CN104508888A - 混合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种综合效率得到提高的混合系统。本发明的混合系统具备燃料电池装置和热声冷却机，热声冷却机(14)具备：热声能量产生部(20)，其通过高温侧与低温侧的温度梯度来产生热声能量；以及冷却部(21)，其利用从该热声能量产生部(20)传送的热声能量经能量转换而产生的高温侧与低温侧的温度梯度，使低温侧具备冷却功能，该混合系统构成为从燃料电池装置排出的废气在热声能量产生部(20)的高温侧流动，由此能够成为综合效率得到提高的混合系统。

Description

混合系统
技术领域
本发明涉及将热声冷却机与燃料电池装置组合而成的混合系统。
背景技术
近年，提出有各种将能够使用燃料气体(含氢气体)和含氧气体(空气)作为下一代的能源来获得电力的燃料电池单体(cell)容纳于容纳容器内而成的燃料电池模块和将燃料电池模块容纳于外装壳体内而成的燃料电池装置(例如，参照专利文献1)。
在当前具备这样的燃料电池装置的混合系统中，还提出有：为了提高综合效率而利用通过燃料电池装置的发电产生的热来生成热水的技术、以及与斯特林发动机(Stirling engine)等其他发电装置组合而成的混合系统(例如，参照专利文献2。)。
进一步地，近年，也提出有关注于热声能量的高温产生装置(例如，参照专利文献3)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2007-59377号公报
专利文献2：JP特开2010-174686号公报
专利文献3：JP特开2007-263541号公报
发明要解决的课题
如上所述，当前，倡导将燃料电池装置与其他系统组合而成的混合系统，这些混合系统虽然设想为根据用途环境来适当地使用，但是在综合效率的提高方面尚有改善的余地。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种作为用途环境在便利店、超市等商业设施中尤为有用的混合系统。
用于解决课题的手段
本发明的混合系统是具备燃料电池装置和热声冷却机而成的混合系统，该混合系统的特征在于，所述热声冷却机具备：热声能量产生部，其通过高温侧与低温侧的温度梯度来产生热声能量；以及冷却部，其利用从该热声能量产生部传送的热声能量经能量转换而产生的高温侧与低温侧的温度梯度，使低温侧具备冷却功能；该混合系统构成为从所述燃料电池装置排出的废气在所述热声能量产生部的高温侧流动。
发明效果
本发明的混合系统由于构成为使从燃料电池装置排出的废气在热声能量产生部的高温侧流动，因此能够由热声能量产生部高效地产生声波，通过将能够伴随于此来强化冷却部中的冷却功能的热声冷却机与燃料电池装置相组合，能够成为尤其在需要电力以及冷藏、冷冻的便利店、超市等商业设施中有用的混合系统。
附图说明
图1是表示本实施方式的混合系统的结构的一例的结构图。
图2是表示构成本实施方式的燃料电池装置的燃料电池模块的一例的外观立体图。
图3是图2所示的燃料电池模块的剖面图。
图4是表示本实施方式的混合系统的结构的其他一例的结构图。
图5是表示本实施方式的混合系统的结构的另外其他一例的结构图。
图6是表示本实施方式的混合系统的结构的另外其他一例的结构图。
图7是表示本实施方式的混合系统的结构的另外其他一例的结构图。
图8是表示本实施方式的混合系统的结构的另外其他一例的结构图。
图9是表示本实施方式的混合系统的结构的另外其他一例的结构图。
图10是表示本实施方式的混合系统的结构的另外其他一例的结构图。
图11(a)～(d)是表示本实施方式的混合系统中的排气管与热声能量产生部中的配管之间的配置关系的外观立体图或者剖面图。
图12是表示将燃烧触媒配置于图11所示的与配管连接的部位处的排气管的内部的情况的剖面图。
具体实施方式
图1是表示本实施方式的混合系统的结构的一例的结构图。
