CN109153566A - 重整器、单元堆装置、燃料电池模块和燃料电池装置 - Google Patents

重整器、单元堆装置、燃料电池模块和燃料电池装置 Download PDF

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Abstract

本公开的重整器具有被导入原燃料和水来进行重整反应的沿着水平方向延伸的筒状的重整器主体，在重整器主体的内部包括产生水蒸气的气化部以及使气化部产生的水蒸气与原燃料反应而生成重整气体的重整部，所述重整器包括向重整器主体导入原燃料的原燃料导入管和在内部具有向重整器主体导入水的水流路的水导入管，在所述气化部和所述水导入管中的至少一方具备用于促进所述气化部中的水的气化的气化促进部。

Description

重整器、单元堆装置、燃料电池模块和燃料电池装置
技术领域
本发明涉及用于生成向燃料电池单元导入的燃料气体的重整器、具备该重整器的单元堆装置、燃料电池模块和燃料电池装置。
背景技术
近年，作为下一代能源，提议了多种将能够使用燃料气体(含氢气体)和空气(含氧气体)得到电力的燃料电池单元收纳在收纳容器内而成的燃料电池模块、将燃料电池模块收纳在外装壳体内而成的燃料电池装置。
单元堆装置通过在燃料电池单元堆的上方配置重整器而成，该重整器具备使水气化而生成水蒸气的气化部和使用由该气化部产生的水蒸气对原燃料(包含气体状的原燃料气体)进行水蒸气重整的重整部。单元堆装置构成为，原燃料导入管和水导入管与重整器的上游侧的气化部连接，由气化部产生的水蒸气和原燃料混合而被导入重整部，在该重整部中对原燃料进行重整。
通常，构成燃料电池装置的燃料电池模块通过将上述单元堆装置收纳在收纳容器内而构成。由导入重整器中的原燃料和水来生成包含氢作为成分的重整气体并将其向燃料电池单元堆导入。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：特开2005-158527号公报
专利文献2：特开2016-177945号公报
发明内容
本公开的重整器具有被导入原燃料和水来进行重整反应的沿着水平方向延伸的筒状的重整器主体，在该重整器主体的内部具备产生水蒸气的气化部以及使所述气化部产生的水蒸气与原燃料反应而生成重整气体的重整部，所述重整器包括向所述重整器主体导入原燃料的原燃料导入管和在内部具有向所述重整器主体导入水的水流路的水导入管，在所述气化部和所述水导入管中的至少一方具备用于促进所述气化部中的水的气化的气化促进部。
本公开的单元堆装置具备单元堆，该单元堆具备多个燃料电池单元，该燃料电池单元利用燃料气体和含氧气体进行发电并在内部具有沿着长度方向贯通的气体流路，并且，该燃料电池单元在上端侧使发电中未使用的所述燃料气体燃烧。而且，本公开的单元堆装置还具备与所述气体流路连通并向该气体流路导入燃料气体的歧管和与该歧管连接且配置在所述单元堆的上方的之前公开的重整器。
本公开的燃料电池模块具备之前公开的单元堆装置和收容该单元堆装置的收纳容器。
本公开的燃料电池装置具备之前公开的燃料电池模块、用于使该燃料电池模块运转的辅助设备以及收纳所述燃料电池模块和所述辅助设备的外装壳体。
附图说明
基于以下详细的说明和附图来使本公开的目的、特色和优点变得更加明确。
图1是示出第一实施方式的单元堆装置的结构的侧视图。
图2是以能看到第一实施方式的重整器的内部结构的方式切去一部分进行表示的立体图。
图3A是示出第一实施方式的重整器的构造的剖视图。
图3B是图3A的I线的剖视图。
图3C是示出第一实施方式的重整器的其它构造的剖视图。
图4是第二实施方式的重整器的局部剖视图。
图5是第三实施方式的重整器的局部剖视图。
图6是第四实施方式的重整器的局部剖视图。
图7是第五实施方式的重整器的局部剖视图。
图8是第六实施方式的重整器的局部剖视图。
图9是示出实施方式的燃料电池模块中的原燃料/水导入管连接至收纳容器的连接状态的外观立体图。
图10是示出第七实施方式的燃料电池模块内的原燃料/水导入管与重整器主体的连接构造的局部剖视图。
图11A是示出第七实施方式中的原燃料/水导入管与重整器主体的连接部分的剖视示意图。
图11B是图11A的II线的剖视示意图。
图11C是图11A的III线的剖视示意图。
图12A是示出第八实施方式中的原燃料/水导入管与重整器主体的连接部分的剖视示意图。
图12B是图12A的IV线的剖视示意图。
图12C是图12A的V线的剖视示意图。
图13A是示出第九实施方式中的原燃料/水导入管与重整器主体的连接部分的剖视示意图。
图13B是图13A的VI线的剖视示意图。
图13C是图13A的VII线的剖视示意图。
