発電装置用異物分離器、燃料電池スタック、排ガス熱交換装置、発電装置システム
【課題】排ガスから異物を確実に分離させることにより、信頼性を高めることができる発電装置用異物分離器を提供すること。
【解決手段】本発明の発電装置用異物分離器４０はケーシング４１を備える。ケーシング４１には、発電装置での発電反応後に発電装置から排出された排ガスが排ガス導入管５１を介して導入され、排ガスに含まれる異物が貯留され、異物分離後の排ガスが排ガス排出管５２を介して排出される。排ガス導入管５１の内端５３及び排ガス排出管５２の内端５４は、ケーシング４１内に突出する。そして、排ガス導入管５１の内端５３は、排ガス排出管５２の内端５４よりもケーシング４１の高さ方向において下方に配置される。
【解決手段】本発明の発電装置用異物分離器４０はケーシング４１を備える。ケーシング４１には、発電装置での発電反応後に発電装置から排出された排ガスが排ガス導入管５１を介して導入され、排ガスに含まれる異物が貯留され、異物分離後の排ガスが排ガス排出管５２を介して排出される。排ガス導入管５１の内端５３及び排ガス排出管５２の内端５４は、ケーシング４１内に突出する。そして、排ガス導入管５１の内端５３は、排ガス排出管５２の内端５４よりもケーシング４１の高さ方向において下方に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置から排出された排ガスから異物を分離する発電装置用異物分離器、発電装置用異物分離器を備えた燃料電池スタック、同じく発電装置用異物分離器を備えた排ガス熱交換装置及び発電装置システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発電装置の一種である燃料電池として、例えば固体電解質層（固体酸化物層）を備えた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；ＳＯＦＣ）が知られている。このＳＯＦＣは、燃料ガスに接する燃料電極層と酸化剤ガスに接する空気電極層とが固体電解質層の両側に配置された発電セルを備えている。また近年では、性能を高めるために、発電セルを複数積層してなる燃料電池スタックを備えたＳＯＦＣが種々提案されている。
【０００３】
ＳＯＦＣは、高温型の燃料電池であり、燃料ガス及び酸化剤ガスを稼動温度（例えば５００℃〜１０００℃）まで加熱したときにはじめて、燃料ガスと酸化剤ガスとの発電反応によって電力を発生する。そのため、発電後には高温（例えば３００℃〜４００℃）の排ガスが排出されることになる。そこで、排ガスを熱交換器に導入することにより、排ガスから熱を回収する技術が提案されている（例えば特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９２４１５号公報（図１等）
【特許文献２】特開２００５−２６８０８５号公報（図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池及び熱交換器が備える配管内や燃料電池と熱交換器とをつなぐ配管内を高温の排ガスが通過すると、配管の内壁面に、酸化物の被膜（いわゆるスケール）が形成される場合がある。ところが、形成された被膜が剥れると、剥れた被膜が異物となって排ガスとともに流れてしまい、排ガス中の異物が管路を塞いでしまうおそれがある。この問題を解決するためには、異物を除去する必要があるが、現状では、有効な対策が何ら提案されていないという問題がある。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、排ガスから異物を確実に分離させることにより、信頼性を高めることができる発電装置用異物分離器を提供することにある。また、第２の目的は、上記の発電装置用異物分離器を備えた好適な燃料電池スタック、排ガス熱交換装置及び発電装置システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための手段（手段１）としては、発電装置での発電反応後に前記発電装置から排出された排ガスが排ガス導入管を介して導入され、前記排ガスに含まれる異物が貯留され、異物分離後の排ガスが排ガス排出管を介して排出されるケーシングを備える異物分離器であって、前記排ガス導入管の内端及び前記排ガス排出管の内端は、前記ケーシング内に突出し、前記排ガス導入管の内端が、前記排ガス排出管の内端よりも前記ケーシングの高さ方向において下方に配置されることを特徴とする発電装置用異物分離器がある。
【０００８】
手段１に記載の発明によると、排ガス導入管がケーシング内で開口しており、排ガス導入管の断面積よりもケーシングの断面積の方が大きくなっている。よって、排ガス導入管を流れてきた排ガスの流速は、ケーシング内に到達した時点で急激に低下する。これに伴い、排ガスに含まれている異物の速度も低下するため、異物は、重力によってケーシングの底部に落下する。しかも、排ガス導入管の内端及び排ガス排出管の内端は、ケーシングの内面で開口せずにケーシング内に突出しているため、ケーシング内での排ガスの流れをより多方向（例えば、排ガス導入管及び排ガス排出管の突出方向、突出方向とは直交する方向、突出方向とは逆方向など）に広げることができる。よって、排ガスから分離された異物が落下せずに排ガスとともに流れたとしても、異物が排ガス排出管内に到達しにくくなる。さらに、排ガス導入管の内端が排ガス排出管の内端よりもケーシングの高さ方向において下方に配置されるため、排ガスから分離された異物が落下せずに舞い上がったとしても、異物が排ガス排出管内に到達しにくくなる。その結果、排ガスから異物が確実に分離され、異物による管路の閉塞が防止されるため、発電装置用異物分離器の信頼性が高くなる。
【０００９】
ここで、発電装置としては、例えば、ＺｒＯ２系セラミックなどを電解質とする固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、高分子電解質膜を電解質とする固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、Ｌｉ−Ｎａ／Ｋ系炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸を電解質とするリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）などの燃料電池が挙げられる。なお、燃料電池の稼動温度（即ち、イオンが電解質中を移動可能となる温度）は、燃料電池の種類ごとに異なっている。具体的に言うと、ＳＯＦＣの稼動温度は７００℃〜１０００℃程度、ＰＥＦＣの稼動温度は常温〜９０℃程度、ＭＣＦＣの稼動温度は６５０℃〜７００℃程度、ＰＡＦＣの稼動温度は１５０℃〜２００℃程度である。
【００１０】
また、ケーシングは、板状部材に貫通孔を配置することにより構成され、ケーシングの内部領域を上側領域及び下側領域に区画する仕切板を内部に備え、排ガス導入管の内端が下側領域に配置されるとともに、排ガス排出管の内端が上側領域に配置されることが好ましい。このようにすれば、排ガス導入管の内端から下側領域に導かれた排ガスから異物が分離され、分離された異物が舞い上がったとしても、異物の舞い上がりが仕切板によって遮られるため、上側領域に配置された排ガス排出管の内端に異物がよりいっそう到達しにくくなる。
【００１１】
なお、仕切板（板状部材）において貫通孔が占める割合は、例えば１５％以上６０％以下であることが好ましい。仮に、貫通孔が占める割合が１５％未満になると、異物分離後の排ガスが貫通孔を通過しにくくなるため、貫通孔を通過した排ガスを異物分離器の外部に排出しにくくなる。一方、貫通孔が占める割合が６０％よりも大きくなると、舞い上がった異物が貫通孔を通過しやすくなるため、排ガス排出管の内端に異物が到達しやすくなる。
【００１２】
また、仕切板は、貫通孔が配置される貫通孔形成領域と、貫通孔が存在しない非形成領域とを有し、非形成領域が、排ガス導入管の内端が存在する位置の上方に位置していることが好ましい。このようにすれば、排ガス導入管の内端からケーシング内に放出された排ガス中の異物がそのまま舞い上がったとしても、異物の上側領域への移動は、貫通孔が存在しない非形成領域に接触することによって確実に遮られる。このため、上側領域に配置された排ガス排出管の内端に異物がよりいっそう到達しにくくなる。
【００１３】
なお、仕切板は、ケーシングの半分以上となる高さに位置していることが好ましい。さらに、ケーシングの高さ方向の長さは、ケーシングの横方向の長さよりも長いことが好ましい。このようにすれば、ケーシングの底部に異物が堆積した場合であっても、排ガス導入管の内端の上方に位置する排ガス排出管の内端に異物が到達しにくくなる。その結果、異物による管路の閉塞がより確実に防止されるため、発電装置用異物分離器の信頼性がよりいっそう高くなる。なお、排ガス導入管及び排ガス排出管の少なくとも一方は、ケーシングの高さ方向に延びて仕切板を貫通していてもよい。
【００１４】
また、排ガス排出管は、排ガス導入管を流れてきた排ガスの進行方向を変更させる方向に延びていてもよい。このようにした場合、排ガス導入管を介してケーシング内に導入された排ガスは、排ガス排出管の内端に到達しにくくなる。即ち、異物分離前の排ガスが排ガス排出管に侵入することを防止できる。さらに、排ガス導入管がケーシングの横方向に沿って延びるとともに、排ガス排出管がケーシングの高さ方向に沿って延びており、排ガス導入管が、ケーシングの側壁に向けて開口していてもよい。このようにすれば、排ガス導入管を流れてきた排ガスの流速が、ケーシング内に到達した時点で低下するだけでなく、ケーシングの側壁に衝突することによってもさらに低下する。その結果、排ガスに含まれている異物の速度がより確実に低下し、異物が重力によってケーシングの底部に確実に落下するため、排ガスから異物を確実に分離することができる。また、排ガス導入管を流れる排ガスの進行方向と直交する方向にケーシングを切断した切断面の面積が、排ガス導入管の断面積の１５倍以上に設定されていることが好ましい。仮に、上記の切断面の面積が排ガス導入管の断面積の１５倍未満であると、排ガス導入管を流れてきた排ガスがケーシング内に到達したとしても、排ガスの流速をあまり低下させることができなくなる。
【００１５】
上記手段１において、ケーシングは、板状部材に貫通孔を配置することにより構成され、ケーシングの内部領域を上側領域及び下側領域に区画する仕切板を内部に備え、排ガス導入管の内端が下側領域に配置されるとともに、排ガス排出管の内端が上側領域に配置され、排ガス排出管は、ケーシングの高さ方向に沿って延びて仕切板を貫通しており、排ガス排出管においてケーシング内に突出する部分の長さは、ケーシングの高さの半分以上に設定されていてもよい。
【００１６】
上記手段１において、排ガス導入管がケーシングの横方向に沿って延びるとともに、排ガス排出管がケーシングの高さ方向に沿って延びており、排ガス導入管及び排ガス排出管が、ケーシングの縦方向からみて互いに交差していてもよい。
【００１７】
上記手段１において、排ガス導入管がケーシングの横方向に沿って延びるとともに、排ガス排出管がケーシングの高さ方向に沿って延びており、排ガス導入管及び排ガス排出管が、ケーシングの縦方向に互いに離間した状態に配置されることが好ましい。このようにすれば、排ガス導入管や排ガス排出管に異物が付着しにくくなる。なお、排ガス導入管及び排ガス排出管が接触している場合には、接触部分に異物が詰まってしまい、メンテナンスが大変になるおそれがある。
【００１８】
上記課題を解決するための別の手段（手段２）としては、上記手段１に記載の発電装置用異物分離器と、前記発電装置用異物分離器の前記排ガス導入管の外端に接続される前記発電装置を構成し、電解質層と、前記電解質層の両側に配置される燃料電極層及び空気電極層とを有し、発電反応により電力を発生する発電セルとを備え、前記発電反応後の排ガスが前記排ガス導入管を介して前記発電装置用異物分離器に供給され、前記発電装置用異物分離器によって前記排ガス中に含まれる前記異物が分離されることを特徴とする燃料電池スタックがある。
【００１９】
手段２に記載の発明によると、発電装置用異物分離器では、排ガス導入管がケーシング内で開口しており、排ガス導入管の断面積よりもケーシングの断面積の方が大きくなっている。よって、発電セルでの発電反応後に発電装置用異物分離器に供給される排ガスの流速は、排ガス導入管を流れてケーシング内に到達した時点で急激に低下する。これに伴い、排ガスに含まれている異物の速度も低下するため、異物は、重力によってケーシングの底部に落下する。しかも、排ガス導入管の内端及び排ガス排出管の内端は、ケーシングの内面で開口せずにケーシング内に突出しているため、ケーシング内での排ガスの流れをより多方向（例えば、排ガス導入管及び排ガス排出管の突出方向、突出方向とは直交する方向、突出方向とは逆方向など）に広げることができる。よって、排ガスから分離された異物が落下せずに排ガスとともに流れたとしても、異物が排ガス排出管内に到達しにくくなる。さらに、排ガス導入管の内端が排ガス排出管の内端よりもケーシングの高さ方向において下方に配置されるため、排ガスから分離された異物が落下せずに舞い上がったとしても、異物が排ガス排出管内に到達しにくくなる。その結果、排ガスから異物が確実に分離され、異物による管路の閉塞が防止されるため、信頼性が高い発電装置用異物分離器を備えた好適な燃料電池スタックを提供することができる。