图1所示的混合系统具备：作为燃料电池装置的一例的发电单元(unit)；以及热声冷却机，其使用从发电单元排出的废气来产生热声能量，并使用所产生的热声能量来进行冷却(冷冻)。另外，在以后的附图中，对相同的构件附加相同的编号。
图1所示的发电单元具备：具有多个燃料电池单体而成的电池堆2；供给都市燃气等原燃料的原燃料供给部件4；用于向构成电池堆2的燃料电池单体供给含氧气体的含氧气体供给部件5；以及借助原燃料和水蒸气对原燃料进行水蒸气改质的改质器3。另外，虽然后面叙述，但是通过将电池堆2和改质器3容纳于容纳容器从而构成燃料电池模块1(以下，有时简称为模块1)，在图1中，由双点划线包围示出。另外，虽然图中未图示，但是在模块1内设置有用于使在发电中未被使用的燃料气体燃烧的点火装置。
此外，在图1所示的发电单元中，具备热交换器6，该热交换器6用于对通过构成电池堆2的燃料电池单体的发电而产生的废气(排热)进行热交换，来使废气的温度降低。另外，在热交换器6中，设置有用于将由于包含在废气中的水分发生冷凝而得到的冷凝水处理成纯水的冷凝水处理装置7、用于蓄存由冷凝水处理装置7处理后的水(纯水)的水箱8，由冷凝水供给管9对水箱8与热交换器6之间进行连接。另外，根据通过热交换器6中的热交换而生成的冷凝水的水质，也能够作为不设置冷凝水处理装置7的结构。进一步地，在冷凝水处理装置7具有蓄存水的功能的情况下，也能够设为不设置水箱8的结构。
通过对水箱8与改质器3进行连接的供水管10所具备的水泵11将蓄存于水箱8中的水供给至改质器3。
进一步地，图1所示的发电单元设置有：供给电力调整部(功率调节器)12，其用于将由模块1发电的直流电力转换为交流电力，并对转换后的电能向外部负载供给的供给量进行调整；以及控制装置13，其对各种设备的动作进行控制。通过将构成这些发电单元的各装置容纳于外装壳体内，从而能够成为容易进行设置、挪动等的燃料电池装置。
接着，说明热声冷却机14。热声冷却机14包括：发动机15、冷却机16、以及将发动机15与冷却机16相连的连接管17。另外，在发动机15、冷却机16、连接管17的内部填充氦气等气体。此外，在发动机15以及冷却机16中分别配置有蓄热器18、19。将发动机15的蓄热器18的一侧作为高温(在图1中是上侧)，将另一侧作为低温(在图1中是下侧)，通过该温度梯度来产生热声能量(声波)。所以，设置使用于对蓄热器18的一侧进行加热的高温的流体流过的高温侧流路20A，并设置用于使对另一侧进行冷却的低温的流体流过的低温侧流路20B，并包含该蓄热器18和高温侧流路以及低温侧流路来构成热声能量产生部20。此外，在图1中，将该高温侧流路20A、低温侧流路20B以及蓄热器18作为一个整体，作为热声能量产生部20而以虚线来示出。
由热声能量产生部20产生的热声能量在流过发动机15以及连接管17时产生共振，该热声能量被传送至冷却机16。在冷却机16中，热声能量被进行能量转换而成为热能量。并且，通过在作为蓄热器19的一侧的高温侧(在图1中是上侧)设置使流体流过的流路21A，从而在蓄热器19的另一侧(在图1中是下侧)发生吸热反应而使温度降低，于是具有冷却功能。即，包含蓄热器19和作为高温侧的流路21A以及成为低温侧的部位21B来构成冷却部21。另外，在冷却部21中，流路21A的意思是与另一侧的低温侧相比较使较高温的流体流过的流路，而不必是使高温的流体流过。特别地，通过降低流过冷却部21中的流路21A的流体的温度，从而成为低温侧的部位21B进一步变低温，于是具有冷冻功能。换言之，冷却部21具有作为冷冻部的功能。所以，例如通过使常温的自来水管的水在流路21A中流动等，从而能够将成为低温侧的部位21B的温度降低至例如-70℃左右。另外，在图1中，将该流路21A、成为低温侧的部位21B以及蓄热器19作为一个整体，作为冷却部21而以虚线来示出。
