JP2005155997A - Catalyst combuster - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To uniformly burn anode offgas exhausted from a fuel cell, inside a catalyst combuster. <P>SOLUTION: Anode offgas supply piping 120 for leading in anode offgas is formed in approximately L-shaped piping structure comprising a gas supply piping horizontal part 121, a gas supply piping bent part 122 and a gas supply piping lead-in part 123 in a housing 19. The gas supply piping horizontal part 121 is horizontally disposed in the housing 19, and the gas supply piping lead-in part 123 is disposed in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the housing 19 and in a range of 0<θ<90° from a horizontal plane on the two-dimensional horizontal plane orthogonal to a gravity direction from the front face view of the housing 19. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、燃料電池から排出されるアノードオフガスとカソードオフガスとの混合ガスを、触媒を用いて燃焼させる触媒燃焼器に関する。   The present invention relates to a catalytic combustor that burns a mixed gas of an anode off gas and a cathode off gas discharged from a fuel cell using a catalyst.

燃焼電池車両等に搭載可能な燃料電池システムとしては、例えば、燃料電池の燃料極に燃料ガスとなる水素を、酸化剤極に酸化剤ガスとして空気を供給して、これらを電解質膜内で反応させることにより発電電力を得ている。   As a fuel cell system that can be mounted on a combustion cell vehicle, for example, hydrogen serving as a fuel gas is supplied to the fuel electrode of the fuel cell, and air is supplied as an oxidant gas to the oxidant electrode, and these are reacted in the electrolyte membrane The generated power is obtained.

このような燃料電池システムにおいて、燃料電池の燃料極から排出されるガス(以下、アノードオフガス)を外部に排出する際に、触媒燃焼器で燃焼させるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、関連する従来技術として、改質器から取り出された水素リッチガスを、加熱された圧縮空気とともに燃焼器に供給するようにしたものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2002−231294号公報 特開2002−339763号公報
In such a fuel cell system, when a gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell (hereinafter referred to as anode off gas) is discharged to the outside, the one that is burned by a catalytic combustor is known (for example, Patent Document 1). reference). As a related art, a hydrogen rich gas taken out from a reformer is supplied to a combustor together with heated compressed air (see, for example, Patent Document 2).
JP 2002-231294 A JP 2002-339766 A

燃料電池の燃料極からは間欠的(または連続的に)にアノードオフガスが排出されている。燃料電池が固体高分子型の場合には、湿潤状態(ほぼ飽和湿度)で運転されるため、燃料極から排出されるアノードオフガスも飽和状態となっている。燃焼電池の反応は発熱反応であり、高効率域も室温以上の温度域であるため、アノードオフガスが燃料電池から排出されたときに(配管を特別に加熱しない限りは)、配管内部で冷却されて水分が過飽和状態となる。すなわち、アノードオフガスには水素ガスと液水の混合流体となる。   The anode off gas is discharged intermittently (or continuously) from the fuel electrode of the fuel cell. In the case where the fuel cell is a solid polymer type, since it is operated in a wet state (substantially saturated humidity), the anode off-gas discharged from the fuel electrode is also saturated. The reaction of the combustion cell is an exothermic reaction, and the high efficiency range is also a temperature range above room temperature, so when the anode off gas is exhausted from the fuel cell (unless the pipe is specially heated), it is cooled inside the pipe. Moisture becomes supersaturated. That is, the anode off gas becomes a mixed fluid of hydrogen gas and liquid water.

このようなアノードオフガスの排出配管(以下、アノードオフガス排出配管)には曲がり部があるため、この曲がり部で乱流が発生しやすく、液水が配管の曲がり部に溜まり、アノードオフガスの流れを妨げることがあった。とくに、アノードオフガス排出配管の燃焼器内の曲がり部に液水が溜まると、ガスの流れが阻害されてアノードオフガスの濃度に偏りが生じ、燃焼器で均一に燃焼することが難しくなるという課題があった。   Since such an anode off-gas discharge pipe (hereinafter referred to as anode off-gas discharge pipe) has a bent portion, turbulent flow is likely to occur at the bent portion, and liquid water accumulates at the bent portion of the pipe, and the flow of the anode off gas is reduced. There was an obstacle. In particular, when liquid water accumulates at a bent portion in the combustor of the anode off-gas discharge pipe, the flow of the gas is obstructed and the concentration of the anode off-gas is biased, making it difficult to burn uniformly in the combustor. there were.

