WO2021241395A1 - 燃料電池システム、燃料電池を用いた排気浄化方法及び燃料電池装置の改造方法 - Google Patents

燃料電池システム、燃料電池を用いた排気浄化方法及び燃料電池装置の改造方法 Download PDF

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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present disclosure relates to a fuel cell system, an exhaust purification method using a fuel cell, and a method for modifying a fuel cell device.
  • Patent Document 1 describes an air conditioner that removes odorous components adhering to indoor walls and curtains, inactivates allergens and viruses floating or adhering to the room, and sterilizes molds and bacteria. Is disclosed.
  • pollutants may spread if the polluted exhaust gas discharged from the facilities is not properly purified.
  • a dedicated purification device only for the purpose of purifying pollutants, for example, from the viewpoint of increasing the installation space and cost.
  • the present disclosure is intended to provide a fuel cell system capable of purifying pollutants while generating electricity, an exhaust purification method using a fuel cell, and a method for modifying a fuel cell device. do.
  • the fuel cell system is A polluted exhaust line for supplying polluted exhaust containing pollutants discharged from the facility, A polluted exhaust purification unit that purifies the polluted exhaust supplied from the polluted exhaust line using the reaction heat of the fuel cell, To prepare for.
  • the exhaust gas purification method using a fuel cell is Steps to send polluted exhaust gas containing pollutants discharged from the facility to the exhaust purification department, A step of purifying the contaminated exhaust gas by using the reaction heat of the fuel cell in the exhaust gas purification unit. To prepare for.
  • the method of modifying the fuel cell device is as follows. It is a method of modifying a fuel cell device equipped with a fuel cell. A step is provided in which a contaminated exhaust line for sending contaminated exhaust containing pollutants discharged from the facility is connected to the air inlet of the fuel cell.
  • a fuel cell system capable of purifying pollutants while generating electricity, an exhaust purification method using a fuel cell, and a modification method of a fuel cell device are provided.
  • expressions such as “same”, “equal”, and “homogeneous” that indicate that things are in the same state not only represent exactly the same state, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the existing state.
  • the expression representing a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also an uneven portion or a chamfer within the range where the same effect can be obtained. It shall also represent the shape including the part and the like.
  • the expressions “equipped”, “equipped”, “equipped”, “included”, or “have” one component are not exclusive expressions excluding the existence of other components.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a fuel cell system 2 (2A) according to an embodiment.
  • the fuel cell system 2 is configured to purify contaminated exhaust containing pollutants emitted from hospital 4 as a facility.
  • the fuel cell system 2 shown in FIG. 1 includes a contaminated exhaust line 6, a filter 8, a ventilation device 10, a compressor 12, a fuel gas line 13, SOFC 14, an exhaust fuel gas line 16, an exhaust air line 18, a combustor 20, and a combustion gas. It includes a line 22, a normal exhaust line 24, a ventilation device 26, a water supply line 28, and a heat exchanger 30.
  • the SOFC 14 is a solid oxide fuel cell (Solid Oxide Fuel Cell).
  • the SOFC 14, the exhaust fuel gas line 16, the exhaust air line 18, the combustor 20, the combustion gas line 22, the water supply line 28, and the heat exchanger 30 constitute the SOFC device 15 (fuel cell device).
  • the contaminated exhaust line 6 is composed of pipes, and is configured to supply contaminated exhaust gas containing pollutants discharged from the hospital 4 to the air inlet 34 of the SOFC 14.
  • This contaminant includes, for example, bacteria or viruses.
  • One end of the contaminated exhaust line 6 is connected to an isolation chamber 32 for isolating infectious disease patients and the like in the hospital 4, and the other end of the contaminated exhaust line 6 is connected to the air inlet 34 of the SOFC 14.
  • the filter 8 is provided between the isolation chamber 32 and the ventilation device 10 in the contaminated exhaust line 6.
  • the filter 8 is configured to remove some or all of the fine particles in the contaminated exhaust flowing through the contaminated exhaust line 6.
  • the ventilation device 10 is provided between the filter 8 and the compressor 12 in the contaminated exhaust line 6.
  • the ventilation device 10 is configured to suck contaminated exhaust gas from the isolation chamber 32 through the filter 8 to make the isolation chamber 32 function as, for example, a negative pressure chamber.
  • the compressor 12 is provided between the ventilation device 10 and the SOFC 14 in the contaminated exhaust line 6.
  • the compressor 12 boosts the polluted exhaust gas flowing through the polluted exhaust line 6 and supplies it to the air inlet 34 of the SOFC 14.
  • the fuel gas line 13 is composed of pipes and is configured to supply fuel gas to the fuel gas inlet 35 of the SOFC 14.
  • the fuel gas that can be supplied to and used at the fuel gas inlet 35 of SOFC 14 includes hydrocarbon gas such as hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), and bio gas, city gas, and natural gas.
  • hydrocarbon gas such as hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), and bio gas, city gas, and natural gas.
  • gasification gas produced from carbon-containing raw materials such as petroleum, methanol, and coal by a gasification facility can be used alone or in a mixture thereof.
  • the SOFC 14 is a fuel gas supplied from the fuel gas line 13 via the fuel gas inlet 35 and a contaminated exhaust as an oxidizing agent supplied from the contaminated exhaust line 6 via the air inlet 34 (more strictly, in the contaminated exhaust).
  • a power generation unit 36 configured to generate power at a predetermined operating temperature (eg, 500 ° C. to 900 ° C.) using the oxygen).
  • a predetermined operating temperature eg, 500 ° C. to 900 ° C.
  • the power generation unit 36 includes a fuel electrode 37, an air electrode 38, and a solid electrolyte membrane 39, and fuel gas is supplied from the fuel gas line 13 to the fuel electrode 37 via the fuel gas inlet 35, and the contaminated exhaust line 6 to the air inlet 34.
  • the power generation unit 36 of the SOFC 14 purifies the contaminated exhaust supplied from the contaminated exhaust line 6 by using the reaction heat of the SOFC 14 (the reaction heat of the electrochemical reaction using the fuel gas and the oxygen in the contaminated exhaust). It constitutes a contaminated exhaust gas purification unit 50.
  • the electric power generated by the SOFC 14 is converted into predetermined electric power by a power conversion device (inverter, etc.) such as a power conditioner (not shown) or a transformer, and is supplied to the hospital 4 (outside the fuel cell system 2) at the hospital 4. used.
  • a power conversion device inverter, etc.
  • a power conditioner not shown
  • a transformer a transformer
  • the exhaust fuel gas line 16 is composed of pipes, and is configured to supply the exhaust fuel gas discharged from the SOFC 14 to the exhaust fuel gas inlet 44 of the combustor 20.
  • One end of the exhaust fuel gas line 16 is connected to the exhaust fuel gas outlet 42 of the SOFC 14, and the other end of the exhaust fuel gas line 16 is connected to the exhaust fuel gas inlet 44 of the combustor 20.
  • the exhaust air line 18 is composed of pipes, and is configured to supply the exhaust air discharged from the SOFC 14 to the exhaust air inlet 48 of the combustor 20.
  • One end of the exhaust air line 18 is connected to the exhaust air outlet 46 of the SOFC 14, and the other end of the exhaust air line 18 is connected to the exhaust air inlet 48 of the combustor 20.
  • the combustor 20 burns the exhaust gas of SOFC14.
  • the exhaust fuel gas supplied from the exhaust fuel gas line 16 and the exhaust air supplied from the exhaust air line 18 are mixed and burned to generate combustion gas.
