JP2008084590A - Fuel battery module and fuel battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の発電を行なう燃料電池セルを収納した燃料電池モジュールおよびそれを具備する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell module containing a fuel cell that generates power from a fuel cell, and a fuel cell system including the fuel cell module.
近年、次世代エネルギーとして、燃料電池により発電を行なう燃料電池システムが種々提案されている。そのような燃料電池システムにおいては、実際に発電を行なう燃料電池セルをケーシング内に内包する燃料電池モジュールが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, various fuel cell systems that generate power using fuel cells have been proposed as next-generation energy. In such a fuel cell system, a fuel cell module in which a fuel cell that actually generates electric power is included in a casing has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
従来、このケーシングは、複数の金属板がネジ等により固定して形成されており、この固定部分より燃料電池の発電による排ガス等が漏出しないよう、シート状の断熱材等のシール部材を挟み込んでネジ等により固定される構造となっている。図7に、従来の金属板の固定方法について、その固定部分を一部抜粋して拡大して示す。図7において、金属板33、34はその端部においてシール部材35を挟持して、ボルト38とナット39により連結されている。なお、図7において、右斜線部分はモジュールの内部を示している。
ところで、固体電解質形燃料電池の運転(作動)温度は、一般に800〜1000℃の高温となるため、燃料電池の発電により生じる排ガスの温度も500〜600℃と高くなり、あわせてケーシングの温度も400〜500℃程度の高温となる。 By the way, since the operation (operation) temperature of the solid oxide fuel cell is generally 800 to 1000 ° C., the temperature of exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell is also increased to 500 to 600 ° C., and the temperature of the casing is also increased. It becomes a high temperature of about 400 to 500 ° C.
それゆえ、ケーシングを構成する複数の金属板を固定する際に用いられるシール部材としては、排ガス温度に耐えうるシート状断熱材や、最高使用温度が高いシール材等が用いられる。 Therefore, as a sealing member used when fixing a plurality of metal plates constituting the casing, a sheet-like heat insulating material that can withstand the exhaust gas temperature, a sealing material having a high maximum use temperature, or the like is used.
しかしながら、シート状断熱材はシール性能が十分でなく、モジュール内部より圧力がかかった場合に、排ガスがシート状断熱材より漏出するという問題があり、また、最高使用温度が高いシール材は、燃料電池モジュール本体(金属板)が熱により歪みを生じた場合に、シール材が破損し、シール性能を確保することが難しいという問題があった。 However, the sheet-like heat insulating material has insufficient sealing performance, and there is a problem that exhaust gas leaks out from the sheet-like heat insulating material when pressure is applied from the inside of the module. When the battery module body (metal plate) is distorted by heat, the sealing material is damaged, and it is difficult to ensure the sealing performance.
したがって、本発明の目的は、複数の金属板を連結して形成される箱状のケーシングにおいて、燃料電池の発電により生じる排ガスが、燃料電池モジュールの外部へ漏出することを抑制するとともに、シール材が破損することを抑制することができる燃料電池モジュールおよび燃料電池モジュールを具備してなる燃料電池システムを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to suppress leakage of exhaust gas generated by power generation of a fuel cell to the outside of the fuel cell module in a box-shaped casing formed by connecting a plurality of metal plates, and a sealing material. It is an object of the present invention to provide a fuel cell module comprising a fuel cell module and a fuel cell module that can prevent damage to the fuel cell.
本発明の燃料電池モジュールは、燃料電池セルと、複数の金属板を連結して形成され、前記燃料電池セルを収納する箱状のケーシングとを具備する燃料電池モジュールであって、前記ケーシングは、前記複数の金属板のうち連結した一対の金属板の一方の前記金属板の端部が他方の前記金属板の外周部にシール部材を介して連結されているとともに、前記複数の金属板の連結部の少なくとも一部に、該連結部を冷却するための冷却管が設けられていることを特徴とする。 The fuel cell module of the present invention is a fuel cell module comprising a fuel cell and a box-shaped casing formed by connecting a plurality of metal plates and containing the fuel cell, wherein the casing includes: One end of the pair of metal plates among the plurality of metal plates is connected to the outer peripheral portion of the other metal plate via a seal member, and the plurality of metal plates are connected. A cooling pipe for cooling the connecting portion is provided on at least a part of the portion.
