JP2009043669A

JP2009043669A - 燃料電池システム及び改質原料気化方法

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Publication number: JP2009043669A
Application number: JP2007210045A
Authority: JP
Inventors: Susumu Hatada; 進旗田
Original assignee: Nippon Oil Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: JP5379962B2

Abstract

【課題】気化器での安定した気化を可能にして燃料電池スタックでの出力密度あるいは発電効率の低下を防止する。
【解決手段】改質器５に供給するために、改質用水を気化する水気化器７と、改質器５で生成された改質ガスを用いて発電を行うＳＯＦＣスタック３と、ＳＯＦＣスタック３の熱を熱伝導によって水気化器７に伝える熱伝導部材１９と、を備える。この構成によれば、オフガス燃焼ガスを介して対流によって伝熱する場合に比べて、ＳＯＦＣスタック３から水気化器７への伝導熱量を安定させることができ、突沸を低減できて水気化器７での気化が安定する。その結果、水気化器７から改質器５へ供給される水蒸気の流量変動が低減し、改質器５からＳＯＦＣスタック３に供給される改質ガスの流量変動が低減してＳＯＦＣスタック３での電圧変動は小さくなり、出力密度あるいは発電効率の低下が防止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、改質ガス及び空気を用いて発電を行う燃料電池システム及び改質ガスを生成する改質器に供給するために液体状の改質原料を気化する改質原料気化方法に関するものである。

固体酸化物電解質形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：SOFC）システムは、通常、灯油や都市ガスなどの燃料を改質して得られる水素含有ガス（改質ガス）を発生させるための改質器と、改質ガス及び空気を電気化学的に発電反応させるためのセルスタックと、を備えている。改質には、水蒸気改質（SR）、部分酸化改質（POX）などの各種の反応が利用されるが、改質原料が液体の場合、気化した後に改質器へ供給される。例えば、水蒸気改質の場合（特許文献１または２参照）、改質用水を気化器で気化し、燃料ガスと混合して改質器へ供給される。さらに、灯油など原燃料が液体状の場合、燃料を気化器で気化させて水蒸気と混合後、改質器へ供給される。セルスタックは、通常、５５０°Ｃから１０００°Ｃの高温で作動させており、セルスタックの運転時には、カソードに供給する空気量を調整するなどして、セルスタックを所定の温度に維持することが行われている。そして、気化器での気化は、セルスタックからのオフガス燃焼ガスとの熱交換によって行われている。

特開２００７−５１３３号公報特開２００７−５１３４号公報

しかしながら、従来の燃料電池システムでは、例えば、負荷追従運転中にカソードに供給される空気流量を変化させ、それに伴いオフガス燃焼ガスによる気化器への入熱量が急激に変化した場合には、突沸を生じる場合がある。突沸が生じた場合、気化器から改質器に供給される改質原料に流量変動が生じ、それに伴って改質器からセルスタックに供給される改質ガスに流量変動が生じる。その結果、セルスタックでは電圧変動が生じる。電圧変動は電流が大きいほど増加し、電圧変動が大きいと、大電流を取り出すことができなくなるため、出力密度あるいは発電効率が低下する。

本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、気化器での安定した気化を可能にして燃料電池スタックでの出力密度の低下あるいは発電効率の低下を防止できる燃料電池システム及び改質原料気化方法を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池システムは、水素を含有する改質ガスを生成する改質器に供給するために、液体状の改質原料を気化する気化器と、改質器で生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、燃料電池スタックの熱を熱伝導によって気化器に伝える熱伝導部材と、を備えることを特徴とする。

一般的に、燃料電池スタックの熱容量は大きく温度は変化し難い。一方で、気化部（液体から気体へ相変化している部分）の温度は沸点に保たれる。したがって、燃料電池スタックと気化部の温度差は変化し難いため、燃料電池スタックの熱が熱伝導部材を介して気化器に熱伝導する上記の燃料電池システムによれば、オフガス燃焼ガスを介して対流によって伝熱する場合に比べて、燃料電池スタックから気化器への伝熱量を安定させることができ、突沸を低減できる。突沸が低減すると、気化器での気化は安定し、改質器に供給される改質原料の流量変動及び改質器で生成される改質ガスの流量変動は低減して燃料電池スタックでの電圧変動は小さくなり、大電流を取り出し易くなって出力密度の低下あるいは発電効率の低下が防止される。さらに、電圧変動を小さくすることで、燃料電池スタックの劣化が遅れ、長寿命化させることができる可能性がある。