  • the combustion gas generated by the combustor 20 is supplied to the heat exchanger 30 via the combustion gas line 22, and heat exchanges with water (for example, pure water or tap water) flowing through the water supply line 28 in the heat exchanger 30. To heat the water.
  • the water flowing through the water supply line 28 is heated by the heat exchanger 30 to become steam or hot water, which is supplied to the hospital 4.
  • the normal exhaust line 24 is composed of pipes, and is configured to discharge the normal exhaust gas discharged by the ventilation device 26 from a place other than the isolation room 32 in the hospital 4 to the outside of the hospital 4.
  • the contaminated exhaust gas supplied from the isolation room 32 of the hospital 4 via the contaminated exhaust line 6 can be purified by using the reaction heat of the SOFC 14, so that the SOFC 14 can generate electric power.
  • Contaminated exhaust can be purified.
  • the bacteria or viruses contained in the contaminated exhaust gas discharged from the hospital 4 are killed, and the amount of bacteria or viruses contained in the contaminated exhaust gas is significantly reduced. Can be made to. Therefore, it is possible to reduce the health risks of people entering and leaving the hospital 4 and neighboring residents.
  • the SOFC 14 takes in a large amount of air from the air inlet 34 and uses it for power generation, it is possible to purify a large amount of contaminated air.
  • a large combustor is required, a large amount of CO 2 is generated, and vibration and noise become large.
  • SOFC14 can be operated for 24 hours, vibration and noise associated with the operation are small, and when hydrogen is used as a fuel, only water is emitted, so that it can be suitably used in hospital 4. Further, the SOFC 14 can operate if there is fuel gas even if a power failure occurs, and water can be obtained from the SOFC 14 even if the water is cut off. Therefore, it is necessary to introduce the fuel cell system 2 for disaster prevention. The merit is also great.
  • the fuel cell system 2 can be easily constructed by modifying the existing SOFC device 15 provided with the SOFC 14 by connecting the contaminated exhaust line 6 to the air inlet 34 of the SOFC 14.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system 2 (2B) according to another embodiment.
  • the reference numerals common to the configurations of the fuel cell system 2 (2A) shown in FIG. 1 are those of the fuel cell system 2 (2A) shown in FIG. 1 unless otherwise specified.
  • the fuel cell system 2 (2B) shown in FIG. 2 is provided with a mixer 52 that mixes the combustion gas flowing through the combustion gas line 22 and the normal exhaust gas flowing through the normal exhaust line 24. Is different.
  • the mixer 52 is provided on the downstream side of the heat exchanger 30 in the combustion gas line 22. In such a configuration, the combustion gas discharged from the combustor 20 and the normal exhaust gas discharged from the hospital 4 are mixed and discharged by the mixer 52.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system 2 (2C) according to another embodiment.
  • the reference numerals common to the configurations of the fuel cell system 2 (2A) shown in FIG. 1 are those of the fuel cell system 2 (2A) shown in FIG. 1 unless otherwise specified.
  • the same configuration as each configuration shall be shown, and the description thereof will be omitted.
  • the fuel cell system 2 (2C) shown in FIG. 3 is different from the fuel cell system 2 (2A) in that the configuration of the exhaust air line 18 and the normal exhaust line 24 and the mixer 54 are provided.
  • the exhaust air line 18 is connected to the mixer 54 by branching from the first exhaust air line portion 18a connecting the exhaust air outlet 46 of the SOFC 14 and the combustor 20 and the first exhaust air line portion 18a.
  • the second exhaust line portion 18b and the like are included.
  • the normal exhaust line 24 is connected to the mixer 54 on the downstream side of the ventilation device 26.
  • the normal exhaust gas is mixed and discharged by the mixer 54.
  • the combustor 20 mixes and burns the exhaust fuel gas supplied from the SOFC 14 via the exhaust fuel gas line 16 and the exhaust air supplied from the SOFC 14 via the first exhaust air line portion 18a, and burns the combustion gas. To generate.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system 2 (2D) according to another embodiment.
  • the reference numerals common to the configurations of the fuel cell system 2 (2A) shown in FIG. 1 are those of the fuel cell system 2 (2A) shown in FIG. 1 unless otherwise specified.
  • the same configuration as each configuration shall be shown, and the description thereof will be omitted.
  • the fuel cell system 2 (2D) shown in FIG. 4 differs from the fuel cell system 2 (2A) in the position of the filter 8 and the configuration of the normal exhaust line 24.
  • the filter 8 is provided on the downstream side of the ventilation device 10 in the contaminated exhaust line 6, and the normal exhaust line 24 joins the position between the ventilation device 10 and the filter 8 in the contaminated exhaust line 6. doing.
  • both the contaminated exhaust gas discharged from the isolation room 32 of the hospital 4 and the normal exhaust gas discharged from a place other than the isolation room 32 of the hospital 4 are supplied to the air electrode 38 of the SOFC 14, and the SOFC 14 is supplied. It is purified using the reaction heat of.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system 2 (2E) according to another embodiment.
  • the reference numerals common to the configurations of the fuel cell system 2 (2A) shown in FIG. 1 are those of the fuel cell system 2 (2A) shown in FIG. 1 unless otherwise specified.
  • the fuel cell system 2 (2E) shown in FIG. 5 differs from the fuel cell system 2 (2A) shown in FIG. 1 in that the configuration of the contaminated exhaust line 6 and the exhaust air line 18 and the mixer 56 are provided.
  • the contaminated exhaust line 6 is branched from the first contaminated exhaust line portion 6a connecting the isolation chamber 32 of the hospital 4 and the air inlet 34 of the SOFC 14 and the first contaminated exhaust line portion 6a, and the mixer 56. Includes a second contaminated exhaust line portion 6b connected to.
  • the exhaust air line 18 is a second exhaust line portion 18a that connects the exhaust air outlet 46 of the SOFC 14 and the combustor 20 and a second exhaust line portion 18a that branches from the first exhaust air line portion 18a and is connected to the mixer 56. Includes the exhaust line portion 18b.
  • each of the power generation unit 36 and the mixer 56 of the SOFC 14 constitutes a contaminated exhaust gas purification unit 50 that purifies the contaminated exhaust gas by using the reaction heat of the fuel cell of the SOFC 14.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system 2 (2F) according to another embodiment.
  • the reference numerals common to the configurations of the fuel cell system 2 (2C) shown in FIG. 3 are those of the fuel cell system 2 (2C) shown in FIG. 3 unless otherwise specified.
  • the same configuration as each configuration shall be shown, and the description thereof will be omitted.
  • the fuel cell system 2 (2F) shown in FIG. 6 has a contaminated drainage line 58 for supplying contaminated effluent containing pollutants discharged from the hospital 4, and the contaminated effluent supplied from the contaminated effluent line 58 to the fuel cell. It differs from the fuel cell system 2 (2C) in that it includes a contaminated wastewater purification unit 60 that purifies using the reaction heat of the above.
  • the mixer 54 constitutes the contaminated wastewater purification unit 60.
  • the contaminated drainage line 58 supplies the contaminants discharged from the hospital 4 to the mixer 54.
  • the mixer 54 is supplied with contaminated wastewater supplied from the contaminated drainage line 58, high-temperature exhaust air supplied from the exhaust air line 18, and normal exhaust gas supplied from the normal exhaust line 24, and is supplied to the exhaust air line.
  • the polluted wastewater is purified by utilizing the heat of the high temperature exhaust air supplied from 18.
  • the contaminated wastewater may be discharged to the outside through a reheat exchanger or may be evaporated.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system 2 (2G) according to another embodiment.