这里，说明图1所示的混合系统的运行方法。在燃料电池装置的启动时，控制装置13使原燃料供给部件4、含氧气体供给部件5、水泵11、点火装置工作。在该时间点，由于模块1的温度低，所以无法进行燃料电池单体中的发电、改质器3中的改质反应。作为在发电中未被使用的燃料气体，由原燃料供给部件4供给的燃料气体的所有供给量几乎被燃烧，由于该燃烧热，模块1、改质器3的温度上升。在改质器3中，如果温度成为能够进行水蒸气改质的温度，则进行水蒸气改质，生成作为燃料电池单体的发电所需的含氢气体的燃料气体。另外，控制装置13也可以在改质器3成为能够进行水蒸气改质的温度后，进行控制以便使水泵11工作。燃料电池单体如果成为能够开始进行发电的温度，则利用由改质器3生成的燃料气体和从含氧气体供给部件5供给的含氧气体来开始发电。在电池堆2中产生的电能由供给电力调整部12转换为交流后，被供给至外部负载。
另外，在由燃料电池单体开始发电后，控制装置13在每次使燃料电池装置高效运行时，基于预先设定的燃料利用率(Uf)、空气利用率(Ua)、改质器3中的水蒸气改质的燃料中的碳以及水的摩尔比的比例即S/C的值，来控制原燃料供给部件4、含氧气体供给部件5、水泵11等的动作。另外，所谓燃料利用率是指根据在发电中所使用的燃料气体量/从原燃料供给部件4供给的燃料气体(原燃料)量而求取的值，并且所谓空气利用率是指根据在发电中使用的空气量/从含氧气体供给部件5供给的空气量而求取的值。
伴随电池堆2的运行而产生的废气流过热声冷却机14的发动机15中的构成热声能量产生部20的高温侧流路20A。另外，具体来说，以环绕将蓄热器18配置于内部的配管的一侧(高温侧)的周围的方式，来设置从燃料电池装置排出的废气所流过的配管(流路)，根据这样的结构，设为了使废气流过热声能量产生部20的高温侧流路20A的结构。在以下的说明中，也以各配管环绕热声冷却机14的配管的周围的方式来进行配置，并构成为使各流体流过热声冷却机14的各部位。
由此，在蓄热器18的一侧与另一侧产生温度梯度，能够产生热声能量。另外，作为热声能量产生部20的蓄热器18的低温侧通过与高温侧之间的温度差变大，从而能够更高效地产生热声能量，所以例如只要向低温侧流路20B供给常温的自来水管的水等即可。
此外，在图1所示的混合系统中，通过将固体氧化物形的燃料电池单体(电池堆2)用作燃料电池单体，从而从模块1排出的废气的热变得非常高温，会更容易产生温度梯度。由此，能够更高效地产生热声能量，通过使用该产生的热声能量，能够成为可具有优异的冷却功能的热声冷却机14。
另外，高温侧流路20A的一端与热交换器6连接。即，构成为：从燃料电池装置排出的废气在流过作为热声能量产生部的高温侧的高温侧流路20A后，在热交换器6中流动。另外，在热交换器6中，优选将供给至热交换器6的废气的温度降低至常温左右，从燃料电池装置排出的废气优选例如与水、供给至燃料电池装置的燃料气体、含氧气体等进行热交换。
此外，通过热交换器6中的热交换，从电池堆2排出的废气中含有的水成为冷凝水，并经过冷凝水供给管9而供给至冷凝水处理装置7。冷凝水由冷凝水处理装置7处理为纯水，并供给至水箱8。蓄存于水箱8中的水借助水泵11经由供水管13而供给至改质器3。这样，通过有效利用冷凝水，能够进行水的自主运行。
如以上，在本实施方式的混合系统中，由于除了燃料电池装置的发电以外，还具有作为热声冷却机14中的冷却机16的功能，所以能够成为尤其在便利店、超市等商业设施中有用且综合效率得到提高的混合系统。
接着，说明本实施方式的燃料电池装置。
图2是表示构成本实施方式的混合系统的燃料电池装置中的模块的一例的外观立体图，图3是图2的剖面图。
在图2所示的模块1中，构成为在容纳容器22的内部容纳电池堆装置30，其中，该容纳电池堆装置30具备2个电池堆2，并在电池堆2的上方配置有用于生成供给至燃料电池单体23的燃料气体的改质器3，并且电池堆2通过以下方式来形成：将具有使燃料气体在内部流通的燃料气体流路(未图示)的柱状的燃料电池单体23在竖立设置的状态下排列成一列，经由集电构件(在图2中未图示)将相邻的燃料电池单体23之间串联地电连接，并且由玻璃密封材料等绝缘性接合材料(未图示)将燃料电池单体23的下端固定于歧管24。另外，在电池堆2的两端部，配置有具有电提取部的导电构件(未图示)，该电提取部用于对通过电池堆2(燃料电池单体23)的发电而产生的电能进行集电并将其提取至外部。通过具备上述各构件，从而构成电池堆装置30。另外，在图2中，虽然示出了电池堆装置30具备2个电池堆2的情况，但是也能够适当地变更其个数，例如也可以仅具备1个电池堆2。
