JP2006252982A - 遮熱容器を備えた燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 スタック5を主に、セラミック燃焼器6、セラミック熱交換器7等を収容するために、外面と内面を連通する通気孔21を複数箇所に開けた金属壁22からなる外表材23と、金属壁22の内側に配置した通気性を有する多孔質素材24とで積層形成した遮熱容器3と、遮熱容器3内に、スタック5等の周囲に形成した熱交換用空隙25と、を備え、遮熱容器3の各通気孔21から冷却用空気を取り込み、この冷却用空気を前記熱交換用空隙25に流動させながら、スタック5等で発生する反応熱を熱交換するように構成した。
【選択図】 図1
Description
前記燃料電池(1)は電解質として安定化ジルコニアを用いた固体電解質形燃料電池である。
前記遮熱容器(3)内に、前記スタック(5)と共にセラミック燃焼器(6)又はセラミック熱交換器(7)を収容することができる。
前記プレリフォーマ(8)及びアノード排ガス管寄せ(9)を、前記スタック(5)と同一の材料で形成した。
前記プレリフォーマ(8)及びアノード排ガス管寄せ(9)を、前記スタック(5)と類似する形状に形成した。
前記遮熱容器(3)内において、アノードガスとカソードガスの流れは平行かつ対向流となるように配置し、前記プレリフォーマ(8)をより高温域に設置し、前記スタック(5)の高温部分をカソードガスの入口(13)に設置した。
前記遮熱容器(3)の多孔質素材(24)の内面側に、通気孔(21)を有するセラミックタイル(26)を配置した。
図1は本発明の遮熱容器を備えた燃料電池の全体側断面図である。図2は遮熱容器を備えた燃料電池の全体平断面図である。
本発明の燃料電池発電装置は、電解質として安定化ジルコニアを用いた固体電解質形燃料電池(SOFC)1と高温メタル熱交換器2とから成るものである。この固体電解質型燃料電池1は、遮熱容器3内に、固体電解質で天然ガス等の燃料ガス4を高温で反応させて発電するスタック5と、セラミック燃焼器6、セラミック熱交換器7と、プレリフォーマ8と、アノード排ガス管寄せ9、安定化ジルコニアチューブ10を備えた燃料電池である。
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燃料出口マニホールド15から排出される。水素と水蒸気とからなるアノード排ガスは、上述したセラミック燃焼器6に送られる。
実施例1の遮熱容器3は、通気孔21を複数箇所に開けた金属壁22からなる外表材23と、この金属壁22の内側に配置した通気性を有するセラミック製の多孔質素材24と、この多孔質素材24の内側に、通気孔21を複数箇所に開けたセラミックタイル26を配置したものである。
実施例2の燃料電池1では、プレリフォーマ8及びアノード排ガス管寄せ9を、スタック5と同一の材料で形成することで、高温機器間の熱膨張が同一になり、熱変形差による破損を防止することができる。
実施例3の遮熱容器3は、通気孔21を複数箇所に開けた金属壁22からなる外表材23と、この金属壁22の内面側に配置したセラミック多孔体24とから成る壁面で形成したものである。この実施例3の遮熱容器3では、形状保持性を有する多孔体を使用したので、実施例1のセラミックタイル26を省略することができる。
実施例4の遮熱容器3は、その外面と内面を連通する通気孔21を複数箇所に開けた金属壁22からなる外表材23と、金属壁22の内面側に配置した通気性を有する多孔質素材24と、金属壁22と多孔質素材24との間に配置した中間層となるガラス繊維体27と、から成る壁面で形成したものである。このガラス繊維体27は低温部、流体拡散、遮熱層として機能する部分である。セラミック多孔体24は、高温部の遮熱層として機能する部分である。このように、中間層にガラス繊維体27を挟み込むことによって、図7のグラフに示すように、熱交換機能を高めることができる。この図7と図11のグラフは、上下方向に温度を、左から右に遮熱容器3の厚みを表している。
実施例4の遮熱容器3では、その多孔質素材24の内面側に、セラミックタイル26を配置することも可能である。このセラミックタイル26にも複数箇所に通気孔21を開ける必要がある。
実施例5の遮熱容器3は、その外面と内面を連通する通気孔21を複数箇所に開けた金属壁22からなる外表材23と、金属壁22の内面側に配置した通気性を有するセラミックブランケット等の通気性断熱材28と、金属壁22と通気性断熱材28との間に配置した中間層となるガラス繊維体27と、から成る壁面で形成したものである。