图14是示出第十实施方式的燃料电池模块内的原燃料/水导入管与重整器主体的连接构造的局部剖视图。
图15A是示出第十实施方式中的原燃料/水导入管与重整器主体的连接部分的剖视示意图。
图15B是图15A的VIII线的剖视示意图。
图16是示出第十一实施方式的燃料电池模块内的原燃料/水导入管与重整器主体的连接构造的局部剖视图。
图17A是示出第十一实施方式中的原燃料/水导入管与重整器主体的连接部分的剖视示意图。
图17B是图17A的IX线的剖视示意图。
图18A是示出第十二实施方式中的原燃料/水导入管与重整器主体的连接部分的剖视示意图。
图18B是图18A的X线的剖视示意图。
图19是说明相对于重整器主体的原燃料/水导入管的连接方式的图。
图20是示出实施方式的燃料电池装置一例的分解立体图。
具体实施方式
然而，在重整器中寻求有效地进行重整反应。其中，特别是在进行水蒸气重整的重整器中，寻求不仅在重整部中有效地进行重整反应，而且在气化部中也有效地进行水的气化。为此，本实施方式的重整器着眼于直接或间接地提高气化部中的水的气化效率而作成。以下，参考附图详细说明本实施方式。
图1～图3是说明第一实施方式的重整器的结构的图，图4～图8是分别说明对应于第二实施方式～第六实施方式的重整器的结构的图。另外，对具有同样功能、结构的部件标记相同符号，省略详细说明。
图1是示出第一实施方式的单元堆装置的结构的结构图。另外，在以后的图中对相同部件赋予相同符号。图1所示的单元堆装置10如下构成：将在内部具有气体流路的柱状的多个燃料电池单元22以立设的状态排列并将燃料电池单元22之间经由集电部件(未图示)彼此电连接而形成单元堆23，在单元堆23的上方配置重整器1。
其中，构成单元堆23的燃料电池单元22的下端被绝缘性的粘合材料固定于向燃料电池单元22导入重整气体(含氢气体)的歧管21，歧管21的端部与重整气体送给管6的一端连接。此外，重整气体送给管6的另一端与后述的重整气体送出口5连接。另外，这里所称的歧管21的端部是指歧管21的侧面中的与燃料电池单元22的排列方向正交的侧面，是与重整器1的重整气体送出口5这侧同侧的侧面。另外，只要能经由歧管21将重整气体导入燃料电池单元22即可，重整气体送给管6的一端也可与歧管21的上表面或下表面连接。
另外，在单元堆23的两端部配置有用于收集通过燃料电池单元22的发电而产生的电流并将其引出到外部的具有电流引出部的导电部件(未图示)。其中，作为燃料电池单元22，例举了形成为在内部具有供重整气体沿着长度方向流通的气体流路的中空平板状且在支承体的表面依次设置有燃料侧电极层、固体电解质层和氧侧电极层的固体氧化物型燃料电池单元。另外，在作为燃料电池单元22而使用固体氧化物型燃料电池单元的情况下，燃料电池单元22的发电温度为600℃～1000℃左右的极高温度。另外，作为燃料电池单元22可使用所谓的圆筒型、横向条纹型。
在上述的单元堆装置10中，向后述的重整器1导入天然气、煤油等原燃料进行重整反应。通过重整反应得到的重整气体经由重整气体送给管6导入歧管21，导入歧管21中的重整气体被导入燃料电池单元22。进而，从燃料电池单元22的外侧导入作为含氧气体的空气，使用重整气体(含氢气体)和空气(含氧气体)，在燃料电池单元22中进行发电。
此外，在单元堆23和重整器1之间配设有用于对重整气体进行点火的点火元件(未图示)。进而，在位于单元堆23和重整器1之间的燃烧部24中，使燃料电池单元22的发电中未使用的剩余的重整气体燃烧，由此能够利用剩余的重整气体燃烧所产生的燃烧热来使重整器1的温度上升。其结果是，能够有效地在重整器1中进行重整反应。另外，在图1中，使用图中的箭头示出了气体的流动。本实施方式的燃料电池模块(30)通过将上述的单元堆装置10收纳在收纳容器内而成。此外，本实施方式的燃料电池装置如图20所示，具备该燃料电池模块(30)、用于使燃料电池模块工作的辅助设备和收容燃料电池模块和辅助设备的外装壳体。
图2是示出第一实施方式的重整器1的结构的立体图，是以能看到重整器1的内部的方式切去一部分进行表示的外观立体图。另外，图2中将其结构的一部分省略进行图示。图2的重整器1具有在一端部设置导入原燃料和水的导入口7且沿着水平方向延伸的筒状的重整器主体2。
重整器主体2具有气化部3和重整部4。气化部3是被从导入口7导入原燃料和水的导入部，包括使导入的水的一部分成为水蒸气的第一气化室3a和使导入的水成为水蒸气的第二气化室3b。重整部4包括使在第二气化室3b中产生的水蒸气与原燃料发生重整反应而生成重整气体的第一重整室4a和第二重整室4b。在重整器1中，为了有效地进行作为重整反应的水蒸气重整，使导入第一气化室3a中的几乎所有(优选所有)的水在第二气化室3b中气化为水蒸气并与原燃料混合，并将混合了水蒸气的原燃料导入第一重整室4a。另外，重整部4可以不用分隔壁进行划分，成为具有一个室的重整部。此外，在重整器主体2的另一端部设置有送出重整气体的重整气体送出口5。