【００２０】
燃料電池スタックは、発電装置用異物分離器と発電セルとを備えている。燃料電池がＳＯＦＣである場合、発電セルを構成する電解質層（固体酸化物層）の形成材料としては、例えばＺｒＯ２系セラミック、ＬａＧａＯ３系セラミック、ＢａＣｅＯ３系セラミック、ＳｒＣｅＯ３系セラミック、ＳｒＺｒＯ３系セラミック、ＣａＺｒＯ３系セラミックなどがある。
【００２１】
また、発電セルを構成する燃料電極層は、発電セルにおける負電極として機能する。ここで、燃料電極層の形成材料としては、例えば、希土類元素（Ｓｃ、Ｙなど）により安定化されたＺｒＯ２系セラミック、及び、希土類元素（Ｓｍ、Ｇｄなど）をドープしたＣｅＯ２系セラミック等のうち、少なくとも１つのセラミック材料と、金属（Ｎｉ、Ｆｅなど）との混合物が挙げられる。また、燃料電極層の形成材料としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｆｅ等の金属材料やそれらの合金が挙げられる。なお、金属材料（または合金）とセラミック材料との混合物（サーメットなど）を選択してもよい。さらに、金属材料（ＮｉやＦｅなど）の酸化物とセラミック材料との混合物を選択してもよい。
【００２２】
発電セルを構成する空気電極層は、発電セルにおける正電極として機能する。ここで、空気電極層の形成材料としては、例えば、金属材料、金属の酸化物、金属の複合酸化物などを挙げることができる。金属材料の好適例としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ等やそれらの合金などがある。金属の酸化物の好適例としては、例えば、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅの酸化物（Ｌａ２Ｏ３、ＳｒＯ、Ｃｅ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＦｅＯ）などがある。金属の複合酸化物の好適例としては、例えば、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎを含有する複合酸化物（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＦｅＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３系複合酸化物、Ｐｒ１−ｘＢａｘＣｏＯ３系複合酸化物、Ｓｍ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複合酸化物）などがある。
【００２３】
上記課題を解決するための別の手段（手段３）としては、上記手段１に記載の発電装置用異物分離器を備え、前記発電装置用異物分離器の前記排ガス排出管の外端に接続され、前記発電装置用異物分離器から前記排ガス排出管を介して供給された前記排ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行うことを特徴とする排ガス熱交換装置がある。
【００２４】
手段３に記載の発明によると、発電装置用異物分離器では、排ガス導入管がケーシング内で開口しており、排ガス導入管の断面積よりもケーシングの断面積の方が大きくなっている。よって、排ガスの流速は、排ガス導入管を流れてケーシング内に到達した時点で急激に低下する。これに伴い、排ガスに含まれている異物の速度も低下するため、異物は、重力によってケーシングの底部に落下する。しかも、排ガス導入管の内端及び排ガス排出管の内端は、ケーシングの内面で開口せずにケーシング内に突出しているため、ケーシング内での排ガスの流れをより多方向（例えば、排ガス導入管及び排ガス排出管の突出方向、突出方向とは直交する方向、突出方向とは逆方向など）に広げることができる。よって、排ガスから分離された異物が落下せずに排ガスとともに流れたとしても、異物が排ガス排出管内に到達しにくくなる。さらに、排ガス導入管の内端が排ガス排出管の内端よりもケーシングの高さ方向において下方に配置されるため、排ガスから分離された異物が落下せずに舞い上がったとしても、異物が排ガス排出管を介して排ガス熱交換装置に到達しにくくなる。その結果、排ガスから異物が確実に分離され、発電装置用異物分離器と排ガス熱交換装置とをつなぐ管路が異物によって塞がれにくくなるため、信頼性が高い発電装置用異物分離器を備えた好適な排ガス熱交換装置を提供することができる。
【００２５】
上記課題を解決するための別の手段（手段４）としては、上記手段１に記載の発電装置用異物分離器と、前記発電装置用異物分離器の前記排ガス導入管の外端に接続される前記発電装置を構成し、電解質層と、前記電解質層の両側に配置される燃料電極層及び空気電極層とを有する発電セルを備え、前記発電セルでの発電反応により電力を発生する燃料電池スタックと、前記発電装置用異物分離器の前記排ガス排出管の外端に接続され、前記発電装置用異物分離器から前記排ガス排出管を介して供給された前記排ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排ガス熱交換装置とを備え、前記発電反応後の排ガスが前記排ガス導入管を介して前記発電装置用異物分離器に供給され、前記発電装置用異物分離器によって前記排ガス中に含まれる前記異物が分離されることを特徴とする発電装置システムがある。
【００２６】
手段４に記載の発明によると、発電装置用異物分離器では、排ガス導入管がケーシング内で開口しており、排ガス導入管の断面積よりもケーシングの断面積の方が大きくなっている。よって、発電セルでの発電反応後に発電装置用異物分離器に供給される排ガスの流速は、排ガス導入管を流れてケーシング内に到達した時点で急激に低下する。これに伴い、排ガスに含まれている異物の速度も低下するため、異物は、重力によってケーシングの底部に落下する。しかも、排ガス導入管の内端及び排ガス排出管の内端は、ケーシングの内面で開口せずにケーシング内に突出しているため、ケーシング内での排ガスの流れをより多方向（例えば、排ガス導入管及び排ガス排出管の突出方向、突出方向とは直交する方向、突出方向とは逆方向など）に広げることができる。よって、排ガスから分離された異物が落下せずに排ガスとともに流れたとしても、異物が排ガス排出管内に到達しにくくなる。さらに、排ガス導入管の内端が排ガス排出管の内端よりもケーシングの高さ方向において下方に配置されるため、排ガスから分離された異物が落下せずに舞い上がったとしても、異物が排ガス排出管を介して排ガス熱交換装置に到達しにくくなる。その結果、排ガスから異物が確実に分離され、発電装置用異物分離器と排ガス熱交換装置とをつなぐ管路が異物によって塞がれにくくなるため、信頼性が高い発電装置用異物分離器を備えた好適な発電装置システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態における発電装置システムの構成を示すブロック図。
【図２】発電装置用異物分離器及び排ガス熱交換装置を示す概略断面図。
【図３】仕切板を示す概略平面図。
【図４】他の実施形態における発電装置用異物分離器を示す概略断面図。
【図５】他の実施形態における発電装置用異物分離器を示す概略断面図。
【図６】他の実施形態における発電装置用異物分離器を示す概略断面図。
【図７】他の実施形態における発電装置用異物分離器を示す概略断面図。
【図８】他の実施形態における発電装置用異物分離器を示す概略断面図。
【図９】他の実施形態における発電装置用異物分離器を示す概略断面図。
【図１０】他の実施形態における仕切板を示す概略平面図。
【図１１】他の実施形態における仕切板を示す概略平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を発電装置システム１に具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２９】
図１に示されるように、発電装置システム１は、燃料電池１０（発電装置）、発電装置用異物分離器（以下「異物分離器」という）４０及び排ガス熱交換装置７０を備えている。燃料電池１０を構成する燃料電池スタック１１には、燃料電池スタック１１に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路１０１が接続されている。燃料ガス供給流路１０１は、燃料電池スタック１１の燃料供給経路（図示略）に連通している。また、燃料ガス供給流路１０１上には、電磁弁１０２、脱硫器１０３及び燃料ポンプ１０４が設置されている。電磁弁１０２は、燃料ガス供給流路１０１を開状態または閉状態に切り替えるようになっている。電磁弁１０２は、開状態に切り替えられた際に、燃料ガスとなる原料ガスを下流側に供給可能とするようになっている。なお、本実施形態の電磁弁１０２は、図示しないソレノイドにより作動する電磁弁である。脱硫器１０３は、上流側から供給されてきた原料ガスを脱硫し、脱硫した原料ガスを下流側に供給するようになっている。燃料ポンプ１０４は、脱硫器１０３の下流側に配置されており、脱硫器１０３によって脱硫された原料ガスを燃料電池スタック１１側に供給するようになっている。
【００３０】
また図１に示されるように、燃料電池スタック１１には、燃料電池スタック１１に空気を供給する空気供給流路１１１が接続されている。空気供給流路１１１は、燃料電池スタック１１の空気供給経路（図示略）に連通している。また、空気供給流路１１１上には、空気ポンプ１１２が設置されている。空気ポンプ１１２は、外部から取り入れた空気を燃料電池スタック１１側の予熱器２０に供給するようになっている。
【００３１】
一方、原料ガスは、改質器（図示略）によって燃料ガス（水素ガス）に改質された後、燃料電池スタック１１に供給される。それとともに、予熱器２０は、空気ポンプ１１２から供給された空気を燃料電池スタック１１からの熱によって加熱し、加熱した空気を燃料電池スタック１１に供給するようになっている。なお、発電後の使用済みガスなどの排ガスは、排出流路１１３を介して燃料電池スタック１１から異物分離器４０に排出される。また、排ガスは高温（本実施形態では３００〜４００℃）であるため、排ガスが流れる異物分離器４０及び排ガス熱交換装置７０は、断熱容器１１４（図１参照）内に収容されて保護されている。
【００３２】
図１に示されるように、燃料電池１０を構成する起動用バーナー３０には、起動用バーナー３０に空気及び着火用ガスを供給するガス供給流路１２１が接続されている。ガス供給流路１２１は、上流側において、空気供給管１２２及びガス供給管１２３に分岐している。空気供給管１２２上には、空気ブロワ１２４が設置されている。空気ブロワ１２４は、外部から取り入れた空気を起動用バーナー３０に供給するようになっている。一方、ガス供給管１２３上には、電磁弁１２５が設置されている。電磁弁１２５は、ガス供給管１２３を開状態または閉状態に切り替えるようになっている。電磁弁１２５は、開状態に切り替えられた際に、下流側に着火用ガスを供給可能とするようになっている。なお、本実施形態の電磁弁１２５は、図示しないソレノイドにより作動する電磁弁である。
【００３３】
そして、空気供給管１２２とガス供給管１２３との接続部分には、比例弁１２６が設置されている。比例弁１２６は、空気供給管１２２から起動用バーナー３０に供給される空気の量と、ガス供給管１２３から起動用バーナー３０に供給される着火用ガスの量との割合（空燃比）を調整するようになっている。なお、起動用バーナー３０に送り込まれた空気及び着火用ガスは、図示しない着火源によって着火され、断熱容器１２７（図１参照）内を加熱するようになっている。
【００３４】
また図１に示されるように、燃料電池１０は、システム全体を制御する制御装置１３１を備えている。制御装置１３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力回路等により構成されている。ＣＰＵは、電磁弁１０２，１２５、燃料ポンプ１０４、空気ポンプ１１２、空気ブロワ１２４及び比例弁１２６に電気的に接続されており、各種の駆動信号によってそれらを制御する。
【００３５】
なお、本実施形態の燃料電池１０は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。燃料電池１０は、発電反応により電力を発生する燃料電池スタック１１と、燃料電池スタック１１の補助器である予熱器２０と、燃料電池スタック１１を加熱する起動用バーナー３０とを備えている。なお、予熱器２０は、燃料電池スタック１１へ供給するガスを排ガス（例えば、発電後の残余燃料ガスをさらに燃焼させたガス）の熱で加熱する機能、及び、燃料電池スタック１１から放出された熱を吸収する機能のうち少なくとも一方の機能を有している。また、燃料電池スタック１１、予熱器２０及び起動用バーナー３０は、断熱容器１２７内に収容されている。
