(57)【要約】【課題】応力腐食割れが生じることを抑制できる燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】この燃料電池発電システムは、燃料電池スタック１１０、改質器１２０、ブロワ１３０、塩害防止用フィルタ２０、及び熱交換器１４０を備える。改質器１２０は、燃料ガスを改質して燃料電池スタック１１０に供給する。ブロワ１３０は、外気吸入路２００を介して外気を取り入れて改質器１２０に供給する。塩害防止用フィルタ２０は、外気吸入路２００に取り付けられている。この燃料電池発電システムは、ブロワ１３０が外気を取り入れながら運転を行うことにより、発電を行う。熱交換器１４０は、改質器１２０において可燃ガスを外気で燃焼させることによって生成した排気ガスと、塩害防止用フィルタ２０を通過した外気の間で熱交換を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックと、
燃料ガスを改質して前記燃料電池に供給する改質器と、
外気吸入路を介して外気を取り入れて前記改質器に供給するブロワと、
前記外気吸入路に取り付けられた塩害防止用フィルタと、
を備え、
前記改質器は、前記塩害防止用フィルタを通過した外気を用いて可燃ガスを燃焼させることにより昇温されており、
前記塩害防止用フィルタを通過した外気を用いて前記可燃ガスを燃焼させることによって生成した排気ガスと、前記塩害防止用フィルタを通過した外気の間で熱交換を行う熱交換器をさらに備える燃料電池発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池スタック、前記改質器、前記ブロワ、及び前記熱交換器を収容する筐体をさらに具備し、
前記塩害防止用フィルタは前記筐体の外に設けられている燃料電池発電システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池スタック、前記改質器、前記ブロワ、及び前記熱交換器を収容する筐体をさらに具備し、
前記外気吸入路の吸入口は、前記筐体に設けられた開口部に接続しており、
前記塩害防止用フィルタは前記開口部に設けられている燃料電池発電システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記塩害防止用フィルタより上流側に設けられた網状部材をさらに備える燃料電池発電システム。
【請求項５】
燃料電池スタックと、
燃料ガスを改質して前記燃料電池に供給する改質器と、
外気吸入路を介して外気を取り入れて前記改質器に供給するブロワと、
を有する燃料電池発電システムを使用し、
前記外気吸入路に塩害防止用フィルタを取り付けて発電を行う発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に応力腐食割れが生じることを抑制できる燃料電池発電システム及び発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスが有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換できる高効率なシステムである。燃料電池には様々な補機が使用されているが、それら補機の中に、改質器及び熱交換器がある。
【０００３】
改質器は、燃料電池の燃料極に供給される前の燃料ガスを改質することで、燃料電池の発電効率を向上させる。改質器が燃料ガスを改質するためには、改質器が有する触媒の温度を上げる必要がある。このため、改質器では、外気を用いて可燃ガスを燃焼させ、触媒の温度を上げている。
【０００４】
熱交換器は、改質器における可燃ガスの排気ガスと、改質器に導入される前の外気との間で熱交換を行わせることにより、外気を加熱している。
【０００５】
なお、特許文献１〜３には、ガスタービンの吸気路に塩害防止用フィルタを設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１０６４６４号公報
【特許文献２】特開２００８−１０６７６９号公報
【特許文献３】特開昭６３−１５０５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように熱交換器を用いた場合、熱交換器において、改質器からの排気ガスは外気において冷却される。海岸付近に燃料電池を設置した場合、外気に粒子化した海水が含まれることがある。本発明者らが調査した結果、粒子化した海水は、改質器を経由した後、熱交換器において凝集し、熱交換器に応力腐食割れを生じさせる可能性があることが分かった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、応力腐食割れが生じることを抑制できる燃料電池発電システム及び発電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、燃料電池スタックと、
燃料ガスを改質して前記燃料電池に供給する改質器と、
外気吸入路を介して外気を取り入れて前記改質器に供給するブロワと、
前記外気吸入路に取り付けられた塩害防止用フィルタと、
を備え、
前記改質器は、前記塩害防止用フィルタを通過した外気を用いて可燃ガスを燃焼させることにより昇温されており、
前記塩害防止用フィルタを通過した外気を用いて前記可燃ガスを燃焼させることによって生成した排気ガスと、前記塩害防止用フィルタを通過した外気の間で熱交換を行う熱交換器をさらに備える、燃料電池発電システムが提供される。
【００１０】
本発明によれば、燃料電池スタックと、
燃料ガスを改質して前記燃料電池に供給する改質器と、
外気吸入路を介して外気を取り入れて前記改質器に供給するブロワと、
を有する燃料電池発電システムを使用し、
前記外気吸入路に塩害防止用フィルタを取り付けて発電を行う発電方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、外気に含まれる塩に起因して熱交換器に応力腐食割れが生じることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池発電システムの構成を示す図である。
【図２】塩害防止用フィルタの構成を示す図である。
【図３】ＳＵＳ３０４及びＳＵＳ３１６における、最高使用温度及び塩素イオン濃度と、応力腐食割れ（ＳＣＣ）の有無を示すデータである。
【図４】第２の実施形態に係る燃料電池発電システムの構成を示す図である。
