JP5659329B2 - 燃料電池用補助器および燃料電池 - Google Patents
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Description
ここで,固体高分子形燃料電池(PEFC)向けの燃焼器について,燃焼温度を熱電対でモニタし,燃焼用空気ポンプを制御する技術が開示されている(特許文献1参照)。
しかしながら,この技術では,燃焼用空気ポンプが必要であり,低価格を狙うSOFCには不向きである。SOFCでは,燃焼コントロールと過昇温防止を別の手段で行う必要がある。
第1,第2の混合部での発熱を段階的に大きくすることができる。即ち,燃焼の状態(発熱による熱量)をコントロールすることができる。
以下,図面を参照して,本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は,本発明の第1の実施形態に係る燃料電池システム10を表す斜視図である。図2,図3はそれぞれ,燃料電池スタック100,補助器200を表す分解斜視図および一部断面図である。図3では,後述の貫通孔112,114を結ぶ線に沿って,燃料電池スタック100を切断した状態を示している。
セル本体153は,固体電解質体156の上下に,空気極(カソード)157,燃料極(アノード)158が積層されて構成される。空気極157とインターコネクタ151との間に,その導通を確保するために集電体159が配置されている。
図3に示すように,補助器200は,混合器21,改質器22,燃焼器23(燃焼室23a,23b)を有し,第1層210〜第3層230に区分される。混合器21,改質器22はそれぞれ,第1層210および第2層220に配置される。燃焼器23中,燃焼室23aは第1層210〜第3層230に,燃焼室23bは第3層230に配置される。
配管292,部材60間に,部材70が接続され,補助器200から燃料電池スタック100への改質された燃料ガスの供給が可能となる。部材70は,部材71,72を有する。
部材71は,互いに連通する中空を有し,互いに直角に配置される継ぎ手73,74を有する。
部材72は,互いに連通する中空を有し,互いに直角に配置される配管75,継ぎ手76を有する。
仕切板211は,仕切板2111〜2114が連結されて構成される。
仕切板212は,仕切板2121〜2123が連結されて構成される。
仕切板213は,仕切板2131〜2133が連結されて構成される。
仕切板214は,仕切板2141〜2143が連結されて構成される。
仕切板218は,網が配置された開口219を有する。
一方,流入孔276からの残余の酸化剤ガスは,区分ガスF1〜F3の3つに区分され,(1)仕切板212と側板205で形成される空間内,(2)仕切板212,213で形成される空間内,(3)仕切板213,214で形成される空間内のそれぞれに流入する。
合流点P1において混合されたガスは,仕切板212に沿って,―Y方向,−X方向に進み,その後,仕切板211,214に沿って,−Y方向,X方向に進み,合流点P2において,区分ガスF2と混合される。
合流点P2において混合されたガスは,仕切板213に沿って,―Y方向,−X方向に進み,その後,側板204,203に沿って,−Y方向,X方向に進み,合流点P3において,区分ガスF3と混合される。
合流点P3において混合されたガスは,側板203,206に沿って,X方向,Y方向に進み,その後,開口219から燃焼室23aに流入する。
合流点P1〜P3に分散してガスの混合がなされることから,燃焼時に混合器21内での燃焼の均一性が図られる。
このとき,後述のように,合流点P1〜P3を改質器22の流路(経路点Q3〜Q1)と対応させることで,合流点P1〜P3での温度の均一性の向上が図られる。
改質器22は,燃料ガスを改質して改質ガスを生成するものであり,側板203〜205,仕切板207,208,221,およびこの空間内に充填される改質用の触媒から構成される。
燃焼器23は,混合ガスを燃焼するものであり,燃焼室23a,23bに区分される。
燃焼室23aは,第1層210〜第2層220に配置され,上板201,側板203,205,206,仕切板216,221で構成される。燃焼室23bは,第3層230に配置され,底板202,側板203〜205,仕切板208で構成され,仕切板231〜235で仕切られる。
この場合,開口236aへの網の配置を省略できる。ハニカム触媒Ca,Cbでは,燃焼用触媒はセル内に固定されるため,ペレットタイプの触媒のようにガス流に流されないからである。
ここでは,第3層230aに2つのハニカム触媒Ca,Cbを配置しているが,この個数を1,あるいは3以上と適宜に変更できる。
本発明の比較例を説明する。図11は,比較例に係る燃料電池の補助器200xの第1層210xの内部を表した斜視図であり,図7と対応する。
混合器21xでは,流入孔266からの残余の燃料ガスおよび流入孔276からの残余の酸化剤ガスは,区分されず,合流点P0で合流する。即ち,流入孔276からの残余の酸化剤ガスは,仕切板211xに沿って進み,流入孔276のすぐ前の合流点P0で残余の燃料ガスと混合される。混合されたガスは,仕切板212x〜214xによって蛇行して進み,開口219xから燃焼器23aに排出される。