其中，图2的重整器1还具有沿垂直于重整器主体2的中心轴线C的方向延伸的划分重整器主体2的三个分隔壁11。这些分隔壁11分别在下方侧具有能够供原燃料、水蒸气和重整气体流通的可流通部12。其中，下方侧是指重整器1的内部的在高度方向上从下端至大约2/3的高度为止的区域。此外，分隔壁11的除可流通部12以外的部分被遮挡，形成原燃料、水蒸气和重整气体无法流通的不可流通部。另外，通过由传热性高的部件形成分隔壁11，能够促进对流过重整器主体2的内部的流体和重整催化剂(未图示)的传热，由此能够提高重整效率。另外，可在重整器1的内部的整个高度方向上设置可流通部12。
可流通部12可由安装于分隔壁11的开口部的网眼状的部件构成，或者，作为沿着一个方向细长地延伸的多个开口部，可由设置于分隔壁11的多个狭缝状的切口来构成，还可由贯通孔来构成。重整器1的内部利用三个分隔壁11从导入口7一侧至重整气体送出口5一侧依次划分为第一气化室3a、第二气化室3b、第一重整室4a和第二重整室4b。另外，可为不设置第一气化室3a或第二气化室3b的结构。重整器1所具备的分隔壁11可为一个，也可为四个以上。
其中，导入管8如后述的第七实施方式那样，可为原燃料导入管和水导入管的双重管(例如原燃料/水导入管25等)。另外，在设为双重管的情况下，除了在原燃料导入管的内侧设置水导入管以外，也可为在水导入管的内侧设置原燃料导入管的形状。但是，当然也可以单独设置原燃料导入管和水导入管。
图3A、图3B是示出第二实施方式的重整器的结构的剖视图，图3A是重整器主体在长度方向上的局部剖视图，图3B是朝向导入管观察第一气化室的剖视图，即是图3A中的I线的剖视图。另外，作为重整器1的导入部的第一气化室3a与导入管8连接。
在图3A、3B所示的重整器中，在气化部3内且以覆盖第一气化室3a的至少底部的方式沿着第一气化室3a的内表面呈圆弧状地配置有构成气化促进部的作为气化促进部件的水扩散部件13。在以下的该实施方式的说明中，作为气化促进部，使用水扩散部件进行说明。水扩散部件13从重整器主体2的底面侧朝向上表面侧沿着重整器主体2的内表面进行设置。另外，图3A、图3B中示出了从重整器主体2的底面侧至大约一半的高度设置水扩散部件13的例子，但水扩散部件13在高度方向上没有特别限制。例如，如图3C所示，能够以覆盖重整器主体的整个内周的方式设置水扩散部件13。在此情况下，水扩散部件13可为在周向上无切缝的连续的圆筒形的部件，也可为将切成平板形的部分卷成圆筒状的部件。
从导入管8向作为导入部的第一气化室3a导入水和原燃料。当水下滴到第一气化室3a内时，与配置在第一气化室3a的下方的水扩散部件13接触。水扩散部件13是由具有耐热性且不会被水腐蚀的不锈钢等金属原料构成的金属网，具有使水因毛细管现象而沿着金属网扩散这种程度的细小网眼构造。因此，与水扩散部件13接触的水不会积存在滴下的位置而会沿着水扩散部件13扩散。水在扩散的同时被加热而成为水蒸气。水蒸气通过分隔壁11的可流通部12而移动至第二气化室3b，在第二气化室3b中完全成为水蒸气并与原燃料混合。
利用水扩散部件13，水不会滞留在气化部3的底部，能连续顺畅地进行水的气化。因此，能够直接促进水的气化，还能够抑制滞留的水骤然沸腾而一下产生大量的水蒸气的现象，从而能够进行水的稳定的气化。因此，由于重整器1中的重整反应稳定，因而由重整器1生成并导入单元堆23的重整气体的流量稳定，从而能够进行稳定的发电。另外，水扩散部件13可以与导入管8的结构无关而设置于供水流动的任意形状的导入管。
图4是示出第二实施方式的重整器的结构的局部剖视图。作为水扩散部件14，使用将陶瓷纤维层压为毯状的部件来代替上述的金属网。陶瓷纤维由于耐高温且难以与水、原燃料等发生化学反应，因而适用作水扩散部件。从导入管8导入的水由于利用毛细管现象在陶瓷纤维的纤维之间扩散并同时气化，因而能够直接地促进导入的水的气化，同时能够使导入的水不滞留地稳定气化。
在图3A、图3B、图3C和图4所示的实施方式中，由一条导入管8向气化室导入水和原燃料，但可用各自的导入管导入水和原燃料。在该情况下，导入水的导入管与第一气化室3a连接，导入原燃料的导入管除了与第一气化室3a连接以外，还与第二气化室3b、第一重整室4a连接来导入原燃料。
此外，在图3A、图3B、图3C和图4所示的实施方式中，示出了仅在第一气化室3a设置水扩散部件13、14的例子，但也可从第一气化室3a延伸至第二气化室3b地设置水扩散部件13、14。在该情况下，可设置为水扩散部件13、14通过分隔壁11的下方。