【００３６】
図１に示されるように、予熱器２０は、燃料電池スタック１１の側面に近接して配置されている。予熱器２０は、耐熱性に優れた材料（例えばステンレス）によって形成され、縦１０ｍｍ×横１８０ｍｍ×高さ２２５ｍｍの略直方体状をなしている。また、予熱器２０は、燃料電池スタック１１での発電反応時に燃料電池スタック１１から発生する熱によって、燃料電池スタック１１への供給前に燃料ガス（本実施形態では炭化水素ガス）及び空気（酸化剤ガス）の温度を上昇させる機能（予熱を行う機能）を有している。そして、予熱器２０は、加熱された燃料ガス及び空気を燃料電池スタック１１に供給するようになっている。なお、本実施形態の予熱器２０は、上下を金属板で挟まれた空間内に多数の金属製フィンからなる熱交換層（図示略）が配置されるとともに、熱交換層の外周が金属板で包囲された装置である。
【００３７】
図１に示されるように、起動用バーナー３０は、略平板状をなし、燃料電池スタック１１及び予熱器２０を下方から支持するようになっている。起動用バーナー３０は、燃料電池スタック１１を稼動温度（例えば７００℃）まで加熱するようになっている。
【００３８】
また、燃料電池スタック１１は、縦１８０ｍｍ×横１８０ｍｍ×高さ８０ｍｍの略直方体状をなしている。燃料電池スタック１１は、発電の最小単位である略矩形板状の発電セル（図示略）を複数積層してなるものである。発電セルは、セパレータ、空気電極層、電解質層及び燃料電極層などを積層することによって構成されている。
【００３９】
セパレータは、ステンレスなどの導電性材料によって矩形状に形成されており、中央部に矩形状の開口部を有している。また、電解質層は、例えばＺｒＯ２などのセラミック材料（酸化物）によって矩形板状に形成されている。電解質層は、セパレータの下面に固定されるとともに、セパレータの開口部を塞ぐように配置されている。電解質層は、酸素イオン伝導性固体電解質体として機能するようになっている。また、電解質層の上面には、燃料電池スタック１１に供給された空気に接する空気電極層が貼付され、電解質層の下面には、同じく燃料電池スタック１１に供給された燃料ガスに接する燃料電極層が貼付されている。即ち、空気電極層及び燃料電極層は、電解質層の両側に配置されている。また、空気電極層は、セパレータの開口部内に配置され、セパレータと接触しないようになっている。なお、空気電極層は、金属の複合酸化物によって矩形板状に形成され、燃料電極層は、金属材料とセラミック材料との混合物（本実施形態ではサーメット）によって同じく矩形板状に形成されている。
【００４０】
なお、本実施形態の発電セルでは、セパレータの下方に燃料室が形成されるとともに、セパレータの上方に空気室が形成されるようになっている。また、燃料電池スタック１１は、各発電セルの燃料室に燃料ガスを供給する燃料供給経路（図示略）と、燃料室から燃料ガスを排出する燃料排出経路（図示略）とを備えている。よって、燃料ガスは、燃料供給経路を通過して燃料室に供給され、燃料排出経路を通過して燃料室から排出される。さらに、燃料電池スタック１１は、各発電セルの空気室に空気を供給する空気供給経路（図示略）と、空気室から空気を排出する空気排出経路（図示略）とを備えている。よって、空気は、空気供給経路を通過して空気室に供給され、空気排出経路を通過して空気室から排出される。
【００４１】
例えば、断熱容器１２７内を稼動温度に加熱した状態で、燃料供給経路から燃料室に燃料ガスを導入するとともに、空気供給経路から空気室に空気を導入する。その結果、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とが電解質層を介して反応（発電反応）し、空気電極層を正極、燃料電極層を負極とする直流の電力が発生する。
【００４２】
図１，図２に示されるように、異物分離器４０は、燃料電池１０での発電反応後に排出流路１１３を介して燃料電池スタック１１から排出された排ガスから、異物を分離する機能を有している。なお、異物は、排出流路１１３を構成する配管の内壁面などに形成された酸化物の被膜（いわゆるスケール）である。異物分離器４０を構成するケーシング４１は、耐熱性に優れたステンレスなどの金属材料によって略直方体状に形成され、天井部４２、底部４３、及び、４つの側壁４４を有している。なお、ケーシング４１の高さ方向の長さ（即ち、側壁４４の縦の長さ）は、ケーシング４１の横方向の長さ（即ち、側壁４４の横の長さ）よりも長くなっている。
【００４３】
図２に示されるように、ケーシング４１の底部４３には、同底部４３に堆積した異物を抜き取るための異物除去用キャップ４５が開閉可能に設けられている。詳述すると、異物除去用キャップ４５は、耐熱性に優れた金属板（アルミニウム板など）の折曲加工によって形成され、内周部に雌ネジ部を有している。また、底部４３には、外周部に雄ネジ部を有する口金部（図示略）が設けられている。そして、異物除去用キャップ４５の雌ネジ部を口金部の雄ネジ部に螺合させることにより、口金部が閉鎖されるようになっている。なお、異物除去用キャップ４５は、燃料電池１０の運転時に口金部を閉鎖することにより、ケーシング４１外への異物の流出を防止するようになっている。また、異物除去用キャップ４５は、燃料電池１０の運転停止時に口金部を開放することにより、底部４３に堆積した異物の排出が可能となる。なお、異物除去用キャップ４５の代わりに、ネジ部を有しない蓋部や栓などを用いるようにしてもよい。
【００４４】
図２，図３に示されるように、ケーシング４１は、同ケーシング４１の内部領域を上側領域Ａ１及び下側領域Ａ２に区画する仕切板６１を内部に備えている。具体的に言うと、仕切板６１は、ケーシング４１の３分の２となる高さに位置している。また、仕切板６１は、耐熱性に優れたステンレスなどの金属材料によって平面視矩形状に形成され、スリット状の貫通孔６３が配置される貫通孔形成領域Ｂ１と、貫通孔６３が存在しない非形成領域Ｂ２とを有している。貫通孔形成領域Ｂ１は、板状部材６２に複数の貫通孔６３を互いに等間隔に配置することによって構成された領域である。なお、貫通孔形成領域Ｂ１において貫通孔６３が占める割合は、本実施形態では１８％に設定されている。また、非形成領域Ｂ２の下方には、異物除去用キャップ４５が位置するようになっている。
【００４５】
図２に示されるように、ケーシング４１には、ケーシング４１の内部領域と外部領域との間を連通する排ガス導入管５１及び排ガス排出管５２が設けられている。なお、ケーシング４１では、燃料電池１０での発電反応後に燃料電池１０から排出された排ガスが排ガス導入管５１を介して導入され、排ガスに含まれる異物が貯留され、異物分離後の排ガスが排ガス排出管５２を介して排出されるようになっている。
【００４６】
詳述すると、排ガス導入管５１の外端は、燃料電池１０側の排出流路１１３に連通している。また、排ガス導入管５１は、４つの側壁４４のうちの１つを貫通し、ケーシング４１の横方向に沿って延びている。そして、排ガス導入管５１は、排ガス導入管５１が貫通する側壁４４と対向する箇所に配置された側壁４４に向けて開口している。さらに、排ガス導入管５１の内端５３は、ケーシング４１内に突出しており、ケーシング４１の下側領域Ａ２に配置されている。よって、排ガス導入管５１を流れてきた排ガスは、内端５３からケーシング４１内に放出された後、ケーシング４１外への連通部分（異物除去用キャップ４５など）が存在しない側壁４４の内面に対してほぼ垂直に衝突するようになる。また、排ガス導入管５１の内端５３が存在する位置の上方には、仕切板６１の非形成領域Ｂ２が位置するようになっている。なお、本実施形態では、排ガス導入管５１においてケーシング４１内に突出する部分の長さが、図２に示すケーシング４１の横方向の長さの７０％に設定されている。また、排ガス導入管５１を流れる排ガスの進行方向と直交する方向（即ち、図２に示すケーシング４１の縦方向）にケーシング４１を切断した切断面の面積が、排ガス導入管５１を流れる排ガスの進行方向と直交する方向にケーシング４１を切断した切断面の面積の１５倍に設定されている。
【００４７】
図２に示されるように、排ガス排出管５２は、ケーシング４１の底部４３と仕切板６１の貫通孔形成領域Ｂ１（図３参照）とを貫通し、ケーシング４１の高さ方向に沿って延びている。即ち、排ガス排出管５２は、排ガス導入管５１とは直交する方向、換言すると、排ガス導入管５１を流れてきた排ガスの進行方向を変更させる方向に延びている。また、図２，図３に示されるように、排ガス導入管５１及び排ガス排出管５２は、ケーシング４１の縦方向（図３では左右方向）から見て互いに直交するように配置されている。さらに、排ガス導入管５１及び排ガス排出管５２は、ケーシング４１の縦方向に互いに離間した状態に配置されている（図３参照）。なお、排ガス導入管５１の内端（開口端）５３及び排ガス排出管５２の内端（開口端）５４は離れていることが好ましく、本実施形態では、ケーシング４１の縦方向における内端５３と内端５４との距離が、ケーシング４１の縦方向の長さ（高さ）の３分の１に設定されている（図２参照）。また、排ガス排出管５２の内端５４は、ケーシング４１内に突出しており、ケーシング４１の上側領域Ａ１に配置されている。つまり、上述した排ガス導入管５１の内端５３は、排ガス排出管５２の内端５４よりもケーシング４１の高さ方向において下方に配置されるようになる。なお、本実施形態では、排ガス排出管５２においてケーシング４１内に突出する部分の長さが、ケーシング４１の縦方向の長さ（高さ）の７０％に設定されている（図２参照）。つまり、排ガス排出管５２の内端５４は、ケーシング４１の底部４３よりも上方に位置している。このため、ケーシング４１は、異物が落下した場合に、排ガス排出管５２に侵入せずに底部４３に堆積する構造となっている。また、本実施形態では、排ガス排出管５２を流れる排ガスの進行方向と直交する方向にケーシング４１を切断した切断面の面積が、排ガス排出管５２の断面積の１５倍に設定されている。さらに、本実施形態の排ガス排出管５２は、排ガス導入管５１と材料及び外径が同じ管であるため、排ガス排出管５２の断面積が排ガス導入管５１の断面積と等しくなっている。
【００４８】
図１，図２に示されるように、排ガス熱交換装置７０は、異物分離器４０から排ガス排出管５２を介して供給された排ガスと熱交換媒体である冷媒（本実施形態では水）との間で熱交換を行う機能を有している。排ガス熱交換装置７０を構成するケーシング７１は、耐熱性に優れたステンレスなどの金属材料によって形成され、天井部７２、底部７３及び側壁７４を有している。
【００４９】
図２に示されるように、ケーシング７１には、天井部７２及び底部７３を貫通し、高さ方向に沿って延びる排ガス導入管７５及び冷媒流路７６が設けられている。排ガス導入管７５は、排ガスが流れる流路であり、上流側端部が排ガス排出管５２の外端に連通している。一方、冷媒流路７６は、冷媒が流れる流路であって、冷媒流路７６内を流れる冷媒には排ガス導入管７５内を流れる排ガスの熱が伝達（吸熱）されるようになっている。なお、冷媒流路７６を流れる冷媒の進行方向は、排ガス導入管７５を流れる排ガスの進行方向とは逆方向になっている。また、冷媒流路７６は環状の流路であり、冷媒流路７６上には冷媒供給ポンプ（図示略）が設置されている。冷媒供給ポンプは、ケーシング７１の上流側に配置されており、冷媒流路７６内を流れる冷媒をケーシング７１内に供給するようになっている。なお、排ガス導入管７５を流れる排ガスは、ケーシング７１内において３０〜４０℃に冷却された後、排ガス導入管７５の下流側端部から大気に放出される。
【００５０】
次に、異物分離器４０を用いた異物分離方法を説明する。
【００５１】
燃料電池１０での発電反応後に燃料電池１０から排ガスが排出されると、排ガスは、排ガス導入管５１を介してケーシング４１内の下側領域Ａ２に放出される。このとき、排ガス導入管５１を流れてきた排ガスの流速が低下するのに伴い、排ガスに含まれている異物の速度も低下するため、排ガス中の異物は、重力によってケーシング４１の底部４３に落下するようになる。その結果、排ガスから異物が分離される。その後、異物分離後の排ガスは、仕切板６１の貫通孔６３を通過してケーシング４１内の上側領域Ａ１に導かれ、排ガス排出管５２を介して排ガス熱交換装置７０に導かれる。
【００５２】
次に、異物分離器の評価方法及びその結果を説明する。
【００５３】
