JPH0635373Y2 - 燃料電池装置 - Google Patents
燃料電池装置Info
- Publication number
- JPH0635373Y2 JPH0635373Y2 JP1986145454U JP14545486U JPH0635373Y2 JP H0635373 Y2 JPH0635373 Y2 JP H0635373Y2 JP 1986145454 U JP1986145454 U JP 1986145454U JP 14545486 U JP14545486 U JP 14545486U JP H0635373 Y2 JPH0635373 Y2 JP H0635373Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chamber
- fuel
- air
- combustion
- reaction chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- Y02E60/525—
Description
【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は燃料電池装置に関し、特に固体電解質燃料電池
発電プラントの電池集合体であるスタック内の燃焼器に
用いられるものである。
発電プラントの電池集合体であるスタック内の燃焼器に
用いられるものである。
従来、燃料電池装置としては、例えば第２図に示すもの
が知られている。
が知られている。
図中の１は、筒状の燃料電池本体である。この本体１内
は、底部側から上部側にかけて燃料室２、反応室、燃焼
室４、空気室５及び燃焼排ガス室６に区切られている。
前記燃料室２には燃料室入口2aが設けられ、燃料室２と
前記反応室３間には燃料吹出孔2bが設けられている。前
記反応室３内には、本体１の軸方向に例えば筒状の固体
電解質燃料電池71，72が互いに離間して設けられてい
る。これらの燃料電池71，72の上端は、燃焼室４に通じ
る開口部7a,7bとなっている。これらの燃料電池71，72
は、アルミナ又はカルシア安定化ジルコニア等で作られ
た基体管上に溶射、CVD、EVD、スラリーコートによりNi
Oの燃料極、イットリア安定化ジルコニア等の電解質、
ランタン、コバルト、マルガン等のヘロプスカイト型酸
化物の酸素極の薄膜により構成されており、筒状の代り
に板状のものでもよい。前記燃料電池71，72及び燃焼室
４には、空気室５と燃料電池71，72内を結ぶ空気供給管
81，82が設けられている。前記空気室５には、空気室入
口5aが設けられている。前記燃焼排ガス室６と燃焼室４
間には、複数の燃焼排ガス排出管９…が設けられてい
る。前記燃焼排ガス室６には、排ガス排出孔6aが設けら
れている。なお、図中の3aは反応室３と燃焼室４間には
すきま3aが設けられている。
は、底部側から上部側にかけて燃料室２、反応室、燃焼
室４、空気室５及び燃焼排ガス室６に区切られている。
前記燃料室２には燃料室入口2aが設けられ、燃料室２と
前記反応室３間には燃料吹出孔2bが設けられている。前
記反応室３内には、本体１の軸方向に例えば筒状の固体
電解質燃料電池71，72が互いに離間して設けられてい
る。これらの燃料電池71，72の上端は、燃焼室４に通じ
る開口部7a,7bとなっている。これらの燃料電池71，72
は、アルミナ又はカルシア安定化ジルコニア等で作られ
た基体管上に溶射、CVD、EVD、スラリーコートによりNi
Oの燃料極、イットリア安定化ジルコニア等の電解質、
ランタン、コバルト、マルガン等のヘロプスカイト型酸
化物の酸素極の薄膜により構成されており、筒状の代り
に板状のものでもよい。前記燃料電池71，72及び燃焼室
４には、空気室５と燃料電池71，72内を結ぶ空気供給管
81，82が設けられている。前記空気室５には、空気室入
口5aが設けられている。前記燃焼排ガス室６と燃焼室４
間には、複数の燃焼排ガス排出管９…が設けられてい
る。前記燃焼排ガス室６には、排ガス排出孔6aが設けら
れている。なお、図中の3aは反応室３と燃焼室４間には
すきま3aが設けられている。
こうした構造の燃料電池装置において、まず空気室５の
空気室入口5aから入った空気は空気室５より空気供給管
81，82を通って固体電解質燃料電池71，72の底部に供給