実施例6の遮熱容器3は、その外面と内面を連通する通気孔21を複数箇所に開けた金属壁22からなる外表材23と、金属壁22の内面側に配置した、外面と内面を連通する通気筒29を複数箇所に設けた通気性が低い難通気性断熱材30と、金属壁22と難通気性断熱材30との間に配置した中間層となるガラス繊維体27と、から成る壁面で形成したものである。本発明の遮熱容器3は、上述したように金属壁22の内面側に多孔質素材24、通気性断熱材28を貼り付けるだけでなく、熱伝導率の低い難通気性断熱材30を用いることもできる。この難通気性断熱材30にも複数箇所に通気筒29を開けている。このように実施例6の遮熱容器3は、図11のグラフに示すように、熱交換機能を高めることができる。金属壁22と難通気性断熱材30との中間層のガラス繊維体27は、熱交換機能を高めるだけでなく、変形緩衝層としても機能する。
実施例7の遮熱容器3は、その外面と内面を連通する通気孔21を複数箇所に開けた金属壁22からなる外表材23と、金属壁22の内面側に配置した、外面と内面を連通する通気筒29を複数箇所に設けると共に、複数のセラミック製中空バルーン31を形成した通気性が低い難通気性断熱材30と、金属壁22と難通気性断熱材30との間に配置した中間層となるガラス繊維体27と、から成る壁面で形成したものである。この難通気性断熱材30にセラミック製中空バルーン31を設けることにより、熱伝導率を更に低くすることができる。この難通気性断熱材30にも複数箇所に通気筒29を開けている。金属壁22と難通気性断熱材30との中間層のガラス繊維体27は、熱交換機能を高めるだけでなく、変形緩衝層としても機能する。
3 遮熱容器
4 燃料ガス
5 スタック
6 セラミック燃焼器
7 セラミック熱交換器
8 プレリフォーマ
9 アノード排ガス管寄せ
13 カソードガスの入口
21 通気孔
22 金属壁
23 外表材
24 多孔質素材(セラミック多孔体)
25 熱交換用空隙
26 セラミックタイル
27 ガラス繊維体
28 通気性断熱材(セラミックブランケット)
29 通気筒
30 難通気性断熱材
31 セラミック製中空バルーン
Claims (19)
- 固体電解質で燃料ガス(4)を高温で反応させて発電するスタック(5)を備えた燃料電池(1)であって、
前記スタック(5)を収容するために、外面と内面を連通する通気孔(21)を複数箇所に開けた金属壁(22)からなる外表材(23)と、該金属壁(22)の内側に配置した通気性を有する多孔質素材(24)とで積層形成した遮熱容器(3)と、
前記遮熱容器(3)内に、前記スタック(5)、セラミック燃焼器(6)及びセラミック熱交換器(7)の周囲に形成した熱交換用空隙(25)と、を備え、
前記遮熱容器(3)周囲の各通気孔(21)から冷却用空気を取り込み、この冷却用空気を前記熱交換用空隙(25)に流動させながら、前記スタック(5)、セラミック燃焼器(6)及びセラミック熱交換器(7)で発生する反応熱を熱交換するように構成した、ことを特徴とする遮熱容器を備えた燃料電池。 - 前記燃料電池(1)は電解質として安定化ジルコニアを用いた固体電解質形燃料電池である、ことを特徴とする請求項1の遮熱容器を備えた燃料電池。
- 前記遮熱容器(3)内に、前記スタック(5)と共にセラミック燃焼器(6)を収容した、ことを特徴とする請求項1の遮熱容器を備えた燃料電池。
- 前記遮熱容器(3)内に、前記スタック(5)と共にセラミック熱交換器(7)を収容した、ことを特徴とする請求項1の遮熱容器を備えた燃料電池。
- 前記遮熱容器(3)内に、前記スタック(5)と共に、セラミック燃焼器(6)、セラミック熱交換器(7)、プレリフォーマ(8)及びアノード排ガス管寄せ(9)を収容した、ことを特徴とする請求項1の遮熱容器を備えた燃料電池。
- 前記プレリフォーマ(8)及びアノード排ガス管寄せ(9)を、前記スタック(5)と同一の材料で形成した、ことを特徴とする請求項5の遮熱容器を備えた燃料電池。
- 前記プレリフォーマ(8)及びアノード排ガス管寄せ(9)を、前記スタック(5)と類似する形状に形成した、ことを特徴とする請求項5の遮熱容器を備えた燃料電池。
- 前記遮熱容器(3)内において、アノードガスとカソードガスの流れは平行かつ対向流となるように配置し、前記プレリフォーマ(8)をより高温域に設置し、前記スタック(5)の高温部分をカソードガスの入口(13)に設置した、ことを特徴とする請求項1の遮熱容器を備えた燃料電池。
- 前記遮熱容器(3)は、
その外面と内面を連通する通気孔(21)を複数箇所に開けた金属壁(22)からなる外表材(23)と、
該金属壁(22)の内面側に配置した通気性を有する多孔質素材(24)と、
該多孔質素材(24)の内面側に配置した、通気孔(21)を有するセラミックタイル(26)と、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項1の遮熱容器を備えた燃料電池。 - 前記遮熱容器(3)は、
