JP2014165118A - Fuel cell device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池装置に関し、特に固体酸化物形の燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device, and more particularly to a solid oxide fuel cell device.
燃料電池装置は、燃料電池システムの中核をなすもので、水素富化燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う複数の燃料電池セルと、燃料電池セルの上端部(燃料電池セルの反応ガスの流れ方向における下流端部)から排出されるオフガス(未反応の水素富化燃料)を燃焼させて燃料電池セルを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、を含んで構成される。
また、燃料電池装置は、一般には、燃料電池セルの上方に配置されて水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する改質器を更に含んで構成され、オフガス燃焼部は、燃料電池セルと共に改質器を加熱する。この改質器により燃料電池セルへの水素富化燃料の供給がなされる。
The fuel cell device is the core of the fuel cell system, and includes a plurality of fuel cells that generate electricity by reacting a hydrogen-enriched fuel and an oxidant, and upper ends of the fuel cells (reactive gas of the fuel cells). An off-gas combustion section that burns off-gas (unreacted hydrogen-enriched fuel) discharged from the downstream end portion in the flow direction of the fuel cell and maintains the fuel cell in a high temperature state.
In addition, the fuel cell device is generally configured to further include a reformer that is disposed above the fuel cell and reforms the hydrogen-containing fuel to generate a hydrogen-enriched fuel. The reformer is heated together with the battery cell. This reformer supplies hydrogen-enriched fuel to the fuel cells.
一方、オフガス燃焼部にて生成された排ガスを外部に排出するための排ガス流路については、排ガスが改質器の壁面に沿って流れた後に外部に排出されるように構成される。
このような燃料電池装置は、特許文献1に開示されている。
特許文献1では、改質器が気化部と改質部とを含んで構成されている。気化部では、外部から供給される水を気化させて水蒸気を発生させている。改質部では、気化部で発生した水蒸気を用いて、水素含有燃料を水蒸気改質反応により反応させている。
On the other hand, the exhaust gas flow path for discharging the exhaust gas generated in the off-gas combustion unit to the outside is configured to be discharged outside after the exhaust gas flows along the wall surface of the reformer.
Such a fuel cell device is disclosed in Patent Document 1.
In Patent Document 1, a reformer includes a vaporization section and a reforming section. In the vaporizing section, water supplied from the outside is vaporized to generate water vapor. In the reforming section, the hydrogen-containing fuel is reacted by the steam reforming reaction using the steam generated in the vaporization section.
特許文献1では、改質器において、気化部を構成する金属製の筺体の燃料電池セルに対向する側の面を構成する壁材の厚みを、改質部を構成する金属製の筺体の燃料電池セルに対向する側の面を構成する壁材の厚みよりも大きく形成することで、気化部の熱伝導性を強化することにより、改質器の温度分布の均一化を図っている。 In Patent Document 1, in the reformer, the thickness of the wall material that constitutes the surface of the metal casing that constitutes the vaporizing section on the side facing the fuel battery cell is defined as the fuel of the metal casing that constitutes the reforming section. By forming it larger than the thickness of the wall material constituting the surface facing the battery cell, the temperature distribution of the reformer is made uniform by enhancing the thermal conductivity of the vaporization section.
ところで、改質器については、その流入口から比較的低温な水素含有燃料が流入するので、改質器の流入口側部分は低温になる虞がある。また、改質器の流入口側部分で水蒸気改質反応が開始される場合には、この反応が吸熱反応であることにより、流入口側部分の温度が低下しかねない。また、改質器の流入口側部分が特許文献1に記載のような気化部である場合には、気化熱により、流入口側部分の温度が低下しかねない。従って、改質器の流入口側部分が局所的に低温となり、この結果、改質器の温度分布が不均一になる虞がある。
この対策としては、特許文献1のように、改質器の流入口側部分(例えば気化部)の壁材の厚みを、流入口側部分以外の部分(例えば改質部)の壁材の厚みよりも大きく形成することで、改質器の流入口側部分の熱伝導性を強化することが考えられる。
By the way, since a relatively low temperature hydrogen-containing fuel flows in from the inlet of the reformer, the inlet side portion of the reformer may become low temperature. Further, when the steam reforming reaction is started in the inlet side portion of the reformer, the temperature of the inlet side portion may be lowered because this reaction is an endothermic reaction. Moreover, when the inlet side part of a reformer is a vaporization part as described in patent document 1, the temperature of an inlet side part may fall with the heat of vaporization. Therefore, the temperature at the inlet side of the reformer is locally low, and as a result, the temperature distribution of the reformer may become non-uniform.
As a countermeasure, as in Patent Document 1, the thickness of the wall material of the inlet side portion (for example, the vaporizing portion) of the reformer is set to the thickness of the wall material of the portion other than the inlet side portion (for example, the reforming portion). It is conceivable to increase the thermal conductivity of the inlet side portion of the reformer by forming it larger.
しかしながら、この対策では、オフガス燃焼部について、改質器の流入口側部分の壁材の厚みが増大することにより燃焼空間が低減し、この結果、燃焼状態が不安定になる虞がある。このため、複数の燃料電池セルからなる燃料電池セル群において、改質器の流入口側部分の下方に位置する燃料電池セルが、他の燃料電池セルに比べて低温となり、この結果、燃料電池セル群の温度分布が不均一になり、ひいては、燃料電池セル群の発電効率が低下する虞があった。
また、特許文献1のように、改質器の流入口側部分の熱伝導性を強化すると、当該流入口側部分の下方に位置する燃料電池セルからの、当該流入口側部分の受熱量が増加するので、当該流入口側部分の下方に位置する燃料電池セルが、他の燃料電池セルに比べて低温となり、この結果、燃料電池セル群の温度分布が不均一になり、ひいては、燃料電池セル群の発電効率が低下する虞があった。
However, with this measure, in the off-gas combustion section, the thickness of the wall material at the inlet side of the reformer increases, so that the combustion space is reduced. As a result, the combustion state may become unstable. For this reason, in the fuel cell group composed of a plurality of fuel cells, the fuel cell located below the inlet side portion of the reformer has a lower temperature than other fuel cells, and as a result, the fuel cell There is a possibility that the temperature distribution of the cell group becomes uneven, and as a result, the power generation efficiency of the fuel cell group decreases.
Further, as in Patent Document 1, when the thermal conductivity of the inlet side portion of the reformer is enhanced, the amount of heat received at the inlet side portion from the fuel cell located below the inlet side portion is increased. Therefore, the temperature of the fuel cell located below the inflow side portion becomes lower than that of the other fuel cells. As a result, the temperature distribution of the fuel cell group becomes non-uniform, and as a result, the fuel cell There is a possibility that the power generation efficiency of the cell group may decrease.
本発明は、このような実状に鑑み、改質器及び燃料電池セル群の温度分布を均一化することで、良好な発電効率を得ることを目的とする。 In view of such a situation, an object of the present invention is to obtain good power generation efficiency by uniformizing the temperature distribution of the reformer and the fuel cell group.
