(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼ガスを昇温させる通路と燃焼触媒を充填した通路をそれぞれ有し、且つコンパクトな燃焼触媒器を備えた固体酸化物形燃料電池装置を提供する。【解決手段】燃料電池モジュールから排出される燃焼ガスを流通させる燃焼ガス導管８２と、燃焼ガス導管上に設けられ、上下方向に延在する燃焼触媒ケース３１と、燃焼ガスを燃焼触媒ケースの下部から燃焼触媒ケースの外へ排出させる燃焼ガス流出管８３と、燃焼触媒ケースの外表面に設けられたヒーター３２と、燃焼触媒３５を燃焼触媒ケースの内部に保持する保持部材３１ａと、を備える。燃焼触媒ケースは内部に、ヒーターにより燃焼ガスが昇温される燃焼ガス昇温部３３と、燃焼触媒が保持部材により保持された触媒充填部３４とを具備し、燃焼ガスは、燃焼ガス導管、燃焼ガス昇温部、触媒充填部、燃焼ガス流出管の順に通過する。【選択図】図３
2016062823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池セルを備えた固体酸化物形燃料電池装置であって、
複数の前記燃料電池セルを収容する燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールから排出される、前記発電に対して余剰となった前記燃料ガスを燃焼して生じる燃焼ガスを流通させる燃焼ガス流路と、
前記燃焼ガス流路上に設けられ、前記燃焼ガスを浄化する複数の燃焼触媒を内部に有し、上下方向に延在する燃焼触媒ケースと、
前記燃焼ガスを前記燃焼触媒ケースの上部へ流入させる燃焼ガス流入管と、
前記燃焼ガスを前記燃焼触媒ケースの下部から前記燃焼触媒ケースの外へ排出させる燃焼ガス流出管と、
前記燃焼触媒ケースの外表面に設けられたヒーターと、
前記燃焼触媒を前記燃焼触媒ケースの内部に保持する保持部材と、
を備え、
前記燃焼触媒ケースは内部に、前記ヒーターにより前記燃焼ガスが昇温される燃焼ガス昇温部と、前記燃焼触媒が前記保持部材により保持された触媒充填部とを具備し、
前記燃焼ガスは、前記燃焼ガス流入管、前記燃焼ガス昇温部、前記触媒充填部、前記燃焼ガス流出管の順に通過し、
前記燃焼ガスは、前記燃焼ガス昇温部の内部を上から下に、前記触媒充填部の内部を下から上に向かって通過することを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項２】
前記燃焼ガス流出管は、前記触媒充填部の内部に充填された複数の前記燃焼触媒が占める領域よりも上方に入り口が突出し、前記燃焼触媒ケースの下方の出口から前記燃焼ガスを排出することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項３】
前記保持部材は伝熱性能を有する部材であることを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項４】
前記燃焼ガスが前記触媒充填部に流入する前記保持部材の底面は、前記燃焼触媒ケースの下部に対して、前記燃焼触媒ケースの上部の方向に向かって傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項５】
前記保持部材の底面は、長径と短径を有する複数の通過穴を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池に関し、特に、燃料を水蒸気改質して生成した水素と酸化剤ガスを反応させることにより発電する固体酸化物形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：以下「ＳＯＦＣ」とも言う）は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤（空気、酸素等）を供給して、発電反応を生じさせて発電を行う燃料電池である。
【０００３】