此外，在图2中，作为燃料电池单体23，例示出以下的燃料电池单体23：该燃料电池单体23是具有使燃料气体在内部在长边方向上进行流通的燃料气体流路的中空平板型，并且是在具有燃料气体流路的支撑体的表面依次层叠燃料极层、固体电解质层以及氧极层而成的固体氧化物形的燃料电池单体23。另外，含氧气体在燃料电池单体23之间进行流通。
此外，在本实施方式的燃料电池装置中，燃料电池单体23只要是固体氧化物形的燃料电池单体即可，例如也能够作为平板型、圆筒型，并且容纳容器22的形状也能够适当变更。
此外，在图2所示的改质器3中，对经由原燃料供给管28供给的天然气、灯油等原燃料进行改质来生成燃料气体。另外，改质器3优选作为能够进行高效的改质反应的水蒸气改质的构造，并且具备用于使水气化的气化部25和配置有用于将原燃料改质成燃料气体的改质触媒(未图示)的改质部26。并且，由改质器3生成的燃料气体经由燃料气体流通管27而被供给至歧管24，并由歧管24供给至设置于燃料电池单体23的内部的燃料气体流路。
此外，在图2中，示出取下容纳容器22的一部分(前后面)，并将容纳于内部的电池堆装置30取出至后方的状态。这里，在图2所示的模块1中，能够将电池堆装置30滑动容纳至容纳容器22内。
另外，在容纳容器22的内部配置有含氧气体导入构件29，该含氧气体导入构件29配置于并排设置在歧管24上的电池堆2之间，并使含氧气体在燃料电池单体23的侧方从下端部流向上端部。
如图3所示，构成模块1的容纳容器22是具有内壁31和外壁32的双重构造，由外壁32形成容纳容器22的外框，并且由内壁31形成容纳电池堆装置30的发电室33。进一步地，在容纳容器22中，将内壁31与外壁32之间作为使导入至燃料电池单体23的含氧气体进行流通的含氧气体流路39。
这里，在容纳容器22内，从容纳容器22的上部起，将含氧气体导入构件29以贯通内壁31的方式插入并固定，其中，该含氧气体导入构件29在上端侧具备用于含氧气体流入的含氧气体流入口(未图示)和凸缘部43，在下端部设置有用于将含氧气体导入至燃料电池单体23的下端部的含氧气体流出口34。另外，在凸缘部43与内壁31之间配置有隔热构件35。
另外，在图3中，虽然将含氧气体导入构件29配置为位于在容纳容器22的内部并排设置的2个电池堆2之间，但是也能够根据电池堆2的数目来适当地进行配置。例如，仅在容纳容器22内容纳1个电池堆2的情况下，能够设置2个含氧气体导入构件29，并配置为从两侧面侧将电池堆2夹在中间。
此外，在发电室33内，适当设置有用于将模块1内的温度维持为高温的隔热构件35，以便在模块1内的热被极端地释放而使燃料电池单体23(电池堆2)的温度降低后发电量不减少。
隔热构件35优选配置在电池堆2的附近，特别优选沿着燃料电池单体23的排列方向配置于电池堆2的侧面侧，并且具有与电池堆2的侧面的沿着燃料电池单体23的排列方向的宽度相等或者其以上的宽度。另外，优选将隔热构件35配置在电池堆2的两侧面侧。由此，能够有效地抑制电池堆2的温度降低。进一步地，能够抑制从含氧气体导入构件29导入的含氧气体由电池堆2的侧面侧被排出，能够促进构成电池堆2的燃料电池单体23间的含氧气体的流动。另外，在配置于电池堆2的两侧面侧的隔热构件35中设置有开口部36，该开口部36用于对供给至燃料电池单体23的含氧气体的流动进行调整，降低电池堆2的长边方向以及燃料电池单体23的层叠方向上的温度分布。