图5是示出第三实施方式的重整器的结构的局部剖视图，示出在导入管8的面向气化部3(第一气化室3a)的部分设置有构成气化促进部的作为气化促进部件的雾化部件的结构。雾化部件15为圆筒状，沿着导入管8的内表面设置。雾化部件15可以使用将金属网卷成圆筒状或将陶瓷纤维成型为圆筒状的部件。另外，雾化部件15不限于圆筒状。
由导入管8导入的水向设置在导入管8的端部且设置在面向气化部3的部分的雾化部件15渗入。原燃料通过雾化部件15的中空部即导入管8的中心部。原燃料将雾化部件15所含的水呈雾状地卷入并同时向第一气化室3a流入。这样，利用雾化部件15，水变成细微雾状而与原燃料一起流入第一气化室3a，因而能够直接地促进水的气化，且能够使水不滞留于气化部3的底部地产生水蒸气。
另外，雾化部件15可根据导入管8的结构来适当配置。例如，在导入管8为原燃料导入管和水导入管这样的双重管的情况下，雾化部件15除了设置于水导入管以外，例如在原燃料导入管比水导入管的前端突出的情况下，可以设置于原燃料导入管的突出的部位的外表面且设置在能够使水导入管所导入的水在水导入管的前面发生雾化这样的位置处。
图6为示出第四实施方式的重整器的结构的局部剖视图，示出向作为气化部3的第一气化室3a内突出地设置有雾化部件15的结构。筒状的雾化部件15的一侧的前端插入并固定于导入管8，另一侧的前端向第一气化室3a内突出配设。
这样，通过从导入管8的前端向第一气化室3a内突出地配设雾化部件15，而使面向第一气化室3a内的雾化部件15的表面积变大，因而能够更有效地使导入的水雾化并将其导入第一气化室3a。
图7是示出第五实施方式的重整器的结构的局部剖视图，示出在沿着导入管8的内表面呈筒状地设置的雾化部件15的前端侧设置有使原燃料的流动方向变向的原燃料变向部件16这样的结构。原燃料变向部件16插入并固定于筒状的雾化部件15的第一气化室3a侧的端面的孔中。原燃料变向部件16与重整器主体2、导入管8同样由耐热、耐腐蚀性的金属形成。
能够流动到导入管8的前端的原燃料大部分在雾化部件15的中空部中流动，但通过设置原燃料变向部件16，中空部中的流动变向为导入管8的内壁方向。其结果是，大部分的原燃料透过雾化部件15而向第一气化室3a流动，从而能够更有效地进行水的雾化。另外，图7所示的原燃料变向部件16设置成使原燃料不通过原燃料变向部件16。
图8是示出第六实施方式的重整器的结构的局部剖视图，示出在向第一气化室3a内突出地配设的雾化部件15的前端安装有原燃料变向部件16的结构。原燃料变向部件16使原燃料在中空部中的流动变向为导入管8的内壁方向，因而大部分的原燃料透过雾化部件15而向第一气化室3a内流入，此时，使雾化部件15所含的水雾状地向第一气化室3a扩散。大部分的原燃料在雾化部件15中流动而向第一气化室3a流入，因而能够更有效地进行水的雾化。
另外，在图7和图8中，原燃料变向部件16插入并固定于雾化部件15的第一气化室3a侧的端面的孔中，但不限于此，可以用由网眼材料构成的盖状的部件来覆盖雾化部件15的第一气化室3a侧的端面。在该情况下，也能够抑制原燃料通过盖状的部件，从而能够整体上改变原燃料的流动方向。由此，能够用作原燃料变向部件16。
接下来，同样参照附图对第七实施方式～第十二实施方式进行详细说明。
图9～图11是说明第七实施方式的重整器的结构的图，图12和图13是示出与第七实施方式的变形例相当的第八实施方式和第九实施方式的重整器的图。
此外，图14和图15是示出第十实施方式的重整器的图，图16和图17是示出第十一实施方式的重整器的图。
进而，图18是示出与第七实施方式的其它例相当的第十二实施方式的重整器的图。
图9所示的第七实施方式的燃料电池装置所用的燃料电池模块31为固体氧化物型的燃料电池(SOFC)模块。得到在收纳容器41的内部收容图10的局部剖视图(截取模型)所示的具备单元堆23和重整器1的单元堆装置20并用盖体42密封收纳容器(收容空间)的开口这样的结构。另外，收纳容器41形成为沿着燃料电池单元(单元堆23)的排列方向的长条形状的长方形，将沿着燃料电池单元的排列方向的收纳容器41的长度方向且重整器1的长边方向(长度方向)称为前后(或近-远)方向。因此，图9中的图示右方为模块的近侧，图10中(相反侧的)图示左方相当于模块的近侧。
而且，图9中收纳容器41的前侧(图示右方)的侧面(图10中图示左方)上配设的是用于向单元堆装置20的重整器1导入天然气等原燃料(包含气体状的原燃料气体)和原燃料重整用的水的原燃料/水导入管25。此外，用于测量重整器1内部的温度的热电偶(图示省略)也有时与原燃料/水导入管25同轴方向地插入重整器1的内部。
利用图10说明第七实施方式的燃料电池模块31的内部构造。