固体酸化物形燃料電池装置は比較的高温で動作する燃料電池装置であり、発電に寄与しなかったオフガスを燃焼させて、その燃焼炎により燃料ガスを改質するための改質器を昇温させている。しかしながら、改質する前の燃料ガスは炭素を含有していることに加え、特に起動時などの冷間時には、不完全燃焼を起こしてしまい、有害成分（一酸化炭素等）が発生しやすい状態となる。そのため、オフガスを燃焼させると発生する燃焼ガスを外部に排出する前に有害成分を除去している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許５２８８７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃焼触媒によって燃焼ガスの有害成分を除去する場合、燃焼触媒の温度を活性温度まで昇温させなければならない。発電運転中などは燃料電池装置自体の温度も高く、高温の燃焼ガスにより、燃焼触媒は活性温度を維持することができる。しかしながら、冷間時などの装置全体の温度が低い状況では、燃焼触媒が活性温度に達するのに時間を要してしまうため、活性温度まで燃焼触媒を昇温させる必要があるが、ヒーター等により燃焼触媒を直接加熱すると、ヒーターを設置した箇所が局所的に加熱され、燃焼触媒の劣化に繋がる。そのため、燃焼触媒は間接的、且つ均一に加熱することが望ましい。
【０００６】
特許文献1には伝熱部材の燃焼触媒ケースを外部に設置したヒーターで暖め、伝熱部材と燃焼ガスとで熱交換を行わせ、昇温した燃焼ガスにより燃焼触媒を加熱する方法が開示されている。しかしながら、伝熱部材と燃焼ガスとは燃焼触媒ケース入口でしか熱交換を行わないため、十分に燃焼ガスと熱交換を行えないという課題がある。
【０００７】
また、家庭用の固体酸化物形燃料電池装置では、設置スペースをできるだけ占有しないことが求められる。そのため、燃料電池装置自体をコンパクトにする必要があり、それに伴い、燃焼触媒器もコンパクトに設計する必要がある。しかしながら、十分に燃焼ガスを加熱する通路と燃焼ガスを浄化させる通路を設けると、その分だけ燃焼触媒器が占有するスペースが多くなるため、燃焼ガスの昇温と浄化に十分な通路長を備えたコンパクトな燃焼触媒器の実現は困難である。
【０００８】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、燃焼触媒を昇温させるためのスペースを十分に確保して確実に燃焼ガスを浄化させるとともに、燃料電池装置全体の設置スペースの低減に寄与するコンパクトな燃焼触媒器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置は、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池セルを備えた固体酸化物形燃料電池装置であって、複数の燃料電池セルを収容する燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールから排出される、発電に対して余剰となった燃料ガスを燃焼して生じる燃焼ガスを流通させる燃焼ガス流路と、燃焼ガス流路上に設けられ、燃焼ガスを浄化する複数の燃焼触媒を内部に有し、上下方向に延在する燃焼触媒ケースと、燃焼ガスを燃焼触媒ケースの上部へ流入させる燃焼ガス流入管と、燃焼ガスを燃焼触媒ケースの下部から燃焼触媒ケースの外へ排出させる燃焼ガス流出管と、燃焼触媒ケースの外表面に設けられたヒーターと、燃焼触媒を燃焼触媒ケースの内部に保持する保持部材と、を備え、燃焼触媒ケースは内部に、ヒーターにより燃焼ガスが昇温される燃焼ガス昇温部と、燃焼触媒が保持部材により保持された触媒充填部とを具備し、燃焼ガスは、燃焼ガス流入管、燃焼ガス昇温部、触媒充填部、燃焼ガス流出管の順に通過し、燃焼ガスは、燃焼ガス昇温部の内部を上から下に、触媒充填部の内部を下から上に向かって通過することを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
【００１０】
この好ましい形態では、燃焼触媒ケースの外表面に設置されたヒーターにより燃焼ガスが加熱される燃焼ガス昇温部、および燃焼ガス昇温部の下流に燃焼ガスを浄化するための燃焼触媒が充填された通路である触媒充填部が燃焼触媒ケースの内部に設けられている。さらに、燃焼ガスの流れ方を、燃焼ガス昇温部では上方向から下方向、触媒充填部では下方向から上方向と流しており、スペースの限られた燃焼触媒ケースの内部において、燃焼ガスの昇温と浄化を行うに十分な距離を燃焼触媒ケース内に設けている。従って、省スペース化のために燃焼ガス流路が上方から下方に限定されているような、昇温スペースの十分な確保が困難な状況下においても、ケース内の燃焼ガス通路を確保しつつ、燃焼ガスを昇温させるのに十分な距離を確保することができるため、燃焼触媒ケースをコンパクトに作製することができる。そのため、ヒーターの直接加熱による燃焼触媒の劣化を防ぎつつ、燃焼ガスの昇温・浄化を行うのに十分な通路長を備えた燃焼触媒ケースをコンパクトに作製することができる。