本発明に係わる触媒燃焼器は、燃焼電池の燃料極から排出される水素を含む二次燃料ガスと燃焼用空気とをハウジング内で混合し、この混合ガスを触媒を用いて燃焼させる触媒燃焼器において、前記二次燃料ガスを導入するガス供給配管を前記ハウジング内において、ガス供給配管水平部、ガス供給配管曲がり部、ガス供給配管導入部からなる略L字型の配管構造とし、前記ガス供給配管水平部を前記ハウジング内で水平に配置するとともに、前記ガス供給配管導入部を前記ハウジングの長手方向と直交する方向であって、前記ハウジングを正面から見たときの重力方向と直交する二次元水平面上において水平面から0<θ<90°の範囲に配置したことを特徴とする。   A catalytic combustor according to the present invention is a catalytic combustor in which a secondary fuel gas containing hydrogen discharged from a fuel electrode of a combustion cell and combustion air are mixed in a housing, and the mixed gas is combusted using a catalyst. The gas supply pipe for introducing the secondary fuel gas has a substantially L-shaped pipe structure comprising a gas supply pipe horizontal portion, a gas supply pipe bent portion, and a gas supply pipe introduction portion in the housing, and the gas supply A two-dimensional arrangement in which a horizontal pipe portion is disposed horizontally in the housing, and the gas supply pipe introduction portion is perpendicular to the longitudinal direction of the housing and perpendicular to the direction of gravity when the housing is viewed from the front. It is arranged on the horizontal plane in a range of 0 <θ <90 ° from the horizontal plane.

本発明によれば、ガス供給配管曲がり部で乱流が発生しにくくなるため、二次燃料ガスに含まれる液水がガス供給配管曲がり部などに溜まることがなくなり、配管内でガスの流れが阻害されることがない。したがって、配管内でガスの濃度に偏りが生じることがなく、燃焼器内で均一に燃焼させることができる。   According to the present invention, since turbulent flow is less likely to occur at the bent portion of the gas supply pipe, liquid water contained in the secondary fuel gas does not accumulate in the bent portion of the gas supply pipe, and the gas flow in the pipe is prevented. There is no hindrance. Therefore, there is no bias in the gas concentration in the pipe, and the gas can be uniformly burned in the combustor.

以下、本発明に係わる触媒燃焼器を実施するための最良の形態として、本発明を車両用の燃焼電池システムに適用した場合の実施例について説明する。   Hereinafter, as the best mode for carrying out the catalytic combustor according to the present invention, an embodiment in which the present invention is applied to a vehicle combustion cell system will be described.

図3は、本実施例に係わる燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system according to the present embodiment.

燃料電池1は、燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されることにより直流電力を発電する燃料電池スタックであり、電解質膜2の両側に燃料極3と酸化剤極4とを配置した燃料電池セル構造体を図示しないセパレータで挟持し、これを複数積層して構成されている。燃料極3の入口3aには、燃料ガスとなる水素が水素供給装置5から燃料ガス供給配管7を介して供給され、酸化剤極4の入口4aには、酸化剤ガスとなる空気が空気供給装置6から酸化剤ガス供給配管8を介してそれぞれ供給される。   The fuel cell 1 is a fuel cell stack that generates DC power by being supplied with a fuel gas and an oxidant gas, and has a fuel cell structure in which a fuel electrode 3 and an oxidant electrode 4 are disposed on both sides of an electrolyte membrane 2. The body is sandwiched between separators (not shown), and a plurality of these are stacked. Hydrogen as a fuel gas is supplied to the inlet 3a of the fuel electrode 3 from the hydrogen supply device 5 via the fuel gas supply pipe 7, and air as the oxidant gas is supplied to the inlet 4a of the oxidant electrode 4 as air. The gas is supplied from the device 6 through the oxidant gas supply pipe 8.