さらに、気化器では、改質原料は液相と気相とに分かれており、熱伝導部材は、液相に浸漬されている熱伝達部を有すると好適である。熱伝達部の改質原料との接触面を介して燃料電池スタックの熱を液体状の改質原料に熱伝達することで安定した気化が可能になる。

さらに、気化器は、改質原料を貯留する筐体部と、筐体部内の少なくとも下部領域に充填された伝熱性の粒子と、を有すると好適である。伝熱性の粒子を有することで、気化器の熱容量が大きくなって温度変動を抑制でき、さらに、筐体部内の少なくとも下部領域に粒子を充填することで液体状の改質原料に接する伝熱面積を増大できる。さらに、粒子同士の隙間によって改質原料が通過する多数の通路が形成されるため、気体の改質原料が流路を閉塞させ、それに伴う突沸が生じても、突沸の発生箇所が分散し、さらに、複数の突沸が同時に発生する確率も低減して突沸による蒸発振動の振幅を大幅に小さくでき、安定して気化させることができる。

さらに、熱伝導部材は、燃料電池スタックに接する伝導受熱部を有する。伝導受熱部を有することで、熱伝導によって燃料電池スタックの熱を熱伝導部材に伝熱でき、その熱を気化器まで熱伝導できるので、気化器への入熱量が安定し、気化器での安定した気化に有効である。

あるいは、熱伝導部材は、燃料電池スタックから熱輻射により受熱する輻射受熱部を有する。熱伝導部材が燃料電池スタックと僅かに離れていても、輻射受熱部を有することで、熱輻射によって熱を受け、その熱を気化器に伝導して改質原料を気化できる。その結果、気化器への入熱量が安定し、気化器での安定した気化を可能にする。

また、本発明は、燃料電池スタックで用いられる改質ガスを生成する改質器に供給するために、液体状の改質原料を気化する方法であって、燃料電池スタックの熱を、熱伝導部材を介して改質原料まで熱伝達することにより、改質原料を気化させることを特徴とする。

この方法によれば、オフガス燃焼ガスを介して対流によって伝熱する場合に比べて、燃料電池スタックから改質原料への伝熱量を安定させることができ、突沸を低減できる。突沸が低減すると、気化器での気化は安定し、改質器に供給される改質原料の流量変動及び改質器で生成される改質ガスの流量変動は低減して燃料電池スタックでの電圧変動は小さくなり、大電流を取り出し易くなって出力密度の低下あるいは発電効率の低下が防止される。さらに、電圧変動を小さくすることで、燃料電池スタックの劣化が遅れ、長寿命化させることができる可能性がある。

本発明によれば、気化器での安定した気化を可能にして燃料電池スタックでの出力密度の低下あるいは発電効率の低下を防止できる。

以下、本発明に係る燃料電池システムの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る燃料電池システムを示す図である。図１に示されるように、燃料電池システム１Ａは、改質ガスと空気とを用いて発電を行う平板型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）スタック３と、ＳＯＦＣスタック３に供給するために、原燃料及び改質用水を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質器５と、改質器５での水蒸気改質のために用いられる改質用水を気化して改質器５に供給する水気化器７と、液体状の原燃料、例えば灯油を気化する燃料気化器９とが設けられている。改質用水及び原燃料は改質原料に相当する。

ＳＯＦＣスタック３は、改質ガス供給ライン１１を介して改質器５と接続されている。また、ＳＯＦＣスタック３には、空気ブロア１３からの空気を導入するための空気導入ライン１５が接続されている。空気導入ライン１５には、空気の導入量を調整する電磁バルブ（図示せず）や空気予熱器（図示せず）が設けられている。ＳＯＦＣスタック３や空気予熱器は筐体１７に収容されている。筐体１７は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属からなり、例えば周囲に断熱材が配置されている。

ＳＯＦＣスタック３は、複数の単セルスタック３ａが積層されてなるスタック本体３ｂと、このスタック本体３ｂを積層方向に対して挟み込むように配置された１対のエンドプレート３ｃと、スタック本体３ｂと各エンドプレート３ｃとの間にそれぞれ介在された絶縁シート３ｄとを有している。

単セルスタック３ａは、アノード（燃料極）と、カソード（空気極）と、アノードとカソードとの間に配置された電解質と、アノード及びカソードの外側にそれぞれ配置されたセパレータとを有している。アノードには、改質器５からの改質ガスが導入され、カソードには、空気ブロア１３からの空気が導入される。これにより、各単セルスタック３ａにおいて電気化学的な発電反応が行われることになる。