【００１１】
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置では、燃焼ガス流出管は、触媒充填部の内部に充填された複数の燃焼触媒が占める領域よりも上方に入り口が突出し、燃焼触媒ケースの下方の出口から燃焼ガスを排出することが好ましい。
【００１２】
この好ましい形態では、触媒充填部の内部に設けられた燃焼ガス流出管の入口先端は燃焼触媒よりも上方に突出しており、燃焼触媒の下方から上昇してきた燃焼ガスを燃焼触媒ケース下方から外部に排出する。そのため、燃焼ガス流出管のスペースを燃焼触媒ケース外に別途設ける必要はなく、燃焼触媒ケースをコンパクトにすることができる。
【００１３】
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置では、保持部材は伝熱性能を有する部材であることが好ましい。
【００１４】
この好ましい形態では、保持部材が伝熱性能を有するため、燃焼触媒ケース外表面に設けられたヒーターからの輻射熱を保持部材が受けることができる。さらに、ヒーターからの熱が熱伝導により燃焼触媒ケースから保持部材に伝わるため、燃焼ガスは保持部材から熱を受け取り、触媒充填部を通過する過程で燃焼触媒を均一に昇温させることができる。
【００１５】
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置では、燃焼ガスが触媒充填部に流入する保持部材の底面は、燃焼触媒ケースの下部に対して、燃焼触媒ケースの上部の方向に向かって傾斜していることが好ましい。
【００１６】
この好ましい形態では、燃焼ガスが流入してくる方向に傾けることで、燃焼ガスの通過スペースを確保し、なおかつ、浄化触媒を充填させるスペースを多く取ることができる。
【００１７】
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置では、保持部材の底面は、長径と短径を有する複数の通過穴を備えていることが好ましい。
【００１８】
この好ましい形態では、長径と短径を有する通過穴を設けたことにより、燃焼触媒が保持部材の通過穴を塞ぐことなく、燃焼ガスが通過できずに圧力損失が大きくなることがない。すなわち、配管の詰まりによる、未浄化が生じることなく、確実に有害成分を除去することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、燃焼触媒器内に、燃焼ガスを十分に昇温させる通路と、燃焼ガスを確実に浄化するための通路を備えたコンパクトな燃焼触媒器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池モジュールの正面からの簡略断面図である。
【図２】本発明の実施形態における燃焼触媒器の内部構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における燃焼触媒器の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００２２】
本発明の実施形態である固体酸化物形燃料電池装置に用いられる燃料電池モジュールについて、図１を参照しながら説明する。図１に示す燃料電池モジュール２は、固体酸化物形燃料電池装置の一部を構成するものである。固体酸化物形燃料電池装置は、燃料電池モジュール２と、補機ユニット（図示せず）とを備える。
【００２３】
図１は、燃料電池モジュール２の正面断面図を示している。燃料電池モジュール２は、燃料電池セルを収容するケーシング５６を備えている。ケーシング５６の上部に、熱交換器２２が設けられている。ケーシング５６の内部は密封空間となっており、ケーシング５６には改質器導入管６２が繋げられている。一方、熱交換器２２には、発電用空気導入管７４と、燃焼ガス導管８２とが繋げられている。
【００２４】