このような燃料電池モジュールにおいては、複数の金属板を連結して形成した箱状のケーシングにおいて、複数の金属板のうち連結した一対の金属板の一方の金属板の端部が他方の金属板の外周部にシール部材を介して連結されているとともに、複数の金属板の連結部の少なくとも一部に、連結部を冷却するための冷却管が設けられていることから、連結部の温度を下げることができる。 In such a fuel cell module, in a box-shaped casing formed by connecting a plurality of metal plates, one end of one of the pair of metal plates connected among the plurality of metal plates is the other metal plate. Since a cooling pipe for cooling the connecting portion is provided on at least a part of the connecting portions of the plurality of metal plates, the temperature of the connecting portion is controlled. Can be lowered.
またその際、冷却管はケーシングの外面側に設けられていることから、連結部の温度を下げるとともに、燃料電池の発電を行なう発電部の温度に与える影響を少なくできる。 At this time, since the cooling pipe is provided on the outer surface side of the casing, the temperature of the connecting portion can be lowered and the influence on the temperature of the power generating portion that generates power from the fuel cell can be reduced.
それゆえ、連結部の温度が下がることにより、高温では使用できないシール性能の優れたシール部材を使用することが可能となり、燃料電池モジュールからの排ガス等の漏出を抑制することができる。 Therefore, when the temperature of the connecting portion is lowered, it becomes possible to use a sealing member with excellent sealing performance that cannot be used at high temperatures, and leakage of exhaust gas and the like from the fuel cell module can be suppressed.
また、連結部の温度が下がる(言い換えれば、連結部が高温とならない)ことにより、ケーシングを構成する金属板において、高温により歪みを生じることを抑制することができることから、シール性が向上し、燃料電池モジュールからの排ガス等の漏出を抑制することができるとともに、金属板の歪みによりシール部材が割れるといったことも抑制することができる。 In addition, since the temperature of the connecting portion decreases (in other words, the connecting portion does not reach a high temperature), it is possible to suppress the occurrence of distortion due to the high temperature in the metal plate constituting the casing, thereby improving the sealing performance. Leakage of exhaust gas etc. from the fuel cell module can be suppressed, and cracking of the seal member due to distortion of the metal plate can also be suppressed.
また、本発明の燃料電池モジュールは、前記一方の金属板の端部が前記ケーシングの外側に屈曲しており、前記他方の金属板の外周部と前記一方の金属板の屈曲部とが、前記シール部材を介して連結されていることが好ましい。 In the fuel cell module of the present invention, an end portion of the one metal plate is bent outward of the casing, and an outer peripheral portion of the other metal plate and a bent portion of the one metal plate are It is preferable that they are connected via a seal member.
このような燃料電池モジュールにおいては、一方の金属板の端部が、ケーシングの外側に屈曲しており、その屈曲部に他方の金属板の外周部が連結している。すなわち、連結部はケーシングの外側に屈曲した形状となっている。それゆえ、連結部に冷却管を容易に配置することができる。 In such a fuel cell module, the end of one metal plate is bent to the outside of the casing, and the outer peripheral portion of the other metal plate is connected to the bent portion. That is, the connecting portion has a shape bent outward from the casing. Therefore, the cooling pipe can be easily arranged at the connecting portion.
そして、連結部が屈曲した形状となっていることから、連結部の外面側の両方に冷却管を配置することができ、連結部の温度を効果的に下げることができる。したがって、燃料電池モジュールからの排ガス等の漏出をより抑制することができる。 And since the connection part becomes the shape bent, a cooling pipe can be arrange | positioned both on the outer surface side of a connection part, and the temperature of a connection part can be lowered | hung effectively. Therefore, leakage of exhaust gas and the like from the fuel cell module can be further suppressed.
また、本発明の燃料電池モジュールは、前記一方の金属板の端部が前記ケーシングの内側に屈曲しており、前記他方の金属板の外周部と前記一方の金属板の屈曲部とが、前記シール部材を介して連結されていることが好ましい。 In the fuel cell module of the present invention, an end portion of the one metal plate is bent inward of the casing, and an outer peripheral portion of the other metal plate and a bent portion of the one metal plate are It is preferable that they are connected via a seal member.