される。つづいて、空気は、空気供給管81，82と固体電
解質燃料電池71，72との間の円環状のすきま10を通り燃
料電池71，72の開口部7aより燃焼室４に噴出する。
空気室入口5aから入った空気は空気室５より空気供給管
81，82を通って固体電解質燃料電池71，72の底部に供給
される。つづいて、空気は、空気供給管81，82と固体電
解質燃料電池71，72との間の円環状のすきま10を通り燃
料電池71，72の開口部7aより燃焼室４に噴出する。
一方水素、一酸化炭素などの燃料は燃料室入口2aより燃
料室２に入り燃料吹出孔2bより反応室３へ噴出する。反
応室３内の燃料は前記燃料電池71，72を通して内部の空
気と反応し電気を生じた後、燃料中の未反応成分が開口
部7aより燃焼室４内に噴出する。燃料中の未反応成分は
燃焼室４にて混合燃焼した後燃焼排ガス排出管９…より
燃焼排ガス室６へ集まり、排ガス排出孔6aより系外へ排
出される。この過程で空気供給管81，82及び排ガス排出
管９…で対流伝熱により排ガスの熱が空気に伝わり空気
が予熱される。
料室２に入り燃料吹出孔2bより反応室３へ噴出する。反
応室３内の燃料は前記燃料電池71，72を通して内部の空
気と反応し電気を生じた後、燃料中の未反応成分が開口
部7aより燃焼室４内に噴出する。燃料中の未反応成分は
燃焼室４にて混合燃焼した後燃焼排ガス排出管９…より
燃焼排ガス室６へ集まり、排ガス排出孔6aより系外へ排
出される。この過程で空気供給管81，82及び排ガス排出
管９…で対流伝熱により排ガスの熱が空気に伝わり空気
が予熱される。
しかしながら、従来の燃料電池装置によれば、燃料電池
71，72では発電反応により発生した熱を空気により冷却
しているため、冷却に要する空気量は多く燃焼室４内の
空燃比が３〜20程度になる。従って、かかる過剰空気比
では燃焼室４内で完全に燃焼が完結しない。また、燃焼
室４内で空気供給管81，82と対流により熱交換を行う
が、空気の予熱を十分行なうには大きな伝熱面積が必要
であり、装置が大きくなる。
71，72では発電反応により発生した熱を空気により冷却
しているため、冷却に要する空気量は多く燃焼室４内の
空燃比が３〜20程度になる。従って、かかる過剰空気比
では燃焼室４内で完全に燃焼が完結しない。また、燃焼
室４内で空気供給管81，82と対流により熱交換を行う
が、空気の予熱を十分行なうには大きな伝熱面積が必要
であり、装置が大きくなる。
本考案は上記事情に鑑みてなされたもので、空燃比の高
い条件でも燃焼温度を下げることなく安定して燃焼でき
るとともに、空気の予熱を少い伝熱面積で十分行なえる
燃料電池装置を提供することを目的とする。
い条件でも燃焼温度を下げることなく安定して燃焼でき
るとともに、空気の予熱を少い伝熱面積で十分行なえる
燃料電池装置を提供することを目的とする。
本考案は、反応室と、この反応室内に配置され、該反応
室を燃料極室と空気極室に仕切る、燃料極、電解質層、
空気極の３層からなる筒状の固体電解質燃料電池と、前
記反応室の燃料極室に連通する燃料室と、前記反応室の
燃料極室のと空気極室とにそれぞれ連通し、未反応の燃
料と空気を混合して燃焼させる燃焼室と、燃焼室を貫通
する流路により反応室の空気極室と連通する空気室と、
前記燃焼室と連通した燃焼排ガス室とを具備する燃料電
池装置において、 気孔率が小さい第１の多孔質部材で気孔率が大きい第２
の多孔質部材を挟持した区画部材により、前記燃焼室
を、燃焼排ガス室に燃焼排ガスを排出する排出孔側の区
画と、反応室の燃焼極室から未反応燃料を導入する導入
孔と反応室の空気極室から未反応空気を導入する導入孔
側の区画とに区画したことを要旨とする。
室を燃料極室と空気極室に仕切る、燃料極、電解質層、
空気極の３層からなる筒状の固体電解質燃料電池と、前
記反応室の燃料極室に連通する燃料室と、前記反応室の
燃料極室のと空気極室とにそれぞれ連通し、未反応の燃
料と空気を混合して燃焼させる燃焼室と、燃焼室を貫通
する流路により反応室の空気極室と連通する空気室と、
前記燃焼室と連通した燃焼排ガス室とを具備する燃料電
池装置において、 気孔率が小さい第１の多孔質部材で気孔率が大きい第２
の多孔質部材を挟持した区画部材により、前記燃焼室
を、燃焼排ガス室に燃焼排ガスを排出する排出孔側の区