まず、測定用サンプルを次のように準備した。本実施形態と同じ異物分離器を準備し、これを実施例とした。具体的には、排ガス導入管５１を流れる排ガスの進行方向と直交する方向（即ち、図２に示すケーシング４１の縦方向）にケーシング４１を切断した切断面の面積を、排ガス導入管５１の断面積の１５倍に設定した異物分離器４０、換言すると、排ガス導入管５１に対する異物分離器４０の（縦方向の）断面積比率を「１５」に設定した異物分離器４０を準備し、これを実施例とした。また、排ガス導入管に対する異物分離器の断面積比率を「１５」未満の値（ここでは「５」、「１０」）に設定した異物分離器を準備し、それぞれ比較例１，２とした。さらに、排ガス導入管に対する異物分離器の断面積比率を「１５」よりも大きい値（ここでは「２０」、「２５」、「３０」）に設定した異物分離器を準備し、それぞれ比較例３，４，５とした。
【００５４】
次に、室温にした状態で、各測定用サンプル（実施例、比較例１〜５）の異物分離器のケーシングに対して、１分間に１００Ｌの割合で排ガスの模擬ガス（窒素を使用）と模擬異物（金属酸化物を使用）とを供給した。また、各測定用サンプルに対して、排ガス導入管を流れる排ガス（窒素）に含まれている異物（金属酸化物）の重量（Ｖ１）を測定するとともに、ケーシングの底部に堆積した異物の重量（Ｖ２）を測定し、測定した異物の重量に基づいて異物回収率（＝（Ｖ１／Ｖ２）×１００）を算出した。その結果を表１に示す。
【表１】
【００５５】
その結果、比較例１では異物回収率が３９％となり、比較例２では異物回収率が７８％となったため、異物を確実に回収することができなかった。一方、実施例では、異物回収率が９８％となったため、異物をほぼ完全に回収することができた。また、比較例３，４での異物回収率は９８％であり、比較例５での異物回収率は９６％であったため、これらの場合においても、異物をほぼ完全に回収することが可能であった。
【００５６】
以上のことから、排ガス導入管に対する異物分離器の断面積比率を１５以上に設定、即ち、排ガス導入管を流れる排ガスの進行方向と直交する方向にケーシングを切断した切断面の面積を、排ガス導入管の断面積の１５倍以上に設定すれば、異物回収率がほぼ１００％になることが確認された。
【００５７】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００５８】
（１）本実施形態の発電装置用異物分離器４０では、排ガス導入管５１がケーシング４１内で開口しており、排ガス導入管５１の断面積よりもケーシング４１の断面積の方が大きくなっている。よって、排ガス導入管５１を流れてきた排ガスの流速は、ケーシング４１内に到達した時点で急激に低下する。これに伴い、排ガスに含まれている異物の速度も低下するため、異物は、重力によってケーシング４１の底部４３に落下する。しかも、排ガス導入管５１の内端５３及び排ガス排出管５２の内端５４は、ケーシング４１の内面で開口せずにケーシング４１内に突出しているため、ケーシング４１内での排ガスの流れをより多方向（例えば、排ガス導入管５１及び排ガス排出管５２の突出方向、突出方向とは直交する方向、突出方向とは逆方向など）に広げることができる。よって、排ガスから分離された異物が落下せずに排ガスとともに流れたとしても、異物が排ガス排出管５２内に到達しにくくなる。さらに、排ガス導入管５１の内端５３が排ガス排出管５２の内端５４よりもケーシング４１の高さ方向において下方に配置されるため、排ガスから分離された異物が落下せずに舞い上がったとしても、異物が内端５４から排ガス排出管５２内に侵入しにくくなる。その結果、排ガスから異物が確実に分離され、異物分離器４０と排ガス熱交換装置７０とをつなぐ管路が異物によって塞がれにくくなるため、信頼性が高い異物分離器４０を備えた好適な発電装置システム１を得ることができる。
【００５９】
（２）ところで、フィルタなどを用いてケーシング４１の内部領域を区画することが考えられる。しかしながら、フィルタを用いると、異物が詰まりやすいため、フィルタを頻繁に交換しなければならず、メンテナンスが煩雑になるという問題がある。しかも、フィルタは、例えば、繊維をまとめて積層することでマット状に構成されたものであるため、高温（３００〜４００℃）の排ガスによって破損してしまう。
【００６０】
そこで、本実施形態では、複数の貫通孔６３を有する仕切板６１を用いてケーシング４１の内部領域を区画している。このようにすれば、排ガスから異物を分離したとしても異物が詰まりにくいため、メンテナンスの頻度を抑えることができる。また、仕切板６１は、耐熱性に優れたステンレスなどの金属材料によって形成されるため、排ガスの熱に起因した仕切板６１の破損を防止することができる。
【００６１】
（３）本実施形態では、ケーシング４１の底部４３に堆積した異物を異物除去用キャップ４５を開いて排出できるため、多量の異物の堆積を抑えることができる。これに伴い、底部４３と仕切板６１との間隔を小さくすることができるため、ケーシング４１全体の小型化が可能になる。
【００６２】
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。
【００６３】
上記実施形態の異物分離器４０では、ケーシング４１の内部に仕切板６１が設けられていたが、図４〜図６に示されるように、仕切板６１は省略されていてもよい。
【００６４】
上記実施形態の異物分離器４０では、排ガス導入管５１がケーシング４１の横方向に沿って延びるとともに、排ガス排出管５２がケーシング４１の高さ方向に沿って延びていた。しかし、図４，図９に示されるように、排ガス導入管１５１，６５１がケーシング４１の高さ方向に沿って延びるとともに、排ガス排出管１５２，６５２がケーシング１４１，６４１の横方向に沿って延びる異物分離器１４０，６４０であってもよい。さらに図５，図７に示されるように、排ガス導入管２５１，４５１及び排ガス排出管２５２，４５２の両方がケーシング２４１，４４１の高さ方向に沿って延びており、排ガス排出管２５２，４５２を流れる排ガスの進行方向が排ガス導入管２５１，４５１を流れる排ガスの進行方向と同一方向に設定された異物分離器２４０，４４０であってもよい。また図６，図８に示されるように、排ガス導入管３５１，５５１及び排ガス排出管３５２，５５２の両方がケーシング３４１，５４１の高さ方向に沿って延びており、排ガス排出管３５２，５５２を流れる排ガスの進行方向が排ガス導入管３５１，５５１を流れる排ガスの進行方向とは逆方向に設定された異物分離器３４０，５４０であってもよい。
【００６５】
上記実施形態の異物分離器４０では、排ガス排出管５２のみがケーシング４１の高さ方向に沿って延びて仕切板６１を貫通していた。しかし、図８，図９に示されるように、排ガス導入管５５１，６５１のみがケーシング５４１，６４１の高さ方向に沿って延びて仕切板５６１，６６１を貫通する異物分離器５４０，６４０であってもよい。さらに、図７に示されるように、排ガス導入管４５１及び排ガス排出管４５２の両方がケーシング４４１の高さ方向に沿って延びて仕切板４６１を貫通する異物分離器４４０であってもよい。
【００６６】
上記実施形態の異物分離器４０では、貫通孔形成領域Ｂ１及び非形成領域Ｂ２を有し、貫通孔形成領域Ｂ１のみに貫通孔６３が配置された仕切板６１を備えていた。しかし、異物分離器４０は、貫通孔形成領域Ｂ１や非形成領域Ｂ２を設定せずに、板状部材７６２全体に貫通孔７６３を配置した仕切板７６１を備えていてもよい（図１０参照）。また、仕切板６１，７６１はスリット状の貫通孔６３，７６３を有していたが、板状部材８６２に例えば円形状の貫通孔８６３を配置した仕切板８６１（図１１参照）であってもよい。なお、貫通孔は、楕円形状、三角形状、正方形状、菱形状などの他の形状であってもよい。
【００６７】
上記実施形態の発電装置システム１では、異物分離器４０が燃料電池１０とは別体に設けられていた。しかし、異物分離器４０は、燃料電池１０が備えるもの、例えば、燃料電池１０を構成する燃料電池スタック１１が備えるものであってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１…発電装置システム
１０…発電装置としての燃料電池
１１…燃料電池スタック
４０，１４０，２４０，３４０，４４０，５４０，６４０…発電装置用異物分離器（異物分離器）
４１，１４１，２４１，３４１，４４１，５４１，６４１…ケーシング
４４…側壁
５１，１５１，２５１，３５１，４５１，５５１，６５１…排ガス導入管
５２，１５２，２５２，３５２，４５２，５５２，６５２…排ガス排出管
５３…排ガス導入管の内端
５４…排ガス排出管の内端
６１，４６１，５６１，６６１，７６１，８６１…仕切板
６２，７６２，８６２…板状部材
６３，７６３，８６３…貫通孔
７０…排ガス熱交換装置
Ａ１…上側領域
Ａ２…下側領域
Ｂ１…貫通孔形成領域
Ｂ２…非形成領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置から排出された排ガスから異物を分離する発電装置用異物分離器、発電装置用異物分離器を備えた燃料電池スタック、同じく発電装置用異物分離器を備えた排ガス熱交換装置及び発電装置システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発電装置の一種である燃料電池として、例えば固体電解質層（固体酸化物層）を備えた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；ＳＯＦＣ）が知られている。このＳＯＦＣは、燃料ガスに接する燃料電極層と酸化剤ガスに接する空気電極層とが固体電解質層の両側に配置された発電セルを備えている。また近年では、性能を高めるために、発電セルを複数積層してなる燃料電池スタックを備えたＳＯＦＣが種々提案されている。
【０００３】
ＳＯＦＣは、高温型の燃料電池であり、燃料ガス及び酸化剤ガスを稼動温度（例えば５００℃〜１０００℃）まで加熱したときにはじめて、燃料ガスと酸化剤ガスとの発電反応によって電力を発生する。そのため、発電後には高温（例えば３００℃〜４００℃）の排ガスが排出されることになる。そこで、排ガスを熱交換器に導入することにより、排ガスから熱を回収する技術が提案されている（例えば特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９２４１５号公報（図１等）
【特許文献２】特開２００５−２６８０８５号公報（図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池及び熱交換器が備える配管内や燃料電池と熱交換器とをつなぐ配管内を高温の排ガスが通過すると、配管の内壁面に、酸化物の被膜（いわゆるスケール）が形成される場合がある。ところが、形成された被膜が剥れると、剥れた被膜が異物となって排ガスとともに流れてしまい、排ガス中の異物が管路を塞いでしまうおそれがある。この問題を解決するためには、異物を除去する必要があるが、現状では、有効な対策が何ら提案されていないという問題がある。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、排ガスから異物を確実に分離させることにより、信頼性を高めることができる発電装置用異物分離器を提供することにある。また、第２の目的は、上記の発電装置用異物分離器を備えた好適な燃料電池スタック、排ガス熱交換装置及び発電装置システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための手段（手段１）としては、発電装置での発電反応後に前記発電装置から排出された排ガスが排ガス導入管を介して導入され、前記排ガスに含まれる異物が貯留され、異物分離後の排ガスが排ガス排出管を介して排出されるケーシングを備える異物分離器であって、前記排ガス導入管の内端及び前記排ガス排出管の内端は、前記ケーシング内に突出し、前記排ガス導入管の内端が、前記排ガス排出管の内端よりも前記ケーシングの高さ方向において下方に配置されることを特徴とする発電装置用異物分離器がある。
【０００８】
手段１に記載の発明によると、排ガス導入管がケーシング内で開口しており、排ガス導入管の断面積よりもケーシングの断面積の方が大きくなっている。よって、排ガス導入管を流れてきた排ガスの流速は、ケーシング内に到達した時点で急激に低下する。これに伴い、排ガスに含まれている異物の速度も低下するため、異物は、重力によってケーシングの底部に落下する。しかも、排ガス導入管の内端及び排ガス排出管の内端は、ケーシングの内面で開口せずにケーシング内に突出しているため、ケーシング内での排ガスの流れをより多方向（例えば、排ガス導入管及び排ガス排出管の突出方向、突出方向とは直交する方向、突出方向とは逆方向など）に広げることができる。よって、排ガスから分離された異物が落下せずに排ガスとともに流れたとしても、異物が排ガス排出管内に到達しにくくなる。さらに、排ガス導入管の内端が排ガス排出管の内端よりもケーシングの高さ方向において下方に配置されるため、排ガスから分離された異物が落下せずに舞い上がったとしても、異物が排ガス排出管内に到達しにくくなる。その結果、排ガスから異物が確実に分離され、異物による管路の閉塞が防止されるため、発電装置用異物分離器の信頼性が高くなる。
【０００９】