一方、燃料電池1の燃料極3の出口3bからは、発電の際に消費されずに残った排水素としてのアノードオフガス(二次燃料ガス)が排出され、酸化剤極4の出口4bからは同じく発電の際に消費されずに残った排空気としてのカソードオフガス(燃焼用空気)がそれぞれ排出される。   On the other hand, the anode offgas (secondary fuel gas) as exhausted hydrogen remaining without being consumed during power generation is discharged from the outlet 3 b of the fuel electrode 3 of the fuel cell 1, and from the outlet 4 b of the oxidizer electrode 4. Similarly, cathode off gas (combustion air) as exhaust air remaining without being consumed during power generation is discharged.

燃料極3の出口3bはアノードオフガス循環装置10と接続され、燃料極3の出口3bから排出されたアノードオフガスの一部は、アノードオフガス循環装置10からアノードオフガス循環配管9を通って燃料ガス供給配管7に再循環するように構成されている。また、アノードオフガス循環装置10は、開閉弁11を備えたアノードオフガス供給配管(ガス供給配管)12を介して触媒燃焼器と接続されている。この触媒燃焼器13と酸化剤極4の出口4bはカソードオフガス供給配管14で接続されている。触媒燃焼器13内には、アノードオフガスとカソードオフガスとの混合ガスを燃焼させる触媒15が設けられ、出口側には触媒15で混合ガスを燃焼した際に発生する燃焼排ガスを排気するための排気配管16が接続されている。この排気配管16の下流側には、例えば熱交換器が接続されていてもよい。   The outlet 3 b of the fuel electrode 3 is connected to the anode offgas circulation device 10, and part of the anode offgas discharged from the outlet 3 b of the fuel electrode 3 is supplied from the anode offgas circulation device 10 through the anode offgas circulation pipe 9 to supply fuel gas. It is configured to recirculate to the pipe 7. The anode off-gas circulation device 10 is connected to a catalytic combustor via an anode off-gas supply pipe (gas supply pipe) 12 provided with an on-off valve 11. The catalyst combustor 13 and the outlet 4 b of the oxidant electrode 4 are connected by a cathode offgas supply pipe 14. The catalyst combustor 13 is provided with a catalyst 15 for burning a mixed gas of anode off-gas and cathode off-gas, and at the outlet side, exhaust for exhausting combustion exhaust gas generated when the mixed gas is burned by the catalyst 15. A pipe 16 is connected. For example, a heat exchanger may be connected to the downstream side of the exhaust pipe 16.

なお本実施例では、燃料電池1の酸化剤極4から排出されたカソードオフガスを燃焼用空気として触媒燃焼器13に導入する例について示したが、別の空気供給ラインから取り込んだ空気を燃焼用空気として導入するようにしてもよい。   In the present embodiment, the cathode off gas discharged from the oxidant electrode 4 of the fuel cell 1 is introduced into the catalytic combustor 13 as combustion air. However, the air taken in from another air supply line is used for combustion. It may be introduced as air.

また、燃料電池1には電圧検知手段17が設けられ、この電圧検知手段17が所定の電圧値よりも低い電圧を検知した場合には、システムコントローラ18から出力されるパージ信号により開閉弁11を開栓し、アノードオフガス循環装置10から所定流量のアノードオフガスを触媒燃焼器13へ供給するように構成されている。システムコントローラ18による上記制御は、燃料電池1の発電状況に応じて間欠的または連続的に実行される。   Further, the fuel cell 1 is provided with a voltage detection means 17. When the voltage detection means 17 detects a voltage lower than a predetermined voltage value, the on / off valve 11 is controlled by a purge signal output from the system controller 18. The anode off-gas of a predetermined flow rate is supplied from the anode off-gas circulation device 10 to the catalytic combustor 13. The control by the system controller 18 is executed intermittently or continuously according to the power generation status of the fuel cell 1.

