JP5336573B2 - 固体酸化物形燃料電池における排熱回収システム - Google Patents
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Description
・発電モジュール110は断熱材114で囲包されているが、稼働中は断熱材114の表面温度がその周囲の温度に比べて数十度高い状態となるため、周囲に熱が放散される(波形矢印a参照)。放散された熱は有効利用できずロスとなる。
(1)請求項1に係る固体酸化物形燃料電池における排熱回収システムは、固体酸化物形燃料電池セルを発電室内に収納してなり、前記発電室の周囲を断熱材で囲包した発電モジュールと、前記発電室から排出された排ガスを内部空間に流通させるとともに前記内部空間に循環水配管を挿通させた排熱回収用熱交換器とを有し、前記排熱回収用熱交換器は、上面と外側面の少なくとも上半分とが前記断熱材により囲包されるように前記断熱材内に配置されているとともに、排ガスを排出するための排ガスダクトと、熱交換により生じる凝縮水を排出するための凝縮水の出口とが異なる部位に設けられており、前記排熱回収用熱交換器を配置した側の前記断熱材の外側面を覆う外装材が設けられているとともに、前記排ガスダクトが前記外装材を貫通して突出していることを特徴とする。
(2)請求項2に係る排熱回収システムは、請求項1において、前記排ガスダクトが、前記排熱回収用熱交換器の外側面から側方に突出して延びているとともに、前記凝縮水の出口が、前記排熱回収用熱交換器の下面に設けられていることを特徴とする。
(3)請求項3に係る排熱回収システムは、請求項2において、前記凝縮水の出口の直下に水貯留タンクが配置されていることを特徴とする。
(4)請求項4に係る排熱回収システムは、請求項2または3において、前記排ガスダクトの下面が、下流側よりも上流側において低くなるように傾斜していることを特徴とする。
(5)請求項5に係る排熱回収システムは、請求項2〜4のいずれかにおいて、前記排熱回収用熱交換器と前記排ガスダクトとの間の連通口において、上縁から垂下する凝縮水ガイド壁が設けられていることを特徴とする。
(6)請求項6に係る排熱回収システムは、請求項1〜5のいずれかにおいて、前記排ガスダクトの下流側において前記外装材の外面を内壁の一部として上方に延在する煙突が設けられていることを特徴とする。
(7)請求項7に係る排熱回収システムは、請求項1〜6のいずれかにおいて、前記排熱回収用熱交換器の内部空間において、前記排ガスを上方から下方へと流通させると共に、前記循環水配管内の水を下方から上方へと流通させることを特徴とする。
さらに、排熱回収用熱交換器を発電モジュール周囲の断熱材内に配置したことにより、発電モジュールから断熱材に放散した熱を排熱回収用熱交換器の内部に取り込み回収することができる。また、発電モジュールと排熱回収用熱交換器との距離が近くなるので、排ガスを移送する配管が短くなり圧損が少なくかつ配管からの熱の放散が低減できる。この結果、より多くの排熱を回収することが可能となる。また、発電モジュール用の断熱材と排熱回収用熱交換器用の断熱材を共有できるので断熱材を減量できる。
また、排熱回収用熱交換器の下方部分は断熱材から露出されているため、この部分において比較的温かい排ガスが空冷されることで排ガス中の水分の凝縮が促進される。すなわち、排ガスを排ガスダクトへ送る前に排熱回収用熱交換器内で十分に水分濃度を低減させておくことができ、排ガスダクト中で凝縮する水分量を低減し、閉塞や漏れ出しを防止できる。
排熱回収用熱交換器を配置した側の断熱材の外側面を覆う外装材を貫通して排ガスダクトを突出させたことにより、排ガスが外装材と断熱材の間に入り込むことが避けられる。
酸素極:1/2O2+2e−→O2−(固体電解質)
燃料極:O2−(固体電解質)+H2→H2O+2e−
4 内部空間
5 排ガスダクト
10 発電モジュール
13 発電室
14 断熱材
15 外装材
22 循環水配管
30 水貯留タンク
Claims (7)
- 固体酸化物形燃料電池セルを発電室内に収納してなり、前記発電室の周囲を断熱材で囲包した発電モジュールと、前記発電室から排出された排ガスを内部空間に流通させるとともに前記内部空間に循環水配管を挿通させた排熱回収用熱交換器とを有し、
前記排熱回収用熱交換器は、上面と外側面の少なくとも上半分とが前記断熱材により囲包されるように前記断熱材内に配置されているとともに、排ガスを排出するための排ガスダクトと、熱交換により生じる凝縮水を排出するための凝縮水の出口とが異なる部位に設けられており、
前記排熱回収用熱交換器を配置した側の前記断熱材の外側面を覆う外装材が設けられているとともに、前記排ガスダクトが前記外装材を貫通して突出していることを特徴とする 固体酸化物形燃料電池における排熱回収システム。 - 前記排ガスダクトが、前記排熱回収用熱交換器の外側面から側方に突出して延びているとともに、前記凝縮水の出口が、前記排熱回収用熱交換器の下面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池における排熱回収システム。
- 前記凝縮水の出口の直下に水貯留タンクが配置されていることを特徴とする請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池における排熱回収システム。
- 前記排ガスダクトの下面が、下流側よりも上流側において低くなるように傾斜していることを特徴とする請求項2または3に記載の固体酸化物形燃料電池における排熱回収システム。
- 前記排熱回収用熱交換器と前記排ガスダクトとの間の連通口において、上縁から垂下する凝縮水ガイド壁が設けられていることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池における排熱回収システム。
- 前記排ガスダクトの下流側において前記外装材の外面を内壁の一部として上方に延在する煙突が設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池における排熱回収システム。
- 前記排熱回収用熱交換器の内部空間において、前記排ガスを上方から下方へと流通させると共に、前記循環水配管内の水を下方から上方へと流通させることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池における排熱回収システム。
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