ここで、発電装置としては、例えば、ＺｒＯ２系セラミックなどを電解質とする固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、高分子電解質膜を電解質とする固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、Ｌｉ−Ｎａ／Ｋ系炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸を電解質とするリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）などの燃料電池が挙げられる。なお、燃料電池の稼動温度（即ち、イオンが電解質中を移動可能となる温度）は、燃料電池の種類ごとに異なっている。具体的に言うと、ＳＯＦＣの稼動温度は７００℃〜１０００℃程度、ＰＥＦＣの稼動温度は常温〜９０℃程度、ＭＣＦＣの稼動温度は６５０℃〜７００℃程度、ＰＡＦＣの稼動温度は１５０℃〜２００℃程度である。
【００１０】
また、ケーシングは、板状部材に貫通孔を配置することにより構成され、ケーシングの内部領域を上側領域及び下側領域に区画する仕切板を内部に備え、排ガス導入管の内端が下側領域に配置されるとともに、排ガス排出管の内端が上側領域に配置されることが好ましい。このようにすれば、排ガス導入管の内端から下側領域に導かれた排ガスから異物が分離され、分離された異物が舞い上がったとしても、異物の舞い上がりが仕切板によって遮られるため、上側領域に配置された排ガス排出管の内端に異物がよりいっそう到達しにくくなる。
【００１１】
なお、仕切板（板状部材）において貫通孔が占める割合は、例えば１５％以上６０％以下であることが好ましい。仮に、貫通孔が占める割合が１５％未満になると、異物分離後の排ガスが貫通孔を通過しにくくなるため、貫通孔を通過した排ガスを異物分離器の外部に排出しにくくなる。一方、貫通孔が占める割合が６０％よりも大きくなると、舞い上がった異物が貫通孔を通過しやすくなるため、排ガス排出管の内端に異物が到達しやすくなる。
【００１２】
また、仕切板は、貫通孔が配置される貫通孔形成領域と、貫通孔が存在しない非形成領域とを有し、非形成領域が、排ガス導入管の内端が存在する位置の上方に位置していることが好ましい。このようにすれば、排ガス導入管の内端からケーシング内に放出された排ガス中の異物がそのまま舞い上がったとしても、異物の上側領域への移動は、貫通孔が存在しない非形成領域に接触することによって確実に遮られる。このため、上側領域に配置された排ガス排出管の内端に異物がよりいっそう到達しにくくなる。
【００１３】
なお、仕切板は、ケーシングの半分以上となる高さに位置していることが好ましい。さらに、ケーシングの高さ方向の長さは、ケーシングの横方向の長さよりも長いことが好ましい。このようにすれば、ケーシングの底部に異物が堆積した場合であっても、排ガス導入管の内端の上方に位置する排ガス排出管の内端に異物が到達しにくくなる。その結果、異物による管路の閉塞がより確実に防止されるため、発電装置用異物分離器の信頼性がよりいっそう高くなる。なお、排ガス導入管及び排ガス排出管の少なくとも一方は、ケーシングの高さ方向に延びて仕切板を貫通していてもよい。
【００１４】
また、排ガス排出管は、排ガス導入管を流れてきた排ガスの進行方向を変更させる方向に延びていてもよい。このようにした場合、排ガス導入管を介してケーシング内に導入された排ガスは、排ガス排出管の内端に到達しにくくなる。即ち、異物分離前の排ガスが排ガス排出管に侵入することを防止できる。さらに、排ガス導入管がケーシングの横方向に沿って延びるとともに、排ガス排出管がケーシングの高さ方向に沿って延びており、排ガス導入管が、ケーシングの側壁に向けて開口していてもよい。このようにすれば、排ガス導入管を流れてきた排ガスの流速が、ケーシング内に到達した時点で低下するだけでなく、ケーシングの側壁に衝突することによってもさらに低下する。その結果、排ガスに含まれている異物の速度がより確実に低下し、異物が重力によってケーシングの底部に確実に落下するため、排ガスから異物を確実に分離することができる。また、排ガス導入管を流れる排ガスの進行方向と直交する方向にケーシングを切断した切断面の面積が、排ガス導入管の断面積の１５倍以上に設定されていることが好ましい。仮に、上記の切断面の面積が排ガス導入管の断面積の１５倍未満であると、排ガス導入管を流れてきた排ガスがケーシング内に到達したとしても、排ガスの流速をあまり低下させることができなくなる。
【００１５】
上記手段１において、ケーシングは、板状部材に貫通孔を配置することにより構成され、ケーシングの内部領域を上側領域及び下側領域に区画する仕切板を内部に備え、排ガス導入管の内端が下側領域に配置されるとともに、排ガス排出管の内端が上側領域に配置され、排ガス排出管は、ケーシングの高さ方向に沿って延びて仕切板を貫通しており、排ガス排出管においてケーシング内に突出する部分の長さは、ケーシングの高さの半分以上に設定されていてもよい。
【００１６】
上記手段１において、排ガス導入管がケーシングの横方向に沿って延びるとともに、排ガス排出管がケーシングの高さ方向に沿って延びており、排ガス導入管及び排ガス排出管が、ケーシングの縦方向からみて互いに交差していてもよい。
【００１７】
上記手段１において、排ガス導入管がケーシングの横方向に沿って延びるとともに、排ガス排出管がケーシングの高さ方向に沿って延びており、排ガス導入管及び排ガス排出管が、ケーシングの縦方向に互いに離間した状態に配置されることが好ましい。このようにすれば、排ガス導入管や排ガス排出管に異物が付着しにくくなる。なお、排ガス導入管及び排ガス排出管が接触している場合には、接触部分に異物が詰まってしまい、メンテナンスが大変になるおそれがある。
【００１８】
上記課題を解決するための別の手段（手段２）としては、上記手段１に記載の発電装置用異物分離器と、前記発電装置用異物分離器の前記排ガス導入管の外端に接続される前記発電装置を構成し、電解質層と、前記電解質層の両側に配置される燃料電極層及び空気電極層とを有し、発電反応により電力を発生する発電セルとを備え、前記発電反応後の排ガスが前記排ガス導入管を介して前記発電装置用異物分離器に供給され、前記発電装置用異物分離器によって前記排ガス中に含まれる前記異物が分離されることを特徴とする燃料電池スタックがある。
【００１９】
手段２に記載の発明によると、発電装置用異物分離器では、排ガス導入管がケーシング内で開口しており、排ガス導入管の断面積よりもケーシングの断面積の方が大きくなっている。よって、発電セルでの発電反応後に発電装置用異物分離器に供給される排ガスの流速は、排ガス導入管を流れてケーシング内に到達した時点で急激に低下する。これに伴い、排ガスに含まれている異物の速度も低下するため、異物は、重力によってケーシングの底部に落下する。しかも、排ガス導入管の内端及び排ガス排出管の内端は、ケーシングの内面で開口せずにケーシング内に突出しているため、ケーシング内での排ガスの流れをより多方向（例えば、排ガス導入管及び排ガス排出管の突出方向、突出方向とは直交する方向、突出方向とは逆方向など）に広げることができる。よって、排ガスから分離された異物が落下せずに排ガスとともに流れたとしても、異物が排ガス排出管内に到達しにくくなる。さらに、排ガス導入管の内端が排ガス排出管の内端よりもケーシングの高さ方向において下方に配置されるため、排ガスから分離された異物が落下せずに舞い上がったとしても、異物が排ガス排出管内に到達しにくくなる。その結果、排ガスから異物が確実に分離され、異物による管路の閉塞が防止されるため、信頼性が高い発電装置用異物分離器を備えた好適な燃料電池スタックを提供することができる。
【００２０】
燃料電池スタックは、発電装置用異物分離器と発電セルとを備えている。燃料電池がＳＯＦＣである場合、発電セルを構成する電解質層（固体酸化物層）の形成材料としては、例えばＺｒＯ２系セラミック、ＬａＧａＯ３系セラミック、ＢａＣｅＯ３系セラミック、ＳｒＣｅＯ３系セラミック、ＳｒＺｒＯ３系セラミック、ＣａＺｒＯ３系セラミックなどがある。
【００２１】
また、発電セルを構成する燃料電極層は、発電セルにおける負電極として機能する。ここで、燃料電極層の形成材料としては、例えば、希土類元素（Ｓｃ、Ｙなど）により安定化されたＺｒＯ２系セラミック、及び、希土類元素（Ｓｍ、Ｇｄなど）をドープしたＣｅＯ２系セラミック等のうち、少なくとも１つのセラミック材料と、金属（Ｎｉ、Ｆｅなど）との混合物が挙げられる。また、燃料電極層の形成材料としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｆｅ等の金属材料やそれらの合金が挙げられる。なお、金属材料（または合金）とセラミック材料との混合物（サーメットなど）を選択してもよい。さらに、金属材料（ＮｉやＦｅなど）の酸化物とセラミック材料との混合物を選択してもよい。
【００２２】
発電セルを構成する空気電極層は、発電セルにおける正電極として機能する。ここで、空気電極層の形成材料としては、例えば、金属材料、金属の酸化物、金属の複合酸化物などを挙げることができる。金属材料の好適例としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ等やそれらの合金などがある。金属の酸化物の好適例としては、例えば、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅの酸化物（Ｌａ２Ｏ３、ＳｒＯ、Ｃｅ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＦｅＯ）などがある。金属の複合酸化物の好適例としては、例えば、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎを含有する複合酸化物（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＦｅＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３系複合酸化物、Ｐｒ１−ｘＢａｘＣｏＯ３系複合酸化物、Ｓｍ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複合酸化物）などがある。
【００２３】
上記課題を解決するための別の手段（手段３）としては、上記手段１に記載の発電装置用異物分離器を備え、前記発電装置用異物分離器の前記排ガス排出管の外端に接続され、前記発電装置用異物分離器から前記排ガス排出管を介して供給された前記排ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行うことを特徴とする排ガス熱交換装置がある。
【００２４】
手段３に記載の発明によると、発電装置用異物分離器では、排ガス導入管がケーシング内で開口しており、排ガス導入管の断面積よりもケーシングの断面積の方が大きくなっている。よって、排ガスの流速は、排ガス導入管を流れてケーシング内に到達した時点で急激に低下する。これに伴い、排ガスに含まれている異物の速度も低下するため、異物は、重力によってケーシングの底部に落下する。しかも、排ガス導入管の内端及び排ガス排出管の内端は、ケーシングの内面で開口せずにケーシング内に突出しているため、ケーシング内での排ガスの流れをより多方向（例えば、排ガス導入管及び排ガス排出管の突出方向、突出方向とは直交する方向、突出方向とは逆方向など）に広げることができる。よって、排ガスから分離された異物が落下せずに排ガスとともに流れたとしても、異物が排ガス排出管内に到達しにくくなる。さらに、排ガス導入管の内端が排ガス排出管の内端よりもケーシングの高さ方向において下方に配置されるため、排ガスから分離された異物が落下せずに舞い上がったとしても、異物が排ガス排出管を介して排ガス熱交換装置に到達しにくくなる。その結果、排ガスから異物が確実に分離され、発電装置用異物分離器と排ガス熱交換装置とをつなぐ管路が異物によって塞がれにくくなるため、信頼性が高い発電装置用異物分離器を備えた好適な排ガス熱交換装置を提供することができる。
【００２５】
上記課題を解決するための別の手段（手段４）としては、上記手段１に記載の発電装置用異物分離器と、前記発電装置用異物分離器の前記排ガス導入管の外端に接続される前記発電装置を構成し、電解質層と、前記電解質層の両側に配置される燃料電極層及び空気電極層とを有する発電セルを備え、前記発電セルでの発電反応により電力を発生する燃料電池スタックと、前記発電装置用異物分離器の前記排ガス排出管の外端に接続され、前記発電装置用異物分離器から前記排ガス排出管を介して供給された前記排ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排ガス熱交換装置とを備え、前記発電反応後の排ガスが前記排ガス導入管を介して前記発電装置用異物分離器に供給され、前記発電装置用異物分離器によって前記排ガス中に含まれる前記異物が分離されることを特徴とする発電装置システムがある。