次に、触媒燃焼器13の構成を、図1および図2とともに説明する。   Next, the configuration of the catalytic combustor 13 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図1は、触媒燃焼器13の内部構造を示す説明図であり、図1(a)は側面断面図、図1(b)は(a)の矢視Aから見たときの正面図である。図2は、アノードオフガス供給配管12のハウジング内での構造を示す説明図であり、図2(a)は側面図、図2(b)は(a)のB−B断面図である。   FIG. 1 is an explanatory view showing the internal structure of the catalytic combustor 13, FIG. 1 (a) is a side sectional view, and FIG. 1 (b) is a front view when viewed from an arrow A in FIG. . 2A and 2B are explanatory views showing the structure of the anode off-gas supply pipe 12 in the housing. FIG. 2A is a side view and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.

触媒燃焼器13は、円筒形状のハウジング19を備え、内部にアノードオフガスとカソードオフガスとの混合ガスを燃焼させる触媒15が収納されている。ハウジング19の一方の端部19aには、図示しないカソードオフガス供給配管14(図3参照)が接続され、他方の端部19bには図示しない排気配管16(図3参照)がそれぞれ接続されている。また、ハウジング19の一側面には、アノードオフガス供給配管12の出口端部120がハウジング本体を貫通するように取り付けられている。図中、矢印12aはアノードオフガス、矢印14aはカソードオフガス、矢印16aは燃焼排ガスの流れをそれぞれ示している。   The catalytic combustor 13 includes a cylindrical housing 19 in which a catalyst 15 for burning a mixed gas of an anode off gas and a cathode off gas is accommodated. A cathode offgas supply pipe 14 (see FIG. 3) (not shown) is connected to one end 19a of the housing 19, and an exhaust pipe 16 (see FIG. 3) (not shown) is connected to the other end 19b. . Further, an outlet end portion 120 of the anode off gas supply pipe 12 is attached to one side surface of the housing 19 so as to penetrate the housing body. In the figure, the arrow 12a indicates the anode off gas, the arrow 14a indicates the cathode off gas, and the arrow 16a indicates the flow of the combustion exhaust gas.

ハウジング内部に挿入されたアノードオフガス供給配管12の出口端部120は、図2(a)に示すように、ガス供給配管水平部121、ガス供給配管曲がり部122、ガス供給配管導入部123からなる略L字型の配管として構成されている。   As shown in FIG. 2A, the outlet end 120 of the anode off-gas supply pipe 12 inserted into the housing includes a gas supply pipe horizontal part 121, a gas supply pipe bent part 122, and a gas supply pipe introduction part 123. It is configured as a substantially L-shaped pipe.

このうちガス供給配管水平部121は、ハウジング19の中心線上に、水平に配置されるとともに、このガス供給配管水平部121の吐出端121aはカソードオフガスの導入側上流(矢印14a)側に向けて配置されている。ガス供給配管水平部121の吐出端121aは、止め板124により封止されており、その周囲には図2(b)に示すようにアノードオフガスの吐出口125a、125b、125c、125dが放射状に等間隔で形成されている。なお、吐出口の穴数や穴形状は適宜選択可能である。ただし、少なくとも重力方向に1つの吐出口が形成されている必要がある。   Among these, the gas supply pipe horizontal portion 121 is horizontally disposed on the center line of the housing 19, and the discharge end 121 a of the gas supply pipe horizontal portion 121 faces the upstream side (arrow 14 a) of the cathode off gas introduction side. Has been placed. The discharge end 121a of the gas supply pipe horizontal portion 121 is sealed by a stopper plate 124, and anode off-gas discharge ports 125a, 125b, 125c, and 125d are radially formed around the discharge end 121a as shown in FIG. It is formed at equal intervals. In addition, the number of holes and the hole shape of the discharge port can be selected as appropriate. However, at least one discharge port needs to be formed in the direction of gravity.