そのため本発明に係る燃料電池装置は、流入口より流入する水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する改質器と、改質器の下方に配置されて、改質器にて生成された水素富化燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う複数の燃料電池セルと、複数の燃料電池セルの上端部から排出されるオフガスを燃焼させて複数の燃料電池セルを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、オフガス燃焼部にて生成された排ガスが改質器の壁面に沿って流れた後に外部に排出されるように構成される排ガス流路と、を備える。排ガス流路は、改質器の流入口側部分である第1の部分の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器のうち流入口側部分以外の部分である第2の部分の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成される。 Therefore, a fuel cell device according to the present invention includes a reformer that reforms a hydrogen-containing fuel flowing from an inlet and generates a hydrogen-enriched fuel, and a reformer disposed below the reformer. A plurality of fuel cells that generate electricity by reacting the produced hydrogen-enriched fuel and an oxidant, and burn off gas discharged from the upper ends of the plurality of fuel cells to bring the plurality of fuel cells to a high temperature state And an exhaust gas passage configured such that exhaust gas generated in the off gas combustion unit flows along the wall surface of the reformer and is then discharged to the outside. The exhaust gas flow path is configured so that the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the first portion that is the inlet side portion of the reformer is the wall surface of the second portion that is a portion other than the inlet side portion of the reformer. It is comprised so that it may increase compared with the flow volume of the waste gas which flows along.
本発明によれば、排ガス流路は、改質器の流入口側部分(第1の部分)の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器のうち流入口側部分以外の部分(第2の部分)の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成される。これにより、オフガス燃焼部からの高温の排ガスを改質器の流入口側部分の周辺に集中させることができるので、改質器の流入口側部分の温度低下を抑制することができる。従って、改質器の流入口側部分の下方に位置する燃料電池セルの温度低下が抑制され、この結果、燃料電池セル群の温度分布を均一化することができ、ひいては、燃料電池セル群の良好な発電効率を得ることができる。 According to the present invention, the exhaust gas flow path is configured to change the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the inlet side portion (first portion) of the reformer (the first portion other than the inlet side portion of the reformer (first portion). 2), the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface is increased. Thereby, since the high-temperature exhaust gas from the off-gas combustion part can be concentrated around the inlet side portion of the reformer, it is possible to suppress the temperature drop of the inlet side portion of the reformer. Therefore, the temperature drop of the fuel cell located below the inlet side portion of the reformer is suppressed, and as a result, the temperature distribution of the fuel cell group can be made uniform. Good power generation efficiency can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1(A)は、従来型の燃料電池装置における排ガスの流れの概略を示す。図1(B)は、後述する本発明の第1〜第4及び第7実施形態の燃料電池装置における排ガスの流れの概略を示す。図1(C)は、後述する本発明の第5及び第6実施形態の燃料電池装置における排ガスの流れの概略を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1A schematically shows the flow of exhaust gas in a conventional fuel cell device. FIG. 1 (B) shows an outline of the flow of exhaust gas in the fuel cell devices of the first to fourth and seventh embodiments of the present invention described later. FIG. 1C shows an outline of the flow of exhaust gas in fuel cell devices according to fifth and sixth embodiments of the present invention to be described later.
図1(A)に示すように、従来型の燃料電池装置201は、例えば、複数の燃料電池セル10と、オフガス燃焼部20と、改質器30と、熱交換部202と、排ガス出口203と、を含んで構成される。
燃料電池セル10は、水素富化燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う。
改質器30は、燃料電池セル10の上方に配置されて水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する。
オフガス燃焼部20は、燃料電池セル10の上端部(燃料電池セル10の反応ガスの流れ方向における下流端部)から排出されるオフガス(未反応の水素富化燃料)を燃焼させて燃料電池セル10及び改質器30を加熱する。
改質器30は、例えば、気化部35と改質部36とを含んで構成される。気化部35では、外部から供給される水を気化させて水蒸気を発生させる。改質部36では、気化部35で発生した水蒸気を用いて、水素含有燃料を水蒸気改質反応により反応させる。改質部36にて生成された水素富化燃料は、燃料電池セル10に供給される。
As shown in FIG. 1A, a conventional fuel cell device 201 includes, for example, a plurality of fuel cells 10, an off-gas combustion unit 20, a reformer 30, a heat exchange unit 202, and an exhaust gas outlet 203. And comprising.
The fuel battery cell 10 generates power by reacting the hydrogen-enriched fuel with an oxidant.
The reformer 30 is disposed above the fuel cell 10 and reforms the hydrogen-containing fuel to produce a hydrogen-enriched fuel.
The off-gas combustion unit 20 burns off-gas (unreacted hydrogen-enriched fuel) discharged from the upper end of the fuel battery cell 10 (downstream end in the flow direction of the reaction gas of the fuel battery cell 10), thereby fuel cell. 10 and the reformer 30 are heated.
The reformer 30 includes, for example, a vaporization unit 35 and a reforming unit 36. The vaporizer 35 vaporizes water supplied from the outside to generate water vapor. In the reforming unit 36, the hydrogen-containing fuel is reacted by a steam reforming reaction using the steam generated in the vaporizing unit 35. The hydrogen-enriched fuel generated in the reforming unit 36 is supplied to the fuel cell 10.
熱交換部202では、例えば、オフガス燃焼部20にて生成された排ガスの熱が、前述の酸化剤に受け渡される。
排ガス出口203では、熱交換部202を通過した排ガスが外部に排出される。
従来型の燃料電池装置201では、例えば、オフガス燃焼部20にて生成された排ガスが改質器30の壁面に沿って流れた後に、熱交換部202及び排ガス出口203を通って、外部に排出される。
この排ガスの流れについて、従来型の燃料電池装置201では、改質器30の気化部35の壁面に沿って流れる排ガスの流量と、改質器30の改質部36の壁面に沿って流れる排ガスの流量とが同等であった(図1(A)参照)。
このため、改質器30において、気化部35が改質部36より低温になりかねず、ひいては、改質器30の温度分布が不均一になる虞があった。
In the heat exchange unit 202, for example, the heat of the exhaust gas generated in the off-gas combustion unit 20 is transferred to the oxidant described above.
At the exhaust gas outlet 203, the exhaust gas that has passed through the heat exchange unit 202 is discharged to the outside.
In the conventional fuel cell device 201, for example, after the exhaust gas generated in the off-gas combustion unit 20 flows along the wall surface of the reformer 30, it is discharged to the outside through the heat exchange unit 202 and the exhaust gas outlet 203. Is done.
Regarding the flow of this exhaust gas, in the conventional fuel cell apparatus 201, the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the vaporization section 35 of the reformer 30 and the exhaust gas flowing along the wall surface of the reforming section 36 of the reformer 30. The flow rate was equivalent (see FIG. 1A).
For this reason, in the reformer 30, the vaporization unit 35 may be at a lower temperature than the reforming unit 36, and as a result, the temperature distribution of the reformer 30 may become non-uniform.