【図５】図４に示した燃料電池発電システムにおける塩害防止用フィルタ及び網状部材の取り付け構造を説明するための側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１４】
図１は、第１の実施形態に係る燃料電池発電システムの構成を示す図である。この燃料電池発電システムは、燃料電池スタック１１０、改質器１２０、ブロワ１３０、塩害防止用フィルタ２０、及び熱交換器１４０を備える。改質器１２０は、燃料ガスを改質して燃料電池スタック１１０に供給する。ブロワ１３０は、外気吸入路２００を介して外気を取り入れて改質器１２０に供給する。塩害防止用フィルタ２０は、外気吸入路２００に取り付けられており、空気中からごみ、塵埃、海塩粒子や液状化した塩分などを取り除き、洗浄空気にするためのフィルタである。この燃料電池発電システムは、ブロワ１３０が外気を取り入れながら運転を行うことにより、発電を行う。
【００１５】
改質器１２０は、燃料ガスの改質反応を生じさせるための触媒を有している。この触媒は、ブロワ１３０によって供給された外気を用いて可燃ガスを燃焼させることにより昇温される。熱交換器１４０は、改質器１２０において可燃ガスを外気で燃焼させることによって生成した排気ガスと、塩害防止用フィルタ２０を通過した外気の間で熱交換を行う。
【００１６】
詳細には、ブロワ１３０は、配管２０２を介して外気を熱交換器１４０に導入する。熱交換器１４０に導入された外気は、熱交換器１４０内における熱交換によって昇温された後、配管２０４を介して改質器１２０に導入される。
【００１７】
また改質器１２０で改質された燃料ガスは、配管３００を介して燃料電池スタック１１０に供給される。燃料電池スタック１１０は、燃料極、電解質層、及び空気極を積層した積層体を有している。燃料ガスは燃料極に供給される。燃料ガスの可燃成分は、燃料電池スタック１１０の積層体で生じる発電反応によって分解されるが、一部は可燃成分の状態で残る。このため、積層体から排出された燃料ガスである燃料オフガスは、可燃成分を含んでいる。燃料オフガスは、配管３０２、熱交換器１４０、および配管３０４を介して、上記した可燃ガスの少なくとも一部として改質器１２０に供給される。なお燃料オフガスは、熱交換器１４０を通る際に、改質器１２０で生成した排気ガスによって昇温される。
【００１８】
熱交換器１４０において、排気ガスが通る流路１４２はＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などのステンレスにより構成されている。
【００１９】
また改質器１２０において生成した排気ガスは、配管３０６、熱交換器１４０、及び配管３０８を介して外部に放出される。
【００２０】
本実施形態において、燃料電池スタック１１０、改質器１２０、ブロワ１３０、熱交換器１４０、及びこれらの間を接続する各配管は、筐体１００内に収容されている。そして塩害防止用フィルタ２０は、筐体１００の外に設けられている。
【００２１】
図２は、塩害防止用フィルタ２０の構成を示す図である。本図において、ブロワ１３０の吸気口１３２には、外気吸入路２００としてのホースが取り付けられている。そしてこのホースの先端に、塩害防止用フィルタ２０及び網状部材２２が設けられている。塩害防止用フィルタ２０は、ブロワ１３０が吸入する外気から、粉塵や塩害の元となる成分を除去する。網状部材２２は、例えば金網であり、塩害防止用フィルタ２０の外周を覆っている。網状部材２２は、塩害防止用フィルタ２０より上流側に位置することになり、塩害防止用フィルタ２０に大きな異物が吸着することを抑制する。
【００２２】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、ブロワ１３０に設けられた外気吸入路２００に塩害防止用フィルタ２０を取り付けている。このため、ブロワ１３０によって改質器１２０に供給される外気に塩などの塩害の元となる成分が含まれることを抑制できる。このため、改質器１２０から排出された排気ガスが熱交換器の流路１４２で冷却され、排気ガス中に含まれる水が凝集しても、流路１４２を形成している材料、例えばステンレス材に応力腐食割れが生じることを抑制できる。このため、流路１４２に耐食性の高い高価な材料を使用しなくてすむ。
【００２３】
図３を用いて、さらに具体的に説明する。図３は、ＳＵＳ３０４及びＳＵＳ３１６における、最高使用温度及び塩素イオン濃度と、応力腐食割れ（ＳＣＣ）の有無を示すデータである。流路１４２は、排気ガスの入り口側で最も温度が高く、排気ガスの出口側で最も温度が低い。そしてブロワ１３０が取り込んだ外気に塩素が含まれていた場合、この最も温度が低い領域において、塩素濃度が最も高くなりやすい。流路１４２の出口側の温度は、例えば１５０℃以上４２０℃以下である。このため、ブロワ１３０が取り込んだ外気に塩素が含まれていると、流路１４２の内側及び外側、並びに３０２〜３０４の外側それぞれに塩分が付着して応力腐食割れが生じる可能性がでてくる。これに対して本実施形態では、塩害防止用フィルタ２０によって、ブロワ１３０が取り込む外気から塩（塩素）を除去することができるため、流路１４２に応力腐食割れが生じることを抑制できる。
【００２４】
図４は、第２の実施形態に係る燃料電池発電システムの構成を示す図であり、図５は、図４に示した燃料電池発電システムにおける塩害防止用フィルタ２０及び網状部材２２の取り付け構造を説明するための側面図である。この燃料電池発電システムは、以下の点を除いて第１の実施形態に係る燃料電池発電システムと同様の構成である。
【００２５】
まず、外気吸入路２００の吸入口が、筐体１００の外ではなく、筐体１００に設けられた開口部１０２に接続している。そして、塩害防止用フィルタ２０及び網状部材２２は、開口部１０２に設けられている。
【００２６】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００２８】
２０ 塩害防止用フィルタ
２２ 網状部材
１００ 筐体
１０２ 開口部
１１０ 燃料電池スタック
１２０ 改質器
１３０ ブロア
１３２ 吸気口
１４０ 熱交換器
１４２ 流路
２００ 外気吸入路
２０２ 配管
２０４ 配管
３００ 配管
３０２ 配管
３０４ 配管
３０６ 配管
３０８ 配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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