在收纳容器41的中央部收纳有图1中说明的单元堆装置20。另外，在单元堆装置20的下侧配设有内部隔热件(底部隔热件)9。单元堆装置20由于为与图1所示的单元堆装置10相同的结构，因此对同一部分省略说明。
另外，单元堆23的形状也不限于列状，可使用具有其它的排列的单元堆的单元堆装置。此外，收纳容器也与该单元堆装置的形状(外形)一致，除了长方体形状、圆筒状以外，也可为立方体形状、棱柱状等。
图10的重整器1(为框体，也称为重整器主体2)以能看到其内部的方式切去一部分进行图示。在该例子中，重整器1(或重整器主体2)整体上形成为与一列状的单元堆23对应的中空直线圆筒状(直管状)。
中空筒状的重整器主体(2)的内部与第一实施方式～第六实施方式的重整器同样由多个分隔壁11划分为气化部3和重整部4。此外，可以以覆盖第一气化室3a和第二气化室3b的至少下部(底部侧)的方式，沿着各气化室3a、3b的内表面配设图3、图4所示的由金属网或陶瓷纤维等构成的水扩散部件13、14等。
重整部4包括使第二气化室3b中产生的水蒸气与原燃料发生重整反应而生成重整气体的第一重整室4a和第二重整室4b。另外，重整部4可以不由分隔壁11进行划分，而设置成具有一个室(空间)的重整部。除了以上的点以外，与第一实施方式～第六实施方式的重整器相同。
接下来，对第七实施方式中向重整器1导入天然气等原燃料和原燃料重整用的水的原燃料/水导入管25进行详述。
如图11A、图11B、图11C所示，原燃料/水导入管25具有由构成外周的大径的外管25A和构成内周的小径的内管25B构成的双重管构造。上述彼此独立的外管25A和内管25B之间的沿着管的轴线方向延伸的空间S1为水(黑箭头表示)流过的水流路，内管25B内侧的轴线方向的空间S2为原燃料(气体：白箭头表示)流过的原燃料流路。
另外，气体(原燃料)、水等流体一起从其导入侧(图示左方的上游侧)向重整器1的导入口7(图示右方的下游侧)沿着箭头所示的方向流过，从各管的末端开口上形成的各排出口排出至(导入)重整器1内。
然而，由于泵输出的变动等，在瞬间大量的水导入原燃料/水导入管25的情况下，导入的水直接流过水导入管，因而瞬间比较大量的水被导入气化部(气化室3a)。由此，有可能导致气化部3的温度瞬间降低，气化效率变差，进而有可能导致重整器1中的重整反应变得不稳定。
为此，本实施方式中的水流路(在外管25A和内管25B之间延伸的空间S1)包括构成气化促进部的抑制水沿着水流路的轴线方向流过的流过抑制部(图11A的原燃料/水导入管25中的P部)。通过该结构，即便在瞬间大量的水导入水导入管的情况下，也能抑制导入的水直接流过水导入管。即，由于能够抑制瞬间比较大量的水导入气化部，因而能抑制导入气化部的水量，进而能促进水的气化，从而能够稳定地进行原燃料的水蒸气重整。即，构成气化促进部的流过抑制部能够间接地促进气化部中的气化。
其中，如图11B、图11C所示，就构成水流路的空间S1而言，流路的下游侧端部位置(图示右方的III位置：图11C)的截面处的空间S1的占有面积(水流路截面积)小于流路上游侧的通常管径部分(图示左方的II位置：图11B)的截面处的空间S1的占有面积(水流路截面积)。该水流路截面积的缩小部位(内管25B的扩径部位P)成为抑制水沿着水流路的轴线方向(图中的黑箭头所示的水的流过方向)流过的“流过抑制部”。
如上所述，第七实施方式中的流过抑制部P设置于水流路中的水流过方向的下游侧端部。通过该结构，能够在排出口附近抑制导入到水导入管中的水的流过。因此，能够有效地抑制瞬间比较大量的水被导入气化部，从而能够间接地促进气化部中的气化。
此外，如上所述，第七实施方式中的流过抑制部P的流路截面积小于比流过抑制部P靠水的流过方向上游侧的该水流路的流路截面积。通过该结构，流过抑制部P的流路截面积小，即外管25A和内管25B的距离变近，因而与水之间产生的表面张力增大而抑制水的流过。由此，能够进一步抑制瞬间比较大量的水被导入气化部，从而能够间接地促进气化部中的气化。
而且，水导入管和原燃料导入管中的一方配置在另一方的管的内部，在第七实施方式中，可以通过使与流过抑制部P对应的部分中的水导入管和原燃料导入管中的至少一方的管的管径不同于比流过抑制部P靠水或原燃料的流过方向上游侧的水导入管和原燃料导入管中的至少一方的前述管的管径，来设置“流过抑制部”。根据该结构，通过改变任一方的管径，能够容易地制造具有流过抑制部的水导入管。
另外，在图11A所示的第七实施方式中，通过使双重管内侧的内管25B的下游侧端部扩径来形成了水流路的流过抑制部P，但在水流路形成流过抑制部的方法不限于此。例如，作为第八实施方式，如图12A、图12B、图12C所示，在双重管构造的原燃料/水导入管26中，可使大径的外管26A的下游侧端部朝向构成内周的小径的内管26B的方向(内径侧)缩径，形成流过抑制部Q。