このような燃料電池モジュールは、一方の金属板の端部が、ケーシングの内側に屈曲しており、その屈曲部に他方の金属板の外周部が連結している。 In such a fuel cell module, the end of one metal plate is bent toward the inside of the casing, and the outer peripheral portion of the other metal plate is connected to the bent portion.
この場合において、連結部のうち、ケーシングの外面側に冷却管を配置することにより、ケーシングの外形を大きくすることなく、連結部の温度を効果的に下げることができる。したがって、燃料電池モジュールからの排ガス等の漏出をより抑制することができる。 In this case, by disposing the cooling pipe on the outer surface side of the casing in the connecting portion, the temperature of the connecting portion can be effectively lowered without increasing the outer shape of the casing. Therefore, leakage of exhaust gas and the like from the fuel cell module can be further suppressed.
また、本発明の燃料電池モジュールは、前記冷却管の内部を酸素含有ガスが流通するとともに、流通した酸素含有ガスが前記燃料電池モジュール内部に発電用ガスとして供給されることが好ましい。 In the fuel cell module of the present invention, it is preferable that the oxygen-containing gas circulates inside the cooling pipe, and the circulated oxygen-containing gas is supplied into the fuel cell module as a power generation gas.
このような燃料電池モジュールにおいては、冷却管の内部を酸素含有ガスが流通することから、連結部と酸素含有ガスとで熱交換が行なわれることとなる。それにより、連結部の温度を下げることができる。 In such a fuel cell module, since the oxygen-containing gas flows through the inside of the cooling pipe, heat exchange is performed between the connecting portion and the oxygen-containing gas. Thereby, the temperature of a connection part can be lowered | hung.
また、熱交換を行なった後の酸素含有ガス、すなわち、暖められた酸素含有ガスを、燃料電池モジュールの内部に発電用ガスとして供給することができることから、酸素含有ガスの温度を上昇させるために使用する燃料ガスを低減することができるとともに、発電効率を向上することができる。 In addition, since the oxygen-containing gas after the heat exchange, that is, the warmed oxygen-containing gas can be supplied to the inside of the fuel cell module as a power generation gas, in order to increase the temperature of the oxygen-containing gas. The fuel gas to be used can be reduced, and the power generation efficiency can be improved.
さらに、酸素含有ガスは、冷却管の内部を流通させた後、燃料電池モジュールの内部に発電用ガスとして供給すればよいことから、通常、燃料電池モジュールの内部に発電用ガスとして供給するための酸素含有ガス供給ポンプを共用することができる。 Further, since the oxygen-containing gas has only to be supplied as the power generation gas to the inside of the fuel cell module after flowing through the inside of the cooling pipe, the oxygen-containing gas is usually supplied to the inside of the fuel cell module as the power generation gas. An oxygen-containing gas supply pump can be shared.
また、例えば燃料電池モジュールの内部に発電用ガスとして供給する酸素含有ガスの全量を、冷却管の内部を流通させた後に、燃料電池モジュールの内部に発電用ガスとして供給することもでき、その場合は、燃料電池モジュールの内部に、暖められた酸素含有ガスを発電用ガスとして供給することができることから、効率のよい燃料電池モジュールとすることができる。 In addition, for example, the entire amount of oxygen-containing gas supplied as power generation gas inside the fuel cell module can be supplied as power generation gas inside the fuel cell module after circulating inside the cooling pipe. Since the warmed oxygen-containing gas can be supplied as the power generation gas into the fuel cell module, an efficient fuel cell module can be obtained.
本発明の燃料電池システムは、上記のうちいずれかに記載の燃料電池モジュールと、貯湯タンクとを具備してなる燃料電池システムにおいて、前記冷却管の内部を水が流通するとともに、流通した水が前記貯湯タンクに貯水されることを特徴とする。 The fuel cell system of the present invention is a fuel cell system comprising the fuel cell module according to any one of the above and a hot water storage tank, wherein water circulates inside the cooling pipe and the circulated water is Water is stored in the hot water storage tank.