【００２６】
手段４に記載の発明によると、発電装置用異物分離器では、排ガス導入管がケーシング内で開口しており、排ガス導入管の断面積よりもケーシングの断面積の方が大きくなっている。よって、発電セルでの発電反応後に発電装置用異物分離器に供給される排ガスの流速は、排ガス導入管を流れてケーシング内に到達した時点で急激に低下する。これに伴い、排ガスに含まれている異物の速度も低下するため、異物は、重力によってケーシングの底部に落下する。しかも、排ガス導入管の内端及び排ガス排出管の内端は、ケーシングの内面で開口せずにケーシング内に突出しているため、ケーシング内での排ガスの流れをより多方向（例えば、排ガス導入管及び排ガス排出管の突出方向、突出方向とは直交する方向、突出方向とは逆方向など）に広げることができる。よって、排ガスから分離された異物が落下せずに排ガスとともに流れたとしても、異物が排ガス排出管内に到達しにくくなる。さらに、排ガス導入管の内端が排ガス排出管の内端よりもケーシングの高さ方向において下方に配置されるため、排ガスから分離された異物が落下せずに舞い上がったとしても、異物が排ガス排出管を介して排ガス熱交換装置に到達しにくくなる。その結果、排ガスから異物が確実に分離され、発電装置用異物分離器と排ガス熱交換装置とをつなぐ管路が異物によって塞がれにくくなるため、信頼性が高い発電装置用異物分離器を備えた好適な発電装置システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態における発電装置システムの構成を示すブロック図。
【図２】発電装置用異物分離器及び排ガス熱交換装置を示す概略断面図。
【図３】仕切板を示す概略平面図。
【図４】他の実施形態における発電装置用異物分離器を示す概略断面図。
【図５】他の実施形態における発電装置用異物分離器を示す概略断面図。
【図６】他の実施形態における発電装置用異物分離器を示す概略断面図。
【図７】他の実施形態における発電装置用異物分離器を示す概略断面図。
【図８】他の実施形態における発電装置用異物分離器を示す概略断面図。
【図９】他の実施形態における発電装置用異物分離器を示す概略断面図。
【図１０】他の実施形態における仕切板を示す概略平面図。
【図１１】他の実施形態における仕切板を示す概略平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を発電装置システム１に具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２９】
図１に示されるように、発電装置システム１は、燃料電池１０（発電装置）、発電装置用異物分離器（以下「異物分離器」という）４０及び排ガス熱交換装置７０を備えている。燃料電池１０を構成する燃料電池スタック１１には、燃料電池スタック１１に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路１０１が接続されている。燃料ガス供給流路１０１は、燃料電池スタック１１の燃料供給経路（図示略）に連通している。また、燃料ガス供給流路１０１上には、電磁弁１０２、脱硫器１０３及び燃料ポンプ１０４が設置されている。電磁弁１０２は、燃料ガス供給流路１０１を開状態または閉状態に切り替えるようになっている。電磁弁１０２は、開状態に切り替えられた際に、燃料ガスとなる原料ガスを下流側に供給可能とするようになっている。なお、本実施形態の電磁弁１０２は、図示しないソレノイドにより作動する電磁弁である。脱硫器１０３は、上流側から供給されてきた原料ガスを脱硫し、脱硫した原料ガスを下流側に供給するようになっている。燃料ポンプ１０４は、脱硫器１０３の下流側に配置されており、脱硫器１０３によって脱硫された原料ガスを燃料電池スタック１１側に供給するようになっている。
【００３０】
また図１に示されるように、燃料電池スタック１１には、燃料電池スタック１１に空気を供給する空気供給流路１１１が接続されている。空気供給流路１１１は、燃料電池スタック１１の空気供給経路（図示略）に連通している。また、空気供給流路１１１上には、空気ポンプ１１２が設置されている。空気ポンプ１１２は、外部から取り入れた空気を燃料電池スタック１１側の予熱器２０に供給するようになっている。
【００３１】
一方、原料ガスは、改質器（図示略）によって燃料ガス（水素ガス）に改質された後、燃料電池スタック１１に供給される。それとともに、予熱器２０は、空気ポンプ１１２から供給された空気を燃料電池スタック１１からの熱によって加熱し、加熱した空気を燃料電池スタック１１に供給するようになっている。なお、発電後の使用済みガスなどの排ガスは、排出流路１１３を介して燃料電池スタック１１から異物分離器４０に排出される。また、排ガスは高温（本実施形態では３００〜４００℃）であるため、排ガスが流れる異物分離器４０及び排ガス熱交換装置７０は、断熱容器１１４（図１参照）内に収容されて保護されている。
【００３２】
図１に示されるように、燃料電池１０を構成する起動用バーナー３０には、起動用バーナー３０に空気及び着火用ガスを供給するガス供給流路１２１が接続されている。ガス供給流路１２１は、上流側において、空気供給管１２２及びガス供給管１２３に分岐している。空気供給管１２２上には、空気ブロワ１２４が設置されている。空気ブロワ１２４は、外部から取り入れた空気を起動用バーナー３０に供給するようになっている。一方、ガス供給管１２３上には、電磁弁１２５が設置されている。電磁弁１２５は、ガス供給管１２３を開状態または閉状態に切り替えるようになっている。電磁弁１２５は、開状態に切り替えられた際に、下流側に着火用ガスを供給可能とするようになっている。なお、本実施形態の電磁弁１２５は、図示しないソレノイドにより作動する電磁弁である。
【００３３】
そして、空気供給管１２２とガス供給管１２３との接続部分には、比例弁１２６が設置されている。比例弁１２６は、空気供給管１２２から起動用バーナー３０に供給される空気の量と、ガス供給管１２３から起動用バーナー３０に供給される着火用ガスの量との割合（空燃比）を調整するようになっている。なお、起動用バーナー３０に送り込まれた空気及び着火用ガスは、図示しない着火源によって着火され、断熱容器１２７（図１参照）内を加熱するようになっている。
【００３４】
また図１に示されるように、燃料電池１０は、システム全体を制御する制御装置１３１を備えている。制御装置１３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力回路等により構成されている。ＣＰＵは、電磁弁１０２，１２５、燃料ポンプ１０４、空気ポンプ１１２、空気ブロワ１２４及び比例弁１２６に電気的に接続されており、各種の駆動信号によってそれらを制御する。
【００３５】
なお、本実施形態の燃料電池１０は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。燃料電池１０は、発電反応により電力を発生する燃料電池スタック１１と、燃料電池スタック１１の補助器である予熱器２０と、燃料電池スタック１１を加熱する起動用バーナー３０とを備えている。なお、予熱器２０は、燃料電池スタック１１へ供給するガスを排ガス（例えば、発電後の残余燃料ガスをさらに燃焼させたガス）の熱で加熱する機能、及び、燃料電池スタック１１から放出された熱を吸収する機能のうち少なくとも一方の機能を有している。また、燃料電池スタック１１、予熱器２０及び起動用バーナー３０は、断熱容器１２７内に収容されている。
【００３６】
図１に示されるように、予熱器２０は、燃料電池スタック１１の側面に近接して配置されている。予熱器２０は、耐熱性に優れた材料（例えばステンレス）によって形成され、縦１０ｍｍ×横１８０ｍｍ×高さ２２５ｍｍの略直方体状をなしている。また、予熱器２０は、燃料電池スタック１１での発電反応時に燃料電池スタック１１から発生する熱によって、燃料電池スタック１１への供給前に燃料ガス（本実施形態では炭化水素ガス）及び空気（酸化剤ガス）の温度を上昇させる機能（予熱を行う機能）を有している。そして、予熱器２０は、加熱された燃料ガス及び空気を燃料電池スタック１１に供給するようになっている。なお、本実施形態の予熱器２０は、上下を金属板で挟まれた空間内に多数の金属製フィンからなる熱交換層（図示略）が配置されるとともに、熱交換層の外周が金属板で包囲された装置である。
【００３７】
図１に示されるように、起動用バーナー３０は、略平板状をなし、燃料電池スタック１１及び予熱器２０を下方から支持するようになっている。起動用バーナー３０は、燃料電池スタック１１を稼動温度（例えば７００℃）まで加熱するようになっている。
【００３８】
また、燃料電池スタック１１は、縦１８０ｍｍ×横１８０ｍｍ×高さ８０ｍｍの略直方体状をなしている。燃料電池スタック１１は、発電の最小単位である略矩形板状の発電セル（図示略）を複数積層してなるものである。発電セルは、セパレータ、空気電極層、電解質層及び燃料電極層などを積層することによって構成されている。
【００３９】
セパレータは、ステンレスなどの導電性材料によって矩形状に形成されており、中央部に矩形状の開口部を有している。また、電解質層は、例えばＺｒＯ２などのセラミック材料（酸化物）によって矩形板状に形成されている。電解質層は、セパレータの下面に固定されるとともに、セパレータの開口部を塞ぐように配置されている。電解質層は、酸素イオン伝導性固体電解質体として機能するようになっている。また、電解質層の上面には、燃料電池スタック１１に供給された空気に接する空気電極層が貼付され、電解質層の下面には、同じく燃料電池スタック１１に供給された燃料ガスに接する燃料電極層が貼付されている。即ち、空気電極層及び燃料電極層は、電解質層の両側に配置されている。また、空気電極層は、セパレータの開口部内に配置され、セパレータと接触しないようになっている。なお、空気電極層は、金属の複合酸化物によって矩形板状に形成され、燃料電極層は、金属材料とセラミック材料との混合物（本実施形態ではサーメット）によって同じく矩形板状に形成されている。
【００４０】
なお、本実施形態の発電セルでは、セパレータの下方に燃料室が形成されるとともに、セパレータの上方に空気室が形成されるようになっている。また、燃料電池スタック１１は、各発電セルの燃料室に燃料ガスを供給する燃料供給経路（図示略）と、燃料室から燃料ガスを排出する燃料排出経路（図示略）とを備えている。よって、燃料ガスは、燃料供給経路を通過して燃料室に供給され、燃料排出経路を通過して燃料室から排出される。さらに、燃料電池スタック１１は、各発電セルの空気室に空気を供給する空気供給経路（図示略）と、空気室から空気を排出する空気排出経路（図示略）とを備えている。よって、空気は、空気供給経路を通過して空気室に供給され、空気排出経路を通過して空気室から排出される。
【００４１】
例えば、断熱容器１２７内を稼動温度に加熱した状態で、燃料供給経路から燃料室に燃料ガスを導入するとともに、空気供給経路から空気室に空気を導入する。その結果、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とが電解質層を介して反応（発電反応）し、空気電極層を正極、燃料電極層を負極とする直流の電力が発生する。
【００４２】
図１，図２に示されるように、異物分離器４０は、燃料電池１０での発電反応後に排出流路１１３を介して燃料電池スタック１１から排出された排ガスから、異物を分離する機能を有している。なお、異物は、排出流路１１３を構成する配管の内壁面などに形成された酸化物の被膜（いわゆるスケール）である。異物分離器４０を構成するケーシング４１は、耐熱性に優れたステンレスなどの金属材料によって略直方体状に形成され、天井部４２、底部４３、及び、４つの側壁４４を有している。なお、ケーシング４１の高さ方向の長さ（即ち、側壁４４の縦の長さ）は、ケーシング４１の横方向の長さ（即ち、側壁４４の横の長さ）よりも長くなっている。
【００４３】
図２に示されるように、ケーシング４１の底部４３には、同底部４３に堆積した異物を抜き取るための異物除去用キャップ４５が開閉可能に設けられている。詳述すると、異物除去用キャップ４５は、耐熱性に優れた金属板（アルミニウム板など）の折曲加工によって形成され、内周部に雌ネジ部を有している。また、底部４３には、外周部に雄ネジ部を有する口金部（図示略）が設けられている。そして、異物除去用キャップ４５の雌ネジ部を口金部の雄ネジ部に螺合させることにより、口金部が閉鎖されるようになっている。なお、異物除去用キャップ４５は、燃料電池１０の運転時に口金部を閉鎖することにより、ケーシング４１外への異物の流出を防止するようになっている。また、異物除去用キャップ４５は、燃料電池１０の運転停止時に口金部を開放することにより、底部４３に堆積した異物の排出が可能となる。なお、異物除去用キャップ４５の代わりに、ネジ部を有しない蓋部や栓などを用いるようにしてもよい。
【００４４】
