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公開番号2024089928
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-04
出願番号2022205477
出願日2022-12-22
発明の名称固体酸化物形燃料電池
出願人大阪瓦斯株式会社
代理人個人
主分類H01M 8/04 20160101AFI20240627BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】気化器が高温に上昇するのを抑えて突沸現象が生じるのを防止することができる固体酸化物形燃料電池を提供すること。
【解決手段】改質水を供給する改質水供給手段(14)と、改質水を水蒸気に気化する気化器(2)と、燃料ガスを気化器(2)からの水蒸気と反応させて水蒸気改質する改質器(4)と、改質器(4)からの改質ガスと空気との燃料電池反応により発電を行うセルスタック(6)とを備えた固体酸化物形燃料電池。冷却ガス噴出手段(48)が更に設けられ、この冷却ガス噴出手段(48)は、気化器(2)内に冷却ガスを噴出して冷却する。改質水供給手段(14)は、水供給ポンプ(12)からの改質水を気化器(2)に供給する水供給パイプ(10)を含み、冷却ガス噴射手段(48)は、気化器(2)の底壁における、水供給パイプ(10)を通して改質水が滴下する滴下領域に向けて冷却ガスを噴出する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
改質水を供給する改質水供給手段と、改質水を水蒸気に気化する気化器と、燃料ガスを前記気化器からの水蒸気と反応させて水蒸気改質する改質器と、前記改質器からの改質ガスと空気との燃料電池反応により発電を行うセルスタックとを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
前記気化器内に冷却ガスを噴出するための冷却ガス噴出手段が設けられていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
続きを表示（約 740 文字）【請求項２】
前記改質水供給手段は、改質水を供給する水供給ポンプと、前記水供給ポンプからの改質水を前記気化器に供給する水供給パイプとを含み、前記水供給パイプの先端部が前記気化器内に突出しており、前記冷却ガス噴射手段は、前記気化器の底壁における、前記水供給パイプを通して改質水が滴下する滴下領域に向けて冷却ガスを噴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。
【請求項３】
前記冷却ガス噴出手段は、冷却ガスを前記気化器に供給する冷却ガス供給パイプを含み、前記冷却ガス供給パイプを通して前記気化器の前記滴下領域に向けて冷却ガスを噴出し、前記改質水供給手段により改質水が供給される改質水供給期間と、前記冷却ガス噴出手段により冷却ガスが供給される冷却ガス供給期間とは重なっていない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。
【請求項４】
前記冷却ガス噴出手段の前記冷却ガス供給パイプには、冷却ガスの流量を調整するガス流量調整弁が配設され、更に、前記水供給ポンプ及び前記ガス流量制御弁を制御するためのコントローラが設けられており、前記コントローラは、前記水供給ポンプからの改質水の供給流量が減少すると前記ガス流量制御弁の開度を大きくして前記冷却ガスの流量が多くなるように制御し、また前記水供給ポンプからの改質水の供給流量が増大すると前記ガス流量制御弁の開度を小さくして前記冷却ガスの流量が少なくなるように制御す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。
【請求項５】
前記冷却ガス噴出手段により供給される冷却ガスは、酸素を含まないガスであ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。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質水を気化させる気化器を備えた固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」とも称する。）に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）として、例えば、燃料ガス（例えば、都市ガスなど）を水蒸気改質して改質ガスを生成し、この改質ガスをセルスタックの燃料極（アノード）側に供給し、また酸化剤としての空気をセルスタックの酸素極（カソード）側に供給し、このセルスタックでの燃料電池反応により発電を行うものが実用に供されている。この固体酸化物形燃料電池は、改質水を気化する気化器と、水蒸気改質する改質器とを備え、改質水が気化器に供給され、気化器にて気化された水蒸気が改質器に送給される。また、燃料ガスは改質器（又は気化器）に供給され、この改質器にて水蒸気を利用して燃料ガスの水蒸気改質が行われる。
【０００３】
このようなＳＯＦＣにおいては、改質器で炭化水素系の燃料ガス（例えば、メタン）に対し水蒸気を高温状況下で水蒸気改質させると、次のような反応により、燃料ガスが水素と一酸化炭素に変換される。
【０００４】
CH
4
+ H
2
O → CO + 3H
2
・・・（１）
一方、燃料ガス（例えば、メタン）を水蒸気なしで加熱すると、次のような反応（ブードー反応）が進行して、炭素が析出する。
【０００５】
CH
4
→ C + 2H
2
・・・（２）
また、ニッケルのような金属を触媒として、一酸化炭素から次のような反応により炭素が析出する。
【０００６】
2CO → C + CO
2
・・・（３）
セルスタックの燃料極（アノード）上でこのような炭素析出が進行すると、セルスタックの発電性能の低下につながり、また改質器で炭素析出が進行すると、改質器の詰まりや改質触媒の汚れが生じる。
【０００７】
このようなことから、この改質器において水蒸気改質が所要の通り起るようにするためには、水蒸気が安定的に供給される必要があり、そのためには、改質水が気化器に供給されて水蒸気が安定して生成され、そして、生成された水蒸気が所要の通りに改質器に送給されて燃料ガスと反応することが重要となる。
【０００８】
そこで、気化器（蒸発器）にて安定して水蒸気を発生するようにしたＳＯＦＣが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このＳＯＦＣにおいては、燃料ガス及び気化器の下流側は温度が高くなるように、またその上流側は温度が過剰に高くならないようにし、気化器における温度勾配が下流側に向かって高くなるようになっている。このような気化器（蒸発器）では、改質水が気化器の上流側部に供給され、そして、供給された改質水は下流側にその高温部に向けて流れ、このように流すことにより、改質水が徐々に加熱されて水蒸気が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特許第６８４８１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このＳＯＦＣにおいては、次のような問題が生じるおそれがある。一般的に、水蒸気改質に用いられる水蒸気を生成するための改質水の量は微量であるのに対し、気化器（蒸発器）内は数百度程度の高温状態であり、それ故に、気化器に供給された改質水（液滴状に供給される）が気化器の接触面（蒸発面）に滴下したときに気化して過熱状態になって突沸が生じるおそれがある。
（【００１１】以降は省略されています）

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