エンドプレート３ｃは、例えばステンレス綱（ＳＵＳ）等の金属で形成されている。エンドプレート３ｃの厚みは、セパレータの厚みに比べて十分大きくなっている。絶縁シート３ｄは、電気絶縁性を有する材料（例えばアルミナ等）で形成されたシートであり、エンドプレート３ｃとセパレータとの間に介在されている。

ＳＯＦＣスタック３の一対のエンドプレート３ｃのうち、一方のエンドプレート３ｃには、ロッド状の熱伝導部材１９が溶接されている。熱伝導部材１９は、例えばＳＵＳやインコネル（クロム及び鉄を含むニッケル系合金の商標名）、ニッケルといった金属など、熱伝導率及び耐熱温度の高い材料で形成されている。エンドプレート３ｃに接している熱伝導部材１９の基端は、伝導受熱部１９ａである。熱伝導部材１９の先端側は、水気化器７に結合されている。なお、ＳＯＦＣスタック３におけるスタック本体３ｂとエンドプレート３ｃとの間には絶縁シート３ｄが介在されているので、ＳＯＦＣスタック３から水気化器７や水気化器７に接続された導電部材を介して漏電することを防止できる。

水気化器７は、改質用水を貯留する筐体部７ａを備える。筐体部７ａは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属からなる。筐体部７ａ内には、液体状の改質用水からなる液相Ｌが下側に形成され、気化した改質用水からなる気相Ｖが上側に形成される。

熱伝導部材１９は、筐体部７ａの天井壁７ｂを貫通し、先端部分が筐体部７ａの底面近傍にまで達している。熱伝導部材１９は、筐体部７ａの天井壁７ｂに溶接されている。熱伝導部材１９の先端部分は、熱伝達によって改質用水を気化する熱伝達部１９ｂであり、例えば、筐体部７ａには接触せずに改質用水の液相Ｌに浸漬されるように配置されている。

熱伝導部材１９の形状は、水気化器７への伝熱量、サイズなどの条件に応じて適宜設計することができる。特に、熱伝導部材１９の断面積が大きくなるほど熱抵抗が小さくなるため、熱伝導部材１９は、熱の流れる方向、ここではＳＯＦＣスタック３から水気化器７に向かって断面積が大きくなるような形状を有しているのが好ましい。また、熱伝導部材１９の本数は、所定の水蒸気量を安定して改質器５に供給するために必要となる伝熱面積を確保するように適宜設計することができる。

さらに、熱伝導部材１９は、熱膨張・熱収縮による熱応力を緩和するために、ポーラスメタルやメタルフォーム等と称される金属多孔体といった弾性率の低いものを有するのが好ましい。

筐体部７ａ内の下部には、アルミナやＳＵＳ（ステンレス）などからなる伝熱性の粒子２１が充填されている。粒子２１は、液相Ｌ内に沈降した状態にあるが、密度が液相より小さな粒子２１を充填する場合には、網状の部材によって粒子２１を押さえ付けておくことで粒子２１が浮くのを防止できる。

水気化器７は断熱材２３によって覆われている。また、熱伝導部材１９のうち、筐体１７と水気化器７との間に介在する部分は、断熱材２３によって覆われている。

水気化器７の筐体部７ａの下側には、改質用水が導入される改質用水導入部７ｃが設けられており、筐体部７ａの上側には、水蒸気が流出する水蒸気流出部７ｄが設けられている。改質用水導入部７ｃには、改質用水が供給される改質用水供給ライン２５が接続されている。改質用水供給ライン２５には、改質用水の貯留タンク（図示せず）や改質用水を貯留タンクから水気化器７に供給するポンプ（図示せず）が設けられている。また、水蒸気流出部７ｄには、改質原料供給ライン２７が接続されている。

改質原料供給ライン２７の下流側には改質器５が接続されている。一方で、改質原料供給ライン２７の上流側は、二方向に分岐し、一方は水気化器７の水蒸気流出部７ｄに接続され、他方は燃料気化器９に接続されている。燃料気化器９には、液体状の原燃料が供給される原燃料供給ライン２９が接続されている。原燃料としては、例えば灯油などの炭化水素系燃料が用いられる。改質原料供給ライン２７では、水気化器７で得られた水蒸気と燃料気化器９で得られた原燃料ガスとが混ざり合って混合ガスが生成され、混合ガスは原燃料供給ライン２９を通って改質器５に導入される。