図２，図３に示されるように、ケーシング４１は、同ケーシング４１の内部領域を上側領域Ａ１及び下側領域Ａ２に区画する仕切板６１を内部に備えている。具体的に言うと、仕切板６１は、ケーシング４１の３分の２となる高さに位置している。また、仕切板６１は、耐熱性に優れたステンレスなどの金属材料によって平面視矩形状に形成され、スリット状の貫通孔６３が配置される貫通孔形成領域Ｂ１と、貫通孔６３が存在しない非形成領域Ｂ２とを有している。貫通孔形成領域Ｂ１は、板状部材６２に複数の貫通孔６３を互いに等間隔に配置することによって構成された領域である。なお、貫通孔形成領域Ｂ１において貫通孔６３が占める割合は、本実施形態では１８％に設定されている。また、非形成領域Ｂ２の下方には、異物除去用キャップ４５が位置するようになっている。
【００４５】
図２に示されるように、ケーシング４１には、ケーシング４１の内部領域と外部領域との間を連通する排ガス導入管５１及び排ガス排出管５２が設けられている。なお、ケーシング４１では、燃料電池１０での発電反応後に燃料電池１０から排出された排ガスが排ガス導入管５１を介して導入され、排ガスに含まれる異物が貯留され、異物分離後の排ガスが排ガス排出管５２を介して排出されるようになっている。
【００４６】
詳述すると、排ガス導入管５１の外端は、燃料電池１０側の排出流路１１３に連通している。また、排ガス導入管５１は、４つの側壁４４のうちの１つを貫通し、ケーシング４１の横方向に沿って延びている。そして、排ガス導入管５１は、排ガス導入管５１が貫通する側壁４４と対向する箇所に配置された側壁４４に向けて開口している。さらに、排ガス導入管５１の内端５３は、ケーシング４１内に突出しており、ケーシング４１の下側領域Ａ２に配置されている。よって、排ガス導入管５１を流れてきた排ガスは、内端５３からケーシング４１内に放出された後、ケーシング４１外への連通部分（異物除去用キャップ４５など）が存在しない側壁４４の内面に対してほぼ垂直に衝突するようになる。また、排ガス導入管５１の内端５３が存在する位置の上方には、仕切板６１の非形成領域Ｂ２が位置するようになっている。なお、本実施形態では、排ガス導入管５１においてケーシング４１内に突出する部分の長さが、図２に示すケーシング４１の横方向の長さの７０％に設定されている。また、排ガス導入管５１を流れる排ガスの進行方向と直交する方向（即ち、図２に示すケーシング４１の縦方向）にケーシング４１を切断した切断面の面積が、排ガス導入管５１を流れる排ガスの進行方向と直交する方向にケーシング４１を切断した切断面の面積の１５倍に設定されている。
【００４７】
図２に示されるように、排ガス排出管５２は、ケーシング４１の底部４３と仕切板６１の貫通孔形成領域Ｂ１（図３参照）とを貫通し、ケーシング４１の高さ方向に沿って延びている。即ち、排ガス排出管５２は、排ガス導入管５１とは直交する方向、換言すると、排ガス導入管５１を流れてきた排ガスの進行方向を変更させる方向に延びている。また、図２，図３に示されるように、排ガス導入管５１及び排ガス排出管５２は、ケーシング４１の縦方向（図３では左右方向）から見て互いに直交するように配置されている。さらに、排ガス導入管５１及び排ガス排出管５２は、ケーシング４１の縦方向に互いに離間した状態に配置されている（図３参照）。なお、排ガス導入管５１の内端（開口端）５３及び排ガス排出管５２の内端（開口端）５４は離れていることが好ましく、本実施形態では、ケーシング４１の縦方向における内端５３と内端５４との距離が、ケーシング４１の縦方向の長さ（高さ）の３分の１に設定されている（図２参照）。また、排ガス排出管５２の内端５４は、ケーシング４１内に突出しており、ケーシング４１の上側領域Ａ１に配置されている。つまり、上述した排ガス導入管５１の内端５３は、排ガス排出管５２の内端５４よりもケーシング４１の高さ方向において下方に配置されるようになる。なお、本実施形態では、排ガス排出管５２においてケーシング４１内に突出する部分の長さが、ケーシング４１の縦方向の長さ（高さ）の７０％に設定されている（図２参照）。つまり、排ガス排出管５２の内端５４は、ケーシング４１の底部４３よりも上方に位置している。このため、ケーシング４１は、異物が落下した場合に、排ガス排出管５２に侵入せずに底部４３に堆積する構造となっている。また、本実施形態では、排ガス排出管５２を流れる排ガスの進行方向と直交する方向にケーシング４１を切断した切断面の面積が、排ガス排出管５２の断面積の１５倍に設定されている。さらに、本実施形態の排ガス排出管５２は、排ガス導入管５１と材料及び外径が同じ管であるため、排ガス排出管５２の断面積が排ガス導入管５１の断面積と等しくなっている。
【００４８】
図１，図２に示されるように、排ガス熱交換装置７０は、異物分離器４０から排ガス排出管５２を介して供給された排ガスと熱交換媒体である冷媒（本実施形態では水）との間で熱交換を行う機能を有している。排ガス熱交換装置７０を構成するケーシング７１は、耐熱性に優れたステンレスなどの金属材料によって形成され、天井部７２、底部７３及び側壁７４を有している。
【００４９】
図２に示されるように、ケーシング７１には、天井部７２及び底部７３を貫通し、高さ方向に沿って延びる排ガス導入管７５及び冷媒流路７６が設けられている。排ガス導入管７５は、排ガスが流れる流路であり、上流側端部が排ガス排出管５２の外端に連通している。一方、冷媒流路７６は、冷媒が流れる流路であって、冷媒流路７６内を流れる冷媒には排ガス導入管７５内を流れる排ガスの熱が伝達（吸熱）されるようになっている。なお、冷媒流路７６を流れる冷媒の進行方向は、排ガス導入管７５を流れる排ガスの進行方向とは逆方向になっている。また、冷媒流路７６は環状の流路であり、冷媒流路７６上には冷媒供給ポンプ（図示略）が設置されている。冷媒供給ポンプは、ケーシング７１の上流側に配置されており、冷媒流路７６内を流れる冷媒をケーシング７１内に供給するようになっている。なお、排ガス導入管７５を流れる排ガスは、ケーシング７１内において３０〜４０℃に冷却された後、排ガス導入管７５の下流側端部から大気に放出される。
【００５０】
次に、異物分離器４０を用いた異物分離方法を説明する。
【００５１】
燃料電池１０での発電反応後に燃料電池１０から排ガスが排出されると、排ガスは、排ガス導入管５１を介してケーシング４１内の下側領域Ａ２に放出される。このとき、排ガス導入管５１を流れてきた排ガスの流速が低下するのに伴い、排ガスに含まれている異物の速度も低下するため、排ガス中の異物は、重力によってケーシング４１の底部４３に落下するようになる。その結果、排ガスから異物が分離される。その後、異物分離後の排ガスは、仕切板６１の貫通孔６３を通過してケーシング４１内の上側領域Ａ１に導かれ、排ガス排出管５２を介して排ガス熱交換装置７０に導かれる。
【００５２】
次に、異物分離器の評価方法及びその結果を説明する。
【００５３】
まず、測定用サンプルを次のように準備した。本実施形態と同じ異物分離器を準備し、これを実施例とした。具体的には、排ガス導入管５１を流れる排ガスの進行方向と直交する方向（即ち、図２に示すケーシング４１の縦方向）にケーシング４１を切断した切断面の面積を、排ガス導入管５１の断面積の１５倍に設定した異物分離器４０、換言すると、排ガス導入管５１に対する異物分離器４０の（縦方向の）断面積比率を「１５」に設定した異物分離器４０を準備し、これを実施例とした。また、排ガス導入管に対する異物分離器の断面積比率を「１５」未満の値（ここでは「５」、「１０」）に設定した異物分離器を準備し、それぞれ比較例１，２とした。さらに、排ガス導入管に対する異物分離器の断面積比率を「１５」よりも大きい値（ここでは「２０」、「２５」、「３０」）に設定した異物分離器を準備し、それぞれ比較例３，４，５とした。
【００５４】
次に、室温にした状態で、各測定用サンプル（実施例、比較例１〜５）の異物分離器のケーシングに対して、１分間に１００Ｌの割合で排ガスの模擬ガス（窒素を使用）と模擬異物（金属酸化物を使用）とを供給した。また、各測定用サンプルに対して、排ガス導入管を流れる排ガス（窒素）に含まれている異物（金属酸化物）の重量（Ｖ１）を測定するとともに、ケーシングの底部に堆積した異物の重量（Ｖ２）を測定し、測定した異物の重量に基づいて異物回収率（＝（Ｖ１／Ｖ２）×１００）を算出した。その結果を表１に示す。
【表１】
【００５５】
その結果、比較例１では異物回収率が３９％となり、比較例２では異物回収率が７８％となったため、異物を確実に回収することができなかった。一方、実施例では、異物回収率が９８％となったため、異物をほぼ完全に回収することができた。また、比較例３，４での異物回収率は９８％であり、比較例５での異物回収率は９６％であったため、これらの場合においても、異物をほぼ完全に回収することが可能であった。
【００５６】
以上のことから、排ガス導入管に対する異物分離器の断面積比率を１５以上に設定、即ち、排ガス導入管を流れる排ガスの進行方向と直交する方向にケーシングを切断した切断面の面積を、排ガス導入管の断面積の１５倍以上に設定すれば、異物回収率がほぼ１００％になることが確認された。
【００５７】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００５８】
（１）本実施形態の発電装置用異物分離器４０では、排ガス導入管５１がケーシング４１内で開口しており、排ガス導入管５１の断面積よりもケーシング４１の断面積の方が大きくなっている。よって、排ガス導入管５１を流れてきた排ガスの流速は、ケーシング４１内に到達した時点で急激に低下する。これに伴い、排ガスに含まれている異物の速度も低下するため、異物は、重力によってケーシング４１の底部４３に落下する。しかも、排ガス導入管５１の内端５３及び排ガス排出管５２の内端５４は、ケーシング４１の内面で開口せずにケーシング４１内に突出しているため、ケーシング４１内での排ガスの流れをより多方向（例えば、排ガス導入管５１及び排ガス排出管５２の突出方向、突出方向とは直交する方向、突出方向とは逆方向など）に広げることができる。よって、排ガスから分離された異物が落下せずに排ガスとともに流れたとしても、異物が排ガス排出管５２内に到達しにくくなる。さらに、排ガス導入管５１の内端５３が排ガス排出管５２の内端５４よりもケーシング４１の高さ方向において下方に配置されるため、排ガスから分離された異物が落下せずに舞い上がったとしても、異物が内端５４から排ガス排出管５２内に侵入しにくくなる。その結果、排ガスから異物が確実に分離され、異物分離器４０と排ガス熱交換装置７０とをつなぐ管路が異物によって塞がれにくくなるため、信頼性が高い異物分離器４０を備えた好適な発電装置システム１を得ることができる。
【００５９】
（２）ところで、フィルタなどを用いてケーシング４１の内部領域を区画することが考えられる。しかしながら、フィルタを用いると、異物が詰まりやすいため、フィルタを頻繁に交換しなければならず、メンテナンスが煩雑になるという問題がある。しかも、フィルタは、例えば、繊維をまとめて積層することでマット状に構成されたものであるため、高温（３００〜４００℃）の排ガスによって破損してしまう。
【００６０】
そこで、本実施形態では、複数の貫通孔６３を有する仕切板６１を用いてケーシング４１の内部領域を区画している。このようにすれば、排ガスから異物を分離したとしても異物が詰まりにくいため、メンテナンスの頻度を抑えることができる。また、仕切板６１は、耐熱性に優れたステンレスなどの金属材料によって形成されるため、排ガスの熱に起因した仕切板６１の破損を防止することができる。
【００６１】
（３）本実施形態では、ケーシング４１の底部４３に堆積した異物を異物除去用キャップ４５を開いて排出できるため、多量の異物の堆積を抑えることができる。これに伴い、底部４３と仕切板６１との間隔を小さくすることができるため、ケーシング４１全体の小型化が可能になる。
【００６２】
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。
【００６３】
上記実施形態の異物分離器４０では、ケーシング４１の内部に仕切板６１が設けられていたが、図４〜図６に示されるように、仕切板６１は省略されていてもよい。
【００６４】
上記実施形態の異物分離器４０では、排ガス導入管５１がケーシング４１の横方向に沿って延びるとともに、排ガス排出管５２がケーシング４１の高さ方向に沿って延びていた。しかし、図４，図９に示されるように、排ガス導入管１５１，６５１がケーシング４１の高さ方向に沿って延びるとともに、排ガス排出管１５２，６５２がケーシング１４１，６４１の横方向に沿って延びる異物分離器１４０，６４０であってもよい。さらに図５，図７に示されるように、排ガス導入管２５１，４５１及び排ガス排出管２５２，４５２の両方がケーシング２４１，４４１の高さ方向に沿って延びており、排ガス排出管２５２，４５２を流れる排ガスの進行方向が排ガス導入管２５１，４５１を流れる排ガスの進行方向と同一方向に設定された異物分離器２４０，４４０であってもよい。また図６，図８に示されるように、排ガス導入管３５１，５５１及び排ガス排出管３５２，５５２の両方がケーシング３４１，５４１の高さ方向に沿って延びており、排ガス排出管３５２，５５２を流れる排ガスの進行方向が排ガス導入管３５１，５５１を流れる排ガスの進行方向とは逆方向に設定された異物分離器３４０，５４０であってもよい。