此外，例如作为第九实施方式，如图13A、图13B、图13C所示，与原燃料/水导入管25、26相反，可在小径的内管27B的内侧形成水流路(空间s1)。这样，在内管27B和形成外周的大径的外管27A之间的管轴线方向上形成有原燃料流路(空间S2)的原燃料/水导入管27的情况下，水流过的内管27B的下游侧端部的管径(图示右方的VII位置：图13C)以小于水流过方向上游侧的管径(图示左方的VI位置：图13B)的方式缩径，形成流过抑制部R。
另外，若着眼于原燃料流路，则与第七实施方式中的流过抑制部P对应的原燃料所流过的内管25B的下游侧端部(图示右方的III位置：图11C)处的空间S2的截面开口面积(原燃料流路截面积)设为大于流路上游侧的通常管径部分(图示左方的II置：图11B)处的空间S2的截面开口面积(原燃料流路截面积)。根据该结构，由于原燃料(气体)的内圧得以释放而使原燃料容易扩散到重整器内，因而能够促进重整反应。
此外，如图13A的例子所示，在内管27B的内侧形成水流路(空间S1)且在内管27B与形成外周的外管27A之间的管轴线方向上形成原燃料流路(空间S2)的原燃料/水导入管27的情况下，使外管27A的下游侧端部(图示右方的VII位置：图13C)处的空间s2的截面开口面积(原燃料流路截面积)大于流路上游侧的通常管径部分(图示左方的VI位置：图13B)处的空间S2的截面开口面积(原燃料流路截面积)。在该情况下，也能得到与上述同样的效果。
此外，原燃料/水导入管25、26、27和重整器1的主体(2)的连接部分例如如图11A放大示出的那样，通过焊接固定于导入口7，相对于构成水流路的外管25A而言，构成原燃料流路的内管25B的下游侧的端部(图示右侧的气体排出用开口)比上述外管25A的下游侧的端部(水排出口)向重整器1主体的内侧方向(图示右侧方向)突出。另外，内管25B(原燃料流路)端部相对于外管25A(水流路)的端部向内侧方向(轴线方向)的突出量用图中的L(单位：mm)来表示。在本例子中，作为内管25B的端部向内侧的突出量的长度L设定为1.0～15.0mm左右。
进而，原燃料/水导入管25相对于重整器1主体的连接(固定)如图11A所示设计成，在截面中前端的缘部(内缘)被朝向重整器1主体的内部折弯而形成为截面L字状的导入口7的开口中，插入与该开口的直径相比稍小径的原燃料/水导入管25。此外，该导入口7的内周缘和原燃料/水导入管25的外周面之间通过未图示的焊接进行密封固定。
接下来，利用图14、图15A、图15B说明第十实施方式的燃料电池模块32的内部构造。另外，在该燃料电池模块32中，单元堆装置20的单元堆23、重整器1(重整器主体2)和歧管21等的结构也与第九实施方式的燃料电池模块31相同。以下仅说明与前述的第九实施方式的构造不同的点。
本实施方式的原燃料/水导入管28如图15A、15B所示，具备构成外周的大径的外管28A和构成最内周的小径的套管28C。而且，在上述外管28A和小径的套管28C之间的径向空间内插入有沿着管轴线方向独立地延伸的中径的内管28B。这样，原燃料/水导入管28具有三重管构造。在外管28A和内管28B之间的轴线方向上的空间S1形成有水(黑箭头表示)流过的水流路，在内管28B和小径的套管28C之间的轴线方向上的空间S2形成有原燃料(气体：白箭头表示)流过的原燃料流路。而且，用于测量重整器1的重整部内的温度的热电偶TC穿过成为最内侧(内径侧)的套管28C内侧的轴线方向空间S3。另外，套管28C可以以与外管28A和内管28B均不接触的方式沿着原燃料/水导入管28的轴线方向配置。
这样，通过由外管28A、内管28B、套管28C构成的三重管构造，由此原燃料/水导入管28、重整器1和收纳容器41仅在最外周的外管28A处进行连接，因而连接变得容易且生产效率提高。此外，通过抑制从套管28C向重整器1外部引出热，能够抑制重整器1内部的温度降低。
此外，在图15A所示的第十实施方式中，具备向形成在外管28A和内管28B之间的轴线方向的空间S1(水流路)插入的例如由沿着水流路的轴线方向延伸的螺旋状部件W等构成的流过阻止部件。而且，图示的原燃料/水导入管28的部位整体成为流过抑制部U。
即，通过设置沿着水流路的轴线方向插入的流过阻止部件，能够抑制水的流过，因而能够抑制瞬间比较大量的水被导入气化部，进而能够间接促进气化部中的气化，同时能够稳定地进行原燃料的水蒸气重整。另外，作为流过阻止部件的其它例子，例举有网眼状耐热部件等。