  • the reference numerals common to the configurations of the fuel cell system 2 (2B) shown in FIG. 2 are those of the fuel cell system 2 (2B) shown in FIG. 2 unless otherwise specified.
  • the fuel cell system 2 (2G) shown in FIG. 7 has a contaminated drainage line 58 for supplying contaminated effluent containing pollutants discharged from the hospital 4, and the contaminated effluent supplied from the contaminated effluent line 58 to the fuel cell. It differs from the fuel cell system 2 (2B) in that it includes a contaminated wastewater purification unit 60 that purifies using the reaction heat of the above.
  • the mixer 52 constitutes the contaminated wastewater purification unit 60.
  • the contaminated drainage line 58 supplies the contaminants discharged from the hospital 4 to the mixer 52.
  • the mixer 52 is supplied with contaminated wastewater supplied from the contaminated drainage line 58, high-temperature combustion gas supplied from the combustion gas line 22, and normal exhaust gas supplied from the normal exhaust line 24, and is supplied to the combustion gas line. Contaminated wastewater is purified using the heat of the high-temperature combustion gas supplied from 22.
  • the contaminated wastewater may be discharged to the outside through a reheat exchanger or may be evaporated.
  • the present disclosure is not limited to the above-mentioned embodiment, and includes a form in which the above-mentioned embodiment is modified and a form in which these forms are appropriately combined.
  • a filter 8 for example, a filter 8, a ventilation device 10, 26, a compressor 12, a combustor 20, a combustion gas line 22, a normal exhaust line 24, a water supply line 28, and a heat exchanger.
  • a ventilation device 10 for example, a fan 8, a compressor 12, a combustor 20, a combustion gas line 22, a normal exhaust line 24, a water supply line 28, and a heat exchanger.
  • 30 and the mixers 52, 54 and the like are not essential and may not be provided.
  • SOFC having a relatively high operating temperature is exemplified as an example of the fuel cell, but the fuel cell is not limited to SOFC, and a phosphoric acid fuel cell (PAFC) or It may be a molten carbonate fuel cell (MCFC) or the like.
  • PAFC phosphoric acid fuel cell
  • MCFC molten carbonate fuel cell
  • the operating temperature of the fuel cell is 100 ° C. or higher.
  • the air or the normal exhaust line 24 is used. Normal exhaust may be supplied to the air inlet 34 of the SOFC 14. In this case, for example, the air or normal exhaust sucked from the upstream side of the filter 8 in the contaminated exhaust line 6 may be supplied to the SOFC 14.
  • contaminated exhaust containing pollutants affecting organisms such as bacteria, viruses, or substances emitting odors is emitted.
  • Hospital 4 is illustrated as an example of the facility to be discharged, but the facility to discharge pollutant exhaust is not limited to the hospital, and for example, a facility where pollutants are brought in, a facility where pollutants propagate, or a pollutant is created. Facilities may be mentioned, for example, laboratories, factories or isolation facilities dealing with contaminants such as bacteria or viruses.
  • the pollutant contained in the pollutant exhaust to be purified by the pollutant exhaust purification unit 50 may contain only bacteria, may contain only a virus, or may contain only a substance that emits an odor. It may contain only other harmful substances, or may contain a plurality of pollutants among these.
  • the mixer 56 as a contaminated exhaust gas purification unit is configured to directly exchange heat between the exhaust gas of SOFC 14 and the contaminated exhaust gas.
  • a heat exchange unit heat exchanger
  • the contaminated exhaust purification unit may purify the contaminated exhaust by direct heat exchange that mixes the exhaust gas of SOFC14 and the contaminated exhaust, or the heat exchanger without mixing the exhaust gas of SOFC14 and the contaminated exhaust.
  • the contaminated exhaust gas may be purified by indirect heat exchange, which exchanges heat through the heat transfer tube of the above.
  • the fuel cell system according to the present disclosure is A contaminated exhaust line (eg, the above-mentioned contaminated exhaust line 6) for supplying contaminated exhaust containing pollutants discharged from a facility (eg, the above-mentioned hospital 4 or laboratory), and a contaminated exhaust line (for example, the above-mentioned contaminated exhaust line 6).
  • the contaminated exhaust purification unit (for example, the above-mentioned contaminated exhaust purification unit 50, that is, the power generation unit 36 of the SOFC 14) that purifies the contaminated exhaust supplied from the contaminated exhaust line by using the reaction heat of the fuel cell (for example, SOFC 14) or Mixer 56) and To prepare for.
  • the contaminated exhaust supplied from the facility via the contaminated exhaust line can be purified by using the reaction heat of the fuel cell, so that electricity is generated by the fuel cell. While purifying contaminated exhaust.
  • the pollutants include substances that affect living organisms, such as bacteria, viruses, or odor-causing substances.
  • the amount of substances that affect living organisms such as bacteria, viruses, or substances that emit odors discharged from the facility is reduced by using the reaction heat of the fuel cell. Therefore, it is possible to purify contaminated exhaust while generating electricity by the fuel cell.
  • the substance that emits an odor means a specific malodorous substance that is stipulated in the Malodor Prevention Law, and includes, for example, ammonia, hydrogen sulfide, acetaldehyde, and the like.
  • the facility is a facility where the pollutant is brought in, a facility where the pollutant grows, or a facility where the pollutant is created.
  • power is supplied while purifying the polluted exhaust gas emitted from the facility where the pollutant is brought in, the facility where the pollutant proliferates, or the facility where the pollutant is created. Can be generated.
  • the facility is a hospital or a laboratory, factory or isolation facility that handles the pollutants.
  • the fuel cell system described in (4) above it is possible to generate electric power while purifying the polluted exhaust discharged from a hospital or a research institute, a factory or an isolation facility dealing with pollutants.
  • the bacteria or viruses contained in the contaminated exhaust discharged from the hospital, laboratory, factory or isolation facility are killed and contained in the contaminated exhaust.
  • the amount of bacteria or viruses that can be used can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the health risks of people entering and exiting hospitals, laboratories, factories or isolation facilities, and neighbors.
  • the fuel cell can be operated for 24 hours, vibration and noise associated with the operation are small, and the discharged substance is water, so that it can be particularly preferably used in a hospital.
  • the fuel cell can operate if there is fuel gas even if a power failure occurs, and water can be obtained from the fuel cell even if the water is cut off. Therefore, it is necessary to introduce the above fuel cell system for disaster prevention. The merit of is also great.
  • the polluted exhaust gas purification unit is a power generation unit of the fuel cell (for example, the power generation unit 36 described above).
  • the contaminated exhaust line is configured to supply the contaminated exhaust gas to the air electrode of the power generation unit (for example, the air electrode 38 described above).
  • the oxygen in the contaminated exhaust is used as an oxidant in the fuel cell, and the reaction heat of the fuel cell is directly used to effectively purify the contaminated exhaust. be able to.
  • the contaminated exhaust purification unit is a heat exchange unit (for example, the above-mentioned mixer 56) configured to directly or indirectly exchange heat between the exhaust gas of the fuel cell and the contaminated exhaust gas.
  • the reaction heat of the fuel cell can be recovered from the exhaust gas of the fuel cell to raise the temperature of the contaminated exhaust and purify it.
  • the operating temperature of the fuel cell is 100 ° C. or higher.
  • the amount of substances that affect living organisms such as bacteria, viruses, or substances that emit odors discharged from the facility is effectively measured using the reaction heat of the fuel cell. Therefore, it is possible to effectively purify contaminated exhaust while generating electricity by the fuel cell.