【００６５】
上記実施形態の異物分離器４０では、排ガス排出管５２のみがケーシング４１の高さ方向に沿って延びて仕切板６１を貫通していた。しかし、図８，図９に示されるように、排ガス導入管５５１，６５１のみがケーシング５４１，６４１の高さ方向に沿って延びて仕切板５６１，６６１を貫通する異物分離器５４０，６４０であってもよい。さらに、図７に示されるように、排ガス導入管４５１及び排ガス排出管４５２の両方がケーシング４４１の高さ方向に沿って延びて仕切板４６１を貫通する異物分離器４４０であってもよい。
【００６６】
上記実施形態の異物分離器４０では、貫通孔形成領域Ｂ１及び非形成領域Ｂ２を有し、貫通孔形成領域Ｂ１のみに貫通孔６３が配置された仕切板６１を備えていた。しかし、異物分離器４０は、貫通孔形成領域Ｂ１や非形成領域Ｂ２を設定せずに、板状部材７６２全体に貫通孔７６３を配置した仕切板７６１を備えていてもよい（図１０参照）。また、仕切板６１，７６１はスリット状の貫通孔６３，７６３を有していたが、板状部材８６２に例えば円形状の貫通孔８６３を配置した仕切板８６１（図１１参照）であってもよい。なお、貫通孔は、楕円形状、三角形状、正方形状、菱形状などの他の形状であってもよい。
【００６７】
上記実施形態の発電装置システム１では、異物分離器４０が燃料電池１０とは別体に設けられていた。しかし、異物分離器４０は、燃料電池１０が備えるもの、例えば、燃料電池１０を構成する燃料電池スタック１１が備えるものであってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１…発電装置システム
１０…発電装置としての燃料電池
１１…燃料電池スタック
４０，１４０，２４０，３４０，４４０，５４０，６４０…発電装置用異物分離器（異物分離器）
４１，１４１，２４１，３４１，４４１，５４１，６４１…ケーシング
４４…側壁
５１，１５１，２５１，３５１，４５１，５５１，６５１…排ガス導入管
５２，１５２，２５２，３５２，４５２，５５２，６５２…排ガス排出管
５３…排ガス導入管の内端
５４…排ガス排出管の内端
６１，４６１，５６１，６６１，７６１，８６１…仕切板
６２，７６２，８６２…板状部材
６３，７６３，８６３…貫通孔
７０…排ガス熱交換装置
Ａ１…上側領域
Ａ２…下側領域
Ｂ１…貫通孔形成領域
Ｂ２…非形成領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電装置での発電反応後に前記発電装置から排出された排ガスが排ガス導入管を介して導入され、前記排ガスに含まれる異物が貯留され、異物分離後の排ガスが排ガス排出管を介して排出されるケーシングを備える異物分離器であって、
前記排ガス導入管の内端及び前記排ガス排出管の内端は、前記ケーシング内に突出し、
前記排ガス導入管の内端が、前記排ガス排出管の内端よりも前記ケーシングの高さ方向において下方に配置される
ことを特徴とする発電装置用異物分離器。
【請求項２】
前記ケーシングは、板状部材に貫通孔を配置することにより構成され、前記ケーシングの内部領域を上側領域及び下側領域に区画する仕切板を内部に備え、
前記排ガス導入管の内端が前記下側領域に配置されるとともに、前記排ガス排出管の内端が前記上側領域に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項３】
前記仕切板は、前記貫通孔が配置される貫通孔形成領域と、前記貫通孔が存在しない非形成領域とを有し、
前記非形成領域が、前記排ガス導入管の内端が存在する位置の上方に位置している
ことを特徴とする請求項２に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項４】
前記仕切板は、前記ケーシングの半分以上となる高さに位置していることを特徴とする請求項２または３に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項５】
前記排ガス導入管及び前記排ガス排出管の少なくとも一方は、前記ケーシングの高さ方向に沿って延びて前記仕切板を貫通していることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項６】
前記排ガス排出管は、前記排ガス導入管を流れてきた前記排ガスの進行方向を変更させる方向に延びていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項７】
前記排ガス導入管が前記ケーシングの横方向に沿って延びるとともに、前記排ガス排出管が前記ケーシングの高さ方向に沿って延びており、
前記排ガス導入管は、前記ケーシングの側壁に向けて開口している
ことを特徴とする請求項６に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項８】
前記排ガス導入管を流れる前記排ガスの進行方向と直交する方向に前記ケーシングを切断した切断面の面積が、前記排ガス導入管の断面積の１５倍以上に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項９】
前記ケーシングの高さ方向の長さが、前記ケーシングの横方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発電装置用異物分離器と、
前記発電装置用異物分離器の前記排ガス導入管の外端に接続される前記発電装置を構成し、電解質層と、前記電解質層の両側に配置される燃料電極層及び空気電極層とを有し、発電反応により電力を発生する発電セルと
を備え、
前記発電反応後の排ガスが前記排ガス導入管を介して前記発電装置用異物分離器に供給され、前記発電装置用異物分離器によって前記排ガス中に含まれる前記異物が分離される
ことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発電装置用異物分離器を備え、
前記発電装置用異物分離器の前記排ガス排出管の外端に接続され、前記発電装置用異物分離器から前記排ガス排出管を介して供給された前記排ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う
ことを特徴とする排ガス熱交換装置。
【請求項１２】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発電装置用異物分離器と、
前記発電装置用異物分離器の前記排ガス導入管の外端に接続される前記発電装置を構成し、電解質層と、前記電解質層の両側に配置される燃料電極層及び空気電極層とを有する発電セルを備え、前記発電セルでの発電反応により電力を発生する燃料電池スタックと、
前記発電装置用異物分離器の前記排ガス排出管の外端に接続され、前記発電装置用異物分離器から前記排ガス排出管を介して供給された前記排ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排ガス熱交換装置と
を備え、
前記発電反応後の排ガスが前記排ガス導入管を介して前記発電装置用異物分離器に供給され、前記発電装置用異物分離器によって前記排ガス中に含まれる前記異物が分離される
ことを特徴とする発電装置システム。
【請求項１】
発電装置での発電反応後に前記発電装置から排出された排ガスが排ガス導入管を介して導入され、前記排ガスに含まれる異物が貯留され、異物分離後の排ガスが排ガス排出管を介して排出されるケーシングを備える異物分離器であって、
前記排ガス導入管の内端及び前記排ガス排出管の内端は、前記ケーシング内に突出し、
前記排ガス導入管の内端が、前記排ガス排出管の内端よりも前記ケーシングの高さ方向において下方に配置される
ことを特徴とする発電装置用異物分離器。
【請求項２】
前記ケーシングは、板状部材に貫通孔を配置することにより構成され、前記ケーシングの内部領域を上側領域及び下側領域に区画する仕切板を内部に備え、
前記排ガス導入管の内端が前記下側領域に配置されるとともに、前記排ガス排出管の内端が前記上側領域に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項３】
前記仕切板は、前記貫通孔が配置される貫通孔形成領域と、前記貫通孔が存在しない非形成領域とを有し、
前記非形成領域が、前記排ガス導入管の内端が存在する位置の上方に位置している
ことを特徴とする請求項２に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項４】
前記仕切板は、前記ケーシングの半分以上となる高さに位置していることを特徴とする請求項２または３に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項５】
前記排ガス導入管及び前記排ガス排出管の少なくとも一方は、前記ケーシングの高さ方向に沿って延びて前記仕切板を貫通していることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項６】
前記排ガス排出管は、前記排ガス導入管を流れてきた前記排ガスの進行方向を変更させる方向に延びていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項７】
前記排ガス導入管が前記ケーシングの横方向に沿って延びるとともに、前記排ガス排出管が前記ケーシングの高さ方向に沿って延びており、
前記排ガス導入管は、前記ケーシングの側壁に向けて開口している
ことを特徴とする請求項６に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項８】
前記排ガス導入管を流れる前記排ガスの進行方向と直交する方向に前記ケーシングを切断した切断面の面積が、前記排ガス導入管の断面積の１５倍以上に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項９】
前記ケーシングの高さ方向の長さが、前記ケーシングの横方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発電装置用異物分離器。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発電装置用異物分離器と、
前記発電装置用異物分離器の前記排ガス導入管の外端に接続される前記発電装置を構成し、電解質層と、前記電解質層の両側に配置される燃料電極層及び空気電極層とを有し、発電反応により電力を発生する発電セルと
を備え、
前記発電反応後の排ガスが前記排ガス導入管を介して前記発電装置用異物分離器に供給され、前記発電装置用異物分離器によって前記排ガス中に含まれる前記異物が分離される
ことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発電装置用異物分離器を備え、
前記発電装置用異物分離器の前記排ガス排出管の外端に接続され、前記発電装置用異物分離器から前記排ガス排出管を介して供給された前記排ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う
ことを特徴とする排ガス熱交換装置。
【請求項１２】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発電装置用異物分離器と、
前記発電装置用異物分離器の前記排ガス導入管の外端に接続される前記発電装置を構成し、電解質層と、前記電解質層の両側に配置される燃料電極層及び空気電極層とを有する発電セルを備え、前記発電セルでの発電反応により電力を発生する燃料電池スタックと、
前記発電装置用異物分離器の前記排ガス排出管の外端に接続され、前記発電装置用異物分離器から前記排ガス排出管を介して供給された前記排ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排ガス熱交換装置と
を備え、
前記発電反応後の排ガスが前記排ガス導入管を介して前記発電装置用異物分離器に供給され、前記発電装置用異物分離器によって前記排ガス中に含まれる前記異物が分離される
ことを特徴とする発電装置システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−３０３６６（Ｐ２０１３−３０３６６Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６０３０（Ｐ２０１１−１６６０３０）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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