JP5618144B2 - 燃料電池システム用浄化剤収容装置および燃料電池システム - Google Patents
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Description
図1および図2は実施形態1の概念を示す。図1は、燃料電池システムで用いられる脱硫器600(燃料電池システム用浄化剤収容装置)を示す。図1に示すように、脱硫器600は箱状の収容容器610をもつ。収容容器610は、燃料電池システムで用いられるガス状の燃料(例えば都市ガス、流体)を浄化させるための脱硫剤611(浄化剤)を収容するための浄化室620と、ガス状の燃料を浄化室620に供給させる入口ポート630と、浄化室620で浄化されたガス状の燃料を浄化室620の改質器2Aに排出させる出口ポート640ともつ。入口ポート630および出口ポート640は浄化室620の上部を閉鎖する蓋部材760において間隔を隔てて形成されている(図1参照)。
図3は比較形態1の概念を示す。図3に示すように、従来では、脱硫器を大型化させる場合には、図3に示すように、複数の独立した収容容器610Bに脱硫剤を装填しつつ、ガス状の燃料をUターンさせるべく、独立した収容容器610Bの先端部同士を連通管620Bで連通させていた。しかしコスト高となる。そこで図4に係る比較形態2として示すように、一枚の仕切壁710Cを単一の収容容器610の内部において接合部740Cで接合させ、ガス状の燃料をUターン可能とさせていた。しかし接合部740Cは収容容器610の内部に隠蔽されているため、接合部740Cのシール性が充分か否かの検査は容易ではない。X線透過で検査可能であるが、X線透過は検査コストが高くなる。
本実施形態は実施形態1と基本的には共通の構成および共通の作用効果を有する。使用環境が厳しいとき等においては、接合部740(例えばろう付け部、溶接部)が経年変化し、シール性が低下するおそれがある。そこで本実施形態によれば、製造時またはメンテナンス時において、接合部740について漏れテストを実行して接合部740が正常であると判定された場合であっても、漏洩検出流路750は閉鎖部材で閉鎖されない。そして、燃料電池システムの使用時において、図5に示すように、漏洩検出流路750に対面するように漏洩検出流路750の付近にガス検知センサ955を流体漏れ検知手段として配置した状態で燃料電池システムのパッケージ内に組み込む。燃料電池システムが発電運転するとき、漏洩検出流路750からガス状の燃料が漏れるときには、その漏れた燃料はガス検知センサ955により積極的に検知され、警報器が警報を出力する。この場合、接合部740の経年変化に対処することができる。
図6は実施形態3の概念を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には共通の構成、共通の作用効果を有する。図6は脱硫器600を示す。中空状仕切部材700を構成する仕切壁710の外壁面710mは、収容容器610の外面側に露出している。接合部740も収容容器610の外面側に露出している。この場合においても、接合部740は収容容器610に隠蔽されている。
図7は実施形態4の概念を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には共通の構成、共通の作用効果を有する。図7は脱硫器600を示す。図7に示すように、脱硫器600の収容容器610に形成されている小孔状の漏洩検出流路750は横向きとされている。
図8は実施形態5の概念を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には共通の構成、共通の作用効果を有する。図8は脱硫器600を示す。図8に示すように、中空状仕切部材700の漏洩中空室730の幅LAは偏平な薄形とされている。漏洩検出流路750は一端750aから他端750cにかけて細く延びるスリットとされている。このようにスリットであれば、漏れた燃料を一端750aから他端750cにかけてむらなく排出させ得る。スリットであれば、漏洩中空室730は一層薄形となり、収容容器610の小型化を図りつつ、脱硫剤611の装填量を増加できる利点が得られる。