また、ガス供給配管導入部123は、図1(b)に示すように、ハウジング19の長手方向と直交する方向101であって、かつ図1(b)に示すように、矢視Aから見たときの重力方向102と直交する二次元水平面103上において、この水平面からθ(0<θ<90°)の角度でハウジング19内に挿入されている。ただし、ガス供給配管導入部123は、少なくともハウジング19内においては上記θの角度をとるものとする。また、ハウジング19への挿入方向は、図1(b)に示すように、右上方から中心に向かう方向でもよい。   Further, the gas supply pipe introduction portion 123 is in a direction 101 orthogonal to the longitudinal direction of the housing 19 as shown in FIG. 1B, and as viewed from the arrow A as shown in FIG. On the two-dimensional horizontal plane 103 orthogonal to the gravitational direction 102 at this time, it is inserted into the housing 19 at an angle of θ (0 <θ <90 °) from this horizontal plane. However, the gas supply pipe introduction part 123 assumes the angle θ described above at least in the housing 19. Further, the insertion direction into the housing 19 may be a direction from the upper right to the center as shown in FIG.

さらに、ガス供給配管曲がり部122は、図2(a)に示すように、ガス供給配管水平部121とガス供給配管導入部123との間を曲線でつなぐような配管形状を備えている。   Further, as shown in FIG. 2A, the gas supply pipe bent part 122 has a pipe shape that connects the gas supply pipe horizontal part 121 and the gas supply pipe introduction part 123 with a curve.

上記構成において、アノードオフガス供給配管12を介してハウジング19内に導入されたアノードオフガスは、ガス供給配管導入部123からガス供給配管曲がり部122を経てガス供給配管水平部121へ導かれ、その吐出端121aの周囲に形成された吐出口125a〜125dからハウジング19内に排出される。一方、図示しないカソードオフガス供給配管14を介して触媒燃焼器13へ導入されたカソードオフガス(矢印14a)は、ガス供給配管水平部121側に向かって送り込まれ、ここでアノードオフガスとカソードオフガスとが混合して混合ガスが形成される。この混合ガスは、さらに後段の触媒15で燃焼され、このとき生成された燃焼排ガス(矢印16a)が、図示しない排気配管16を介して外部へ排気される。   In the above configuration, the anode off gas introduced into the housing 19 through the anode off gas supply pipe 12 is guided from the gas supply pipe introduction section 123 to the gas supply pipe horizontal section 121 via the gas supply pipe bent section 122 and discharged. It is discharged into the housing 19 from the discharge ports 125a to 125d formed around the end 121a. On the other hand, the cathode offgas (arrow 14a) introduced into the catalytic combustor 13 via the cathode offgas supply pipe 14 (not shown) is sent toward the gas supply pipe horizontal portion 121, where the anode offgas and the cathode offgas are separated. A mixed gas is formed by mixing. This mixed gas is further combusted by the catalyst 15 at the subsequent stage, and the combustion exhaust gas (arrow 16a) generated at this time is exhausted to the outside through an exhaust pipe 16 (not shown).

本実施例において、アノードオフガス供給配管12のガス供給配管導入部123は、図1(b)に示すように、水平面からθの角度でハウジング19内に挿入されているため、ガス供給配管曲がり部122で乱流が発生しにくく、アノードオフガスに含まれる液水は、ガス供給配管曲がり部122やガス供給配管水平部121に溜まることなくガス供給配管水平部121の吐出端121aまで運ばれて、ガス供給配管水平部121の吐出端121aに形成された吐出口125a〜125dからアノードオフガスとともに排出される。したがって、ガス供給配管曲がり部122やガス供給配管水平部121でアノードオフガスの流れが阻害されることがなく、アノードオフガスの濃度にも偏りが生じることなくなるため、触媒15において均一に燃焼させることができる。   In this embodiment, the gas supply pipe introduction portion 123 of the anode off-gas supply pipe 12 is inserted into the housing 19 at an angle θ from the horizontal plane as shown in FIG. 122, the turbulent flow is less likely to occur, and the liquid water contained in the anode off-gas is conveyed to the discharge end 121a of the gas supply pipe horizontal part 121 without collecting in the gas supply pipe bent part 122 or the gas supply pipe horizontal part 121, The gas is discharged together with the anode off gas from discharge ports 125 a to 125 d formed at the discharge end 121 a of the gas supply pipe horizontal portion 121. Therefore, the flow of the anode off-gas is not obstructed by the gas supply pipe bent part 122 or the gas supply pipe horizontal part 121 and the concentration of the anode off-gas is not biased, so that the catalyst 15 can be uniformly burned. it can.