改質器導入管６２は、ケーシング５６の内部に、純水と改質される燃料ガスを導入する管路である。発電用空気導入管７４は、改質後の燃料ガスと発電反応を起こさせるための発電用空気（酸化剤ガス）を供給する管路である。燃焼ガス導管８２は、発電反応後の燃料ガスを燃焼した結果生じる燃焼ガスを燃料電池モジュール２から排出し、燃焼触媒器３０に導く管路である。その上流端側の端部側面に純水、改質される燃料ガス、及び改質用空気を導入するための改質器導入管６２が取り付けられている。
【００２５】
改質器導入管６２は、改質器２０の一端の側壁面から延びる円管であり、９０゜屈曲されて概ね鉛直方向に延び、ケーシング５６の上端面を貫通している。なお、改質器導入管６２は、改質器２０に水を導入する水導入管としても機能している。
より具体的には、図１に示すように、改質器２０の上流端である図中右側の端部に繋がれている。
【００２６】
改質器導入管６２から供給される水を蒸発させるための蒸発混合器（図示せず）は、改質器２０の内部に設けられている。蒸発混合器は、燃焼ガスにより加熱され、水を水蒸気にすると共に、この水蒸気と被改質ガスである燃料ガス（都市ガス）と空気とを混合するためのものである。
【００２７】
改質器２０は、燃料電池セル集合体１２の上方に形成された燃焼室１８の更に上方に配置されている。したがって、改質器２０は、発電反応後の残余の燃料ガス及び空気による燃焼熱によって熱せられ、蒸発混合器２３としての役割と、燃料と水蒸気を化学反応させることにより水蒸気改質反応の双方によって水素を生成可能な改質器としての役割とを果たすように構成されている。
【００２８】
改質器２０の下流端には、燃料供給管６６の上端が接続されている。この燃料供給管６６の下端側は、燃料ガスタンク６８内に入り込むように配置されている。
【００２９】
図１に示すように、燃料ガスタンク６８は、燃料電池セル集合体１２の真下に設けられている。また、燃料ガスタンク６８内に挿入された燃料供給管６６の下端側の外周には、長手方向に沿って複数の小穴（図示せず）が形成されている。改質器２０で改質された燃料ガスは、これら複数の小穴によって燃料ガスタンク６８内に長手方向に均一に供給されるようになっている。燃料ガスタンク６８に供給された燃料ガスは、燃料電池セル集合体１２を構成する各燃料電池セルユニット１６の内側にある燃料ガス流路（詳細は後述する）内に供給され、燃料電池セルユニット１６内を上昇して、燃焼室１８に至るようになっている。
【００３０】
続いて、発電用空気を燃料電池モジュール２の内部へ供給するための構造を、図１を参照しながら説明する。図１の実践矢印は、発電用空気の流れを示す図であり点線矢印は、燃焼ガスの流れを示す図である。これらの図に示すように、改質器２０の上方に熱交換器２２が設けられ、改質器２０と熱交換器２２の間には断熱層８１が設けられている。この断熱層８１とは別に、ケーシング５６は断熱材８０で覆われている。熱交換器２２には、複数の燃焼ガス配管７０と、この燃焼ガス配管７０の周囲に形成された発電用空気流路７２とが設けられている。
【００３１】
熱交換器２２の一端側には、発電用空気導入管７４が取り付けられている。この発電用空気導入管７４により、発電用空気流量調整ユニット（図示せず）から、発電用空気が、熱交換器２２内に導入されるようになっている。
【００３２】
熱交換器２２の他端側には、図１に示すように、発電用空気流路７２の出口ポート７６ａが一対形成されている。この出口ポート７６ａは、一対の連絡流路（図示せず）につながっている。さらに、燃料電池モジュール２のケーシング５６の幅方向の両側の外側には、発電用空気供給路（図示せず）が形成されている。
【００３３】
したがって、発電用空気供給路（図示せず）には、発電用空気流路７２の出口ポート７６ａ及び連絡流路（図示せず）から、発電用空気が供給されるようになっている。この発電用空気供給路（図示せず）は、燃料電池セル集合体１２の長手方向に沿って形成されている。さらに、その下方側であり且つ燃料電池セル集合体１２の下方側に対応する位置に、発電室１０内の燃料電池セル集合体１２の各燃料電池セルユニット１６に向けて発電用空気を吹き出すための複数の吹出口７８ａ，７８ｂが形成されている。発電用空気流路に流入した発電用空気は吹出口７８ａ，７８ｂへと向かい、これらの吹出口７８ａ，７８ｂから吹き出された発電用空気は、各燃料電池セルユニット１６の外側に沿って、下方から上方へ流れるようになっている。
【００３４】