画と、反応室の燃焼極室から未反応燃料を導入する導入
孔と反応室の空気極室から未反応空気を導入する導入孔
側の区画とに区画したことを要旨とする。
［作用］ 燃焼室を気孔率、気孔径の異なる２種の多孔質部材で構
成することにより、多孔質部材例えば多孔質セラミック
スによって気体の熱エネルギーを輻射エネルギーに変換
し、予混合気を予熱して断熱火炎温度以上で火炎を形成
し、空燃比の高い条件でも燃焼温度を下げることなく安
定して燃焼できる。また、燃料室を強い輻射場とするこ
とにより、輻射による伝熱促進効果で空気の予熱を少い
伝熱面積で十分行なえる。
成することにより、多孔質部材例えば多孔質セラミック
スによって気体の熱エネルギーを輻射エネルギーに変換
し、予混合気を予熱して断熱火炎温度以上で火炎を形成
し、空燃比の高い条件でも燃焼温度を下げることなく安
定して燃焼できる。また、燃料室を強い輻射場とするこ
とにより、輻射による伝熱促進効果で空気の予熱を少い
伝熱面積で十分行なえる。
第３図は熱回収と燃焼温度の特性図であり、第３図
（ａ）は自然可能な混合気の場合、第３図（ｂ）は希薄
混合気の場合を示す。
（ａ）は自然可能な混合気の場合、第３図（ｂ）は希薄
混合気の場合を示す。
更に詳しく述べれば、第３図（ａ）は自然可能な燃料と
空気の混合気の温度と熱回収，燃焼温度の関係を模式的
に示したものである。一般に、自然可能な混合気は自分
が持つ発熱量による温度上昇が燃焼維持限界温度以上の
ものである。燃焼排ガスで混合気を予熱する場合は、燃
焼排ガスで予熱された混合気は、混合気が持つ発熱量に
よる温度上昇と、予熱による温度上昇の合計Tcで燃焼す
ることになる。なお、混合気を予熱したあとの燃焼排ガ
ス温度をTthとする。
空気の混合気の温度と熱回収，燃焼温度の関係を模式的
に示したものである。一般に、自然可能な混合気は自分
が持つ発熱量による温度上昇が燃焼維持限界温度以上の
ものである。燃焼排ガスで混合気を予熱する場合は、燃
焼排ガスで予熱された混合気は、混合気が持つ発熱量に
よる温度上昇と、予熱による温度上昇の合計Tcで燃焼す
ることになる。なお、混合気を予熱したあとの燃焼排ガ
ス温度をTthとする。
第３図（ｂ）は希薄混合気の温度と熱回収、燃焼温度の
関係を模式的に示したものである。断熱火炎温度が燃焼
維持限界を下回るような発熱量が少ない混合気の場合に
は、温度維持ができずに燃焼が継続できない。そこで、
火炎温度Tcが燃焼維持温度以上になるように燃焼排ガス
から熱回収を行えば、燃焼を維持することができる。こ
れを実現するのが気孔率が低い多孔質部材に挟持された
気孔率の高い多孔質部材である。
関係を模式的に示したものである。断熱火炎温度が燃焼
維持限界を下回るような発熱量が少ない混合気の場合に
は、温度維持ができずに燃焼が継続できない。そこで、
火炎温度Tcが燃焼維持温度以上になるように燃焼排ガス
から熱回収を行えば、燃焼を維持することができる。こ
れを実現するのが気孔率が低い多孔質部材に挟持された
気孔率の高い多孔質部材である。
また、第４図は上記の効果を示したもので、より具体的
には予混合気高位発熱量と予混合気入口ガス温度との関
係を示す特性図を示す。第４図において、プロット
（点）より高い発熱量ではCOの発生がなく燃焼が良好で
あり、プロットより低い発熱量ではCOの発生があり、燃
焼不良であることが明らかである。多孔質部材を用い
て、予混合気の温度を上げると燃焼限界の発熱量は低下
していき、低い発熱量の燃料でも燃焼させることが可能
である。
には予混合気高位発熱量と予混合気入口ガス温度との関
係を示す特性図を示す。第４図において、プロット
（点）より高い発熱量ではCOの発生がなく燃焼が良好で
あり、プロットより低い発熱量ではCOの発生があり、燃
焼不良であることが明らかである。多孔質部材を用い
て、予混合気の温度を上げると燃焼限界の発熱量は低下
していき、低い発熱量の燃料でも燃焼させることが可能
である。
以下、本考案の一実施例を第１図を参照して説明する。
但し、従来（第２図）と同部材は同符号を付して説明を
省略する。
但し、従来（第２図）と同部材は同符号を付して説明を
省略する。
図中の21a,21aは、燃焼室４を複数に区画する第１の多
孔質部材である。これら多孔質部材21a,21aは気孔率、
気孔径が小さく、気孔率は0.6〜0.95である。前記多孔