  • the operating temperature of the fuel cell is 100 ° C. or higher, for example, the operating temperature at the time of the minimum load operation of the SOFC can be mentioned. Further, as an example of the case where the operating temperature of the fuel cell becomes 400 ° C. or higher, there is an operating temperature when the SOFC is operated at a 50% load or when a high-efficiency SOFC is used (a model that can operate at a lower temperature). ..
  • the operating temperature of the fuel cell is 400 ° C. or higher.
  • the amount of substances that affect living organisms such as bacteria, viruses, or substances that emit odors discharged from the facility is effectively measured using the reaction heat of the fuel cell. Therefore, it is possible to effectively purify contaminated exhaust while generating electricity by the fuel cell.
  • the fuel cell is a solid oxide fuel cell (for example, SOFC14 described above).
  • the solid oxide fuel cell has a relatively high operating temperature among the fuel cells, so that the contaminated exhaust can be effectively purified.
  • a combustor for burning the exhaust gas of the fuel cell (for example, the combustor 20 described above) is further provided.
  • the exhaust gas can be burned to effectively purify the polluted exhaust. Further, if a heat exchanger for recovering the heat of the combustion gas generated by the combustor is provided on the downstream side of the combustor, the heat can be effectively recovered.
  • a combustor for burning the exhaust gas of the fuel cell (for example, the combustor 20 described above) is further provided.
  • the contaminated exhaust supplied from the facility to the fuel cell and purified by the reaction heat of the fuel cell is discharged from the fuel cell and further purified by the combustor.
  • the polluted exhaust from the facility can be purified more reliably.
  • the reaction in the fuel cell can be promoted by compressing the contaminated exhaust with a compressor and supplying it to the fuel cell.
  • a contaminated drainage line for example, the above-mentioned contaminated drainage line 58 for supplying contaminated wastewater containing pollutants discharged from the facility
  • a contaminated wastewater purification unit for example, the above-mentioned contaminated wastewater purification unit 60 that purifies the contaminated wastewater supplied from the contaminated wastewater line by using the reaction heat of the fuel cell. Further prepare.
  • the contaminated wastewater supplied from the facility via the contaminated drainage line can be purified by using the reaction heat of the fuel cell, so that electricity is generated by the fuel cell. While purifying contaminated wastewater.
  • the exhaust gas purification method using a fuel cell is Contaminated exhaust gas containing pollutants discharged from a facility (for example, the above-mentioned hospital 4 or laboratory) is sent to a contaminated exhaust gas purification unit (for example, the above-mentioned contaminated exhaust gas purification unit 50, that is, a power generation unit 36 or a mixer 56 of SOFC 14).
  • a contaminated exhaust gas purification unit for example, the above-mentioned contaminated exhaust gas purification unit 50, that is, a power generation unit 36 or a mixer 56 of SOFC 14.
  • the contaminated exhaust discharged from the facility can be purified by using the reaction heat of the fuel cell, so that the contaminated exhaust is purified while generating electricity by the fuel cell. be able to.
  • the method for modifying the fuel cell device is as follows.
  • a fuel cell system in which a fuel cell device (eg SOFC device 15 described above) equipped with a fuel cell (eg SOFC 14 described above) is purified from contaminated exhaust discharged from a facility (eg hospital 4, laboratory, factory or isolation facility described above).
  • a facility eg hospital 4, laboratory, factory or isolation facility described above.