改質器５は、混合ガス中の原燃料ガス及び水蒸気を改質触媒で水蒸気改質反応させて、水素及び一酸化炭素を含有する改質ガスを生成する。水蒸気改質反応は非常に大きな吸熱反応であり、反応温度が５５０〜７５０℃程度と比較的高いので、高温の熱源が必要となる。このため、改質器５は、ＳＯＦＣスタック３からの輻射熱を受熱できる位置に配置されたり、近傍にスタックオフガスバーナが設けられたりしている。改質器５には、ＳＯＦＣスタック３に接続された改質ガス供給ライン１１が接続されている。

以上のような燃料電池システム１Ａの運転時には、水気化器７に改質用水が供給され、燃料気化器９には原燃料が供給される。水気化器７で得られた水蒸気と、燃料気化器９で得られた原燃料ガスとは、改質原料供給ライン２７で混合ガスになって改質器５に供給される。改質器５では、水蒸気改質によって水素及び一酸化炭素を含有する改質ガスが生成され、その改質ガスは改質ガス供給ライン１１を通ってＳＯＦＣスタック３のアノードに供給される。さらに、ＳＯＦＣスタック３のカソードには、空気導入ライン１５を通って空気が導入され、ＳＯＦＣスタック３が所定の温度まで昇温された後、ＳＯＦＣスタック３から電流を取り出すことにより、ＳＯＦＣスタック３による発電が開始される。

このとき、ＳＯＦＣスタック３を、５５０°Ｃ〜１０００°Ｃの高温で作動させる。ＳＯＦＣスタック３の熱は、熱伝導によって熱伝導部材１９の伝導受熱部１９ａに伝わり、その熱は、熱伝導によって熱伝達部１９ｂまで伝わる。熱伝達部１９ｂは、水気化器７内の改質用水に熱伝達し、改質用水を気化する。また、熱伝達部１９ｂまで伝わった熱は、水気化器７の筐体部７ａ内に充填されている粒子２１にも伝わり、粒子２１からも改質用水に熱伝達される。

なお、熱の移動、すなわち伝熱の形態には、熱伝導、熱伝達（対流）、熱輻射（放射）の三つの基本形態がある。熱伝導は、一つの物体の内部に温度差があるとき、その物体内を高温側から低温側に移動する伝熱の形態である。熱伝達は、固体表面と流体との間で熱が伝えられる伝熱の形態である。熱輻射は、高温物体から低温物体へ電磁波の形で熱エネルギーが伝えられる伝熱の形態である。上記の燃料電池システム１Ａによる改質用水（改質原料）の気化方法では、ＳＯＦＣスタック３の熱を熱伝導によって熱伝達部１９ｂまで伝え、その熱を改質用水まで熱伝達することにより、改質用水を気化している。すなわち、この気化方法では、ＳＯＦＣスタック３の熱を、熱伝導部材１９を介して改質原料まで熱伝達している。

一般的に、ＳＯＦＣスタック３の熱容量は大きく温度は変化し難い。一方で、水気化部（液体から気体へ相変化している部分）の温度は沸点に保たれる。したがって、ＳＯＦＣスタック３の熱が熱伝導部材１９を介して水気化器７に熱伝導する上記の燃料電池システム１Ａ及び改質用水の気化方法によれば、オフガス燃焼ガスを介して対流によって伝熱する場合（特許文献１または２参照）に比べて、ＳＯＦＣスタック３から水気化器７への伝熱量を安定させることができ、突沸を低減できる。突沸が低減すると、水気化器７での改質用水の気化は安定し、改質器５に供給される水蒸気の流量変動は低減する。改質器５に供給される原燃料ガスが安定していれば、水蒸気の流量変動の低減に伴って改質器５で生成される改質ガスの流量変動は低減してＳＯＦＣスタック３での電圧変動は小さくなる。その結果、ＳＯＦＣスタック３から大電流を取り出し易くなって出力密度の低下あるいは発電効率の低下が防止される。さらに、電圧変動を小さくすることで、ＳＯＦＣスタック３の劣化が遅れ、長寿命化させることができる可能性がある。

さらに、水気化器７では、改質用水は液相Ｌと気相Ｖとに分かれており、熱伝導部材１９は、液相Ｌに浸漬されている熱伝達部１９ｂを有する。そして、熱伝達部１９ｂによって液体状の改質用水に熱伝達することで安定した気化が可能になる。