このような燃料電池モジュールにおいては、冷却管の内部に水が流通することから、連結部と水とが熱交換を行なうことができる。それにより、連結部の温度が下がることから、シール性能の高いシール部材を用いることができ、燃料電池モジュールからの排ガス等の漏出を防止することができる。 In such a fuel cell module, since water flows through the inside of the cooling pipe, heat can be exchanged between the connecting portion and the water. Thereby, since the temperature of a connection part falls, a sealing member with high sealing performance can be used, and leakage of exhaust gas etc. from a fuel cell module can be prevented.
また、連結部と水とが熱交換することから、連結部の熱を効率よく回収することができ、その熱交換が終了した水(湯水)を貯湯タンクに貯水することにより、効率の良い燃料電池システムを提供できる。 In addition, since heat is exchanged between the connecting portion and water, the heat of the connecting portion can be efficiently recovered, and efficient heat is obtained by storing the water (hot water) after the heat exchange in the hot water storage tank. A battery system can be provided.
本発明の燃料電池システムは、上記のうちいずれかに記載の燃料電池モジュールと、水蒸気改質を行なう改質器とを具備し、該改質器に水と被改質ガスを供給して、水蒸気改質を行ない、生成される改質ガスを前記燃料電池モジュールに供給する燃料電池システムにおいて、前記冷却管の内部を水が流通するとともに、流通した水が前記改質器に供給されることを特徴とする。 A fuel cell system of the present invention comprises any one of the fuel cell modules described above and a reformer that performs steam reforming, and supplies water and a gas to be reformed to the reformer, In the fuel cell system that performs steam reforming and supplies the generated reformed gas to the fuel cell module, water circulates inside the cooling pipe and the circulated water is supplied to the reformer. It is characterized by.
このような燃料電池モジュールにおいては、冷却管の内部を水が流通することから、連結部と水とが熱交換を行なうことができる。それにより、連結部の温度が下がることから、シール性能の高いシール部材を用いることができ、燃料電池モジュールからの排ガス等の漏出を防止することができる。 In such a fuel cell module, since water flows through the inside of the cooling pipe, heat can be exchanged between the connecting portion and water. Thereby, since the temperature of a connection part falls, a sealing member with high sealing performance can be used, and leakage of exhaust gas etc. from a fuel cell module can be prevented.
また、連結部と水とが熱交換することから、連結部の熱を効率よく回収することができ、熱交換が終了した水(水蒸気)は、水蒸気改質を行なうための改質器に供給される。したがって、改質器において水を蒸発させるために用いる熱量を低減することができる。それにより、水蒸気改質を行なうための水蒸気用の燃料を低減でき、効率の良い燃料電池システムを提供できる。 In addition, since heat is exchanged between the connecting portion and water, the heat of the connecting portion can be efficiently recovered, and the water (steam) after the heat exchange is supplied to a reformer for performing steam reforming. Is done. Accordingly, the amount of heat used for evaporating water in the reformer can be reduced. Thereby, the fuel for water vapor | steam for performing steam reforming can be reduced, and an efficient fuel cell system can be provided.
また、冷却管に流通させる水を改質器に供給することができることから、改質器に供給する水と冷却管を流通させる水とを共用することができ、効率の良い燃料電池システムを提供できる。 In addition, since the water to be circulated through the cooling pipe can be supplied to the reformer, the water to be supplied to the reformer and the water to be circulated through the cooling pipe can be shared, and an efficient fuel cell system is provided. it can.
本発明の燃料電池は、複数の金属板を連結して箱状に形成されたケーシングにおいて、複数の金属板のうち一対の金属板の一方の金属板の端部が他方の金属板の外周部にシール部材を介して連結されているとともに、その連結部の少なくとも一部に、連結部を冷却するための冷却管が設けられていることから、連結部の温度を下げることができる。それにより、高温では使用できないシール部材を用いることができ、また連結部の歪によるシール部材の破損も抑制でき、燃料電池モジュールからの排ガス等の漏出を抑制することができる。また、冷却管の内部に酸素含有ガスや水を流通させて熱交換を行い、熱交換後の酸素含有ガスや水を有効に活用することで、発電効率の良い燃料電池モジュールおよびそれを具備する燃料電池システムを提供できる。 In the fuel cell of the present invention, in a casing formed by connecting a plurality of metal plates in a box shape, an end portion of one metal plate of a pair of metal plates is an outer peripheral portion of the other metal plate. Since the cooling pipe for cooling the connection part is provided in at least a part of the connection part, the temperature of the connection part can be lowered. Thereby, a seal member that cannot be used at a high temperature can be used, damage to the seal member due to distortion of the connecting portion can be suppressed, and leakage of exhaust gas or the like from the fuel cell module can be suppressed. In addition, a fuel cell module having high power generation efficiency and a fuel cell module are provided by exchanging heat by circulating oxygen-containing gas and water inside the cooling pipe and effectively utilizing the oxygen-containing gas and water after heat exchange. A fuel cell system can be provided.