此外，在沿着燃料电池单体23的排列方向的内壁31的内侧设置有废气用内壁37，内壁31与废气用内壁37之间作为使发电室33内的废气从上方流向下方的废气流路40。另外，废气流路40与设置于容纳容器22的底部的排气孔38相通。此外，在废气用内壁37的电池堆2侧也设置有隔热构件35。
由此，构成为，伴随模块1的工作(启动处理时、发电时、停止处理时)而产生的废气在流过废气流路40后，从排气孔38排出。另外，排气孔38可以以将容纳容器22的底部的一部分切下的方式来形成，并且也可以通过设置管状的构件来形成。
另外，在含氧气体导入构件29的内部配置用于测量电池堆2附近的温度的热电偶42，其中，该热电偶42的测温部41位于燃料电池单体23的长边方向的中央部且燃料电池单体23的排列方向上的中央部的位置处。
此外，在上述结构的模块1中，通过使至少一部分的燃料电池单体23中的从燃料气体流路排出的未在发电中使用的燃料气体与含氧气体在燃料电池单体23的上端部侧与改质器3之间进行燃烧，从而能够使燃料电池单体23的温度上升/维持。并且，能够对配置于燃料电池单体23(电池堆2)的上方的改质器3进行加温，能够在改质器3中高效地进行改质反应。另外，在通常发电时，伴随上述燃烧、燃料电池单体23的发电，模块1内的温度成为500～800℃左右。所以，从模块1排出的废气的温度也变得非常高。
图4是表示本实施方式的混合系统的结构的其他一例的结构图。本实施方式与图1所示的本实施方式的混合系统相对比，在以下方面不同：燃料电池装置具备热水贮存单元，且在热交换器6中，通过从燃料电池装置排出的废气和在热水贮存罐44与热交换器6中循环的循环水进行热交换。
即，在图4所示的混合系统中，与图1所示的混合系统相比较，进一步具有：使水在热交换器6中循环的循环配管45；设置于热交换器6的出口且用于测量流过热交换器6的出口的水(循环水流)的水温的出口水温传感器46；用于使水在循环配管45内循环的循环泵47；以及蓄存流过循环配管45的进行了热交换后的水(热水)的热水贮存罐44。
在这样的混合系统中，在热声冷却机14的发动机15(热声能量产生部20)中的流过了高温侧流路20A的废气接下来被供给至热交换器6，并在热交换器6中，与在循环配管45中流动的循环水进行热交换，从而生成热水。
即，在图4所示的混合系统中，除了具有燃料电池装置中的发电、热声冷却机的冷却功能以外，还具有热水贮存单元的热水的生成的功能，即具有这样3个功能。所以，能够成为综合效率得到提高的混合系统。
图5、图6是表示本实施方式的混合系统的结构的另外其他一例的结构图。
在这些混合系统中，与图4所示的混合系统相比较，冷却机16的流路21A的一端与热交换器6或者热水贮存罐44连接。即，构成为，使常温的水在流路21A中流动，并且使流过流路21A的水直接流向热交换器6，或者经由热水贮存罐44以及循环配管45流向热交换器6。另外，在图5所示的混合系统中，取代循环配管45，而通过热水回收管48对热交换器6与热水贮存罐44之间进行连接。
如上所述，通过将作为冷却机16的蓄热器19的一侧的高温侧的温度保持为低温，从而能够降低作为蓄热器19的另一侧的低温侧的温度，于是作为冷却机16来高效地起作用。此外，通过进一步将冷却机16的蓄热器19的高温侧的温度保持为低温，从而使冷却机16具有作为冷冻机的功能。
因此，在图5、6所示的发电系统中，通过使常温的水在冷却机16的流路21A中流动，从而能够将蓄热器19的高温侧的温度保持为低温，于是能够高效地作为冷却机16来起作用。进一步地，通过使流过该流路21A的水直接流向热交换器6，或者经由热水贮存罐44以及循环配管45流向热交换器6，从而能够对水进行有效利用。由此，能够成为综合效率进一步得到提高的混合系统。
图7是表示本实施方式的发电系统的结构的另外其他一例的结构图，与图6所示的混合系统相比较，流路21A与低温侧流路20B一体化，该低温侧流路20B的一端与热交换器6连接。即，构成为，流过冷却部21的流路21A的流体在流过热声能量产生部20的低温侧流路20B后，流向热交换部6。