そこで、図1(B)に示すように、本発明の第1〜第4及び第7実施形態では、燃料電池装置1は、排ガスを偏流させる偏流部204を備え、この偏流部204によって、改質器30の流入口側部分である第1の部分(例えば気化部35)の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器30のうち流入口側部分以外の部分である第2の部分(例えば改質部36)の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くすることにより、前記第1の部分における排ガスからの受熱量を増加させることで、改質器30の温度分布を均一化する。尚、偏流部204の機能は、例えば、後述する蓋部材101、101a、101d、又は、仕切り部材(後述する内部断熱材及びその延長部52a、又は、排ガス流通路40cが形成された酸化剤供給部材40a、40b)によって実現される。
また、図1(B)に示す手法において、改質器30の壁面に沿って流れた後の排ガスについては、熱交換部202にて熱交換を効率良く行うために、熱交換部202より上流側にて、流量分布が均一化されていることが好ましい。このため、図1(C)に示すように、本発明の第5及び第6実施形態では、燃料電池装置1は、排ガスの流量分布を均一化する整流部205を更に備える。尚、整流部205の機能は、例えば、後述する蓋部材101b、101cによって実現される。
Therefore, as shown in FIG. 1B, in the first to fourth and seventh embodiments of the present invention, the fuel cell device 1 includes a drifting portion 204 that drifts the exhaust gas. The flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the first portion (for example, the vaporizing section 35) that is the inlet side portion of the quality device 30 is the second portion that is a portion other than the inlet side portion of the reformer 30. The temperature distribution of the reformer 30 is made uniform by increasing the amount of heat received from the exhaust gas in the first portion by increasing the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface (for example, the reforming section 36). Turn into. The function of the drifting portion 204 is, for example, a lid member 101, 101a, 101d, which will be described later, or a partition member (an internal heat insulating material to be described later and its extension 52a, or an oxidant supply in which an exhaust gas flow passage 40c is formed. This is realized by the members 40a, 40b).
Further, in the technique shown in FIG. 1B, the exhaust gas after flowing along the wall surface of the reformer 30 is upstream of the heat exchange unit 202 in order to efficiently exchange heat in the heat exchange unit 202. On the side, the flow distribution is preferably uniform. Therefore, as shown in FIG. 1C, in the fifth and sixth embodiments of the present invention, the fuel cell device 1 further includes a rectifying unit 205 that equalizes the flow rate distribution of the exhaust gas. The function of the rectifying unit 205 is realized by, for example, lid members 101b and 101c described later.
図2は、本発明の第1実施形態を示す燃料電池装置の正面縦断面図である。図3は、燃料電池装置の平面横断面図であり、図2のA−A断面のうち、後述する第2のケース5、第3のケース7、改質器30、内部断熱材50の左側部51及び右側部52を示している。
燃料電池装置1を構成する筐体2は、筐体2の最外側を構成する直方体状の第1のケース3と、第1のケース3内に第1の空隙4を隔てて収納される直方体状の第2のケース5と、第2のケース5内に第2の空隙6を隔てて収納されるチャンネル状の第3のケース7と、を含んで構成される。これらのケース3、5、7は金属製である。
FIG. 2 is a front longitudinal sectional view of the fuel cell device showing the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a plan cross-sectional view of the fuel cell device. The left side of the second case 5, the third case 7, the reformer 30, and the internal heat insulating material 50, which will be described later, in the AA cross section of FIG. The part 51 and the right side part 52 are shown.
A casing 2 constituting the fuel cell device 1 includes a rectangular parallelepiped first case 3 constituting the outermost side of the casing 2 and a rectangular parallelepiped accommodated in the first case 3 with a first gap 4 therebetween. And a channel-shaped third case 7 housed in the second case 5 with a second gap 6 therebetween. These cases 3, 5, and 7 are made of metal.
第1のケース3は、直方体状で、上面3a、底面3b、左右一対の長側面3c、3d、前後一対の短側面(図示せず)を有している。尚、本実施形態では、第1のケース3において、一方の短側面(後述する第2のケース5の短側面5e側の短側面)を正面(前面)とし、他方の短側面(後述する第2のケース5の短側面5f側の短側面)を背面(後面)とし、これら一対の短側面同士を結ぶ方向を前後方向、長側面3cと長側面3dとを結ぶ方向を左右方向という。また、この前後方向が、本発明の「水平一方向」に対応する。
第2のケース5は、直方体状で、上面5a、底面5b、左右一対の長側面5c、5d、前後一対の短側面5e、5fを有している。
この第2のケース5は、第1のケース3より一回り小さく、第1のケース3と第2のケース5との間には、前記第1の空隙4として、上面3a、5a間、底面3b、5b間、長側面3c、5c間、長側面3d、5d間に、それぞれ空隙が形成される。これらの空隙は後述するようにカソード用酸化剤(例えば空気)の流通空間をなす。
The first case 3 has a rectangular parallelepiped shape, and has an upper surface 3a, a bottom surface 3b, a pair of left and right long side surfaces 3c and 3d, and a pair of front and rear short side surfaces (not shown). In the present embodiment, in the first case 3, one short side surface (a short side surface on the short side surface 5e side of the second case 5 described later) is a front surface (front surface), and the other short side surface (a first side surface described later). The short side surface 5f side of the case 5 of FIG. 2 is the back surface (rear surface), the direction connecting these pair of short side surfaces is the front-rear direction, and the direction connecting the long side surface 3c and the long side surface 3d is the left-right direction. Further, this front-rear direction corresponds to “one horizontal direction” of the present invention.
The second case 5 has a rectangular parallelepiped shape, and has an upper surface 5a, a bottom surface 5b, a pair of left and right long side surfaces 5c and 5d, and a pair of front and rear short side surfaces 5e and 5f.
The second case 5 is slightly smaller than the first case 3. Between the first case 3 and the second case 5, the first gap 4 is formed between the upper surfaces 3 a and 5 a and the bottom surface. Gaps are formed between 3b and 5b, between the long side surfaces 3c and 5c, and between the long side surfaces 3d and 5d. These voids form a flow space for the cathode oxidizing agent (for example, air) as described later.
第3のケース7は、上部開放のチャンネル状(コ字形状)で、底面7bと2つの長側面7c、7dとから構成されている。
第3のケース7の底面7b及び長側面7c、7dの前後方向の長さは第2のケース5の底面5b及び長側面5c、5dの前後方向の長さとほぼ等しく、第3のケース7の底面7b及び長側面7c、7dの前後方向の両端部は、第2のケース5の短側面5e、5fに接合される。
第3のケース7の上側の開口部は、空隙を隔てて、第2のケース5の上面5aに相対する。また、第3のケース7の底面7b及び長側面7c、7dは、空隙を隔てて、第2のケース5の底面5b及び長側面5c、5dに相対する。
従って、第2のケース5と第3のケース7との間には、前記第2の空隙6として、底面5b、7b間、長側面5c、7c間、長側面5d、7d間に、それぞれ空隙が形成される。これらの空隙は後述するように排ガスの流通空間をなす。
The third case 7 has a channel shape (U shape) with an open top, and includes a bottom surface 7b and two long side surfaces 7c and 7d.
The length in the front-rear direction of the bottom surface 7b and the long side surfaces 7c, 7d of the third case 7 is substantially equal to the length of the bottom surface 5b and the long side surfaces 5c, 5d of the second case 5 in the front-rear direction. Both ends of the bottom surface 7b and the long side surfaces 7c, 7d in the front-rear direction are joined to the short side surfaces 5e, 5f of the second case 5.
The opening on the upper side of the third case 7 faces the upper surface 5a of the second case 5 with a gap therebetween. The bottom surface 7b and the long side surfaces 7c and 7d of the third case 7 are opposed to the bottom surface 5b and the long side surfaces 5c and 5d of the second case 5 with a gap therebetween.
Accordingly, between the second case 5 and the third case 7, the second gap 6 is a gap between the bottom surfaces 5b and 7b, between the long side surfaces 5c and 7c, and between the long side surfaces 5d and 7d. Is formed. These voids form exhaust gas circulation spaces as will be described later.