本発明の第2の実施形態を説明する。図12は,第2の実施形態に係る燃料電池の補助器200aの第1層210aの内部を表した斜視図であり,図7と対応する。
このとき,合流点P11,P12を改質器22の流路の下流,上流と対応させることで,合流点P11,P12での温度の均一性の向上が図られる。
本発明の第3の実施形態を説明する。図13は,第3の実施形態に係る燃料電池の補助器200bの第1層210bの内部を表した斜視図であり,図7と対応する。
このとき,合流点P21〜P23を改質器22の流路の下流,中流,上流と対応させることで,合流点P21〜P23での温度の均一性の向上が図られる。
本発明の第4の実施形態を説明する。図14は,第4の実施形態に係る燃料電池の補助器200cの第1層210cの内部を表した斜視図であり,図7と対応する。
混合器21cでは,仕切板212c,213cにより,流入孔276からの残余の酸化剤ガスが,区分ガスF1〜F3の3つに区分される。また,仕切板211cの3つの開口211ca〜211ccにより,流入孔266からの残余の燃料ガスが,区分ガスO1〜O3の3つに区分される。
このとき,合流点P31〜P35を改質器22の流路の下流から上流と対応させることで,合流点P31〜P35での温度の均一性の向上が図られる。
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張,変更可能であり,拡張,変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
20 固体酸化物形燃料電池
21 混合器
22 改質器
23 燃焼器
23a,23b 燃焼室
30 制御部
100 燃料電池スタック
150 燃料電池セル
200 補助器
300 発熱体
Claims (8)
- 燃料電池での発電後の残余の燃料ガスおよび前記発電後の残余の酸化剤ガスの一方である第1のガスが流入する第1の流入部と,
前記残余の燃料ガスおよび前記残余の酸化剤ガスの他方である第2のガスが流入する第2の流入部と,
前記第1の流入部から流入した前記第1のガスの通路を第1の幅のガス流入口を有する第1の通路及び当該第1の幅よりも広い第2の幅のガス流入口を有する第2の通路に区分する区分部と,
前記第1の通路に流入した一部の前記第1のガスおよび前記第2の流入部から流入した前記第2のガスを混合して燃焼する第1の混合部と,
前記第1の混合部で燃焼後の排ガスおよび前記第2の通路に流入した他の一部の前記第1のガスを混合して燃焼する第2の混合部と,
を具備し、
前記第1の混合部に流入する前記第1のガスの量が,前記第2の混合部に流入する前記第1のガスの量より少ない
ことを特徴とする燃料電池用補助器。 - 前記第2および第1の混合部それぞれに対応して配置され,かつ発電前の燃料ガスが順に流通する第1,第2の経路を有し,燃料ガスを改質する改質器をさらに具備する
ことを特徴とする請求項1記載の燃料電池用補助器。 - 前記区分部が,前記第1の流入部から流入する前記第1のガスの通路を3つ以上に区分し,
前記第2の混合部で燃焼後の排ガスおよび前記区分部で区分され、前記第2の幅よりも広い第3の幅のガス流入口を有する第3の通路を通った前記第1のガスを混合して燃焼する第3の混合部,をさらに具備し,
前記第3の混合部が,前記第2の混合部で燃焼後の排ガスおよび前記第3の通路を通った前記第1のガスを混合して燃焼するとともに、
前記第2の混合部に流入する前記第1のガスの量が、前記第3の混合部に流入する前記第1のガスの量より少ない
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用補助器。 - 前記第3〜1の混合部それぞれに対応して配置され,かつ発電前の燃料ガスが順に流通する第1〜第3の経路を有し,燃料ガスを改質する改質器をさらに具備する
ことを特徴とする請求項3記載の燃料電池用補助器。 - 前記第1のガスが,前記残余の酸化剤ガスであり,前記第2のガスが,前記残余の燃料ガスである,
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の燃料電池用補助器。 - 前記第1のガスが,前記残余の燃料であり,前記第2のガスが,前記残余の酸化剤ガスである,
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の燃料電池用補助器。 - 前記第2の流入部から流入した前記第2のガスの通路を第4の幅のガス流入口を有する第4の通路と、当該第4の幅よりも広い第5の幅のガス流入口を有する第5の通路に区分する第2の区分部をさらに具備し,
前記第1の混合部が,前記第1の通路に流入した一部の前記第1のガスおよび前記第4の通路に流入した一部の前記第2のガスを混合して燃焼し,
前記第2の混合部が,前記第1の混合部で燃焼後の排ガス,前記第2の通路に流入した他の一部の前記第1のガスおよび前記第5の通路に流入した他の一部の前記第2のガスを混合して燃焼する,
ことを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池用補助器。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の燃料電池用補助器を備えたことを特徴とする燃料電池。
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