熱交換器２２と改質器２０の間には、図１に示すように、断熱層８１が形成されている。断熱層８１は、熱交換器２２底面に沿って、熱交換器２２全域まで形成され、燃焼室１８内で発生した燃焼ガスから熱交換器２２への熱伝達を抑制するように構成されている。断熱層８１は、燃焼ガスの熱が熱交換器２２の外表面から伝熱されて熱交換器２２の内部に至るのを抑制する機能を有すればよく、その態様は燃焼ガスの温度や熱交換器２２の外側を形成する部材の材質や厚みによって様々なものが選択されうる。従って、断熱層８１は、金属板によって囲われた空間内に空気のみを充填した空気層として形成してもよく、金属板によって囲われた空間内に断熱部材を配置してもよい。
【００３５】
続いて、燃料ガスと発電用空気とが燃焼して生成される燃焼ガスを排出するための構造を説明する。燃料電池セルユニット１６の上方にある燃焼室１８では、発電反応に使用されなかった燃料ガスと発電用空気とが燃焼することで、燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスは、燃焼室１８内を上昇し、整流板２１に至る。整流板２１には、図１に示すように、開口２１ａが設けられており、開口２１ａ内に燃焼ガスが導かれる。この開口２１ａを通った燃焼ガスは、断熱層８１の下方領域に設けられた排気通路を通って熱交換器２２の燃焼ガス流入口２２ａに至る。熱交換器２２内には、燃焼ガスを排出するための複数の燃焼ガス配管７０（燃焼ガス流路）が設けられている。これらの燃焼ガス配管７０の下流端側には、燃焼ガス排出管８２が接続され、燃焼ガスが外部に排出されるようになっている。
【００３６】
さらに、断熱層８１は、空気の対流を防止する断熱材により形成しても良い。具体的に、空気の対流を防止する断熱材としては、例えば真空断熱層やシリカ系材料の断熱材を用いることができる。このように構成することにより、断熱層８１を空気の断熱層で設けたものよりも、断熱性能を向上させることができるので、燃焼ガスをより高温の状態で熱交換器に供給することができ、発電用酸化剤ガスとの熱交換効率を高めることができる。
【００３７】
なお、本実施形態において、断熱層８１は、熱交換器２２底面に沿って、熱交換器２２全域まで形成されているが、熱交換器２２の下方領域の少なくとも一部に断熱材を形成するように構成しても良い。例えば、発電用空気導入管７４に対応する領域にのみ、断熱材を形成してもよい。
【００３８】
続いて、燃料電池セルユニット１６について説明する。燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セルと、この燃料電池セルの上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子とを備えている。
【００３９】
燃料電池セルは、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路を形成する円筒形の内側電極層と、円筒形の外側電極層と、内側電極層と外側電極層との間にある電解質層とを備えている。この内側電極層は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。
【００４０】
続いて、上述した燃料電池モジュール２を含む固体酸化物形燃料電池装置について、図１を参照しながら説明する。図１は、燃料電池モジュール２を含む固体酸化物形燃料電池装置を示す全体構成図である。
【００４１】
燃料電池モジュール２は、ケーシング５６を備えている。このケーシング５６内部には、断熱材８０に囲まれて密封空間が形成されている。この密封空間の下方部分である発電室１０には、燃料ガスと酸化剤ガス（空気）とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体１２が配置されている。
【００４２】
図１では簡略的に燃料電池モジュール２を示しているが、この燃料電池セル集合体１２は、１０個の燃料電池セルスタック１４を備えている。この燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６から構成されている。燃料電池セル集合体１２は、１６０本の燃料電池セルユニット１６を有し、これらの燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されている。
【００４３】
