JP5821570B2 - 燃料電池装置 - Google Patents
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Description
通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜は、スタックの前記高温領域に対面するように、矢印H方向の中間領域且つ矢印L方向の中間領域に設けられており、
通路形成部材の外壁面のうち矢印H方向において輻射熱吸収膜の上方または下方の領域には輻射熱吸収膜が設けられておらず、且つ、矢印L方向において輻射熱吸収膜よりも外方の領域には、輻射熱吸収膜が設けられていない。
(実施形態1)
図1〜図4は実施形態1を示す。本実施形態は固体酸化物型の燃料電池装置に適用した例を示す。図1に示すように、燃料電池装置は、スタック2と、スタック2の上側に配置された改質器4と、スタック2の上面と改質器4の下面との間に形成された燃焼用空間5と、スタック2の外側に配置された断熱材料で形成された断熱層6と、断熱層6の外側に配置された排気ガス通路7と、排気ガス通路7の外側に配置されたカソードガス通路8とを有する。
CH4+H2O→3H2+CO
CnHmが炭化水素の一般的な化学式であるとすると、水蒸気改質の一般式は次の(1−1)式のようになる。n=1、m=4であると、メタンの水蒸気改質の式が得られる。
(1−1)…CnHm+nH2O→nCO+[(m/2)+n]H2
生成された水素を含有するアノードガスは、アノードガス通路25およびアノードガスマニホルド24を介して、燃料電池20のアノード21に供給されて発電に使用される。
COが含まれている場合には、CO+O2−→CO2+2e−
(3)…1/2O2+2e−→O2−
さて、上記した発電反応後のアノードオフガスは、未反応の燃焼成分(水素)を含有している。アノードオフガスは、スタック2のアノード21の通路21rの上部から燃焼用空間5に排出される(図2参照)。この結果、燃焼用空間5において、アノードオフガスは、カソードオフガスおよび/または発電室720のカソードガスにより燃焼し、燃焼火炎50を形成する。燃焼火炎50により、改質部42および蒸発部40が加熱される。これにより改質部42における改質反応が維持され、蒸発部40において水蒸気生成反応が維持される。
図5は実施形態2を示す。本実施形態は実施形態1と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。実施形態1とは寸法関係が若干相違する。図5に示すようにスタック2の高さ方向を矢印H方向とする。矢印H方向と交差(直交)すると共にスタックの延びる方向を矢印L方向とする。図5に示すように、カソードガスを矢印C5方向に向けて通過させる通路形成部材832は、矢印H方向および矢印L方向にそれぞれ延設されている。
図6は実施形態3を示す。本実施形態は実施形態1,2と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図6に示すようにカソードガスを通過させる通路形成部材832は、矢印H方向および矢印L方向にそれぞれ延設されている。通路形成部材832の金属製の板体836,837の外壁面834には、輻射熱吸収膜88が積層されている。通路形成部材832の外壁面834において、輻射熱吸収膜88は、スタック2のうち相対的に高温となる高温領域2highに対面するように、通路形成部材832の矢印H方向の中間領域、且つ、矢印L方向の中間領域に設けられている。
図7は実施形態4を示す。本実施形態は実施形態1,2,3と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図7に示すように、カソードガス通路8を形成する通路形成部材832の板体836,837の外壁面834に、輻射熱吸収膜88が積層されている。輻射熱吸収膜88は、スタック2のうち相対的に高温となる高温領域に対面する。輻射熱吸収膜88は、高さ方向(矢印H方向)において間隔αを介して複数個に分断されている。隣設する輻射熱吸収膜88間では、通路形成部材832の金属製の板体836,837の外壁面834の母材が露出している。輻射熱吸収膜88がスタック2の輻射熱を吸収する度合が高いため、スタック2の高温領域2highが過剰に冷却されてしまう場合には、輻射熱吸収膜88を広面積化させるのでなく、図7に示すように分断させることが好ましい。更に、図7に示すように、輻射熱吸収膜88は、矢印L方向において通路形成部材832の一端832e、および、他端832fには形成されていない。
図8は実施形態5を示す。本実施形態は実施形態1〜4と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図8に示すように、通路形成部材832の外壁面834のうち、スタック2の高温領域2highに対面する領域には、厚みt1をもつ第1輻射熱吸収膜88aが積層されている。外壁面834のうち、スタック2の低温領域2lowに対面する領域に832lowには、厚みt2(t2<t1)をもつ第2輻射熱吸収膜88bが積層されている。輻射熱吸収膜88a,88bの厚みは、輻射熱の吸収性に影響を与える。通路形成部材832の外壁面834において改質器4に対面する対面領域835には、輻射熱吸収膜が積層されていない。改質器4の温度をできるだけ高温に維持させるためである。
図9および図10は実施形態6を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図9に示すように、スタック2の両側には、カソードガスを通過させる第2通路83をもつ通路形成部材832A,832Bが形成されている。通路形成部材832A,832Bは、互いに対向する金属製の板体836,837と、金属製の底板838とをそれぞれ有する。板体836,837は、カソードガスをスタック2に向けて矢印C6方向に吹き出す出口84をもつ。