その外面と内面を連通する通気孔(21)を複数箇所に開けた金属壁(22)からなる外表材(23)と、
該金属壁(22)の内面側に配置した通気性を有する多孔質素材(24)と、
前記金属壁(22)と前記多孔質素材(24)との間に配置した中間層となるガラス繊維体(27)と、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項1の遮熱容器を備えた燃料電池。 - 前記遮熱容器(3)は、
その外面と内面を連通する通気孔(21)を複数箇所に開けた金属壁(22)からなる外表材(23)と、
該金属壁(22)の内面側に配置した通気性を有する多孔質素材(24)と、
前記金属壁(22)と前記多孔質素材(24)との間に配置した中間層となる金属メッシュと、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項1の遮熱容器を備えた燃料電池。 - 前記遮熱容器(3)の多孔質素材(24)は、セラミック多孔体である、ことを特徴とする請求項9、10又は11の遮熱容器を備えた燃料電池。
- 前記遮熱容器(3)の多孔質素材(24)の内面側に、通気孔(21)を有するセラミックタイル(26)を配置した、ことを特徴とする請求項10、11又は12の遮熱容器を備えた燃料電池。
- 前記遮熱容器(3)は、
その外面と内面を連通する通気孔(21)を複数箇所に開けた金属壁(22)からなる外表材(23)と、
該金属壁(22)の内面側に配置した通気性を有するセラミックブランケット等の通気性断熱材(28)と、
前記金属壁(22)と前記通気性断熱材(28)との間に配置した中間層となるガラス繊維体(27)と、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項1の遮熱容器を備えた燃料電池。 - 前記遮熱容器(3)は、
その外面と内面を連通する通気孔(21)を複数箇所に開けた金属壁(22)からなる外表材(23)と、
該金属壁(22)の内面側に配置した通気性を有するセラミックブランケット等の通気性断熱材(28)と、
前記金属壁(22)と前記通気性断熱材(28)との間に配置した中間層となる金属メッシュと、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項1の遮熱容器を備えた燃料電池。 - 前記遮熱容器(3)は、
その外面と内面を連通する通気孔(21)を複数箇所に開けた金属壁(22)からなる外表材(23)と、
該金属壁(22)の内面側に配置した、外面と内面を連通する通気筒(29)を複数箇所に設けた通気性が低い難通気性断熱材(30)と、
前記金属壁(22)と前記難通気性断熱材(30)との間に配置した中間層となるガラス繊維体(27)と、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項1の遮熱容器を備えた燃料電池。 - 前記遮熱容器(3)は、
その外面と内面を連通する通気孔(21)を複数箇所に開けた金属壁(22)からなる外表材(23)と、
該金属壁(22)の内面側に配置した、外面と内面を連通する通気筒(29)を複数箇所に設けた通気性が低い難通気性断熱材(30)と、
前記金属壁(22)と前記難通気性断熱材(30)との間に配置した中間層となる金属メッシュと、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項1の遮熱容器を備えた燃料電池。 - 前記遮熱容器(3)は、
その外面と内面を連通する通気孔(21)を複数箇所に開けた金属壁(22)からなる外表材(23)と、
該金属壁(22)の内面側に配置した、外面と内面を連通する通気筒(29)を複数箇所に設けると共に、複数のセラミック製中空バルーン(31)を形成した通気性が低い難通気性断熱材(30)と、
前記金属壁(22)と前記難通気性断熱材(30)との間に配置した中間層となるガラス繊維体(27)と、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項1の遮熱容器を備えた燃料電池。
- 前記遮熱容器(3)は、
その外面と内面を連通する通気孔(21)を複数箇所に開けた金属壁(22)からなる外表材(23)と、
該金属壁(22)の内面側に配置した、外面と内面を連通する通気筒(29)を複数箇所に設けると共に、複数のセラミック製中空バルーン(31)を形成した通気性が低い難通気性断熱材(30)と、
前記金属壁(22)と前記難通気性断熱材(30)との間に配置した中間層となる金属メッシュと、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項1の遮熱容器を備えた燃料電池。
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