燃料電池モジュール２の密封空間の上述した発電室１０の上方には、燃焼室１８が形成されている。この燃焼室１８で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガス（空気）とが燃焼し、燃焼ガスを生成するようになっている。
【００４４】
この燃焼室１８の上方には、被改質ガスを改質して燃料ガスを生成する改質器２０が配置されている。上述した燃焼ガスの燃焼熱によって、改質器２０を改質反応が可能な温度となるように加熱している。さらに、この改質器２０の上方には、燃焼ガスの熱により外部から導入される酸化剤ガス（発電用空気）を加熱する熱交換器２２が配置されている。
【００４５】
図１に示すように、熱交換器２２を出た燃焼ガスは、燃焼ガス導管８２を通って燃焼触媒器３０に流入し、燃焼触媒３５によって浄化された後に燃焼ガス流出管８３を通り、固体酸化物形燃料電池装置の外部に排出される。
【００４６】
つぎに、図１、２、３に示す燃焼触媒器３０について説明をする。燃焼触媒器３０には燃焼触媒３５が充填されており、活性温度まで昇温された燃焼触媒３５を燃焼ガスが通過することにより、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素等の有害成分を除去することができる。
【００４７】
図１及び図３に示すように、燃焼触媒ケース３１の外表面には、燃焼触媒ヒーター３２が設けられており、燃焼触媒ヒーター３２は、燃焼触媒ケース３１の外表面一面に渡って加熱できるように配置されている。そのため、燃焼触媒ケース３１の内部を通過する燃焼ガスを均一に且つ間接的に加熱することができる。なお、本発明にておいては燃焼触媒ケース３１を加熱できればよく、加熱源はヒーターでなくてもよい。
【００４８】
燃焼触媒ケース３１は燃焼触媒ヒーター３２により加熱され、高温となる。そのため、燃焼触媒ケースに流入した燃焼ガスに対して、燃焼触媒ヒーター３２が設けられている壁面から熱を輻射熱により伝えることができる。
【００４９】
なお、発電運転中に燃焼触媒器３０を流れる燃焼ガスは高温であり、活性した燃焼触媒３５は活性状態を保つことができるため、発電運転中は燃焼触媒ヒーター３２の通電を停止することができる。
【００５０】
燃焼触媒３５は、例えば、白金、パラジウム等の貴金属系の触媒や、マンガン、コバルト、金、鉄など、卑金属系の触媒を用いることができる。なお、一般的に知られている触媒であればこれに限るものではない。これらは、触媒の活性温度まで加熱されることにより、燃焼ガス中に含まれる一酸化炭素等の有害成分を除去して浄化するものである。
【００５１】
図２、３には燃焼触媒３５を球体形状として例示している。燃焼触媒３５を球体形状とすることで、高密度に充填することができる。ただし、燃焼触媒３５の形状も特に限定するものではなく、燃焼触媒ケース３１内に納まるものであれば、ハニカムタイプ、タブレットタイプ等の種々の形状を用いることができる。
【００５２】
つぎに、図２、３を参照して、本実施例の燃焼触媒器３０の内部構造について説明する。ここで、燃焼触媒器３０は、燃焼触媒ケース３１、燃焼触媒３５、保持部材３１ａ、押え板３１ｂ、燃焼ガス導管８２、燃焼ガス流出管８３により構成される。
【００５３】
燃焼触媒ケース３１は略直方体状の筐体であり、燃料電池モジュール２の上下方向に延在するように設けられている。そのため、燃焼触媒器３０が設けられても燃焼電池モジュール２の長手方向のスペースの幅を抑えることができ、コンパクトに燃料電池装置を設計することができる。
【００５４】
図２に示すように、燃焼触媒ケース３１の上面の長手方向端部には、燃焼触媒器３０に燃焼ガスを導入するための燃焼ガス導管８２が連結されており、上下方向に燃焼ガスを燃焼触媒器３０へ流入させることができる。なお、燃焼触媒ケース３１の上面の長手方向端部に燃焼ガス導入管を設けているが、燃焼触媒ケースの上方から燃焼ガスを流入させるように構成するものであれば、これに限るものではない。
【００５５】
さらに、燃焼触媒ケース３１の内部には、燃焼触媒３５を燃焼触媒ケース３１の内部に保持するための板状の保持部材３１ａが設けられている。この保持部材３１ａによって、燃焼触媒ケース３１の内部は、燃焼触媒ケース３１の外表面に燃焼触媒ヒーター３２が設けられている燃焼ガス昇温部３３と、燃焼触媒３５が充填されている触媒充填部３４に区画される。
【００５６】