図1は、本発明の燃料電池モジュール1を示した分解斜視図であり、燃料電池セルと、複数の金属板を連結して形成された箱状のケーシング2とを具備している。なお、図1においては、箱状のケーシング2は、筒状容器3に金属板4を連結して形成される場合を示している。なお、図1において燃料電池モジュール1内に収納される燃料電池セルは図示していない。また、同一の部材については同一の番号を付するものとし、以下同様とする。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a
ケーシング2は、複数の金属板4を連結して箱状に形成され、複数の金属板のうち連結した一対の金属板の一方の金属板の端部が他方の金属板の外周部にシール部材を介して連結されている。
The
ここで、箱状のケーシング2を形成するにあたって、例えば各面をそれぞれ別の金属板とし、それらをすべて連結して作製することもでき、筒状の金属板に蓋をする形状として作製することもできる。また、例えば複数の金属板を溶接等にて接合し、残りの面を構成する金属板の外周部と、溶接した金属板の外周部(端部)に、シール部材を介して連結して箱状としてもよい。なお、図1においては、複数の金属板を溶接により筒状容器3とし、残りの側面を金属板4で蓋をした形状を示している。
Here, when forming the box-shaped
ここで、例えば固体電解質形燃料電池の運転温度は、一般に800〜1000℃の高温となるため、ケーシング2を構成する金属板は、固体電解質形燃料電池の運転温度に耐えうる材料とする必要があり、例えばステンレス等により作製される。
Here, for example, since the operating temperature of the solid oxide fuel cell is generally a high temperature of 800 to 1000 ° C., the metal plate constituting the
筒状容器3と金属板4は、それぞれの端部および外周部(合わせ面)を間にシール部材5を介して合わせてネジ等により連結される。それゆえ、筒状容器3と金属板4のそれぞれの端部および外周部に、ネジ止めに対応した孔部6が複数設けられている。なお、ネジ止めを容易とするため、筒状容器3および金属板4の孔部6に、ボルトに対応する雌ネジを切っていてもよい。
The
また図1においては、シール部材5は枠状の形状とした例を示しているが、例えば断片的なシート状としてもよい。この場合、筒状容器3と金属板4のそれぞれの端部および外周部(合わせ面)を、断片的なシートを複数枚張り合わせて、隙間なく覆うことが好ましい。
Further, in FIG. 1, the
そして、筒状容器3と金属板4の連結部のうち、ケーシングの外面側には、連結部を冷却するための冷却管7が設けられている。
And among the connection parts of the
冷却管7は、連結部の外面側(すなわち、ケーシングの外面側)に設けられていればよく、連結部の一部を冷却するような形状としてもよいが、連結部をより効果的に冷却するため、連結部の全体を冷却できるよう配置するのが好ましい。なお、図1においては、連結部の全体を冷却できるよう、連結部を一周するように配置した冷却管7の例を示している。
The
ここで、冷却管7は連結部の外面側(すなわち、ケーシングの外面側)に設けられていることから、連結部の温度を下げることができる。この場合において、冷却管7は、ケーシングの連結部の外面側に設けられていることから、燃料電池の発電を行なう発電部の温度に与える影響を少なくできる。 そして、連結部に冷却管7を設けることにより、連結部の温度が下がるため、筒状容器3の外周部と金属板4の外周部の間に設けられるシール部材において、よりシール性能の優れたシール部材を使用することが可能となる。そのようなシール部材としては、例えば黒鉛製、合成樹脂(PTEE等)製等の耐熱250℃相当のガスケット、液状の合成樹脂系等のシール材を用いることができ、特には上記ガスケット、シール材の併用をすることでシール性能を良くすることが好ましい。
Here, since the
それゆえ、高温では使用できないシール性能の優れたシール部材を使用することが可能となるため、燃料電池モジュール1からの排ガス等の漏出を抑制することができる。
Therefore, since it becomes possible to use a sealing member with excellent sealing performance that cannot be used at high temperatures, leakage of exhaust gas and the like from the