図9〜図11は実施形態5の脱硫器600を示す。図9および図10に示すように、脱硫器600は、鉛直方向に延びる中心軸線P1をもつ円筒形状の収容容器610をもつ。収容容器610は、燃料電池システムで用いられるガス状の燃料(流体)を浄化させる脱硫剤611(浄化剤)を収容するための浄化室620と、ガス状の燃料を浄化室620に供給させる入口ポート630と、浄化室620で浄化されたガス状の燃料を浄化室620の外部に排出させる出口ポート640ともつ。入口ポート630は浄化室620の上部に形成されている。出口ポート640は浄化室620の側部の上部に形成されている。図9および図10に示すように、中空状仕切部材700は縦形の偏平な円筒形状をなしており、中心軸線P1に対して同軸となるように収容容器610に配置された円筒形状の内仕切壁710iと、中心軸線P1に対して同軸となる円筒形状の外仕切壁710pと、外仕切壁710pおよび内仕切壁710iで区画された円筒形状の漏洩中空室730とを有する。中空状仕切部材700の底部の側には、燃料を通過させる複数の透孔をもつ透孔部材705が設けられている。
図12および図13は実施形態7の概念に係り、改質用の水を浄化させて精製させる水精製器800を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には共通の構成、共通の作用効果を有する。図12および図13に示すように、水精製器800は、鉛直方向に延びる中心軸線P1をもつ円筒形状の収容容器610をもつ。本実施形態によれば、蓋部材760は、入口ポート630をもつ内側蓋部材761と、内側蓋部材761の外周側を包囲するように配置された外側蓋部材762とを有する。漏洩検出流路750は中心軸線P1の回りでリング状に延びており、内側蓋部材761の外周面761pと外側蓋部材762の内周面762iとで形成されている。
図14は、上記した脱硫器および水精製器を適用した適用形態1の概念を示す。図14において、脱硫器62は上記した実施形態に係る脱硫器で形成されている。水精製器43は上記した水精製器で形成されている。図14に示すように、燃料電池システムは、燃料電池1と、液相状の水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部2と、蒸発部2で生成された水蒸気を用いて燃料を改質させてアノード流体を形成する改質部3と、蒸発部2と改質部3を加熱する燃焼部105と、蒸発部2に供給される液相状の水を溜めるタンク4と、これらを収容するケース5とを有する。燃料電池1は、イオン伝導体を挟むアノード10とカソード11とをもち、例えば、SOFCとも呼ばれる固体酸化物形燃料電池(運転温度:例えば400℃以上)を適用できる。アノード10側から排出されたアノード排ガスはアノード排ガス路103を介して、燃焼部105に供給される。カソード11側から排出されたカソード排ガスはカソード排ガス路104を介して、燃焼部105に供給される。燃焼部105はアノード排ガスとカソード排ガスとを燃焼させ蒸発部2と改質部3を加熱させる。燃焼部105には燃焼排ガス路75が設けられ、燃焼部105における燃焼後のガスおよび、未燃焼のガスを含む燃焼排ガスが燃焼排ガス路75を介して大気中に放出される。改質部3は、セラミックス等の担体に改質触媒を担持させて形成されており、蒸発部2に隣設されている。改質部3および蒸発部2は改質器2Aを構成しており、燃料電池1と共に断熱壁19で包囲され、発電モジュール18を形成している。改質部3の内部には、改質部3の温度を検知する温度センサ33と、燃焼部105には燃料を着火させるヒータである着火部35が設けられている。着火部35は燃焼部105の燃料に着火できるものであれば何でも良い。温度センサ33の信号は制御部100に入力される。制御部100は着火部35を作動させて燃焼部105を着火させて高温化させる。制御部100は警報器102をもつ。
図15は適用形態2の概念を示す。図15に示すように、燃料源63から改質器2Aに向かう燃料通路6が設けられている。図15に示すように、燃料通路6には、二連式の燃料バルブ65、燃料ポンプ60,脱硫器62,流量センサ66,入口バルブ67が直列に配置されている。更に改質器2Aの蒸発部2に向かう給水通路8が設けられている。給水通路8には、水精製剤43aを収容させる水精製器43,水精製器43で精製させた水を貯留するタンク4,水搬送源として機能するポンプ80,入口バルブ89が設けられている。制御装置100は信号線を介して燃料ポンプ60を,入口バルブ67,89、ポンプ80を制御する。流量センサ66の検知信号は制御部100に入力される。