  • a step of connecting a contaminated exhaust line for sending the contaminated exhaust discharged from the facility (for example, the above-mentioned contaminated exhaust line 6) to the air inlet of the fuel cell (for example, the above-mentioned air inlet 34) is provided.
  • the existing fuel cell device is contaminated while generating electric power by modifying the existing fuel cell device by connecting the contaminated exhaust line to the air inlet of the fuel cell.
  • a fuel cell system capable of purifying exhaust can be easily constructed.

Abstract

燃料電池システム２は、施設から排出される汚染物質を含む汚染排気を供給するための汚染排気ラインと、汚染排気ラインから供給された汚染排気を燃料電池の反応熱を用いて浄化する汚染排気浄化部と、を備える。

Description

燃料電池システム、燃料電池を用いた排気浄化方法及び燃料電池装置の改造方法
　本開示は、燃料電池システム、燃料電池を用いた排気浄化方法及び燃料電池装置の改造方法に関する。
　本願は、２０２０年５月２７日に日本国特許庁に出願された特願２０２０－０９２３７５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　特許文献１には、室内の壁およびカーテン等に付着している臭い成分の除去、室内に浮遊または付着しているアレルゲン及びウイルス等の不活化、並びにカビ及び細菌等の殺菌を行う空気調和機が開示されている。
特開２００８－２８１３３０号公報
　例えば細菌及びウイルス等の汚染物質を扱う病院等の施設では、施設から排出される汚染された排気を適切に浄化しなければ、汚染物質が拡散する恐れがある。しかしながら、汚染物質を浄化することのみを目的とした専用の浄化装置を設置することは、例えば設置スペースの増大及び費用増大等の観点で必ずしも容易ではない。
　上述の事情に鑑みて、本開示は、電力を生成しつつ汚染物質を浄化することができる燃料電池システム、燃料電池を用いた排気浄化方法及び燃料電池装置の改造方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本開示に係る燃料電池システムは、
　施設から排出される汚染物質を含む汚染排気を供給するための汚染排気ラインと、
　前記汚染排気ラインから供給された前記汚染排気を燃料電池の反応熱を用いて浄化する汚染排気浄化部と、
　を備える。
　上記目的を達成するため、本開示に係る燃料電池を用いた排気浄化方法は、
　施設から排出される汚染物質を含む汚染排気を排気浄化部に送るステップと、
　前記排気浄化部において前記汚染排気を燃料電池の反応熱を用いて浄化するステップと、
　を備える。
　上記目的を達成するため、本開示に係る燃料電池装置の改造方法は、
　燃料電池を備える燃料電池装置の改造方法であって、
　施設から排出される汚染物質を含む汚染排気を送るための汚染排気ラインを、燃料電池の空気入口に接続するステップを備える。
　本開示によれば、電力を生成しつつ汚染物質を浄化することができる燃料電池システム、燃料電池を用いた排気浄化方法及び燃料電池装置の改造方法が提供される。
一実施形態に係る燃料電池システム２（２Ａ）を示す概略図である。 他の実施形態に係る燃料電池システム２（２Ｂ）の構成を示す概略図である。 他の実施形態に係る燃料電池システム２（２Ｃ）の構成を示す概略図である。 他の実施形態に係る燃料電池システム２（２Ｄ）の構成を示す概略図である。 他の実施形態に係る燃料電池システム２（２Ｅ）の構成を示す概略図である。 他の実施形態に係る燃料電池システム２（２Ｆ）の構成を示す概略図である。 他の実施形態に係る燃料電池システム２（２Ｇ）の構成を示す概略図である。
　以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
　図１は、一実施形態に係る燃料電池システム２（２Ａ）を示す概略図である。図１に示す例では、燃料電池システム２は、施設としての病院４から排出される汚染物質を含む汚染排気を浄化するように構成されている。
　図１に示す燃料電池システム２は、汚染排気ライン６、フィルター８、換気装置１０、圧縮機１２、燃料ガスライン１３、ＳＯＦＣ１４、排燃料ガスライン１６、排空気ライン１８、燃焼器２０、燃焼ガスライン２２、通常排気ライン２４、換気装置２６、給水ライン２８及び熱交換器３０を備える。なお、ＳＯＦＣ１４は固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ　Ｏｘｃｉｄｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）である。ここで、ＳＯＦＣ１４、排燃料ガスライン１６、排空気ライン１８、燃焼器２０、燃焼ガスライン２２、給水ライン２８及び熱交換器３０は、ＳＯＦＣ装置１５（燃料電池装置）を構成する。
　汚染排気ライン６は、配管により構成されており、病院４から排出される汚染物質を含む汚染排気をＳＯＦＣ１４の空気入口３４に供給するように構成されている。この汚染物質は、例えば細菌又はウイルスを含む。汚染排気ライン６の一端は、病院４において感染症患者等を隔離するための隔離室３２に接続され、汚染排気ライン６の他端はＳＯＦＣ１４の空気入口３４に接続されている。
　フィルター８は、汚染排気ライン６における隔離室３２と換気装置１０との間に設けられている。フィルター８は、汚染排気ライン６を流れる汚染排気中の微粒子の一部または全部を除去するように構成されている。
　換気装置１０は、汚染排気ライン６におけるフィルター８と圧縮機１２との間に設けられている。換気装置１０は、フィルター８を介して隔離室３２から汚染排気を吸引して、隔離室３２を例えば陰圧室として機能させるように構成されている。
　圧縮機１２は、汚染排気ライン６における換気装置１０とＳＯＦＣ１４との間に設けられている。圧縮機１２は、汚染排気ライン６を流れる汚染排気を昇圧してＳＯＦＣ１４の空気入口３４に供給する。
　燃料ガスライン１３は、配管により構成されており、燃料ガスをＳＯＦＣ１４の燃料ガス入口３５に供給するように構成されている。ＳＯＦＣ１４の燃料ガス入口３５に供給し利用できる燃料ガスとしては、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、バイオガスなどの炭化水素系ガス、都市ガス、天然ガスのほか、石油、メタノール、及び石炭などの炭素含有原料をガス化設備により製造したガス化ガスなどを単独もしくは混合したものが挙げられる。
　ＳＯＦＣ１４は、燃料ガスライン１３から燃料ガス入口３５を介して供給された燃料ガスと、汚染排気ライン６から空気入口３４を介して供給された酸化剤としての汚染排気（より厳密には汚染排気中の酸素）とを用いて、所定の動作温度（例えば５００℃～９００℃）にて発電を行うように構成された発電部３６を含む。ＳＯＦＣに供給する空気は、換気装置１０からの汚染空気の全部または一部と、換気装置２６からの通常排気からの全部または一部を用いる。
　発電部３６は、燃料極３７、空気極３８及び固体電解質膜３９を含み、燃料ガスライン１３から燃料ガス入口３５を介して燃料ガスが燃料極３７に供給され、汚染排気ライン６から空気入口３４を介して汚染排気が空気極３８に供給されることで、上記所定の動作温度にて発電を行う。ここでは、ＳＯＦＣ１４の発電部３６は、汚染排気ライン６から供給された汚染排気をＳＯＦＣ１４の反応熱（燃料ガスと汚染排気中の酸素とを用いた電気化学反応の反応熱）を用いて浄化する汚染排気浄化部５０を構成する。ＳＯＦＣ１４で発電した電力は、図示しないパワーコンディショナ等の電力変換装置（インバータなど）や変圧器により所定の電力へと変換され、病院４（燃料電池システム２の外部）に供給されて病院４で使用される。
　排燃料ガスライン１６は、配管により構成されており、ＳＯＦＣ１４から排出された排燃料ガスを燃焼器２０の排燃料ガス入口４４に供給するように構成されている。排燃料ガスライン１６の一端はＳＯＦＣ１４の排燃料ガス出口４２に接続され、排燃料ガスライン１６の他端は燃焼器２０の排燃料ガス入口４４に接続されている。
　排空気ライン１８は、配管により構成されており、ＳＯＦＣ１４から排出された排空気を燃焼器２０の排空気入口４８に供給するように構成されている。排空気ライン１８の一端はＳＯＦＣ１４の排空気出口４６に接続され、排空気ライン１８の他端は燃焼器２０の排空気入口４８に接続されている。