此外，如上所述，在第十实施方式中，螺旋状部件W等流过阻止部件配置在外管28A和内管28B之间的水流路(空间S1)中。即，通过具备流过阻止部件，由此使水向与水的流动方向正交的方向扩散，并且在水流路中配置成为原燃料流路(空间S2)的内管28B。由此，在内管28B的外侧表面和外管28A的内侧表面之间产生水的表面张力，通过与插入到管和管之间的流过阻止部件(螺旋状部件W)接触而使表面张力进一步增大，因而能够进一步抑制水的流过。
此外，如第十实施方式那样通过使流过阻止部件为上述的螺旋状部件W，由此水沿着螺旋状部件W呈螺旋状地流过。由此，能够实质上增长水流路的流路长度，进而螺旋状部件W与水接触，与螺旋状部件W之间也产生表面张力。因此，表面张力增大，从而能够进一步抑制水的流过。
接下来，利用图16、图17A、图17B说明第十一实施方式的燃料电池模块33的内部构造。另外，在该燃料电池模块33中，单元堆装置20的单元堆23、重整器1(重整器主体2)和歧管21等的结构也与第九实施方式和第十实施方式的燃料电池模块31、32相同。
第十一实施方式的燃料电池模块33与第十实施方式的不同之处在于，向重整器1(为框体，重整器主体2)导入原燃料和水的原燃料/水导入管29设计成，构成原燃料流路的中径的内管29B和用于在内部穿过热电偶TC的小径的热电偶用套管29C以彼此独立的状态平行地穿过构成外周的大径的外管29A的内侧。
此外，与前述的第十实施方式同样，图17A所示的内管29B(原燃料流路)形成为从原料的流过方向上游侧(图示左方的IX位置：图17B)朝向原燃料的排出侧的下游侧端部(图示右方的原燃料的排出口)而管径逐渐扩大的锥形。由此，就在轴线方向上管径不变的外管29A和前述内管29B之间形成的水流路(空间S1)而言，位于流路的下游侧端部的水排出口位置(图示右方的导入口7位置)的截面处的空间S1的占有面积(水流路截面积)小于流路上游侧(图示左方的IX位置)的截面处的空间S1的占有面积(水流路截面积)。
即，第十一实施方式也与第十实施方式同样，由于上述内管29B的扩径，而使水流路的下游侧端部(图示的原燃料/水导入管29的部位整体)成为流过抑制部V。
进而，可使用之前的第三实施方式、第四实施方式所示的雾化部件15来代替在原燃料/水导入管的出口(排出口)附近进行缩径、扩径或者在水流路内配设螺旋状部件W等结构。即，图18A、18B所示的第十二实施方式的重整器的原燃料/水导入管40具有由构成外周的大径的外管40A和构成内周的小径的内管40B构成的双重管构造。此外，在形成于外管40A和内管40B之间的空间S1的水流路中配设有使流过的水雾化的雾化部件15。
而且，前述的雾化部件15由于作为抑制水在轴线方向上流过的流过阻止部件而发挥作用，因而在该原燃料/水导入管40的端部形成有与之前描述的P、Q、R部同样的流过抑制部Y。通过该结构，也能够获得与第七实施方式～第十一实施方式的重整器同样的效果。另外，这些雾化部件、流过阻止部件和之前描述的水扩散部件可互相组合使用，从而可与前述的流过抑制部(管径的扩径、缩径等)同时配设。
另一方面，如图19所示，各实施方式所示的原燃料/水导入管(8、25～29、40等、代表符号25)可以从其上游侧(图示左方的导入源侧)至下游侧(图示右方的导入口侧)以相对于水平(LEVEL)向上而成为上倾斜(角度θ)的方式与重整器1连接。根据该结构，通过使水的排出口朝向上方来抑制水的流过，从而能够抑制瞬间比较大量的水被导入气化部。其结果是，通过抑制向气化部导入的水量瞬间变动的状况，能够间接地促进气化部中的气化。由此，能够稳定地进行原燃料的水蒸气重整。
另外，在以上的各实施方式中，示出了经由集中为一个管的原燃料/水导入管从一个导入口同时地导入原燃料和水的例子，但原燃料和水也可以使用不多重化的单管来分别导入。在该情况下，在导入水的管的下游侧端部(末端部)可设置与前述一样的流过抑制部，或者可配置流过阻止部件。
接下来，各实施方式中的燃料电池模块30～33如以下那样组装于燃料电池装置。
例如，如图20所示，燃料电池装置50通过在由各支柱51和外装板(图示省略)构成的外装壳体内收容前述的燃料电池模块30(包括31～33)而成。在该外装壳体内，除了图示的燃料电池模块30以外，还配设有蓄热用的箱、用于将发出的电力导向外部的功率调节器、泵、控制器等辅助设备类。
在这种燃料电池装置50中，通过在一个外装壳体内收纳紧凑的燃料电池模块30和热交换器、各种辅助设备类等，从而能够使外装壳体的高度、宽度变小，由此能够使燃料电池装置整体小型化。
本发明能够在不脱离其主旨或主要特征的范围内以其它的多种方式实施。因此，前述的实施方式只不过是单纯示例，本发明的范围由发明内容部分的技术方案限定，完全不受限于具体实施方式。进而，在发明内容部分的技术方案内的变形、变更都涵盖在本发明的范围内。
符号说明
1 重整器
2 重整器主体
3 气化部
3a 第一气化室
3b 第一气化室
4 重整部
4a 第一气化室
4b 第一气化室