本発明は上記し且つ図面に示した各実施形態および適用形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。加熱部40は温暖地などでは、加熱部40を廃止しても良い。燃料電池1は、場合によっては、PEFCとも呼ばれる固体高分子形燃料電池でも良いし、PAFCとも呼ばれるリン酸形燃料電池でも良く、他のタイプの燃料電池でも良い。要するに、燃料を脱硫させる脱硫器を有する燃料電池システムであれば良い。燃料も特に制限されず、都市ガス、プロパンガス、バイオガス、LPG、CNG、灯油、ガソリン、アルコール等を利用できる。水搬送源としては、モータで駆動させるポンプ80に限定されず、水搬送能力をもつものであれば何でも良い。
[付記項1]アノード流体およびカソード流体が供給されて発電する燃料電池と、水蒸気を用いて燃料を改質させてアノード流体を形成する改質器と、アノード流体となる燃料を改質部に供給する燃料通路と、燃料通路に設けられ燃料に含まれる付臭剤を除去して燃料を浄化させる脱硫器と、水蒸気となる水を改質器に供給され給水通路と、給水通路に設けられ水を精製させる水精製剤を有する水精製器とを具備しており、前記水精製器は、請求項1〜5のうちの一項に記載された燃料電池システム用浄化剤収容装置で構成されている燃料電池システム。
[付記項2](i)燃料電池システムで用いられるガス状または液相状の流体を浄化させる浄化剤を収容するための浄化室と、前記流体を前記浄化室に供給させる入口ポートと、前記浄化室の前記流体を排出させる出口ポートともつ収容容器と、(ii)前記収容容器の前記収容室の内部において接合部により接合され、前記浄化剤で浄化される前記流体が流れるUターン部をもつ浄化流路を前記浄化室内に形成させるように前記収容容器に配置された仕切壁と、前記仕切壁で区画され接合部から漏れた流体を通過させ得る漏洩中空室とを有する中空状仕切部材と、を具備する燃料電池システム用浄化剤収容装置。この場合、接合部から漏れた流体を出口ポートではなく漏洩中空室に流す。
Claims (6)
- (i)燃料電池システムで用いられるガス状または液相状の流体を浄化させる浄化剤を収容するための浄化室と、前記流体を前記浄化室に供給させる入口ポートと、前記浄化室の前記流体を排出させる出口ポートともつ収容容器と、
(ii)前記収容容器の収容室の内部において接合部により接合され、前記浄化剤で浄化される前記流体が流れるUターン部をもつ浄化流路を前記浄化室内に形成させるように前記収容容器に配置された仕切壁と、前記仕切壁で区画され接合部から漏れた流体を通過させ得る漏洩中空室とを有する中空状仕切部材と、
(iii)前記漏洩中空室の内部と前記収容容器の外部とを連通させ、且つ、前記浄化室から前記接合部を介して前記漏洩中空室に漏れた前記流体を前記収容容器の外部に排出可能な漏洩検出流路とを具備する燃料電池システム用浄化剤収容装置。 - 請求項1において、前記漏洩検出流路は、前記流体の漏れ検査において前記接合部からの漏れが無いことが確認された後に、閉鎖部材で閉鎖される燃料電池システム用浄化剤収容装置。
- 請求項1において、前記漏洩検出流路は、前記流体の漏れ検査後において開放状態に維持される燃料電池システム用浄化剤収容装置。
- 請求項1〜3のうちの一項において、前記流体は付臭剤を含む燃料であり、前記浄化室は、前記燃料に含まれている付臭剤を除去させる脱硫剤を前記浄化剤として収容する燃料電池システム用浄化剤収容装置。
- 請求項1〜3のうちの一項において、水蒸気を用いて燃料を改質させた水素を含むアノード流体を供給した発電する燃料電池が対象とされ、前記液相状の流体が、前記水蒸気の基となる水であり、前記浄化室は、水に含まれている不純物を除去させて純水化を促進させる水精製剤を前記浄化剤として収容する燃料電池システム用浄化剤収容装置。
- アノード流体およびカソード流体が供給されて発電する燃料電池と、水蒸気を用いて燃料を改質させてアノード流体を形成する改質部と、アノード流体となる燃料を前記改質部に供給する燃料通路と、前記燃料通路に設けられ燃料に含まれる付臭剤を除去して燃料を浄化させる脱硫剤を収容するための脱硫器とを具備しており、前記脱硫器は、請求項1〜5のうちの一項に記載された燃料電池システム用浄化剤収容装置で構成されている燃料電池システム。
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