　燃焼器２０は、ＳＯＦＣ１４の排気ガスを燃焼させる。図示する形態では、排燃料ガスライン１６から供給された排燃料ガスと排空気ライン１８から供給された排空気とを混合して燃焼させ、燃焼ガスを生成する。燃焼器２０で生成された燃焼ガスは、燃焼ガスライン２２を介して熱交換器３０に供給され、熱交換器３０にて給水ライン２８を流れる水（例えば純水又は水道水等）と熱交換を行って該水を加熱する。給水ライン２８を流れる水は、熱交換器３０で加熱されて蒸気又は温水となり、病院４に供給される。
　通常排気ライン２４は、配管により構成されており、病院４における隔離室３２以外の場所から換気装置２６により排出された通常排気を病院４の外部に排出するように構成されている。
　以上に示した構成によれば、病院４の隔離室３２から汚染排気ライン６を介して供給された汚染排気をＳＯＦＣ１４の反応熱を用いて浄化することができるため、ＳＯＦＣ１４によって電力を生成しつつ汚染排気を浄化することができる。例えば、ＳＯＦＣ１４によって生成した電力を病院４で活用しつつ、病院４から排出された汚染排気中に含まれる細菌又はウイルスを死滅させて、汚染排気中に含まれる細菌又はウイルスの量を大幅に低減させることができる。したがって、病院４に出入りする人および近隣住民等の健康上のリスクを低減することができる。
　また、ＳＯＦＣ１４は、大量の空気を空気入口３４から取り込んで発電に使用するため、大量の汚染空気を浄化することができる。これに対し、例えば燃焼器だけで汚染排気を浄化しようとすると大型の燃焼器が必要であり、ＣＯ２を大量に発生させてしまい、振動及び騒音も大きくなる。
　また、ＳＯＦＣ１４は、２４時間運転可能であり、運転に伴う振動及び騒音が小さく、排出物質も水素を燃料とした場合は水のみであるため、病院４で好適に使用することができる。また、ＳＯＦＣ１４は、停電が発生しても燃料ガスがあれば動作することができ、断水してもＳＯＦＣ１４から水を入手することができるため、上記燃料電池システム２を導入することは防災上のメリットも大きい。
　また、ＳＯＦＣ１４を備える既存のＳＯＦＣ装置１５に対して、汚染排気ライン６をＳＯＦＣ１４の空気入口３４に接続する改造を行うことにより、燃料電池システム２を容易に構築することができる。
　図２は、他の実施形態に係る燃料電池システム２（２Ｂ）の構成を示す概略図である。図２に示す燃料電池システム２（２Ｂ）において、図１に示した燃料電池システム２（２Ａ）の各構成と共通の符号は、特記しない限り図１に示した燃料電池システム２（２Ａ）の各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。
　図２に示す燃料電池システム２（２Ｂ）は、燃焼ガスライン２２を流れる燃焼ガスと通常排気ライン２４を流れる通常排気とを混合する混合器５２を備えている点が燃料電池システム２（２Ａ）と異なる。図示する形態では、混合器５２は、燃焼ガスライン２２における熱交換器３０の下流側に設けられている。かかる構成では、燃焼器２０から排出された燃焼ガスと病院４から排出された通常排気とは、混合器５２で混合されて排出される。
　図３は、他の実施形態に係る燃料電池システム２（２Ｃ）の構成を示す概略図である。図３に示す燃料電池システム２（２Ｃ）において、図１に示した燃料電池システム２（２Ａ）の各構成と共通の符号は、特記しない限り図１に示した燃料電池システム２（２Ａ）の各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。
　図３に示す燃料電池システム２（２Ｃ）は、排空気ライン１８及び通常排気ライン２４の構成並びに混合器５４を備えている点が燃料電池システム２（２Ａ）と異なる。図示する形態では、排空気ライン１８は、ＳＯＦＣ１４の排空気出口４６と燃焼器２０とを接続する第１排空気ライン部１８ａと、第１排空気ライン部１８ａから分岐して混合器５４に接続する第２排空気ライン部１８ｂとを含む。また、通常排気ライン２４は、換気装置２６の下流側において混合器５４に接続されている。かかる構成では、ＳＯＦＣ１４から第２排空気ライン部１８ｂを介して混合器５４に供給された高温の排空気（高温空気）と、病院４から通常排気ライン２４を介して混合器５４に供給された通常排気とは、混合器５４で混合されて排出される。
　燃焼器２０は、ＳＯＦＣ１４から排燃料ガスライン１６を介して供給された排燃料ガスと、ＳＯＦＣ１４から第１排空気ライン部１８ａを介して供給された排空気とを混合して燃焼させ、燃焼ガスを生成する。
　図４は、他の実施形態に係る燃料電池システム２（２Ｄ）の構成を示す概略図である。図２に示す燃料電池システム２（２Ｄ）において、図１に示した燃料電池システム２（２Ａ）の各構成と共通の符号は、特記しない限り図１に示した燃料電池システム２（２Ａ）の各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。
　図４に示す燃料電池システム２（２Ｄ）は、フィルター８の位置及び通常排気ライン２４の構成が燃料電池システム２（２Ａ）と異なる。図示する形態では、フィルター８は、汚染排気ライン６における換気装置１０の下流側に設けられており、通常排気ライン２４は、汚染排気ライン６における換気装置１０とフィルター８との間の位置に合流している。
　かかる構成によれば、病院４の隔離室３２から排出された汚染排気と病院４のうち隔離室３２以外の場所から排出された通常排気との両方がＳＯＦＣ１４の空気極３８に供給されて、ＳＯＦＣ１４の反応熱を用いて浄化される。
　図５は、他の実施形態に係る燃料電池システム２（２Ｅ）の構成を示す概略図である。図５に示す燃料電池システム２（２Ｅ）において、図１に示した燃料電池システム２（２Ａ）の各構成と共通の符号は、特記しない限り図１に示した燃料電池システム２（２Ａ）の各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。
　図５に示す燃料電池システム２（２Ｅ）は、汚染排気ライン６及び排空気ライン１８の構成並びに混合器５６を備えている点が図１に示した燃料電池システム２（２Ａ）と異なる。図示する形態では、汚染排気ライン６は、病院４の隔離室３２とＳＯＦＣ１４の空気入口３４とを接続する第１汚染排気ライン部６ａと、第１汚染排気ライン部６ａから分岐して混合器５６に接続する第２汚染排気ライン部６ｂとを含む。また、排空気ライン１８は、ＳＯＦＣ１４の排空気出口４６と燃焼器２０とを接続する第１排空気ライン部１８ａと、第１排空気ライン部１８ａから分岐して混合器５６に接続する第２排空気ライン部１８ｂとを含む。
　かかる構成では、病院４の隔離室３２から第２汚染排気ライン部６ｂを介して混合器５６に供給された汚染排気と、ＳＯＦＣ１４から第２排空気ライン部１８ｂを介して混合器５６に供給された高温の排空気（高温空気）とが、混合器５６で混合されて排出される。この場合、混合器５６は、ＳＯＦＣ１４の排気ガス（高温の排空気）と汚染排気との直接熱交換を行うための熱交換部として機能する。このため、図５に示す形態では、ＳＯＦＣ１４の発電部３６及び混合器５６の各々が、汚染排気をＳＯＦＣ１４の燃料電池の反応熱を用いて浄化する汚染排気浄化部５０を構成する。
　図６は、他の実施形態に係る燃料電池システム２（２Ｆ）の構成を示す概略図である。図６に示す燃料電池システム２（２Ｆ）において、図３に示した燃料電池システム２（２Ｃ）の各構成と共通の符号は、特記しない限り図３に示した燃料電池システム２（２Ｃ）の各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。
　図６に示す燃料電池システム２（２Ｆ）は、病院４から排出される汚染物質を含む汚染排水を供給するため汚染排水ライン５８と、汚染排水ライン５８から供給された前記汚染排水を前記燃料電池の反応熱を用いて浄化する汚染排水浄化部６０と、を備える点が燃料電池システム２（２Ｃ）と異なる。図６に示す燃料電池システム２（２Ｆ）では、混合器５４が汚染排水浄化部６０を構成する。図６に示す構成では、汚染排水ライン５８は、病院４から排出される汚染物質を混合器５４に供給する。混合器５４には、汚染排水ライン５８から供給された汚染排水と、排空気ライン１８から供給された高温の排空気と、通常排気ライン２４から供給された通常排気とが供給され、排空気ライン１８から供給された高温の排空気の熱を利用して汚染排水が浄化される。汚染排水は再熱交換器を介して外部に流してもよいし、蒸発させてもよい。
　図７は、他の実施形態に係る燃料電池システム２（２Ｇ）の構成を示す概略図である。図６に示す燃料電池システム２（２Ｇ）において、図２に示した燃料電池システム２（２Ｂ）の各構成と共通の符号は、特記しない限り図２に示した燃料電池システム２（２Ｂ）の各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。
　図７に示す燃料電池システム２（２Ｇ）は、病院４から排出される汚染物質を含む汚染排水を供給するため汚染排水ライン５８と、汚染排水ライン５８から供給された前記汚染排水を前記燃料電池の反応熱を用いて浄化する汚染排水浄化部６０と、を備える点が燃料電池システム２（２Ｂ）と異なる。図６に示す燃料電池システム２（２Ｇ）では、混合器５２が汚染排水浄化部６０を構成する。図７に示す構成では、汚染排水ライン５８は、病院４から排出される汚染物質を混合器５２に供給する。混合器５２には、汚染排水ライン５８から供給された汚染排水と、燃焼ガスライン２２から供給された高温の燃焼ガスと、通常排気ライン２４から供給された通常排気とが供給され、燃焼ガスライン２２から供給された高温の燃焼ガスの熱を利用して汚染排水が浄化される。汚染排水は再熱交換器を介して外部に流してもよいし、蒸発させてもよい。