さらに、水気化器７は、筐体部７ａ内に充填された粒子２１を有するので、水気化器７の熱容量が大きくなって温度変動を抑制でき、さらに、筐体部７ａ内の少なくとも下部領域に粒子２１を充填することで液体状の改質用水の接する伝熱面積を増大できる。さらに、充填された粒子２１同士の隙間によって改質用水が通過する多数の通路が形成されるため、通路の閉塞に伴う突沸が生じても、突沸の発生箇所が分散し、さらに、複数の突沸が同時に発生する確率も低減して突沸による蒸発振動の振幅を大幅に小さくでき、安定して気化させることができる。

さらに、熱伝導部材１９は、ＳＯＦＣスタック３に接する伝導受熱部１９ａを有するので、熱伝導によってＳＯＦＣスタック３の熱を熱伝導部材１９に伝熱でき、その熱を水気化器７に熱伝導して改質用水を気化できる。その結果、水気化器７への入熱量が安定し、水気化器７での安定した気化を可能にする。

さらに、ＳＯＦＣスタック３は所望の温度に維持する必要があり、ＳＯＦＣスタック３の温度が閾値を超えると、空気導入ライン１５から導入される空気の流量を増やして温度を下げる必要がある。ここで、ＳＯＦＣスタック３は熱伝導部材１９を備え、熱伝導部材１９は、ＳＯＦＣスタック３から熱を奪う作用がある。その結果、ＳＯＦＣスタック３の温度を下げるための空気ブロア１３にかかる負荷は軽減され、空気ブロア１３の消費電力の低下につながるため、結果的に燃料電池システム１Ａの発電効率の向上に一層寄与することとなる。

図２は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムを示す図である。第２実施形態に係る燃料電池システム１Ｂは、第１実施形態に係る燃料電池システム１Ａとは主として熱伝導部材３１が異なる。以下の説明では、熱伝導部材３１を中心に説明を行い、第１実施形態と同一または同等の部材及び要素には図中で同じ符号を付し、その説明を省略する。

熱伝導部材３１は、ＳＯＦＣスタック３の一方のエンドプレート３ｃに溶接されたロッド状の本体部３１ａを有する。エンドプレート３ｃに接している本体部３１ａの基端側は、伝導受熱部３１ｂである。本体部３１ａは、水気化器７の筐体部７ａを貫通し、先端部分３１ｃが筐体部７ａの底面近傍にまで達している。先端部分３１ｃには、複数の放熱フィン３１ｄが互いに隣接して設けられている。先端部分３１ｃ及び放熱フィン３１ｄは、改質用水の液相Ｌ内に漬かるように配置されており、熱伝達部３１ｆを構成する。熱伝導部材３１は、第１実施形態に係る熱伝導部材１９と同様の材質を用いることが出来る。

放熱フィン３１ｄを設けることにより、水蒸気を安定して改質器５に供給するための伝熱面積を確保し易くなる。その結果、水蒸気の流量変動に伴う改質ガスの流量変動が低減し、ＳＯＦＣスタック３での出力密度や発電効率を向上できる。なお、本実施形態では、筐体部７ａ内に伝熱性の粒子２１を充填していないが、水気化器７の熱容量を上げ、さらに、突沸を低減するために粒子２１を充填するようにしてもよい。

図３は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムを示す図である。図中、第１実施形態と同一または同等の部材及び要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図３に示されるように、本実施形態の燃料電池システム１Ｃは、第１実施形態と同様のＳＯＦＣスタック３、改質器５、及び水気化器７を備え、ＳＯＦＣスタック３は、断熱性の筐体１７に収容されている。

筐体１７内には、ＳＯＦＣスタック３のエンドプレート３ｃに近接して集熱板３５が配置されている。集熱板３５はエンドプレート３ｃに沿って延在し、集熱板３５には、複数の熱伝導ロッド３７が溶接されている。熱伝導ロッド３７は、水気化器７の天井壁７ａに固定された連結基板３９に固定されている。集熱板３５は、ＳＯＦＣスタック３から熱輻射により受熱する輻射受熱部に相当する。熱伝導ロッド３の筐体１７から突き出た部分、水気化器７及び連結基板３９は、断熱材４１によって覆われている。

連結基板３９の裏面には、天井壁７ａを貫通する複数の熱伝達用ロッド４３が設けられており、熱伝達用ロッド４３の先端部分は水気化器７の筐体部７ａの底面近傍にまで達している。集熱板３５、熱伝導ロッド３７、連結基板３９及び熱伝達用ロッド４３は熱伝導部材４５を構成し、第１実施形態に係る熱伝導部材１９と同様の材料によって形成されている。また、熱伝達用ロッド４３の先端部分は、改質用水の液相Ｌに浸漬されており、熱伝達部４７を構成する。