また、連結部の温度が下がることにより、ケーシング2を構成する筒状容器3と金属板4とが高温とならず、それにより歪みが生じることを抑制することができる。したがって、筒状容器3と金属板4とのシール性が向上し、燃料電池モジュール1からの排ガス等の漏出を抑制することができるとともに、筒状容器3や金属板4の歪みによりシール部材が破損することも抑制することができる。
Moreover, when the temperature of a connection part falls, the
図2は、筒状容器3と金属板4との連結部分の横断面図を一部抜粋して拡大して示した図であり、(a)は筒状容器3の外周部を、ケーシング2の外側に屈曲させ、その屈曲部に金属板4を連結した形状を示し、筒状容器3と金属板4を間にシール部材5を介して、ボルト8およびナット9により連結されている。また、(b)は、筒状容器3の外周部を、ケーシング2の内側に屈曲させ、その屈曲部に金属板4を連結した形状を示し、筒状容器3と金属板4を間にシール部材5を介して、ボルト8およびナット9により連結されている。なお図中において、右斜線はケーシング2の内部側を示している。これらの構造により、筒状容器3とシール部材5と金属板4とが、ボルト8およびナット9により強固に連結され、連結部からの燃料電池モジュールからの排ガス等の漏出を抑制することができる。
FIG. 2 is an enlarged view of a part of the cross-sectional view of the connecting portion between the
なお、ナット9は、ネジ止めを容易とすべく、筒状容器3に溶接していてもよい。この場合、金属板4側より、ボルト8を締めるだけで、筒状容器3と金属板4を連結することができる。 ここで、(a)の形状においては、筒状容器3の外周部と金属板4の外周部の連結部が、ケーシング2の外側に屈曲した形状であることから、冷却管7を連結部の外面側(シール部材と接していない面側、以下同意)の両面に配置することが容易となる。それゆえ、連結部の外面側の一方にのみ冷却管7を配置してもよいが、より効果的に連結部を冷却すべく、連結部の外面側の両面に冷却管7を配置することが好ましい。そして、連結部の外面側の両面に冷却管7を配置することにより、より効果的に連結部を冷却することができる。したがって、筒状容器3と金属板4との連結において、シール性能の高いシール部材を用いることができ、また筒状容器3や金属容器4の歪みを抑制することができることから、燃料電池モジュール1からの排ガス等の漏出をより抑制することができる。
Note that the nut 9 may be welded to the
なお連結部は、筒状容器3の外周部を、ケーシング2の外側に屈曲させればよく、ケーシング2に対して、上下左右方向に適宜屈曲させて形成することができる。
The connecting portion may be formed by bending the outer peripheral portion of the
また、(b)の形状においては、筒状容器3の外周部を、ケーシング2の内側に屈曲させ、その屈曲部に金属板4を連結した形状であることから、ケーシングの外形を大きくすることなく、連結部を設けることができる。
Moreover, in the shape of (b), since the outer peripheral part of the
なお、この形状の場合は、燃料電池の発電を行なう発電部の温度を下げることなく、連結部の温度を下げるべく、冷却管7は、連結部の外面側のうち、ケーシング2の外側に位置する面にのみ設けることが好ましい。それにより、発電部の温度を下げることなく、効果的に連結部を冷却することができる。したがって、筒状容器3と金属板4との連結において、シール性能の高いシール部材を用いることができ、また筒状容器3や金属容器4の歪みを抑制することができることから、燃料電池モジュール1からの排ガス等の漏出をより抑制することができる。なお、ケーシングの内部構造により、冷却管7をケーシング2の内側に位置する面に設けても発電部の温度に影響がない場合においては、連結部の外面側のうち、ケーシング2の内側に位置する面に冷却管7を設けることもできる。
In the case of this shape, the
図3は、冷却管10を金属板4の孔部(図面上はボルト8)の周囲に設けた燃料電池モジュール1の側面図であり、冷却管10には、酸素含有ガスが流通する場合の一例を示したものである。
FIG. 3 is a side view of the
冷却管10を、酸素含有ガスが流通することから、連結部と酸素含有ガスとの間で熱交換が行なわれることとなり、連結部の温度を下げることができる。なお、酸素含有ガスは、連結部を所望の温度とすべく、適宜流量等を設定して流通させることが好ましい。
Since the oxygen-containing gas flows through the cooling