5 重整气体送出口
6 重整气体送给管
7 导入口
8 导入管
9 隔热件
10 单元堆装置
11 分隔壁
12 可流通部
13 水扩散部件
14 水扩散部件
15 雾化部件
16 原燃料变向部件
20 单元堆装置
21 歧管
22 单元(燃料电池单元)
23 单元堆
24 燃烧部
25、26、27、28、29 原燃料/水导入管
30、31、32、33、40 燃料电池模块
50 燃料电池装置
C 中心轴线
P、Q、R、U、V、Y 流过抑制部
W 螺旋状部件(流过阻止部件)
S1 水流路
S2 原燃料流路

Claims (19)

1.一种重整器，其特征在于，
所述重整器具有被导入原燃料和水来进行重整反应的沿着水平方向延伸的筒状的重整器主体，
在所述重整器主体的内部具备产生水蒸气的气化部以及使该气化部产生的水蒸气与原燃料反应而生成重整气体的重整部，
所述重整器包括向所述重整器主体导入原燃料的原燃料导入管和在内部具有向所述重整器主体导入水的水流路的水导入管，
在所述气化部和所述水导入管的至少一方具备用于促进所述气化部中的水的气化的气化促进部。
2.根据权利要求1所述的重整器，其中，
所述气化促进部为配置在所述气化部内且使导入到所述气化部的水在所述气化部内扩散的水扩散部件。
3.根据权利要求2所述的重整器，其中，
所述水扩散部件沿着所述重整器主体的内表面设置。
4.根据权利要求1所述的重整器，其中，
所述气化促进部为配设在所述水导入管中的面向所述气化部的部分且使向所述气化部导入的水雾化的雾化部件。
5.根据权利要求4所述的重整器，其中，
所述雾化部件从所述水导入管的前端向所述气化部内突出配置。
6.根据权利要求1所述的重整器，其中，
所述水流路包括抑制水沿着该水流路的轴线方向流过的流过抑制部，该流过抑制部为所述气化促进部。
7.根据权利要求6所述的重整器，其中，
所述流过抑制部位于所述水流路中的水流过方向的下游侧端部。
8.根据权利要求6或7所述的重整器，其中，
与所述流过抑制部对应的部分处的所述水流路的流路截面积小于比所述流过抑制部靠水的流过方向上游侧的该水流路的流路截面积。
9.根据权利要求8所述的重整器，其中，
所述水导入管和所述原燃料导入管中的一方配置在另一方的管的内部，
与所述流过抑制部对应的部分处的所述水导入管和所述原燃料导入管中的至少一方的管的管径不同于比所述流过抑制部靠水或原燃料的流过方向上游侧的所述水导入管和所述原燃料导入管中的至少一方的所述管的管径。
10.根据权利要求9所述的重整器，其中，
与所述流过抑制部对应的部分处的所述原燃料流路的流路截面积大于比所述流过抑制部靠原燃料的流过方向上游侧的该原燃料流路的流路截面积。
11.根据权利要求6～10中任一项所述的重整器，其中，
所述流过抑制部具有沿着所述水流路的轴线方向插入的流过阻止部件。
12.根据权利要求11所述的重整器，其中，
所述原燃料导入管位于所述水导入管的内部，
所述流过阻止部件配置在所述原燃料导入管和所述水导入管之间。
13.根据权利要求6～12中任一项所述的重整器，其中，
所述重整器还具备供测量所述重整器主体的内部温度的热电偶穿过的套管，
所述原燃料导入管和所述水导入管中的一方配置在另一方的管的内部，
所述套管位于所述水导入管或所述原燃料导入管的内部，
该套管以与所述水导入管及所述原燃料导入管均不接触的方式沿着该水导入管及该原燃料导入管的轴线方向配置。
14.根据权利要求2～5、11和12中任一项所述的重整器，其中，
所述水扩散部件、所述雾化部件或所述流过阻止部件为金属网。
15.根据权利要求2～5、11和12中任一项所述的重整器，其中，
所述水扩散部件、所述雾化部件或所述流过阻止部件由包含无机材料的纤维材料构成。
16.根据权利要求11或12所述的重整器，其中，
所述流过阻止部件为螺旋状部件。
17.一种单元堆装置，其特征在于，具备：
单元堆，所述单元堆具备多个燃料电池单元，所述燃料电池单元利用燃料气体和含氧气体进行发电并在内部具有沿着长度方向贯通的气体流路，并且，所述燃料电池单元在上端侧使发电中未使用的所述燃料气体燃烧；
歧管，所述歧管与所述气体流路连通并向该气体流路导入燃料气体；以及
重整器，所述重整器是权利要求1～16中任一项所述的重整器，与该歧管连接且配置在所述单元堆的上方。
18.一种燃料电池模块，其特征在于，具备：
权利要求17所述的单元堆装置；以及
收容该单元堆装置的收纳容器。
19.一种燃料电池装置，其特征在于，具备：
权利要求18所述的燃料电池模块；
用于使该燃料电池模块运转的辅助设备；以及
收纳所述燃料电池模块和所述辅助设备的外装壳体。
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