如上所述，通过增大热声能量产生部20中的蓄热器18的一侧与另一侧之间的温度梯度，从而热声能量更容易产生。这里，通过使流过冷却部21的流路21A的常温的水连续地流过热声能量产生部20的低温侧流路20B，从而更容易在热声能量产生部20中的蓄热器18的一侧与另一侧产生温度梯度。
进一步地，通过使在该冷却部21的流路21A中流动的常温的水流过热声能量产生部20的低温侧流路20B后，将其供给至热水贮存罐44的下部(低温侧)，从而能够进一步地对水进行有效利用。由此，能够成为综合效率进一步得到提高的混合系统。
图8是表示本实施方式的混合系统的结构的另外其他一例的结构图。
在图8所示的混合系统中，燃料电池装置不具有热水贮存单元，而具备循环流路49，在该循环流路49中，在热交换器6中与燃料电池装置的废气进行热交换的流体依次流过冷却部21的流路21A、热声能量产生部20的低温侧流路20B、热交换器6。即各流路被一体化。
此外，在循环流路49的中途设置有泵50。由此，不必在各个热交换部中设置独立的流路，能够使热声冷却机14成为更简单的结构。另外，通过控制该泵50的动作，从而能够对热声冷却机14的冷却功能进行控制。
此外，通过将循环流路49的结构设为，在循环流路49中流动的流体流过冷却部21的流路21A后，在热声能量产生部20的低温侧流路20B中流动的结构，从而能够在冷却部21的流路21A中流动温度低的流体，由此冷却部21能够具有高的冷却功能。另外，作为在循环流路49中流动的流体，并不特别地进行限制，但是例如能够设为常温的自来水管的水、空气等。
此外，在图8所示的混合系统中，在循环流路49中具备用于冷却在循环流路49中流动的流体的冷却机51。
在循环流路49中流动的流体在流过热声能量产生部20的低温侧的过程中、在热交换器6中与从燃料电池装置排出的废气进行热交换的过程中，有时温度会上升。特别是，通过热交换器6中的与从燃料电池装置排出的废气之间的热交换，有时会有温度大幅上升的情况。如果这样的温度上升后的流体流向冷却部21的高温侧，则低温侧的温度会上升，恐怕冷却功能会降低。
相对于此，在图8所示的混合系统中，由于在循环流路49中具备用于对在循环流路49中流动的流体进行冷却的冷却机51，所以能够将在循环流路49中流动的流体维持为低温，能够抑制冷却部21中的冷却功能降低。
另外，冷却机51只要能够对在循环流路49中流动的流体进行冷却即可，并不特别对结构进行限定。例如，除了散热器以外，也能够作为以使循环流路49在蓄存有自来水管的水的容器内通过的方式来设置的结构，或者作为将循环流路49设置于在内部流过自来水管的水的筒状体的周围的结构。
顺便说一下，在图8中，在热交换能量产生部20中，将从燃料电池装置排出的废气流过且一部分成为流路21A的排气管作为排气管52来示出，并且在热声能量产生部20中，将配置了蓄热器18的配管示出为配管53。另外，针对这些配管在后叙述。
图9、10是表示本实施方式的混合系统的结构的其他一例的结构图，与图8所示的混合系统相比较，在图9中示出在冷却机51中由在循环流路49中流动的流体与供给至改质器3的原燃料进行热交换的结构，在图10中示出在冷却机51中由在循环流路49中流动的流体与供给至电池堆2的含氧气体进行热交换的结构。即，冷却机51作为热交换部起作用。
特别地，在将固体氧化物形的燃料电池单体23用作燃料电池单体23而成的燃料电池装置中，为了使燃料电池单体23的发电成为非常高的高温，所以优选供给至模块1的原燃料、含氧气体的温度较高。这里，在冷却机51中，通过由在循环流路49中流动的流体与原燃料或者含氧气体进行热交换，从而能够提高供给至模块1的原燃料、含氧气体的温度。由此，能够提高燃料电池装置的发电效率，能够成为综合效率得到提高的混合系统。
图11(a)～(d)是表示本实施方式的混合系统中的排气管与配管之间的配置关系的外观立体图或者剖面图。