図11は実施形態7を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。輻射熱吸収膜88の厚みは、輻射熱の吸収性に影響を与える。輻射熱吸収膜88の厚みが過剰に薄いと、輻射熱吸収膜88が島状膜の集合となり易く、輻射熱の吸収を低下させる傾向がある。輻射熱吸収膜88の厚みが確保されていると、輻射熱の吸収が良好となる。この点について本実施形態によれば、図11に示すように、輻射熱吸収膜88の中央部88mの厚みt3は、輻射熱吸収膜88の縁88eの厚みt4より相対的に厚い。
図12は実施形態8を示す。本実施形態は実施形態1〜7と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。便宜上、図12では矢印H方向を横方向として図示する。以下、相違する部分を中心として説明する。図12に示すよう通路形成部材832の板体836,837の外壁面834の表面834xには、輻射熱吸収膜88が積層されている。当該外壁面834の表面834yには輻射熱吸収膜88が積層されていない。表面834xは表面834yよりも粗面化されている。この場合、輻射熱吸収膜88が積層される前にブラスト処理により粗面化できる。この場合、通路形成部材832の板体836,837のうち輻射熱吸収膜88が積層されるべき板部分に、ショット、グリッド、砂粒等の微小投射剤を投射させることができる。当該板体836,837のうち輻射熱吸収膜88を積層させない領域にはマスキングすることが好ましい。
本発明は上記し且つ図面に示した実施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。実施形態1では、スタック2の高さ方向の中央部を閾位置2mとし、閾位置2mよりも上の領域は高温領域2high、閾位置2mよりも下の領域は低温領域2lowとされているが、これに限らず、スタック2の形状や構造によっては変更しても良い。即ち、スタック2の上端から1/3の位置を閾位置2mとし、閾位置2mよりも上の領域は高温領域2high、閾位置2mよりも下の領域は低温領域2lowとされていても良い。あるいは、スタック2の上端から2/3の位置を閾位置2mとし、閾位置2mよりも上の領域は高温領域2high、閾位置2mよりも下の領域は低温領域2lowとされていても良い。あるいは、スタック2の上端から3/4の位置を閾位置2mとし、閾位置2mよりも上の領域は高温領域2high、閾位置2mよりも下の領域は低温領域2lowとされていても良い。
[付記項1]アノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池のスタックと、アノードガスを前記スタックに供給するためのアノードガス通路と、カソードガスを前記スタックに供給するためのカソードガス通路とを具備しており、カソードガス通路を形成する通路形成部材の外壁面の少なくとも一部は、スタックに対面すると共に前記スタックからの輻射熱を吸収する輻射熱吸収膜を備えている。輻射熱吸収膜は、スタックのうち高温領域に対面することが好ましい。輻射熱吸収膜は通路形成部材の延びる方向に膜状に延設されていることが好ましい。
Claims (5)
- アノードガスとカソードガスとで発電するとともに、発電時に相対的に高温となる高温領域と前記高温領域よりも相対的に低温となる低温領域とを形成する燃料電池のスタックと、
アノードガスを前記スタックに供給するためのアノードガス通路と、
カソードガスを前記スタックに供給するためのカソードガス通路とを具備しており、
前記カソードガス通路を形成する通路形成部材の外壁面の少なくとも一部は、
前記スタックに対面すると共に前記スタックからの輻射熱を吸収する輻射熱吸収膜を備えており、前記輻射熱吸収膜は、前記スタックのうち前記高温領域に対面すると共に、前記通路形成部材の延びる方向に膜状に延設されている燃料電池装置。 - 請求項1において、前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記スタックの前記低温領域に対面する領域には、前記輻射熱吸収膜が設けられていない燃料電池装置。
- 請求項1または2において、前記スタックに供給するアノードガスを燃料原料から生成させる改質器が設けられており、
前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記改質器に対面する領域には前記輻射熱吸収膜が設けられていない燃料電池装置。 - 請求項1〜3のうちの一項において、高さ方向を矢印H方向とするとき、前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記輻射熱吸収膜は、前記スタックの前記高温領域に対面するように、矢印H方向の中間領域に設けられており、
前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記輻射熱吸収膜の少なくとも上方または下方の領域には、前記輻射熱吸収膜が設けられていない燃料電池装置。 - 請求項1〜3のうちの一項において、高さ方向を矢印H方向とし、矢印H方向と交差すると共に前記スタックが延びる方向を矢印L方向とするとき、前記スタックは、電解質膜をアノードおよびカソードで挟んだ構造をもつ燃料電池を矢印L方向に間隔を隔てて並設して形成されており、
前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記輻射熱吸収膜は、前記スタックの前記高温領域に対面するように、矢印H方向の中間領域且つ矢印L方向の中間領域に設けられており、
前記通路形成部材の前記外壁面のうち矢印H方向において前記輻射熱吸収膜の上方または下方の領域には前記輻射熱吸収膜が設けられておらず、且つ、矢印L方向において前記輻射熱吸収膜よりも外方の領域には、前記輻射熱吸収膜が設けられていない燃料電池装置。
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