of the required combustion catalyst 6. For example, exhaust gas generated by power generation of the fuel cell 2 circulates inside the cartridge 9. Can be made using the mesh heat transfer plate 8.

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。   Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、浄化装置３を、燃料電池２および熱交換器４に排気流路５を介さず、直接連結することも可能である。この場合、浄化装置３の内部に排気流路を設ければよい。   For example, the purification device 3 can be directly connected to the fuel cell 2 and the heat exchanger 4 without using the exhaust passage 5. In this case, an exhaust passage may be provided inside the purification device 3.

本発明の燃料電池装置の構成を概略的に示すブロック図である。1 is a block diagram schematically showing a configuration of a fuel cell device of the present invention. 燃料電池装置を構成する浄化装置の内部に燃焼触媒を有することを示す説明図である。Is an explanatory view showing that having an internal combustion catalyst purifying apparatus forming the fuel cell system. 燃料電池装置を構成する浄化装置の内部に燃焼触媒を加熱するヒーターを有することを示す説明図である。It is an explanatory view showing that it has a heater for heating the internal combustion catalyst purifying apparatus forming the fuel cell system. 本発明の燃料電池装置を構成する浄化装置が伝熱板で形成され、かつ伝熱板にヒーターを有することを示す斜視図である。It is a perspective view which shows that the purification apparatus which comprises the fuel cell apparatus of this invention is formed with a heat exchanger plate, and has a heater in a heat exchanger plate. 燃料電池装置を構成する浄化装置の内部に伝熱板を有することを示す斜視図である。Inside the purifying apparatus forming the fuel cell device is a perspective view showing that it has a heat transfer plate. 本発明の燃料電池装置を構成する浄化装置にカートリッジを有することを示す斜視図である。It is a perspective view which shows having a cartridge in the purification apparatus which comprises the fuel cell apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１：燃料電池装置
２：燃料電池
３：浄化装置
４：熱交換器
５：排気流路
６：燃焼触媒
７：ヒーター
８：伝熱板
９：カートリッジ 1: Fuel cell device 2: Fuel cell 3: Purification device 4: Heat exchanger 5: Exhaust flow path 6: Combustion catalyst 7: Heater 8: Heat transfer plate 9: Cartridge

Claims (4)

固体酸化物形燃料電池と、該固体酸化物形燃料電池の発電により生じる排ガスを浄化するための燃焼触媒を内部に有する浄化装置とを具備するとともに、前記浄化装置が伝熱板により形成され、前記排ガスが流入する前記浄化装置の伝熱板をメッシュ状としたことを特徴とする燃料電池装置。 A solid oxide fuel cell, as well as and a cleaning device having therein a combustion catalyst for purifying exhaust gas generated by the power generation of the solid oxide fuel cell, wherein the cleaning device is formed by a heat transfer plate, A fuel cell device characterized in that a heat transfer plate of the purification device into which the exhaust gas flows is formed in a mesh shape. 前記浄化装置の外面にヒータを設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。   The fuel cell device according to claim 1, wherein a heater is provided on an outer surface of the purification device. 固体酸化物形燃料電池と、該固体酸化物形燃料電池の発電により生じる排ガスを浄化するための燃焼触媒を内部に有する浄化装置とを具備し、前記浄化装置に、該浄化装置に着脱可能で、かつ内部を排ガスが流通するカートリッジを設けるとともに、該カートリッジがメッシュ状の伝熱板により形成され、内部に前記燃焼触媒を有することを特徴とする燃料電池装置。 Comprising a solid oxide fuel cell, and a cleaning device having therein a combustion catalyst for purifying exhaust gas generated by the power generation of the solid oxide fuel cell, said purifying device, detachable to the purifying device A fuel cell device comprising: a cartridge through which exhaust gas flows; and the cartridge is formed of a mesh-like heat transfer plate and has the combustion catalyst therein. 前記固体酸化物形燃料電池の発電により生じる排ガスの熱を回収するための熱交換器を具備するとともに、前記排ガスが前記浄化装置の排ガス流路を流通した後、前記熱交換器に排出されることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の燃料電池装置。 A heat exchanger for recovering heat of exhaust gas generated by power generation of the solid oxide fuel cell is provided, and the exhaust gas is exhausted to the heat exchanger after flowing through the exhaust gas flow path of the purifier. The fuel cell device according to any one of claims 1 to 3, wherein
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