燃料電池装置1は、筐体2内、特に第3のケース7内に、水素富化燃料と酸化剤(空気)とを反応させて発電を行う複数の燃料電池セル10と、複数の燃料電池セル10の上端部から排出されるオフガスを燃焼させて燃料電池セル10を高温状態に維持するオフガス燃焼部20とを備える。
燃料電池装置1はまた、第3のケース7内に、水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成し、この水素富化燃料を燃料電池セル10のアノード(燃料極)に供給する改質器30と、燃料電池セル10のカソード(酸化剤極)に酸化剤(空気)を供給する酸化剤供給部材40とを備える。
The fuel cell device 1 includes a plurality of fuel cells 10 that generate power by reacting a hydrogen-enriched fuel and an oxidant (air) in a housing 2, particularly a third case 7, and a plurality of fuel cells. And an off-gas combustion unit 20 that burns off-gas discharged from the upper end of the cell 10 to maintain the fuel cell 10 in a high temperature state.
The fuel cell device 1 also reforms the hydrogen-containing fuel into the third case 7 to generate a hydrogen-enriched fuel, and supplies this hydrogen-enriched fuel to the anode (fuel electrode) of the fuel cell 10. The reformer 30 includes an oxidant supply member 40 that supplies an oxidant (air) to the cathode (oxidant electrode) of the fuel cell 10.
燃料電池セル10は、上下方向に延びるセル支持体の表面に、アノード(燃料極)、固体酸化物からなる電解質、カソード(酸化剤極)を積層してなる。セル支持体は、その延在方向に沿って内部に燃料通路が形成されると共に、多孔質である。よって、アノードにはセル支持体内部から水素富化燃料が供給される。カソードには外部から酸化剤が供給される。
電解質は、高温下で酸化物イオンを伝導する。アノードは、酸化物イオンと燃料中の水素とを反応させて、電子及び水を発生させる。カソードは、例えば、空気中の酸素と電子とを反応させて、酸化物イオンを発生させる。
従って、燃料電池セル10のカソードにて、下記(1)式の電極反応が生起され、アノードにて、下記(2)式の電極反応が生起されて、発電がなされる。
The fuel cell 10 is formed by laminating an anode (fuel electrode), an electrolyte made of a solid oxide, and a cathode (oxidant electrode) on the surface of a cell support extending in the vertical direction. The cell support is porous while a fuel passage is formed inside along the extending direction. Accordingly, the hydrogen-rich fuel is supplied to the anode from the inside of the cell support. An oxidant is supplied to the cathode from the outside.
The electrolyte conducts oxide ions at high temperatures. The anode reacts oxide ions with hydrogen in the fuel to generate electrons and water. The cathode, for example, reacts oxygen in the air with electrons to generate oxide ions.
Therefore, the electrode reaction of the following formula (1) occurs at the cathode of the fuel battery cell 10, and the electrode reaction of the following formula (2) occurs at the anode to generate electric power.
カソード: 1/2O2+2e−→O2−(電解質) ・・・(1)
アノード: O2−(電解質)+H2→H2O+2e− ・・・(2)
Cathode: 1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (electrolyte) (1)
Anode: O 2− (electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e − (2)
燃料電池装置1には前述のような燃料電池セル10が多数備えられ、これらは電気的に直列及び/又は並列に接続されて、燃料電池セル10の組み立て体であるセルスタック11を構成している。燃料電池セル10の形状及び配列は任意に選択することができるため、図中のセルスタック11は、それらを省略して概略的に示したものである。セルスタック11は、台座13上に配置されている。
ここで、燃料電池セル10(セルスタック11)への水素富化燃料の供給は、台座13側(セルスタック11の下端部側)からなされ、台座13は水素富化燃料の分配機能を有している。水素富化燃料としては、改質器30から改質ガスが供給される。
The fuel cell device 1 includes a number of fuel cells 10 as described above, which are electrically connected in series and / or in parallel to form a cell stack 11 that is an assembly of the fuel cells 10. Yes. Since the shape and arrangement of the fuel battery cells 10 can be arbitrarily selected, the cell stack 11 in the figure is schematically shown by omitting them. The cell stack 11 is disposed on the pedestal 13.
Here, the supply of the hydrogen-enriched fuel to the fuel cell 10 (cell stack 11) is performed from the pedestal 13 side (the lower end side of the cell stack 11), and the pedestal 13 has a function of distributing the hydrogen-enriched fuel. ing. The reformed gas is supplied from the reformer 30 as the hydrogen-enriched fuel.
燃料電池セル10(セルスタック11)への酸化剤(空気)の供給は、複数の燃料電池セル10を2つのグループに分割するように、燃料電池セル10間の隙間に配置した酸化剤供給部材40を介してなされる。
また、セルスタック11の上端部側はオフガス(未反応の水素富化燃料)の排出部となり、オフガスは余剰の酸化剤供給下で燃焼する。従って、セルスタック11の上端部近傍がオフガス燃焼部20となる。
The supply of the oxidant (air) to the fuel cell 10 (cell stack 11) is performed by supplying an oxidant supply member disposed in the gap between the fuel cells 10 so as to divide the plurality of fuel cells 10 into two groups. 40.
In addition, the upper end side of the cell stack 11 serves as a discharge part for off-gas (unreacted hydrogen-enriched fuel), and the off-gas burns under supply of excess oxidant. Accordingly, the vicinity of the upper end portion of the cell stack 11 becomes the off-gas combustion portion 20.
改質器30は、改質触媒を用いた改質反応により、水素含有燃料を改質して、水素リッチな改質ガス(水素富化燃料)を生成する。本実施形態では、オフガス燃焼部20での燃焼熱によって加熱されるように、改質器30は、第3のケース7内でセルスタック11の上方に配置される。
改質器30は酸化剤供給部材40を避けるように形成されており、平面視でチャンネル形状(コ字形状)をなしている。
The reformer 30 reforms the hydrogen-containing fuel by a reforming reaction using the reforming catalyst, and generates a hydrogen-rich reformed gas (hydrogen-enriched fuel). In the present embodiment, the reformer 30 is disposed above the cell stack 11 in the third case 7 so as to be heated by the combustion heat in the off-gas combustion unit 20.
The reformer 30 is formed so as to avoid the oxidant supply member 40 and has a channel shape (a U shape) in plan view.
改質器30は、前後方向に延在する直方体状の左側ケーシング31及び右側ケーシング32と、これらケーシングの後端部同士を連結する中央後側ケーシング33とを備えている。これらのケーシングは、金属製である。
左側ケーシング31と右側ケーシング32とは、水平面上に互いに平行に配置されている。左側ケーシング21は、セルスタック11の左側部分の上方に配置され、右側ケーシング32は、セルスタック11の右側部分の上方に配置される。左側ケーシング31と右側ケーシング32とは、互いの内部空間が、中央後側ケーシング33の内部空間を介して連通している。
The reformer 30 includes a rectangular parallelepiped left casing 31 and a right casing 32 that extend in the front-rear direction, and a central rear casing 33 that connects the rear ends of the casings. These casings are made of metal.
The left casing 31 and the right casing 32 are arranged in parallel to each other on a horizontal plane. The left casing 21 is disposed above the left portion of the cell stack 11, and the right casing 32 is disposed above the right portion of the cell stack 11. The left casing 31 and the right casing 32 communicate with each other through the inner space of the central rear casing 33.
