JP5963494B2 - 燃料電池装置 - Google Patents
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Description
このように、特許文献1、2に記載の装置では、燃料電池部における反応にて消費し切れなかった改質ガス(アノードオフガス)を燃焼させて、その燃焼によって得られる熱を改質器での改質に用いている。そして、燃料電池部における反応にて消費し切れなかった改質ガス(アノードオフガス)を燃焼させる際の酸化剤には、カソードを通過した空気(カソードオフガス)を用いている。
前記燃料電池部は、前記改質ガスが通流する燃料通流部と空気が通流する空気通流部とを有するセルを並列状態で複数並べて構成され、
前記燃焼部は、前記セルの燃料噴出部から噴出される前記改質ガスと前記セルの空気噴出部から噴出される前記空気とを混合して燃焼させる燃焼空間として前記セルに隣接して備えられ、
前記セルにおける前記燃料噴出部及び前記空気噴出部に近接する近接位置には、その燃料噴出部と空気噴出部とに亘る状態で、通気性と電気絶縁性とを有する多孔体を備えており、
前記多孔体は、繊維状材料にて構成されており、
前記多孔体は、複数の多孔状の単位体をその厚み方向で重ね合わせて構成されており、それら複数の多孔状の単位体を重ね合わせるに当たり、厚み方向で隣接する多孔状の単位体における孔部の位置がその厚み方向視で異なる位置になるように重ね合わされている点にある。
また多孔体を繊維状材料にて構成することで、熱応力の影響を緩和することができ、しかも、柔軟性を有することから、セルとの接触によりセルを損傷してしまうことを防止することができる。
さらに本特徴構成によれば、改質ガスと空気との混合気は、多孔体の内部を、直線的に通流するのではなく、横方向にも通流しながら、ジグザグ状に通流することになる。このように、混合気が横方向にも通流することで、改質ガスと空気との混合促進、及び、改質ガスと空気との混合気への熱の再循環等の多孔体による効果を適切に発揮できる。よって、多孔体の内部にて燃焼反応を完了させ易くなり、多孔体の内部に火炎を形成させ易くなる。
このように、多孔体をセラミクスにて構成することで、耐熱性と電気絶縁性を有する適切な材料にて多孔体を構成することができる。
このように、多孔体の下流側の燃焼空間に備えられた点火源にて点火することで、例えば、燃料電池装置の運転初期には、その燃焼空間での燃焼を適切に開始させて、燃焼部での燃焼を安定して行うことができる。
この燃料電池装置は、図1に示すように、都市ガス等の原燃料を脱硫する脱硫器1と、改質水タンク2から供給される改質水から水蒸気を生成する気化器3と、気化器3にて生成された水蒸気を用いて脱硫器1にて脱硫された原燃料を水蒸気改質する改質器4と、改質器4にて改質された改質ガスと空気とを反応させて発電する固体酸化物形の燃料電池部5と、燃料電池部5での反応後に残存する改質ガスと空気とを混合して燃焼させる燃焼部6とが備えられている。そして、燃料電池装置には、収納容器7が備えられており、その収納容器7内に、気化器3、改質器4、燃料電池部5、及び、燃焼部6が収納されている。
図4に示すように、複数のセル15の並び方向の両端部に、多孔体21を支持する支持部24a,24bが備えられている。その一端側の支持部24aは、多孔体21の一端部を固定支持しており、その他端側の支持部24bは、多孔体21を載置支持している。このように、多孔体21を支持部24a,24bにて支持することで、セル15の上面との隙間を極力小さくしてその隙間を均一にしながら、複数のセル15を並列状態で並べて構成された燃料電池部5の全体を覆うように多孔体21を配置するように構成されている。ここで、多孔状の単位体22をアルミナ連続繊維の平織物にて構成した場合、その平織物の目の方向を複数のセル15の並び方向に沿うようにしている。そして、多孔体21の他端部を、その他端部側に付勢する付勢手段25を介して、固定部26に連結している。これにより、平織物の目の方向である複数のセル15の並び方向に付勢力を付与した状態で多孔体21を設置することができ、燃料電池部5の全体を覆うように配置しても、その途中部位での折れ曲がり等を防止することができる。よって、改質ガスと空気との混合促進や、改質ガスと空気との混合気への熱の再循環等の多孔体21による効果を適切に発揮することができる。
それに対して、燃料利用率Ufを80%にした上で多孔体21を備えた場合(図中黒塗り丸)には、燃料利用率Ufを80%にした場合(図中白抜き菱形)よりも、燃焼率が向上している。これにより、本実施形態の燃料電池装置のように多孔体21を備えることで、燃料利用率をより高くしても、燃焼部6での燃焼を安定させることができる。
5 燃料電池部
6 燃焼部
7 収納容器
13 燃料通流部
14 空気通流部
15 セル
18 燃料噴出部
19 空気噴出部
21 多孔体
22 単位体
23 孔部
Claims (7)
- 収納容器内に、原燃料を改質する改質器と、前記改質器にて改質された改質ガスと空気とを反応させて発電する固体酸化物形の燃料電池部と、その燃料電池部に隣接して配設されて前記燃料電池部での反応後に残存する改質ガスに酸化剤を混合させて燃焼させる燃焼部とが備えられ、前記燃焼部での燃焼により得られる熱を用いて前記改質器での改質を行う燃料電池装置であって、
前記燃料電池部は、前記改質ガスが通流する燃料通流部と空気が通流する空気通流部とを有するセルを並列状態で複数並べて構成され、
前記燃焼部は、前記セルの燃料噴出部から噴出される前記改質ガスと前記セルの空気噴出部から噴出される前記空気とを混合して燃焼させる燃焼空間として前記セルに隣接して備えられ、
前記セルにおける前記燃料噴出部及び前記空気噴出部に近接する近接位置には、その燃料噴出部と空気噴出部とに亘る状態で、通気性と電気絶縁性とを有する多孔体を備えており、
前記多孔体は、繊維状材料にて構成されており、
前記多孔体は、複数の多孔状の単位体をその厚み方向で重ね合わせて構成されており、それら複数の多孔状の単位体を重ね合わせるに当たり、厚み方向で隣接する多孔状の単位体における孔部の位置がその厚み方向視で異なる位置になるように重ね合わされている燃料電池装置。 - 前記多孔体は、平面視において複数の前記セルを並列状態で並べて構成された前記燃料電池部の全体を覆うように備えられている請求項1に記載の燃料電池装置。
- 前記多孔体は、その厚みが略均一になるように構成されている請求項1又は2に記載の燃料電池装置。
- 前記多孔体は、セラミクスにて構成されている請求項1〜3の何れか1項に記載の燃料電池装置。
- 前記セルは、前記燃料噴出部と前記空気噴出部との並び方向で前記燃料噴出部と前記空気噴出部とを第1間隔を隔てて備えており、前記多孔体における孔の間隔は、前記第1間隔に対して1/5〜1/20に構成されている請求項1〜4の何れか1項に記載の燃料電池装置。
- 前記燃焼部は、前記燃料噴出部及び前記空気噴出部の噴出方向で前記多孔体の下流側に、前記改質ガスと前記空気とを混合して燃焼可能な燃焼空間を備えている請求項1〜5の何れか1項に記載の燃料電池装置。
- 前記燃料噴出部及び前記空気噴出部の噴出方向で前記多孔体の下流側の燃焼空間には、点火源が備えられている請求項6に記載の燃料電池装置。
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