　本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
　例えば、上述した燃料電池システム２（２Ａ～２Ｇ）において、例えばフィルター８、換気装置１０，２６、圧縮機１２、燃焼器２０、燃焼ガスライン２２、通常排気ライン２４、給水ライン２８、熱交換器３０及び混合器５２，５４等は必須ではなく、設けられていなくてもよい。
　また、上述した燃料電池システム２（２Ａ～２Ｇ）では、燃料電池の一例として動作温度が比較的高いＳＯＦＣを例示したが、燃料電池は、ＳＯＦＣに限らず、りん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）又は溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）等であってもよい。ただし、燃料電池の反応熱を用いて汚染排気を効果的に浄化する観点から、燃料電池の動作温度は１００℃以上であることが望ましい。
　また、上述した燃料電池システム２（２Ａ～２Ｇ）において、汚染排気ライン６からＳＯＦＣ１４の空気入口３４に供給する汚染排気の量が必要量よりも少ない場合には、大気又は通常排気ライン２４からの通常排気をＳＯＦＣ１４の空気入口３４に供給してもよい。この場合、例えば汚染排気ライン６におけるフィルター８の上流側から吸い込んだ大気又は通常排気をＳＯＦＣ１４に供給してもよい。
　また、上述した燃料電池システム２（２Ａ～２Ｇ）では、細菌、ウイルス、又は、臭気を発する物質等の生物に影響を及ぼす汚染物質（すなわち、生物に影響を及ぼす有害物質）を含む汚染排気が排出される施設の一例として病院４を例示したが、汚染排気が排出される施設としては、病院に限らず、例えば汚染物質が持ち込まれる施設、汚染物質が増殖する施設又は汚染物質が創造される施設が挙げられ、例えば細菌又はウイルス等の汚染物質を扱う研究所、工場又は隔離施設等であってもよい。また、汚染排気浄化部５０が浄化の対象とする汚染排気に含まれる汚染物質は、細菌のみを含んでいてもよいし、ウイルスのみを含んでいてもよいし、臭気を発する物質のみを含んでいてもよいし、その他の有害物質のみを含んでいてもよいし、これらのうちの複数種の汚染物質を含んでいてもよい。
　また、上述した燃料電池システム２（２Ａ～２Ｇ）では、ＳＯＦＣ１４によって生成した電力を病院４に供給する構成を例示したが、ＳＯＦＣ１４によって生成した電力の一部または全部を電力会社に売電、または病院に併設された他の施設で利用してもよい。
　また、図５に示した燃料電池システム２（２Ｅ）では、汚染排気浄化部としての混合器５６は、ＳＯＦＣ１４の排気ガスと汚染排気との直接熱交換を行うように構成されたが、混合器５６に代えて、ＳＯＦＣ１４の排気ガスと汚染排気との間接熱交換を行うように構成された熱交換部（熱交換器）を設けてもよい。すなわち、汚染排気浄化部は、ＳＯＦＣ１４の排気ガスと汚染排気とを混合する直接熱交換によって汚染排気の浄化を行ってもよいし、ＳＯＦＣ１４の排気ガスと汚染排気とを混合することなく熱交換器の伝熱管を介して熱交換する間接熱交換によって汚染排気の浄化を行ってもよい。
　上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
　（１）本開示に係る燃料電池システム（例えば上述の燃料電池システム２（２Ａ～２Ｇ））は、
　施設（例えば上述の病院４又は研究所）から排出される汚染物質を含む汚染排気を供給するための汚染排気ライン（例えば上述の汚染排気ライン６）と、
　前記汚染排気ラインから供給された前記汚染排気を燃料電池（例えば上述のＳＯＦＣ１４）の反応熱を用いて浄化する汚染排気浄化部（例えば上述の汚染排気浄化部５０、すなわち、ＳＯＦＣ１４の発電部３６又は混合器５６）と、
　を備える。
　上記（１）に記載の燃料電池システムによれば、施設から汚染排気ラインを介して供給された汚染排気を燃料電池の反応熱を用いて浄化することができるため、燃料電池によって電力を生成しつつ汚染排気を浄化することができる。
　（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の燃料電池システムにおいて、
　前記汚染物質は、細菌、ウイルス、又は、臭気を発する物質等の生物に影響を及ぼす物質を含む。
　上記（２）に記載の燃料電池システムによれば、施設から排出された細菌、ウイルス、又は、臭気を発する物質等の生物に影響を及ぼす物質の量を燃料電池の反応熱を用いて減少させることができるため、燃料電池によって電力を生成しつつ汚染排気を浄化することができる。なお、臭気を発する物質とは、悪臭防止法にさだめる特定悪臭物質を意味し、例えばアンモニア、硫化水素、アセトアルデヒド等を含む。
　（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の燃料電池システムにおいて、
　前記施設は、前記汚染物質が持ち込まれる施設、前記汚染物質が増殖する施設又は前記汚染物質が創造される施設である。
　上記（３）に記載の燃料電池システムによれば、前記汚染物質が持ち込まれる施設、前記汚染物質が増殖する施設又は前記汚染物質が創造される施設から排出される汚染排気を浄化しつつ電力を生成することができる。
　（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、
　前記施設は、病院又は前記汚染物質を扱う研究所、工場若しくは隔離施設である。
　上記（４）に記載の燃料電池システムによれば、病院又は汚染物質を扱う研究所、工場若しくは隔離施設から排出される汚染排気を浄化しつつ電力を生成することができる。例えば、燃料電池によって生成した電力を病院又は研究所で活用しつつ、病院、研究所、工場又は隔離施設から排出された汚染排気中に含まれる細菌又はウイルスを死滅させて、汚染排気中に含まれる細菌又はウイルスの量を低減させることができる。したがって、病院、研究所、工場又は隔離施設に出入りする人および近隣住民等の健康上のリスクを低減することができる。
　また、燃料電池は、２４時間運転可能であり、運転に伴う振動及び騒音が小さく、排出物質も水であるため、特に病院で好適に使用することができる。また、燃料電池は、停電が発生しても燃料ガスがあれば動作することができ、断水しても燃料電池から水を入手することができるため、上記燃料電池システムを導入することは防災上のメリットも大きい。
　（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、
　前記汚染排気浄化部は、前記燃料電池の発電部（例えば上述の発電部３６）である。
　上記（５）に記載の燃料電池システムによれば、燃料電池で電力を生成しつつ、燃料電池の発電部の反応熱を直接的に利用して汚染排気を効果的に浄化することができる。
　（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の燃料電池システムにおいて、
　前記汚染排気ラインは、前記汚染排気を前記発電部の空気極（例えば上述の空気極３８）に供給するように構成される。
　上記（６）に記載の燃料電池システムによれば、汚染排気中の酸素を燃料電池における酸化剤として利用しつつ、燃料電池の反応熱を直接的に利用して汚染排気を効果的に浄化することができる。
　（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、
　前記汚染排気浄化部は、前記燃料電池の排気ガスと前記汚染排気との直接熱交換又は間接熱交換を行うように構成された熱交換部（例えば上述の混合器５６）である。
　上記（７）に記載の燃料電池システムによれば、燃料電池の反応熱を燃料電池の排気ガスから回収して汚染排気を昇温させて浄化することができる。
　（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、
　前記燃料電池の動作温度は１００℃以上である。
　上記（８）に記載の燃料電池システムによれば、施設から排出された細菌、ウイルス、又は、臭気を発する物質等の生物に影響を及ぼす物質の量を燃料電池の反応熱を用いて効果的に減少させることができるため、燃料電池によって電力を生成しつつ汚染排気を効果的に浄化することができる。なお、燃料電池の動作温度が１００℃以上となる場合の例としては、例えばＳＯＦＣの最低負荷運転時における動作温度が挙げられる。また、燃料電池の動作温度が４００℃以上となる場合の例としては、ＳＯＦＣの５０％負荷運転時又は高効率型ＳＯＦＣの使用時（より低い温度で動作可能な機種）における動作温度が挙げられる。
　（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載の燃料電池システムにおいて、
　前記燃料電池の動作温度は４００℃以上である。