そして、熱交換を行なった後の暖められた酸素含有ガスを、燃料電池モジュール1の内部に発電用ガスとして供給することにより、酸素含有ガスの温度を上昇させるために使用する燃料ガスを低減することができるとともに、発電効率を向上することができる。
And the fuel gas used in order to raise the temperature of oxygen-containing gas is reduced by supplying the oxygen-containing gas warmed after heat exchange to the inside of the
したがって、冷却管10は、燃料電池モジュール1の酸素含有ガス導入口の配置場所にあわせて配置すればよく、例えば図3においては、燃料電池モジュール1の下側に酸素含有ガス導入口がある場合(図示せず)に、より効率よく連結部と酸素含有ガスの熱交換を行なうため、燃料電池モジュールの上側より、連結部全体を通って、酸素含有ガス導入口と連結するよう、冷却管10が配置されている。
Therefore, the cooling
また、酸素含有ガスは、冷却管10を流通した後、燃料電池モジュール1の内部に発電用ガスとして供給されることから、通常、燃料電池モジュールの内部に発電用ガスとして供給するための酸素含有ガス供給ポンプ(図示せず)を共用することができる。
In addition, since the oxygen-containing gas is supplied as the power generation gas into the
また、燃料電池モジュール1の内部に発電用ガスとして供給する酸素含有ガスの全量を、冷却管10の内部を流通させた後に、燃料電池モジュール1の内部に発電用ガスとして供給することもできる。それにより、燃料電池モジュール1の内部に、予め暖められた酸素含有ガスを発電用ガスとして供給することができることから、効率のよい燃料電池モジュール1とすることができる。
Further, the entire amount of the oxygen-containing gas supplied as the power generation gas into the
図4は、冷却管11の内部に水を流通させる場合の燃料電池モジュール1の側面図であり、冷却管11は、金属板4の孔部(図面上はボルト8)の周囲に設けられており、金属板4(連結部)を一周した形状となっている。
FIG. 4 is a side view of the
ここで、冷却管11の内部を水が流通することにより、連結部と冷却管11の内部を流通する水とが熱交換を行なうことができる。この場合において、より効率的な熱交換を行なうべく、冷却管11は連結部全体に配置されていることが好ましい。それにより、連結部の温度が下がることから、筒状容器3と金属板4との連結において、シール性能の高いシール部材を用いることができ、また筒状容器3や金属容器4の歪みを抑制することができ、燃料電池モジュール1からの排ガス等の漏出を防止することができる。
Here, when water flows through the inside of the cooling
図5は、図4に示した燃料電池モジュール1と、貯湯タンク22とを具備してなる燃料電池システムの構成図の一例を示したものである。
FIG. 5 shows an example of a configuration diagram of a fuel cell system including the
図5における燃料電池システムは、燃料電池12、天然ガス等の燃料ガスを供給する燃料供給装置13、酸素含有ガスを燃料電池12に供給するための酸素含有ガス供給装置14、被改質ガスと水蒸気により水蒸気改質を行なう改質器15、給水管16より供給された水を精製する水処理装置17、水処理装置17により精製された水を貯水するための水タンク18、水タンク18に貯水された水を改質器15に供給するための水ポンプ19、燃料電池の発電による排ガスを供給するための排ガス供給管20、排ガス供給管20より供給された排ガスを湯水に熱交換する排熱回収用熱交換器21、熱交換により生じた湯水を貯水するための貯湯タンク22、湯水を循環するための循環配管23、および循環ポンプ24、により構成されている。なお、図5中の矢印は、水、燃料ガス、酸素含有ガスの流れを示している。
The fuel cell system in FIG. 5 includes a
ここで、本発明の燃料電池システムは、以下の構成を基本的構成としている。 Here, the fuel cell system of the present invention has the following configuration as a basic configuration.