また、アノードオフガスに含まれる液水がハウジング19の配管であるガス供給配管曲がり部122やガス供給配管水平部121内に溜まることがないため、システムを氷点下の低温環境下に放置した場合でも、配管内での凝縮水の凍結や閉塞を防止することができる。   Further, since the liquid water contained in the anode off gas does not accumulate in the gas supply pipe bent part 122 or the gas supply pipe horizontal part 121 which is the pipe of the housing 19, even when the system is left in a low temperature environment below freezing point, Freezing and blockage of condensed water in the piping can be prevented.

次に、ガス供給配管導入部123の角度を水平面からθ(0<θ<90°)とした場合の作用について説明する。   Next, the operation when the angle of the gas supply pipe introduction part 123 is set to θ (0 <θ <90 °) from the horizontal plane will be described.

通常、水素だけを流通させた場合、配管の曲がり部や水平部で乱流が発生したとしても密度が小さいためにレイノルズ数Reは流れに影響するほど大きくならない。しかしながら、アノードオフガスのように液水を含むものでは、配管の曲がり部や水平部で乱流が発生するとレイノルズ数Reが非常に大きくなるために流体が流れにくくなる。したがって、本実施例のように触媒燃焼器13の内部配管として使用する場合は、レイノルズ数Reを小さくすることが求められることになる。レイノルズ数Reは、
Re=U・L/ν (ただし、U:流速、L:配管長さ、ν:動粘度)
で表される。この場合、配管長さLは図1(b)に示すようにハウジング19の外径で決まるため、ほとんど自由度はない。また動粘度νは物性値で一定である。よって、レイノルズ数Reを小さくするためには、流速Uを小さくすることが重要となる。ここで、ガス供給配管導入部123の角度θを水平面から90°、すなわち垂直に配置したとすると、重力加速度分だけ流速Uが増大してしまう。図1(b)において、流速Uと配管長さLは、U∝L・sinθの関係になる。したがって、流体の流れを良くするには、角度θを90°ではなく、0<θ<90°の範囲とすることが好ましいことになる。ちなみに、角度θを大きくするとレイノルズ数Reは大きくなり、角度θを小さくするとレイノルズ数Reは小さくなる。ただし、θ=0°では配管内部に液水が溜まってしまうので好ましくない。
Normally, when only hydrogen is circulated, the Reynolds number Re does not increase so as to affect the flow because the density is small even if turbulent flow occurs in the bent or horizontal portion of the pipe. However, when turbulent flow is generated in a bent part or a horizontal part of the pipe such as an anode off gas, the Reynolds number Re becomes very large and the fluid does not flow easily. Therefore, when used as the internal piping of the catalytic combustor 13 as in the present embodiment, it is required to reduce the Reynolds number Re. The Reynolds number Re is
Re = U · L / ν (where U: flow velocity, L: pipe length, ν: kinematic viscosity)
It is represented by In this case, the pipe length L is determined by the outer diameter of the housing 19 as shown in FIG. The kinematic viscosity ν is constant as a physical property value. Therefore, in order to reduce the Reynolds number Re, it is important to reduce the flow velocity U. Here, if the angle θ of the gas supply pipe introduction part 123 is 90 ° from the horizontal plane, that is, arranged vertically, the flow velocity U increases by the amount of gravitational acceleration. In FIG. 1B, the flow velocity U and the pipe length L have a relationship of U∝L · sin θ. Therefore, in order to improve the fluid flow, it is preferable that the angle θ is not in the range of 90 ° but in the range of 0 <θ <90 °. Incidentally, when the angle θ is increased, the Reynolds number Re is increased, and when the angle θ is decreased, the Reynolds number Re is decreased. However, θ = 0 ° is not preferable because liquid water accumulates inside the pipe.