本実施形態に係る熱伝導部材４５は、集熱板３５を有することで、ＳＯＦＣスタック３と僅かに離れていても、熱輻射によって熱を受け、その熱を水気化器７に熱伝導して改質用水を気化できる。その結果、水気化器７への入熱量が安定し、水気化器７での安定した気化を可能にする。

本実施形態では、筐体部７ａ内に伝熱性の粒子２１を充填していないが、水気化器７の熱容量を上げ、さらに、突沸を低減するために粒子２１を充填するようにしてもよい。また、熱伝達用ロッド４３に放熱フィンを設けるようにしてもよい。なお、本実施形態では、熱伝導部材４５の一部である集熱板３５はＳＯＦＣスタック３に対して離間しているため、絶縁シート３ｄは設けられていない。

以上、第１〜第３実施形態に係る燃料電池システム１Ａ，１Ｂ，１Ｃを説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、ＳＯＦＣスタック３を例に説明したが、液体状の改質原料を沸点以上にするのに足りる熱を生じる燃料電池スタック、例えば、溶融炭酸塩形（ＭＣＦＣ）スタックなどであってもよい。

また、上記実施形態では、ＳＯＦＣスタック３を平板型構造としたが、本発明は、円筒型のＳＯＦＣバンドル（スタック）を備えた燃料電池システムにも適用可能である。なお、円筒型のＳＯＦＣバンドルでは、各単セルスタック同士がインターコネクタを介して接続されている。このタイプの場合には、例えば円筒状バンドルの収納容器と水気化器とを熱伝導部材で結合して適用する。

また、上記実施形態では、ＳＯＦＣスタック３の熱を水気化器７に伝導する態様であったが、ＳＯＦＣスタック３で生じる熱を熱伝導部材１９，３１，４５を介して燃料気化器９に伝導する形態であってもよい。

また、第１及び第２実施形態に係る燃料電池システム１Ａ，１Ｂでは、熱伝導部材１９，３１の伝導受熱部１９ｂ，３１ｂがエンドプレート３ｃに接していたが、ＳＯＦＣスタック３のその他の部分から伝熱できるように接続したり、ＳＯＦＣスタック３に加えて他の高温で熱容量の大きなモジュール構成機器、例えば空気予熱器から伝熱できるように接続したりしてもよい。

また、第３実施形態に係る燃料電池システム１Ｃでは、熱伝導部材４５の一部である集熱板（輻射受熱部）３５がエンドプレート３ｃに近接するように配置されていたが、集熱板３５はＳＯＦＣスタック３に離間して配置できるために、熱伝導部材１９，３１に比べて配置の自由度が高く、他の部材との干渉を避けながら、ＳＯＦＣスタック３から効率よく受熱できる適当な位置に配置することができる。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムを示す図である。本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムを示す図である。本発明に第３実施形態に係る燃料電池システムを示す図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…燃料電池システム、３…固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）スタック、５…改質器、７…水気化器（気化器）、９…燃料気化器（気化器）、１９，３１，４５…熱伝導部材、１９ｂ，３１ｆ，４７…熱伝達部、１９ａ，３１ｂ…伝導受熱部、２１…伝熱性の粒子、３５…集熱板（輻射受熱部）、Ｌ…液相、Ｖ…気相。

Claims

水素を含有する改質ガスを生成する改質器に供給するために、液体状の改質原料を気化する気化器と、
前記改質器で生成された前記改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの熱を熱伝導によって前記気化器に伝える熱伝導部材と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
前記気化器では、前記改質原料は液相と気相とに分かれており、
前記熱伝導部材は、前記液相に浸漬されている熱伝達部を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
前記気化器は、前記改質原料を貯留する筐体部と、前記筐体部内の少なくとも下部領域に充填された伝熱性の粒子と、を有することを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
前記熱伝導部材は、前記燃料電池スタックに接する伝導受熱部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の燃料電池システム。
前記熱伝導部材は、前記燃料電池スタックから熱輻射により受熱する輻射受熱部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の燃料電池システム。
燃料電池スタックで用いられる改質ガスを生成する改質器に供給するために、液体状の改質原料を気化する方法であって、
前記燃料電池スタックの熱を、熱伝導部材を介して前記改質原料まで熱伝達することにより、前記改質原料を気化させることを特徴とする改質原料気化方法。