改質器30は気化部35及び改質部36を備える。気化部35は、右側ケーシング32の前側部(例えば前端から略中央までの部分)に配置されている。改質部36は、右側ケーシング32のうち気化部35を除いた部分と、中央後側ケーシング33と、左側ケーシング31とからなる部分に配置されている。すなわち、改質器30の右側ケーシング32については、その一端側(前側)に気化部35が配置されて、他端側(後側)に改質部36が配置されている。
右側ケーシング32の前端(気化部35の前端)には流入口37が設けられている。この流入口37には、原燃料・改質用水供給パイプ38の一端が接続されている。ここで、気化部35が、本発明の「流入口側部分である第1の部分」に対応する。また、改質部36が、本発明の「流入口側部分以外である第2の部分」に対応する。尚、原燃料・改質用水供給パイプ38は第2のケース5の短側面5e及び第1のケース3の短側面(図示せず)を貫通している。
左側ケーシング31の前端には改質ガス流出口(図示せず)が設けられている。また、この改質ガス流出口からセルスタック11の台座13へ改質ガスを供給するための供給パイプ(図示せず)が設けられている。
The reformer 30 includes a vaporizer 35 and a reformer 36. The vaporization part 35 is arrange | positioned at the front side part (for example, the part from a front end to the approximate center) of the right side casing 32. The reforming part 36 is disposed in a part of the right casing 32 excluding the vaporizing part 35, a central rear casing 33, and a left casing 31. That is, with respect to the right casing 32 of the reformer 30, the vaporizing section 35 is disposed on one end side (front side) and the reforming section 36 is disposed on the other end side (rear side).
An inflow port 37 is provided at the front end of the right casing 32 (the front end of the vaporizing section 35). One end of a raw fuel / reforming water supply pipe 38 is connected to the inlet 37. Here, the vaporization part 35 corresponds to the “first part which is the inlet side part” of the present invention. The reforming section 36 corresponds to the “second portion other than the inlet side portion” of the present invention. The raw fuel / reforming water supply pipe 38 passes through the short side surface 5e of the second case 5 and the short side surface (not shown) of the first case 3.
A reformed gas outlet (not shown) is provided at the front end of the left casing 31. Further, a supply pipe (not shown) for supplying the reformed gas from the reformed gas outlet to the base 13 of the cell stack 11 is provided.
気化部35には、例えばアルミナボールなどの伝熱部材(図示せず)が充填されており、改質部36には、改質触媒が充填されている。
気化部35では、原燃料・改質用水供給パイプ38から流入口37を介して流入した水素含有燃料(原燃料)と改質用水とが、オフガス燃焼部20における燃焼熱と、セルスタック11の発電による発熱とを受けて加熱される。この加熱により、気化部35では、水素含有燃料が水蒸気改質反応に適した温度まで昇温されるとともに、改質用水が気化されて水蒸気が発生する。
The vaporizing section 35 is filled with a heat transfer member (not shown) such as an alumina ball, for example, and the reforming section 36 is filled with a reforming catalyst.
In the vaporization unit 35, the hydrogen-containing fuel (raw fuel) and the reforming water that have flowed from the raw fuel / reformation water supply pipe 38 through the inlet 37, the combustion heat in the off-gas combustion unit 20, and the cell stack 11 It is heated in response to heat generated by power generation. By this heating, in the vaporization section 35, the hydrogen-containing fuel is heated to a temperature suitable for the steam reforming reaction, and the reforming water is vaporized to generate steam.
改質部36では、気化部35から供給される水蒸気を用いて、水蒸気改質反応によって、水素含有燃料を改質して、水素リッチな改質ガス(水素富化燃料)を生成する。この改質反応は吸熱反応であり、オフガス燃焼部20における燃焼熱とセルスタック11の発電による発熱とが利用される。尚、改質部36では、水蒸気改質反応に替えて、部分酸化反応又は自己熱改質反応など、更にはこれらの改質反応の組み合わせなど、水素発生手法として公知な手法によって改質ガスを生成してもよい。また、本実施形態では、後述するように、気化部35の周辺に排ガスを集中させることで、気化部35の温度低下を抑制する。 In the reforming unit 36, the hydrogen-containing reformed gas (hydrogen-enriched fuel) is generated by reforming the hydrogen-containing fuel by the steam reforming reaction using the steam supplied from the vaporizing unit 35. This reforming reaction is an endothermic reaction, and combustion heat in the off-gas combustion unit 20 and heat generated by the power generation of the cell stack 11 are used. In the reforming section 36, instead of the steam reforming reaction, the reformed gas is supplied by a technique known as a hydrogen generation technique, such as a partial oxidation reaction or an autothermal reforming reaction, or a combination of these reforming reactions. It may be generated. In the present embodiment, as will be described later, the exhaust gas is concentrated around the vaporization unit 35 to suppress the temperature decrease of the vaporization unit 35.
水素含有燃料(原燃料)としては、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料としては、分子中に炭素と水素とを含む化合物(酸素等、他の元素を含んでいてもよい)若しくはそれらの混合物が用いられ、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、都市ガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。 As the hydrogen-containing fuel (raw fuel), for example, a hydrocarbon fuel is used. As the hydrocarbon fuel, a compound containing carbon and hydrogen in its molecule (which may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof is used. For example, hydrocarbons, alcohols, ethers And biofuels. Specific examples of hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil. Examples of alcohols include methanol and ethanol. Examples of ethers include dimethyl ether. Examples of biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet.
次に前記第1の空隙4と酸化剤供給部材40とを含むカソード用酸化剤流路について説明する。
第1のケース3と第2のケース5との間の第1の空隙4は、第1のケース3の4面の内側(上面3a、5a間、底面3b、5b間、長側面3c、5c間、長側面3d、5d間)に形成されて、筐体2の外部からセルスタック11のカソードへ供給する酸化剤(空気)の流通空間をなす。すなわち、上面3a、5a間の空隙4a、底面3b、5b間の空隙4b、長側面3c、5c間の空隙4c、長側面3d、5d間の空隙4dにより、酸化剤の流通空間が形成される。
そして、この酸化剤の流通空間に連通させて、第1のケース3の底面3bに筐体2の外部からの酸化剤入口管41が接続される。
Next, the cathode oxidant flow path including the first gap 4 and the oxidant supply member 40 will be described.
The first gap 4 between the first case 3 and the second case 5 is the inner side of the four surfaces of the first case 3 (between the top surfaces 3a and 5a, between the bottom surfaces 3b and 5b, and the long side surfaces 3c and 5c. And between the long side surfaces 3d and 5d) to form a flow space for the oxidant (air) supplied from the outside of the housing 2 to the cathode of the cell stack 11. That is, a space for oxidizing agent is formed by the gap 4a between the upper surfaces 3a and 5a, the gap 4b between the bottom surfaces 3b and 5b, the gap 4c between the long side surfaces 3c and 5c, and the gap 4d between the long side surfaces 3d and 5d. .
Then, an oxidant inlet pipe 41 from the outside of the housing 2 is connected to the bottom surface 3 b of the first case 3 in communication with the oxidant flow space.