上述したように、ガス供給配管導入部123の角度θを0<θ<90°の範囲とすることで配管の曲がり部や水平部での乱流の発生を抑制することができるため、配管の圧損低減、ガス供給配管水平部(後述する整流部)121の配管長さの短縮、触媒燃焼器13内での水素濃度ムラ低減などの効果を得ることができる。これにより、触媒燃焼器内において、アノードオフガスに含まれる液水を完全に気化させることができる。   As described above, since the angle θ of the gas supply pipe introduction portion 123 is in the range of 0 <θ <90 °, it is possible to suppress the occurrence of turbulent flow at the bent portion or the horizontal portion of the pipe. Effects such as pressure loss reduction, shortening of the pipe length of the gas supply pipe horizontal portion (rectifying portion described later) 121, and reduction of uneven hydrogen concentration in the catalytic combustor 13 can be obtained. Thereby, the liquid water contained in the anode off gas can be completely vaporized in the catalytic combustor.

なお、ガス供給配管導入部123の角度θは、アノードオフガス中に含まれる液水比率や湿度などに応じて適宜に設定される。   The angle θ of the gas supply pipe introduction part 123 is appropriately set according to the liquid water ratio, humidity, etc. contained in the anode off gas.

本実施例において、ハウジング19の内部に水平に配置されたガス供給配管水平部121は整流部となるため、この部分でアノードオフガスの2相混相流体を整流して、ガスと液水の2相に分離することができる。また、アノードオフガスを、整流部にある吐出口125a〜125dから吐出することができるため、後段の触媒15における水素濃度のムラを少なくすることができる。また、ガス供給配管水平部121をハウジング19の中心線上に配置しているため、アノードオフガスをハウジング19の長手方向と直交する方向101(図1)において均等に吐出することができる。さらに、ガス供給配管水平部121の吐出端121aにおいて、吐出口125a〜125dは放射状に等間隔で形成されているため、アノードオフガスを放射状に均一に吐出することができる。   In this embodiment, the horizontal portion 121 of the gas supply pipe disposed horizontally inside the housing 19 serves as a rectifying unit. Therefore, the two-phase mixed phase fluid of the anode off gas is rectified at this portion, and two phases of gas and liquid water are rectified. Can be separated. Further, since the anode off gas can be discharged from the discharge ports 125a to 125d in the rectifying unit, the unevenness of the hydrogen concentration in the subsequent catalyst 15 can be reduced. Further, since the gas supply pipe horizontal portion 121 is disposed on the center line of the housing 19, the anode off gas can be discharged evenly in the direction 101 (FIG. 1) orthogonal to the longitudinal direction of the housing 19. Furthermore, since the discharge ports 125a to 125d are formed radially at equal intervals at the discharge end 121a of the gas supply pipe horizontal portion 121, the anode off gas can be discharged radially and uniformly.

また、ガス供給配管水平部121の吐出端121aがカソードオフガスの導入側上流側に向けて配置されているため、アノードオフガスとカソードオフガスの混合路を長くすることができ、より均一な混合ガスを得ることができる。   Further, since the discharge end 121a of the gas supply pipe horizontal portion 121 is arranged toward the upstream side of the cathode offgas introduction side, the mixing path of the anode offgas and the cathode offgas can be lengthened, and a more uniform mixed gas can be obtained. Can be obtained.

また、本実施例においては、図2(a)に示すように、ガス供給配管曲がり部122を曲線形状の配管構造としているため、この部分を直角形状にした場合と比べて、配管内での乱流の発生をさらに低減することができる。   Further, in this embodiment, as shown in FIG. 2A, the gas supply piping bent portion 122 has a curved piping structure. Generation of turbulence can be further reduced.