質部材21a,21aで区画された空間には、前記多孔質部材2
1a,21aよりも気孔率、気孔径の大きい第２の多孔質部材
22が配置されている。この第２の多孔質部材22の気孔率
は0.9以上1.0未満である。ところで、第１の多孔質部材
21a,21aにおいて、気孔率が0.6未満になると、圧損が多
くなるとともに、多孔質部材を通過する輻射エネルギー
も少くなるので空気の予熱性が悪くなる。逆に、気孔率
が0.95を越えると、多孔質部材での空気の通過性が良す
ぎる（多孔質部材がない従来例に近い）ので、空気の予
熱が十分に行なわれない。
孔質部材である。これら多孔質部材21a,21aは気孔率、
気孔径が小さく、気孔率は0.6〜0.95である。前記多孔
質部材21a,21aで区画された空間には、前記多孔質部材2
1a,21aよりも気孔率、気孔径の大きい第２の多孔質部材
22が配置されている。この第２の多孔質部材22の気孔率
は0.9以上1.0未満である。ところで、第１の多孔質部材
21a,21aにおいて、気孔率が0.6未満になると、圧損が多
くなるとともに、多孔質部材を通過する輻射エネルギー
も少くなるので空気の予熱性が悪くなる。逆に、気孔率
が0.95を越えると、多孔質部材での空気の通過性が良す
ぎる（多孔質部材がない従来例に近い）ので、空気の予
熱が十分に行なわれない。
こうした構造の燃料電池装置において、混合気は、第１
の多孔質部材の21aを通過する際他方の第１の多孔質部
材21aから受けた輻射エネルギーにより昇温され、第２
の多孔質部材22中で燃焼しその顕熱を出口側の第１の多
孔質材21aへ伝える。
の多孔質部材の21aを通過する際他方の第１の多孔質部
材21aから受けた輻射エネルギーにより昇温され、第２
の多孔質部材22中で燃焼しその顕熱を出口側の第１の多
孔質材21aへ伝える。
上記実施例によれば、燃焼室４を気孔率、気孔径の異な
る２種の第１の多孔質部材21a,21a及び第２の多孔質部
材22で構成するため、多孔質部材の輻射エネルギーの変
換作用により燃焼排ガスの熱エネルギーが混合気に有効
に戻され、空気比の高い場合でも安定に燃焼できる。ま
た、燃焼室４が強い輻射場となるため、燃焼室４内に設
けられた空気供給管81，82に有効に熱が伝えられ、空気
の予熱が小さい伝熱面積で十分行なえる。
る２種の第１の多孔質部材21a,21a及び第２の多孔質部
材22で構成するため、多孔質部材の輻射エネルギーの変
換作用により燃焼排ガスの熱エネルギーが混合気に有効
に戻され、空気比の高い場合でも安定に燃焼できる。ま
た、燃焼室４が強い輻射場となるため、燃焼室４内に設
けられた空気供給管81，82に有効に熱が伝えられ、空気
の予熱が小さい伝熱面積で十分行なえる。
以上詳述した如く本考案によれば、空熱比の高い条件で
も燃焼温度を下げることなく安定して燃焼できるととも
に、空気の予熱を少い伝熱面積で十分行なえる燃料電池
装置を提供できる。
も燃焼温度を下げることなく安定して燃焼できるととも
に、空気の予熱を少い伝熱面積で十分行なえる燃料電池
装置を提供できる。
第１図は本考案の一実施例に係る燃料電池装置の断面
図、第２図は従来の燃料電池装置の断面図、第３図は熱
回収と燃焼温度の特性図、第４図は予混合気高位発熱量
と予混合気入口ガス温度との関係を示す特性図である。 １…燃料電池本体、２…燃料室、３…反応室、４…燃焼
室、５…空気室、６…燃料排ガス室、71，72…固体電解
質燃料電池、7a…開口部、81，82…空気供給管、９…燃
料排ガス排出管、21a…第１の多孔質部材、22…第２の
多孔質部材、31…燃料極室、32…空気極室。
図、第２図は従来の燃料電池装置の断面図、第３図は熱
回収と燃焼温度の特性図、第４図は予混合気高位発熱量
と予混合気入口ガス温度との関係を示す特性図である。 １…燃料電池本体、２…燃料室、３…反応室、４…燃焼
室、５…空気室、６…燃料排ガス室、71，72…固体電解
質燃料電池、7a…開口部、81，82…空気供給管、９…燃
料排ガス排出管、21a…第１の多孔質部材、22…第２の