燃焼触媒３５は燃焼触媒ケース３１の内壁面と保持部材３１ａとによって、燃焼触媒ケースの内部に充填、保持されている。さらに、充填された燃焼触媒３５の上端部には燃焼触媒３５を押えるための、押え板３１ｂが設けられている。
【００５７】
また、図２に示すように伝熱性能を有する保持部材３１ａの上面と下面は、燃焼触媒ヒーター３２が設けられた壁面方向に向かって傾斜するように設けられている。したがって、触媒充填部３４に流入してくる燃焼ガスに対して傾斜するように保持部材３１ａの底面を設けることにより、燃焼ガス昇温部３３のスペースを確保しつつ、触媒充填部３４のスペースを多く確保することができる。そのため、燃焼触媒ケース３１の限られた内部空間においても、燃焼ガスを十分昇温させ、なおかつ確実に燃焼ガスを浄化することができる。
【００５８】
さらに、燃焼ガス流出管８３は触媒充填部３４で浄化された燃焼ガスを燃焼触媒ケース３１の下方から排出する。具体的には、図３に示すように、燃焼ガス流出管８３は触媒充填部３４の上方と燃焼触媒ケース３１の底面から燃焼触媒ケース３１の外部とを連通させており、触媒充填部３４の中央を縦断するように設けられている。このため、燃焼触媒ケースの側面から燃焼ガス流出管を配設する必要がなく、燃焼ガスが流出入する配管を一方から他方へ配設することができるため、燃焼触媒器をコンパクトに形成することができる。
【００５９】
また、燃焼ガス流出管８３の上端部は押え板３１ｂよりも上方に突出するように設けられているため、燃焼触媒３５が燃焼ガス流出管８３の内部に入り込むことがなく、配管の詰まりを防ぐことができる。なお、本実施形態において、押え板３１ｂよりも燃焼ガス流出管８３の上端部は上方へ突出しているとしたが、配管が燃焼触媒によって詰まらなければよく、例えば、燃焼ガス流出管８３の上端に金属製のメッシュを設けるなどしてもよい。
【００６０】
つぎに図３を参照しながら、燃焼触媒器３０内部の燃焼ガスの流れについて説明する。燃焼ガス導管８２を通過して燃焼触媒器３０に導入された燃焼ガスは、燃焼触媒ケース３１の内部に設けられた燃焼ガス昇温部３３に流入する。燃焼ガス昇温部３３において、燃焼ガスは、燃焼ガス昇温部３３側の燃焼触媒ケース３１外表面に設けられた燃焼触媒ヒーター３２から、燃焼触媒ケース３１の壁面を介して熱を受け取る。
【００６１】
燃焼ガスは、上方向から下方向へ燃焼触媒ヒーター３２から熱を受け取りながら燃焼ガス昇温部３３を通過した後に、燃焼触媒ケース３１底面にて折り返し、触媒充填部３４へ流入する。ここで、燃焼触媒ヒーター３１からの熱が熱伝導により、燃焼触媒ケース３１から保持部材３１ａに伝わるため、燃焼ガスは触媒充填部３４に流入する際に保持部材３１ａの底面からから熱を受け取り、効率よく昇温させられる。加えて、燃焼触媒ヒーター３２の輻射熱により、間接的に保持部材３１ａに熱を与えることができるため、保持部材３１ａを間接的に昇温することができ、保持部材３１ａに接触している燃焼触媒３５を昇温させることができる。
【００６２】
図２に示すように、保持部材３１ａ、および押え板３１ｂは伝熱性を有する部材であり、燃焼ガスが通過するための通過穴が形成されている。これらの伝熱性部材はパンチングメタルでもよい。また、保持部材３１ａの底面の通過穴を長径と短径を有する形状としてもよく、この場合には燃焼触媒３５の自重により、通過穴が完全に塞がり、圧力損失が大きくなることを防ぐことができる。すなわち、燃焼触媒器３０における燃焼ガスの詰まりを防止することができ、燃焼ガスが浄化不能な事態を引き起こすことなく、確実に燃焼ガスに含まれる有害成分を浄化することができる。
【００６３】
触媒充填部３４を下方向から上方向に通過する際に高温の燃焼ガスは燃焼触媒３５を昇温させながら通過していくため、通過過程において有害成分を浄化するだけではなく、燃焼触媒３５を昇温させることができる。そのため、燃焼触媒は間接的且つ均一に昇温させられるため、局所的な劣化を起こすことがない。
【００６４】
つぎに、燃焼ガスは、押え板３１ｂの通過穴から燃焼触媒３５が充填された部分より上方に流れ、保持部材３１ａの上面でさらに折り返した後に、燃焼ガス流出管８３に流入し、燃焼触媒ケース３１の外部へと流出する。
【００６５】
このように構成することで、スペースの限られた筐体の内部においても燃焼ガスは燃焼触媒ケース３１の内部を複雑に流れるため、燃焼ガスを十分昇温させ、さらに確実に燃焼触媒の有害成分を浄化することができる。