　上記（９）に記載の燃料電池システムによれば、施設から排出された細菌、ウイルス、又は、臭気を発する物質等の生物に影響を及ぼす物質の量を燃料電池の反応熱を用いて効果的に減少させることができるため、燃料電池によって電力を生成しつつ汚染排気を効果的に浄化することができる。
　（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、
　前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池（例えば上述のＳＯＦＣ１４）である。
　上記（１０）に記載の燃料電池システムによれば、固体酸化物形燃料電池は燃料電池の中でも動作温度が比較的高温であるため、汚染排気を効果的に浄化することができる。
　（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）及び（７）乃至（１０）の何れか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
　前記燃料電池の排気ガスを燃焼させる燃焼器（例えば上述の燃焼器２０）を更に備える。
　上記（１１）に記載の燃料電池システムによれば、排気ガスを燃焼させて汚染排気を効果的に浄化することができる。また、燃焼器で生成した燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器を燃焼器の下流側に設ければ、効果的に熱回収を行うことができる。
　（１２）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の燃料電池システムにおいて、
　　前記燃料電池の排気ガスを燃焼させる燃焼器（例えば上述の燃焼器２０）を更に備える。
　上記（１２）に記載の燃料電池システムによれば、施設から燃料電池に供給されて燃料電池の反応熱で浄化された汚染排気が、燃料電池から排出されてさらに燃焼器で浄化されるため、施設からの汚染排気をより確実に浄化することができる。
　（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１２）の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、
　前記汚染排気ラインに設けられた圧縮機を更に備える。
　上記（１３）に記載の燃料電池システムによれば、汚染排気を圧縮機により圧縮して燃料電池に供給することにより、燃料電池における反応を促進することができる。
　（１４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１３）の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、
　前記施設から排出される汚染物質を含む汚染排水を供給するため汚染排水ライン（例えば上述の汚染排水ライン５８）と、
　前記汚染排水ラインから供給された前記汚染排水を前記燃料電池の反応熱を用いて浄化する汚染排水浄化部（例えば上述の汚染排水浄化部６０）と、
　を更にそなえる。
　上記（１４）に記載の燃料電池システムによれば、施設から汚染排水ラインを介して供給された汚染排水を燃料電池の反応熱を用いて浄化することができるため、燃料電池によって電力を生成しつつ汚染排水を浄化することができる。
　（１５）本開示の一実施形態に係る燃料電池を用いた排気浄化方法は、
　施設（例えば上述の病院４又は研究所）から排出される汚染物質を含む汚染排気を汚染排気浄化部（例えば上述の汚染排気浄化部５０、すなわち、ＳＯＦＣ１４の発電部３６又は混合器５６）に送るステップと、
　前記汚染排気浄化部において前記汚染排気を前記燃料電池（例えば上述のＳＯＦＣ１４）の反応熱を用いて浄化するステップと、
　を備える。
　上記（１５）に記載の排気浄化方法によれば、施設から排出された汚染排気を燃料電池の反応熱を用いて浄化することができるため、燃料電池によって電力を生成しつつ汚染排気を浄化することができる。
　（１６）本開示の一実施形態に係る燃料電池装置の改造方法は、
　燃料電池（例えば上述のＳＯＦＣ１４）を備える燃料電池装置（例えば上述のＳＯＦＣ装置１５）を施設（例えば上述の病院４、研究所、工場又は隔離施設）から排出される汚染排気を浄化する燃料電池システム（例えば上述の燃料電池システム２（２Ａ～２Ｅ））に改造するための、燃料電池装置の改造方法であって、
　前記施設から排出される前記汚染排気を送るための汚染排気ライン（例えば上述の汚染排気ライン６）を、前記燃料電池の空気入口（例えば上述の空気入口３４）に接続するステップを備える。
　上記（１６）に記載の燃料電池装置の改造方法によれば、既存の燃料電池装置に対して、汚染排気ラインを燃料電池の空気入口に接続する改造を行うことにより、電力を生成しつつ汚染排気を浄化可能な燃料電池システムを容易に構築することができる。
２　燃料電池システム
４　病院
６　汚染排気ライン
　６ａ　第１汚染排気ライン部
　６ｂ　第２汚染排気ライン部
８　フィルター
１０，２６　換気装置
１２　圧縮機
１３　燃料ガスライン
１４　ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）
１５　ＳＯＦＣ装置
１６　排燃料ガスライン
１８　排空気ライン
　１８ａ　第１排空気ライン部
　１８ｂ　第２排空気ライン部
２０　燃焼器
２２　燃焼ガスライン
２４　通常排気ライン
２８　給水ライン
３０　熱交換器
３２　隔離室
３４　空気入口
３５　燃料ガス入口
３６　発電部
３７　燃料極
３８　空気極
３９　固体電解質膜
４２　排燃料ガス出口
４４　排燃料ガス入口
４６　排空気出口
４８　排空気入口
５０　汚染排気浄化部
５２，５４，５６　混合器
５８　汚染排水ライン
６０　汚染排水浄化部

Claims (16)

  1. 　施設から排出される汚染物質を含む汚染排気を供給するための汚染排気ラインと、
    　前記汚染排気ラインから供給された前記汚染排気を燃料電池の反応熱を用いて浄化する汚染排気浄化部と、
    　を備える、燃料電池システム。
  2. 　前記汚染物質は、細菌、ウイルス、又は臭気を発する物質等の生物に影響を及ぼす物質を含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 　前記施設は、前記汚染物質が持ち込まれる施設、前記汚染物質が増殖する施設又は前記汚染物質が創造される施設である、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
  4. 　前記施設は、病院又は前記汚染物質を扱う研究所、工場若しくは隔離施設である、請求項１乃至３の何れか１項に記載の燃料電池システム。
  5. 　前記汚染排気浄化部は、前記燃料電池の発電部である、請求項１乃至４の何れか１項に記載の燃料電池システム。
  6. 　前記汚染排気ラインは、前記汚染排気を前記発電部の空気極に供給するように構成された、請求項５に記載の燃料電池システム。
  7. 　前記汚染排気浄化部は、前記燃料電池の排気ガスと前記汚染排気との直接熱交換又は間接熱交換を行うように構成された熱交換部である、請求項１乃至４の何れか１項に記載の燃料電池システム。
  8. 　前記燃料電池の動作温度は１００℃以上である、請求項１乃至７の何れか１項に記載の燃料電池システム。
  9. 　前記燃料電池の動作温度は４００℃以上である、請求項８に記載の燃料電池システム。
  10. 　前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池である、請求項１乃至９の何れか１項に記載の燃料電池システム。
  11. 　前記燃料電池の排気ガスを燃焼させる燃焼器を更に備える、請求項１乃至５及び７乃至１０の何れか１項に記載の燃料電池システム。
  12. 　前記燃料電池の排気ガスを燃焼させる燃焼器を更に備える、請求項６に記載の燃料電池システム。
  13. 　前記汚染排気ラインに設けられた圧縮機を更に備える、請求項１乃至１２の何れか１項に記載の燃料電池システム。
  14. 　前記施設から排出される汚染物質を含む汚染排水を供給するため汚染排水ラインと、
    　前記汚染排水ラインから供給された前記汚染排水を前記燃料電池の反応熱を用いて浄化する汚染排水浄化部と、
    　を更にそなえる、請求項１乃至１３の何れか１項に記載の燃料電池システム。
  15. 　燃料電池を用いた排気浄化方法であって、
    　施設から排出される汚染物質を含む汚染排気を汚染排気浄化部に送るステップと、
    　前記汚染排気浄化部において前記汚染排気を前記燃料電池の反応熱を用いて浄化するステップと、
    　を備える、燃料電池を用いた排気浄化方法。
  16. 　燃料電池を備える燃料電池装置を施設から排出される汚染排気を浄化する燃料電池システムに改造するための、燃料電池装置の改造方法であって、
    　前記施設から排出される前記汚染排気を送るための汚染排気ラインを、前記燃料電池の空気入口に接続するステップを備える、燃料電池装置の改造方法。
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