また、この酸化剤の流通空間からセルスタック11への酸化剤出口として、第2のケース5の上面5aに前後方向に延びるスリット42が形成される。このスリット42から第2のケース5内を経て第3のケース7内へ酸化剤供給部材40が挿入配置されている。
酸化剤供給部材40は、上面開口の扁平な矩形の容器で、燃料電池セル10間の隙間に配置され、上面側の開口部は第1のケース3内の酸化剤流通空間と連通している。そして、扁平な矩形の容器の底部近傍の側面に複数の酸化剤噴出口44が形成され、酸化剤噴出口44はセルスタック11に相対している。
従って、筐体2外の酸化剤供給源からの酸化剤(空気)は、酸化剤入口管41から第1のケース3と第2のケース5との間の空隙、特に底面3b、5b間の空隙4bに流入した後、長側面3c、5c間の空隙4c、長側面3d、5d間の空隙4dを経て、上面3a、5a間の空隙4aに流入する。そして、スリット42部から酸化剤供給部材40の内部に流入し、酸化剤噴出口44から噴出して、セルスタック11のカソードに供給される。
A slit 42 extending in the front-rear direction is formed on the upper surface 5 a of the second case 5 as an oxidant outlet from the oxidant flow space to the cell stack 11. An oxidant supply member 40 is inserted from the slit 42 into the third case 7 through the second case 5.
The oxidant supply member 40 is a flat rectangular container having an opening on the upper surface, and is disposed in the gap between the fuel cells 10, and the opening on the upper surface side communicates with the oxidant distribution space in the first case 3. . A plurality of oxidant jets 44 are formed on the side surface in the vicinity of the bottom of the flat rectangular container, and the oxidant jets 44 are opposed to the cell stack 11.
Therefore, the oxidant (air) from the oxidant supply source outside the housing 2 flows from the oxidant inlet pipe 41 to the gap between the first case 3 and the second case 5, particularly between the bottom surfaces 3b and 5b. After flowing into the gap 4b, it flows into the gap 4a between the upper surfaces 3a and 5a through the gap 4c between the long side faces 3c and 5c and the gap 4d between the long side faces 3d and 5d. Then, it flows into the inside of the oxidant supply member 40 from the slit 42 part, is ejected from the oxidant ejection port 44, and is supplied to the cathode of the cell stack 11.
次に前記第2の空隙6を含む排ガス流路について説明する。
排ガス流路については、オフガス燃焼部20にて生成された排ガスが改質器30の壁面に沿って流れた後に、後述する左側排ガス導入口61、右側排ガス導入口62、前記第2の空隙6、及び、後述する排ガス出口管45を介して、外部に排出されるように構成されている。
第3のケース7内のセルスタック11の上端部近傍のオフガス燃焼部20にてオフガスが燃焼し、第3のケース7はオフガス燃焼部20を区画する。そして、オフガスの燃焼によって排ガスが発生し、排ガスは、改質器30の壁面(ケーシング31〜33の壁面)に沿って流れて、これにより対流伝熱が生じる。この後、排ガスは、第3のケース7の上面側の開口部から第2のケース5内に排出される。
第2のケース5と第3のケース7との間の第2の空隙6は、第2のケース5の3面の内側(底面5b、7b間、長側面5c、7c間、長側面5d、7d間)に形成されて、オフガス燃焼部20から筐体2の外部へ排出する排ガスの流通空間をなす。すなわち、底面5b、7b間の空隙6b、長側面5c、7c間の空隙6c、長側面5d、7d間の空隙6dにより、排ガスの流通空間が形成される。
Next, the exhaust gas flow path including the second gap 6 will be described.
Regarding the exhaust gas flow path, after the exhaust gas generated in the off-gas combustion unit 20 flows along the wall surface of the reformer 30, the left exhaust gas inlet 61, the right exhaust gas inlet 62, and the second gap 6 described later. And, it is configured to be discharged to the outside through an exhaust gas outlet pipe 45 described later.
Off-gas burns in the off-gas combustion unit 20 near the upper end of the cell stack 11 in the third case 7, and the third case 7 defines the off-gas combustion unit 20. And exhaust gas generate | occur | produces by combustion of off gas, and exhaust gas flows along the wall surface (wall surface of casings 31-33) of the reformer 30, and convection heat transfer arises by this. Thereafter, the exhaust gas is discharged into the second case 5 from the opening on the upper surface side of the third case 7.
The second gap 6 between the second case 5 and the third case 7 is the inner side of the three surfaces of the second case 5 (between the bottom surfaces 5b and 7b, between the long side surfaces 5c and 7c, the long side surface 5d, 7d) to form a circulation space for exhaust gas discharged from the off-gas combustion unit 20 to the outside of the housing 2. That is, an exhaust gas circulation space is formed by the gap 6b between the bottom surfaces 5b and 7b, the gap 6c between the long side surfaces 5c and 7c, and the gap 6d between the long side surfaces 5d and 7d.
そして、この排ガスの流通空間に連通させて、第2のケース5の底面5bに外部への排ガス出口管45が接続される。尚、排ガス出口管45は第1のケース3の底面3bを貫通している。また、第2のケース5の底面5bにおける排ガス出口管45との接続部が、図1に示す排ガス出口203に対応する。
従って、第3のケース7内のオフガス燃焼部20からの排ガスは、改質器30の壁面(ケーシング31〜33の壁面)に沿って流れ、第3のケース7の上面側の開口部から、第2のケース5と第3のケース7との間の空隙、特に長側面5c、7c間の空隙6c、及び、長側面5d、7d間の空隙6dへ流入した後、底面5b、7b間の空隙6bへ流入して、排ガス出口管45より筐体2外へ排出される。
The exhaust gas outlet pipe 45 is connected to the bottom surface 5 b of the second case 5 in communication with the exhaust gas circulation space. Note that the exhaust gas outlet pipe 45 passes through the bottom surface 3 b of the first case 3. Moreover, the connection part with the exhaust gas outlet pipe 45 in the bottom face 5b of the second case 5 corresponds to the exhaust gas outlet 203 shown in FIG.
Therefore, the exhaust gas from the off-gas combustion unit 20 in the third case 7 flows along the wall surface of the reformer 30 (the wall surfaces of the casings 31 to 33), and from the opening on the upper surface side of the third case 7, After flowing into the gap between the second case 5 and the third case 7, particularly the gap 6c between the long side faces 5c and 7c and the gap 6d between the long side faces 5d and 7d, the gap between the bottom faces 5b and 7b. It flows into the gap 6 b and is discharged out of the housing 2 through the exhaust gas outlet pipe 45.
前述のように、筐体2内をカソード用酸化剤と排ガスとが流れる過程で、すなわち、酸化剤(空気)が第1のケース3と第2のケース5との間を第2のケース5の底面5b、長側面5c、5d、上面5aの外壁に沿って流れ、排ガスが第2のケース5と第3のケース7との間を第2のケース5の上面5a、長側面5c、5d、底面5bの内壁に沿って流れる過程で、第2のケース5の底面5b、長側面5c、5d、上面5aを介して、カソード用酸化剤と排ガスとの熱交換がなされ、カソード用酸化剤を十分に加熱する一方、排ガスを冷却することができる。ここで、例えば、第2のケース5の長側面5dが、図1に示す熱交換部202に対応し得る。 As described above, in the process in which the oxidant for cathode and the exhaust gas flow in the housing 2, that is, the oxidant (air) passes between the first case 3 and the second case 5 in the second case 5. The bottom surface 5b, the long side surfaces 5c, 5d, and the outer surface of the upper surface 5a flow along the outer wall, and the exhaust gas flows between the second case 5 and the third case 7 to the upper surface 5a, the long side surfaces 5c, 5d. In the process of flowing along the inner wall of the bottom surface 5b, the cathode oxidant and the exhaust gas are subjected to heat exchange via the bottom surface 5b, the long side surfaces 5c, 5d, and the top surface 5a of the second case 5, and the cathode oxidant. Can be sufficiently heated while the exhaust gas can be cooled. Here, for example, the long side surface 5d of the second case 5 may correspond to the heat exchange unit 202 shown in FIG.