图11表示将在图8中由虚线围成的配管53与排气管52之间的连接及其形状的一例截取出来进行表示的外观立体图或者剖面图，(a)是作为排气管52覆盖了配管53的周围的构造(以下，在排气管52和配管53中，将排气管52覆盖了配管53的部位的构造称为二重管54)的外观立体图，(b)是(a)的A-A线剖面图，(c)表示其他一例的剖面图，(d)是表示另外其他一例的剖面图。以下，依次说明各自的结构。
在图11(a)、(b)中，将配管53之中蓄热器18的高温侧截取出来进行表示，以覆盖配管53的外周的方式配置排气管52来作为二重管54的构造。由此，从燃料电池装置排出并在排气管52内(换言之，在高温侧流路20A内，以下含义相同)流动的废气的热被高效地传导至配管53，能够增大热声能量产生部20中的温度梯度。
另外，在图11(a)、(b)中，虽然示出在排气管52中流动的废气从上方向下方流动的结构的一例，但是如果是二重管54的构造，则在排气管52中流动的废气除了上下方向以外，也能够作为在左右方向上流动的结构。
此外，当每次提高在排气管52中流动的废气向配管53的传热性时，也能够使排气管52的热传导率比配管53的热传导率高。由此，能够将在排气管52中流动的废气的热更高效地传导至配管53，从而能够提高热声冷却机14的性能。
图11(c)表示在排气管52之中作为成为二重管54的部位的与配管53的外周相应的部位的内壁设置了向配管53突出的突出部55的结构。
通过作为这样的结构，从而在排气管52中流动的废气发生紊流，能够将在排气管52中流动的废气的热更高效地传导至配管53。另外，在图11(c)中，虽然例示出将该突出部55设置于排气管52的内壁的结构，但是在配管53的成为二重管54的部位处的外壁设置了向排气管52突出的突出部的情况下，除了在排气管52中流动的废气发生紊流以外，还能够增大配管53的表面积，能够进一步高效地将在排气管52中流动的废气的热传导至配管53。另外，虽然也能够将突出部55设置于排气管52以及配管53这两者，但是该情况下优选设置为不会妨碍在排气管52中流动的废气的流动的程度。
图11(d)表示在排气管52之中与热声能量产生部的高温侧相对应部位(成为二重管54的部位)的外周设置了隔热构件56的结构。这样，通过在排气管52的与热声能量产生部的高温侧相对应的部位的外周设置隔热构件56，从而能够抑制在排气管52中流动的废气的热释放，能够将更高温的热传导至配管53。另外，在图11(d)中，虽然示出在排气管52之中与热声能量产生部的高温侧相对应的部位的外周设置了隔热构件56的例子，但是当将在排气管52中流动的废气的热维持为高温时，也可以由隔热构件56来覆盖排气管52整体。
进一步地，在上述中，虽然说明了将排气管52与配管53设为二重管的结构，但是只要能够将在排气管52中流动的废气的热高效地传导至配管53，就不限定于二重管的形状。例如，也可以将排气管52设置成以螺旋状来包围配管53的外周。
图12表示在图11(b)所示的排气管52和配管53的结构中，在排气管52与配管53连接的部位(二重管54的部位)的内部配置了燃烧触媒57的例子。
如上所述，通过将在排气管52中流动的废气的热传导至配管53，能够增大热声能量产生部20中的温度梯度。这里，有时在排气管52中流动的废气中会含有未燃烧的燃料气体。所以，通过至少在排气管52与配管53连接的部位的内部设置燃烧触媒57，从而由于废气中含有的未燃气体成分利用燃烧触媒57发生燃烧反应，所以与不设置燃烧触媒的例子相比较，能够成为更高的高温。由此，能够进一步增大在排气管52中流动的废气的实际热量。所以，由于能够增大传递至配管53的热量，所以能够增大热声能量产生部20中的温度梯度，从而冷却部16能够具有高的冷却功能。另外，燃烧触媒57只要至少配置于排气管52的与配管53连接的部位的内部即可，也能够设置于排气管52的其他部位。
这里，作为燃烧触媒57，能够使用一般使用的燃烧触媒，例如，能够使用使γ-氧化铝、α-氧化铝、堇青石等多孔质载体来承载铂、钯等贵金属类等触媒的燃烧触媒等。