給水管16より供給された水を、水処理装置17にて精製した後、水タンク18に貯水する。水タンク18に貯水された水を、水ポンプ19により改質器15に供給するとともに、燃料供給装置13より改質器15に供給される被改質ガスとを反応させ水蒸気改質を行い、改質ガスを生成する。改質器15より供給される改質ガスと、酸素含有ガス供給装置14から供給される酸素含有ガスとにより、燃料電池12において発電を行なう。その際、燃料電池12の発電により生じた排ガスは、排ガス供給管20を通じて排熱回収用熱交換器21に供給される。排熱回収用熱交換器21においては、貯湯タンク22から循環配管23に供給され、循環ポンプ24により循環配管23を循環する水と、排ガス供給管20を通じて供給される排ガスとの間で熱交換を行なう。そして、熱交換後の排ガスは燃料電池システム外へ排気されるとともに、熱交換された水は貯湯タンク22に貯湯される。
The water supplied from the
図5における燃料電池システムにおいては、さらに、貯湯タンク22より供給される水を、燃料電池モジュール1に設けられた冷却管11(図示せず)に供給し、冷却管11の内部を流通する水と、連結部とで熱交換を行なう。そして、熱交換を行なった後の水(湯水)は、直接貯湯タンク22に貯水される。
In the fuel cell system in FIG. 5, water supplied from the hot
ここで、燃料電池モジュール1における連結部の熱を、冷却管11を流通する水により熱交換することから、燃料電池モジュール1における連結部の熱を効率よく回収するとともに、燃料電池モジュール1の連結部を冷却するだけでなく、貯湯タンク22に湯水を貯水することができる。したがって、効率の良い燃料電池システムとすることができる。
Here, since the heat of the connection part in the
図6は、図4に示した燃料電池モジュール1と、水蒸気改質を行なう改質器15とを具備し、改質器15に水と被改質ガスとを供給し、水蒸気改質を行い、生成される改質ガスを燃料電池モジュール1に供給する燃料電池システムにおいて、冷却管の内部を水が流通するとともに、流通した水が改質器15(水タンク18)に供給されることを示す。なお、図6において、各構成は図5に示したものと同一である。また、図6においては、冷却管を流通した水を水タンク18に供給した後、改質器15に供給しているが、流通した水を直接改質器15に供給しても良い。
FIG. 6 includes the
本発明の燃料電池システムにおいては、例えば、給水管16より供給された水を水処理装置17で精製した後、燃料電池モジュールに設けられている冷却管11を流通させた後、水タンク18に貯水することができる。これにより、燃料電池モジュールの連結部と冷却管の水とが熱交換することから、効率よく連結部の熱を回収することができ、熱交換が終了した水(水蒸気)は、水蒸気改質を行なうための改質器15に供給される。したがって、改質器において水を蒸発させるために用いる熱量を低減することができることから、水蒸気改質を行なうための水蒸気用の燃料を低減でき、効率の良い燃料電池システムとすることができる。
In the fuel cell system of the present invention, for example, after the water supplied from the
また、図6に示したように、冷却管に流通させる水を改質器15(水タンク18)に供給することができることから、改質器15に供給する水と冷却管を流通させる水とを共用することができ、効率の良い燃料電池システムを提供できる。
Further, as shown in FIG. 6, since the water to be circulated through the cooling pipe can be supplied to the reformer 15 (water tank 18), the water to be supplied to the
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良等が可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、冷却管を流通させる水を、貯湯タンク22および改質器15(水タンク18)の両方に供給するよう、システム設計しても良い。
For example, the system may be designed so that water flowing through the cooling pipe is supplied to both the hot
1:燃料電池モジュール
2:ケーシング
3:筒状容器
4:金属板
5:シール部材
6:孔部
7、10、11:冷却管
8:ボルト
9:ナット
12:燃料電池
15:改質器
22:貯湯タンク
1: Fuel cell module 2: Casing 3: Cylindrical container 4: Metal plate 5: Seal member 6:
15: Reformer 22: Hot water storage tank
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