多孔質部材、31…燃料極室、32…空気極室。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 玄後 義 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (56)参考文献 特開 昭61−101971（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−124733（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】反応室と、この反応室内に配置され、該反
応室を燃料極室と空気極室に仕切る、燃料極、電解質
層、空気極の３層からなる筒状の固体電解質燃料電池
と、前記反応室の燃料極室に連通する燃料室と、前記反
応室の燃料極室のと空気極室とにそれぞれ連通し、未反
応の燃料と空気を混合して燃焼させる燃焼室と、燃焼室
を貫通する流路により反応室の空気極室と連通する空気
室と、前記燃焼室と連通した燃焼排ガス室とを具備する
燃料電池装置において、 気孔率が小さい第１の多孔質部材で気孔率が大きい第２
の多孔質部材を挟持した区画部材により、前記燃焼室
を、燃焼排ガス室に燃焼排ガスを排出する排出孔側の区
画と、反応室の燃料極室から未反応燃料を導入する導入
孔と反応室の空気極室から未反応空気を導入する導入孔
側の区画とに区画したことを特徴とする燃料電池装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1986145454U JPH0635373Y2 (ja) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | 燃料電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1986145454U JPH0635373Y2 (ja) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | 燃料電池装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6350451U JPS6350451U (ja) | 1988-04-05 |
| JPH0635373Y2 true JPH0635373Y2 (ja) | 1994-09-14 |
Family
ID=31057007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1986145454U Expired - Lifetime JPH0635373Y2 (ja) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | 燃料電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0635373Y2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH088114B2 (ja) * | 1990-08-15 | 1996-01-29 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム技術研究組合 | 燃料電池アノード廃ガスの燃焼方法 |
| JP5317791B2 (ja) * | 2009-03-27 | 2013-10-16 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池発電モジュール |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58124733U (ja) * | 1982-02-19 | 1983-08-25 | 株式会社東芝 | 熱交換器 |
| JPS61101971A (ja) * | 1984-10-23 | 1986-05-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質燃料電池 |
-
1986
- 1986-09-22 JP JP1986145454U patent/JPH0635373Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6350451U (ja) | 1988-04-05 |
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