触媒燃焼器の内部構造を示す説明図。(a)は側面断面図。(b)は(a)の矢視Aから見たときの正面図。Explanatory drawing which shows the internal structure of a catalyst combustor. (A) is side sectional drawing. (B) is a front view when it sees from the arrow A of (a). アノードオフガス供給配管のハウジング内での構造を示す説明図。(a)は側面図。(b)は(a)のB−B断面図。Explanatory drawing which shows the structure in the housing of anode off gas supply piping. (A) is a side view. (B) is BB sectional drawing of (a). 実施例に係わる燃料電池システムの概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the fuel cell system concerning an Example.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池
2…電解質膜
3…燃料極
4…酸化剤極
5…水素供給装置
6…空気供給装置
7…燃料ガス供給配管
8…酸化剤ガス供給配管
12…アノードオフガス供給配管
13…触媒燃焼器
14…カソードオフガス供給配管
15…触媒
19…ハウジング
120…出口端部
121…ガス供給配管水平部
122…ガス供給配管曲がり部
123…ガス供給配管導入部
125a〜125d…吐出口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell 2 ... Electrolyte membrane 3 ... Fuel electrode 4 ... Oxidant electrode 5 ... Hydrogen supply device 6 ... Air supply device 7 ... Fuel gas supply piping 8 ... Oxidant gas supply piping 12 ... Anode off-gas supply piping 13 ... Catalytic combustion 14 ... Cathode off-gas supply pipe 15 ... Catalyst 19 ... Housing 120 ... Outlet end 121 ... Gas supply pipe horizontal part 122 ... Gas supply pipe bent part 123 ... Gas supply pipe introduction part 125a-125d ... Discharge port

Claims (5)

燃焼電池の燃料極から排出される二次燃料ガスと燃焼用空気とをハウジング内で混合し、この混合ガスを触媒を用いて燃焼させる触媒燃焼器において、
前記二次燃料ガスを導入するガス供給配管を前記ハウジング内において、ガス供給配管水平部、ガス供給配管曲がり部、ガス供給配管導入部からなる略L字型の配管構造とし、
前記ガス供給配管水平部を前記ハウジング内で水平に配置するとともに、前記ガス供給配管導入部を前記ハウジングの長手方向と直交する方向であって、前記ハウジングを正面から見たときの重力方向と直交する二次元水平面上において水平面から0<θ<90°の範囲に配置したことを特徴とする触媒燃焼器。
In a catalytic combustor in which a secondary fuel gas discharged from a fuel electrode of a combustion cell and combustion air are mixed in a housing, and the mixed gas is burned using a catalyst.
In the housing, the gas supply pipe for introducing the secondary fuel gas has a substantially L-shaped pipe structure including a gas supply pipe horizontal part, a gas supply pipe bent part, and a gas supply pipe introduction part,
The gas supply pipe horizontal portion is disposed horizontally in the housing, and the gas supply pipe introduction portion is perpendicular to the longitudinal direction of the housing, and perpendicular to the direction of gravity when the housing is viewed from the front. A catalytic combustor which is disposed in a range of 0 <θ <90 ° from a horizontal plane on a two-dimensional horizontal plane.
前記ガス供給配管水平部の吐出端を、前記燃焼用空気の導入側上流に向けたことを特徴とする請求項1に記載の触媒燃焼器。   The catalytic combustor according to claim 1, wherein a discharge end of the horizontal portion of the gas supply pipe is directed upstream of the combustion air introduction side. 前記ガス供給配管水平部の吐出端に、前記二次燃料ガスを吐出する複数の吐出口を放射状に形成したことを特徴とする請求項1または2に記載の触媒燃焼器。   The catalytic combustor according to claim 1 or 2, wherein a plurality of discharge ports for discharging the secondary fuel gas are radially formed at a discharge end of the horizontal portion of the gas supply pipe. 前記ガス供給配管水平部を、前記ハウジングの中心線上に配置したことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の触媒燃焼器。   The catalytic combustor according to any one of claims 1 to 3, wherein the horizontal portion of the gas supply pipe is disposed on a center line of the housing. 前記ガス供給配管曲がり部を、曲線形状の配管構造としたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の触媒燃焼器。
5. The catalytic combustor according to claim 1, wherein the bent portion of the gas supply pipe has a curved pipe structure.
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