第3のケース7の内面には、内部断熱材50が内張されている。内部断熱材50は、左側部51、右側部52、及び下側部53を含んで構成され、チャンネル状(コ字形状)の断面を有して前後方向に延在している。
内部断熱材50の左側部51は、その前後方向の長さが、第3のケース7の長側面7cの前後方向の長さとほぼ等しい。左側部51は、第3のケース7の左側の長側面7cの内壁に面接触するように配置されている。
内部断熱材50の右側部52は、その前後方向の長さが、第3のケース7の長側面7dの前後方向の長さとほぼ等しい。右側部52は、第3のケース7の右側の長側面7dの内壁に面接触するように配置されている。
内部断熱材50の下側部53は、その前後方向の長さが、第3のケース7の底面7bの前後方向の長さとほぼ等しい。下側部53は、第3のケース7の底面7bと台座13との間に介装されている。
An inner heat insulating material 50 is lined on the inner surface of the third case 7. The internal heat insulating material 50 is configured to include a left side portion 51, a right side portion 52, and a lower side portion 53, and has a channel-shaped (U-shaped) cross section and extends in the front-rear direction.
The length of the left side portion 51 of the internal heat insulating material 50 in the front-rear direction is substantially equal to the length in the front-rear direction of the long side surface 7 c of the third case 7. The left side portion 51 is disposed so as to be in surface contact with the inner wall of the left long side surface 7 c of the third case 7.
The length of the right side portion 52 of the internal heat insulating material 50 in the front-rear direction is substantially equal to the length of the long side surface 7 d of the third case 7 in the front-rear direction. The right side portion 52 is disposed so as to be in surface contact with the inner wall of the right long side surface 7 d of the third case 7.
The length of the lower side portion 53 of the internal heat insulating material 50 in the front-rear direction is substantially equal to the length in the front-rear direction of the bottom surface 7 b of the third case 7. The lower side portion 53 is interposed between the bottom surface 7 b of the third case 7 and the pedestal 13.
ここで、前記第2の空隙6を含む排ガス流路のうち、内部断熱材50の左側部51に隣接して前後方向に細長に矩形状に開口し、かつ、第3のケース7の上面側の開口部からの排ガスを第2のケース5内(具体的には前記空隙6c内)に導入する導入口を、左側排ガス導入口61と称することにする。また、左側排ガス導入口61の上端部は、第3のケース7の長側面7cの上端部と、第2のケース5の短側面5e、5f、及び長側面5cとによって区画形成されて前後方向に細長に矩形状に開口する細長開口部をなしている。この細長開口部は、平面視で改質器30の左側ケーシング31と並列に配置され、正面視で、改質器30の左側ケーシング31の底面より高位置に配置されている。
同様に、前記第2の空隙6を含む排ガス流路のうち、内部断熱材50の右側部52に隣接して前後方向に細長に矩形状に開口し、かつ、第3のケース7の上面側の開口部からの排ガスを第2のケース5内(具体的には前記空隙6d内)に導入する導入口を、右側排ガス導入口62と称することにする。また、右側排ガス導入口62の上端部は、第3のケース7の長側面7dの上端部と、第2のケース5の短側面5e、5f、及び長側面5dとによって区画形成されて前後方向に細長に矩形状に開口する細長開口部をなしている。この細長開口部は、平面視で改質器30の右側ケーシング32と並列に配置され、正面視で、改質器30の右側ケーシング32の底面より高位置に配置されている。
Here, in the exhaust gas flow path including the second gap 6, an elongated rectangular shape is opened in the front-rear direction adjacent to the left side 51 of the internal heat insulating material 50, and the upper surface side of the third case 7 The inlet for introducing the exhaust gas from the opening into the second case 5 (specifically, in the gap 6c) will be referred to as the left exhaust gas inlet 61. The upper end portion of the left exhaust gas inlet 61 is partitioned by the upper end portion of the long side surface 7c of the third case 7 and the short side surfaces 5e, 5f and the long side surface 5c of the second case 5, and is formed in the front-rear direction. A long and narrow opening that opens in a rectangular shape is formed. The elongated opening is disposed in parallel with the left casing 31 of the reformer 30 in a plan view, and is disposed higher than the bottom surface of the left casing 31 of the reformer 30 in a front view.
Similarly, in the exhaust gas flow path including the second gap 6, it opens in the shape of a rectangle in the longitudinal direction adjacent to the right side portion 52 of the internal heat insulating material 50, and the upper surface side of the third case 7. The inlet for introducing the exhaust gas from the opening into the second case 5 (specifically, in the gap 6d) will be referred to as the right exhaust gas inlet 62. Further, the upper end portion of the right exhaust gas inlet 62 is partitioned by the upper end portion of the long side surface 7d of the third case 7, the short side surfaces 5e, 5f, and the long side surface 5d of the second case 5, and is formed in the front-rear direction. A long and narrow opening that opens in a rectangular shape is formed. The elongated opening is disposed in parallel with the right casing 32 of the reformer 30 in a plan view, and is disposed higher than the bottom surface of the right casing 32 of the reformer 30 in a front view.
尚、内部断熱材50の左側部51の上端と、内部断熱材50の右側部52の上端とについては、各々が、改質器30の上面(ケーシング31〜33の上面)より上方に位置することが好ましい。より多くの排ガスが改質器30の周囲を通過してから前述の細長開口部に流れ込むようにすることで、より効果的に排ガスの熱を改質器30に伝熱することができるからである。 In addition, about the upper end of the left side part 51 of the internal heat insulating material 50, and the upper end of the right side part 52 of the internal heat insulating material 50, each is located above the upper surface (upper surface of the casings 31-33) of the reformer 30. It is preferable. Because more exhaust gas passes through the periphery of the reformer 30 and then flows into the elongated opening, the heat of the exhaust gas can be more effectively transferred to the reformer 30. is there.
本実施形態では、図3に示すように、右側排ガス導入口62の細長開口部のうち、改質器30の右側ケーシング32の改質部36に隣り合う部分を、前後方向に延在する矩形板状の蓋部材101で塞いでいる。それゆえ、オフガス燃焼部20から右側排ガス導入口62への排ガスの流れについては、蓋部材101で閉じられている改質部36側よりも、蓋部材101が存在しない気化部35側のほうが流れやすくなり、その結果、排ガスの流れが、気化部35の周辺に集中することになる。このため、改質器30の右側ケーシング32の気化部35の壁面に沿って流れる排ガスの流量が、改質器30の右側ケーシング32の改質部36の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くなる。換言すれば、本実施形態では、排ガス流路は、改質器30の右側ケーシング32の気化部35の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器30の右側ケーシング32の改質部36の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成されている。従って、気化部35の周辺での対流伝熱が促進されるので、気化部35の温度低下を抑制することができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, a portion of the elongated opening portion of the right exhaust gas inlet 62 adjacent to the reforming portion 36 of the right casing 32 of the reformer 30 extends in the front-rear direction. The plate-shaped lid member 101 is closed. Therefore, the flow of the exhaust gas from the off-gas combustion unit 20 to the right side exhaust gas inlet 62 flows more on the vaporization unit 35 side where the lid member 101 does not exist than on the reforming unit 36 side closed by the lid member 101. As a result, the flow of the exhaust gas is concentrated around the vaporizing section 35. For this reason, the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the vaporization part 35 of the right casing 32 of the reformer 30 is compared with the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the reforming part 36 of the right casing 32 of the reformer 30. And increase. In other words, in the present embodiment, the exhaust gas flow path uses the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the vaporization section 35 of the right casing 32 of the reformer 30 as the reforming section 36 of the right casing 32 of the reformer 30. It is comprised so that it may increase compared with the flow volume of the waste gas which flows along the wall surface. Therefore, since convective heat transfer around the vaporizing section 35 is promoted, a temperature drop of the vaporizing section 35 can be suppressed.