【００６６】
つぎに、上述した燃焼触媒器の作用効果について図１、２、３を参照しながら説明する。
この好ましい形態では、燃焼触媒ケース３１の外表面に設置された燃焼触媒ヒーター３２により燃焼ガスが加熱される燃焼ガス昇温部３３、および燃焼ガス昇温部３３の下流に燃焼ガスを浄化するための燃焼触媒が充填された通路である触媒充填部３４が燃焼触媒ケース３１の内部に設けられている。さらに、燃焼ガスの流れ方を、燃焼ガス昇温部３３では上方向から下方向、触媒充填部３４では下方向から上方向と流しており、スペースの限られた燃焼触媒ケース３１の内部において、燃焼ガスの昇温と浄化を行うに十分な距離を燃焼触媒ケース３１内に設けている。従って、省スペース化のために燃焼ガス流路が上方から下方に限定されているような、昇温スペースの十分な確保が困難な状況下においても、ケース内の燃焼ガス通路を確保しつつ、燃焼ガスを昇温させるのに十分な距離を確保することができるため、燃焼触媒ケース３１をコンパクトに作製することができる。そのため、ヒーターの直接加熱による燃焼触媒３５の劣化を防ぎつつ、燃焼ガスの昇温・浄化を行うのに十分な通路長を備えた燃焼触媒ケース３１をコンパクトに作製することができる。
【００６７】
この好ましい形態では、触媒充填部３４の内部に設けられた燃焼ガス流出管８３の入口先端は燃焼触媒３５よりも上方に突出しており、燃焼触媒３５の下方から上昇してきた燃焼ガスを燃焼触媒ケース３１下方から外部に排出する。そのため、燃焼ガス流出管８３のスペースを燃焼触媒ケース３１外に別途設ける必要はなく、燃焼触媒ケース３１をコンパクトにすることができる。
【００６８】
この好ましい形態では、保持部材３１ａが伝熱性能を有するため、燃焼触媒ケース３１の外表面に設けられた燃焼触媒ヒーター３２からの輻射熱を保持部材３１ａが受けることができる。さらに、燃焼触媒ヒーター３１からの熱が熱伝導により燃焼触媒ケース３１から保持部材３１ａに伝わるため、燃焼ガスは保持部材３１ａから熱を受け取り、触媒充填部３４を通過する過程で燃焼触媒３５を均一に昇温させることができる。
【００６９】
この好ましい形態では、保持部材３１ａの底面を燃焼ガスが流入してくる方向に傾けることで、燃焼ガスの通過スペースを確保し、なおかつ、燃焼触媒３５を充填させるスペースを多く取ることができる。
【００７０】
この好ましい形態では、長径と短径を有する通過穴を設けたことにより、燃焼触媒３５が保持部材３１ａの通過穴を塞ぐことなく、燃焼ガスが通過できずに圧力損失が大きくなることがない。すなわち、配管の詰まりによる、未浄化が生じることなく、確実に有害成分を除去することができる。
【００７１】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これらに当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限りにおいて本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００７２】
２       燃料電池モジュール
１０     発電室
１２     燃料電池セル集合体
１４     燃料電池セルスタック
１６     燃料電池セルユニット
１８     燃焼室
２０     改質器
２１     整流板
２１a    開口
２２     熱交換器
２２a    燃焼ガス流入口
３０     燃焼触媒器
３１     燃焼触媒ケース
３１a    保持部材
３１b    押え板
３２     燃焼触媒器ヒーター
３３     燃焼ガス昇温部
３４     触媒充填部
３５     燃焼触媒
８０     断熱材
８１     断熱層
５６     ケーシング
６２     改質器導入管
６６     燃料供給管
６８     燃料ガスタンク
７０     燃焼ガス配管
７２     発電用空気流路
７４     発電用空気導入管
７６ａ   出口ポート
７８ａ，７８ｂ    吹出口
８２     燃焼ガス導管（燃焼ガス流入管）
８３     燃焼ガス流出管
【図１】
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【図２】
2016062823.tif 000004
【図３】
2016062823.tif 000005