此外，在图12中，在燃烧触媒57的配置部位配置有间隔构件58，以使配置于与配管53连接的部位处的排气管52的内部的燃烧触媒57不会脱落。另外，在图12中，示出在与配管53连接的部位处的排气管中，在相对废气的流动方向的入口侧和出口侧(上下)2处设置了间隔构件58的例子。另外，作为间隔构件58，只要是具有耐热性且不妨碍废气的流动、并进一步能够抑制燃烧触媒57脱落的构件即可，例如能够使用由金属等制作而成的网眼状的构件等。
另外，在图12中，虽然使用图11(b)所示的结构进行了说明，但是对于例如图11(c)以及(d)所示的结构也同样地能够设置燃烧触媒57。
以上，详细说明了本发明，但是本发明不限定为上述的实施的方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更、改良等。
例如，在上述混合系统中，使用具备固体氧化物形的燃料电池单体的燃料电池装置作为燃料电池装置的一例进行了说明，但是也可以例如设为固体高分子形的燃料电池装置。在使用固体高分子形的燃料电池装置的情况下，只要例如有效利用在改质反应中产生的热即可，可以适当地变更结构。
符号说明
1：燃料电池模块
6：热交换器
14：热声冷却机
20：热声能量产生部
21：冷却部
44：热水贮存罐
49：循环流路
51：冷却机
52：排气管
53：配管

Claims (10)

1.一种混合系统，具备燃料电池装置和热声冷却机，该混合系统的特征在于，
所述热声冷却机具备：
热声能量产生部，其通过高温侧与低温侧的温度梯度来产生热声能量；以及
冷却部，其利用从该热声能量产生部传送的热声能量经能量转换而产生的高温侧与低温侧的温度梯度，使低温侧具备冷却功能，
该混合系统构成为从所述燃料电池装置排出的废气在所述热声能量产生部的高温侧流动。
2.根据权利要求1所述的混合系统，其特征在于，
该混合系统构成为具备热交换器，该热交换器用于通过从所述燃料电池装置排出的废气与流体进行热交换来降低所述废气的温度，
并且从所述燃料电池装置排出的废气在流过所述热声能量产生部的高温侧后，在所述热交换器中流动。
3.根据权利要求2所述的混合系统，其特征在于，
该混合系统构成为：流体在所述冷却部的高温侧流动，并且流过所述冷却部的高温侧的所述流体在所述热交换器中流动。
4.根据权利要求2所述的混合系统，其特征在于，
该混合系统构成为：流体在所述冷却部的高温侧流动，并且流过所述冷却部的高温侧的所述流体在流过所述热声能量产生部的低温侧后，在所述热交换器中流动。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的混合系统，其特征在于，
该混合系统具备循环流路，在该循环流路中，所述流体依次流过所述冷却部的高温侧、所述热声能量产生部的低温侧、以及所述热交换器，
在该循环流路之中所述热交换器与所述冷却部的高温侧之间，具备用于对在所述循环流路中流动的流体进行冷却的冷却机。
6.根据权利要求5所述的混合系统，其特征在于，
所述冷却机是通过在所述循环流路中流动的流体与供给至所述燃料电池装置的气体进行热交换的热交换器。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的混合系统，其特征在于，
所述热声能量产生部具备在内部配置有蓄热器的配管，
从所述燃料电池装置排出的废气所流过的排气管被配置于所述配管当中的所述热声能量产生部的高温侧的周围。
8.根据权利要求7所述的混合系统，其特征在于，
在所述排气管之中与所述配管当中的所述热声能量产生部的高温侧相对应的部位的外周设置有隔热构件。
9.根据权利要求7或8所述的混合系统，其特征在于，
所述排气管的热传导率高于所述配管的热传导率。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的混合系统，其特征在于，
在所述排气管的与所述配管连接的部位的内部配置有燃烧触媒。
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