また、本実施形態では、右側排ガス導入口62の細長開口部の流量について、後側(改質器30の右側ケーシング32の改質部36側)の流量に比べて、前側(改質器30の右側ケーシング32の気化部35側)の流量が多い。すなわち、本実施形態では、右側排ガス導入口62の細長開口部における排ガスの流量が、後側から前側に向かうほど多くなっている。これにより、排ガスの流れを、燃料電池装置1の前側に位置する気化部35の周辺に集中させることができる。 Further, in the present embodiment, the flow rate of the elongated opening of the right exhaust gas inlet 62 is greater on the front side (reformer 30) than on the rear side (reformer 36 side of the right casing 32 of the reformer 30). The flow rate on the vaporizing section 35 side of the right casing 32 is large. That is, in this embodiment, the flow rate of the exhaust gas at the elongated opening of the right exhaust gas inlet 62 increases as it goes from the rear side to the front side. Thereby, the flow of the exhaust gas can be concentrated around the vaporization section 35 located on the front side of the fuel cell device 1.
本実施形態によれば、燃料電池装置1は、流入口37より流入する水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する改質器30と、改質器30の下方に配置されて、改質器30にて生成された水素富化燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う複数の燃料電池セル10と、複数の燃料電池セル10の上端部から排出されるオフガスを燃焼させて複数の燃料電池セル10を高温状態に維持するオフガス燃焼部20と、オフガス燃焼部20にて生成された排ガスが改質器30の壁面に沿って流れた後に外部に排出されるように構成される排ガス流路と、を備える。排ガス流路は、改質器30の右側ケーシング32の気化部35(流入口側部分である第1の部分)の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器30の右側ケーシング32の改質部36(流入口側部分以外の部分である第2の部分)の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成される。これにより、オフガス燃焼部20からの高温の排ガスを改質器30の右側ケーシング32の気化部35の周辺に集中させることができるので、気化部35の温度低下を抑制することができる。従って、気化部35の下方に位置する燃料電池セル10の温度低下が抑制されるので、セルスタック11(特にセルスタック11の右側部分)の温度分布を均一化することができる。また、高温の排ガスを改質器30の右側ケーシング32の気化部35の周辺に集中させることで気化部35の温度低下を抑制することにより、気化部35の周辺に位置する酸化剤供給部材40の温度低下を抑制することができるので、セルスタック11に供給される酸化剤(空気)の前後方向での温度分布を均一化することができ、ひいては、燃料電池スタック11の前後方向での温度分布を均一化することができる。従って、燃料電池スタック11の局所的な温度低下を抑制して、燃料電池スタック11の良好な発電効率を得ることができる。 According to the present embodiment, the fuel cell device 1 is disposed below the reformer 30 and the reformer 30 that reforms the hydrogen-containing fuel flowing from the inlet 37 to generate the hydrogen-enriched fuel. , Burning a plurality of fuel cells 10 that generate power by reacting the hydrogen-enriched fuel generated in the reformer 30 with an oxidant, and off-gas discharged from the upper ends of the plurality of fuel cells 10 The off-gas combustion unit 20 that maintains the plurality of fuel cells 10 in a high temperature state, and the exhaust gas generated in the off-gas combustion unit 20 flows along the wall surface of the reformer 30 and is then discharged to the outside. An exhaust gas flow path. The exhaust gas flow path changes the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the vaporization section 35 (first portion that is the inlet side portion) of the right casing 32 of the reformer 30 to improve the right casing 32 of the reformer 30. It is configured to increase the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the mass portion 36 (second portion other than the inlet side portion). Thereby, since the high temperature exhaust gas from the off gas combustion part 20 can be concentrated on the periphery of the vaporization part 35 of the right casing 32 of the reformer 30, the temperature fall of the vaporization part 35 can be suppressed. Therefore, since the temperature drop of the fuel battery cell 10 located below the vaporization unit 35 is suppressed, the temperature distribution of the cell stack 11 (particularly, the right portion of the cell stack 11) can be made uniform. Further, by concentrating the high temperature exhaust gas around the vaporization section 35 of the right casing 32 of the reformer 30, by suppressing the temperature drop of the vaporization section 35, the oxidant supply member 40 located around the vaporization section 35. Therefore, the temperature distribution in the front-rear direction of the oxidant (air) supplied to the cell stack 11 can be made uniform, and consequently the temperature in the front-rear direction of the fuel cell stack 11 can be reduced. The distribution can be made uniform. Therefore, the local temperature drop of the fuel cell stack 11 can be suppressed, and good power generation efficiency of the fuel cell stack 11 can be obtained.
また本実施形態によれば、改質器30の流入口37側部分(第1の部分)は改質用水(液体)を気化する気化部35である。これにより、オフガス燃焼部20からの燃焼熱を利用して、改質用水を気化させて水蒸気を得ることができるので、燃料電池装置1の筺体2
内で効率良く燃料改質用の水蒸気を得ることができる。
Further, according to the present embodiment, the inlet 37 side portion (first portion) of the reformer 30 is the vaporizing section 35 that vaporizes the reforming water (liquid). As a result, the combustion heat from the off-gas combustion unit 20 can be used to vaporize the reforming water to obtain water vapor, so that the casing 2 of the fuel cell device 1 can be obtained.
The steam for fuel reforming can be efficiently obtained.
また本実施形態によれば、改質器30の右側ケーシング32は前後方向(水平一方向)に延在し、その前側(一端側)に気化部35(第1の部分)が配置されて、後側(他端側)に改質部36(第2の部分)が配置され、排ガス流路は、その右側排ガス導入口62が前後方向(水平一方向)に細長く開口し、この細長開口部が平面視で改質器30の右側ケーシング32と並列に配置され、右側排ガス導入口62の細長開口部における排ガスの流量が、後側(他端側)から前側(一端側)に向かうほど多い。これにより、排ガスの流れを、燃料電池装置1の前側に位置する気化部35の周辺に集中させることができる。 Further, according to the present embodiment, the right casing 32 of the reformer 30 extends in the front-rear direction (one horizontal direction), and the vaporizing portion 35 (first portion) is disposed on the front side (one end side), The reforming part 36 (second part) is arranged on the rear side (the other end side), and the right side exhaust gas inlet 62 of the exhaust gas channel is elongated in the front-rear direction (one horizontal direction). Is arranged in parallel with the right casing 32 of the reformer 30 in plan view, and the flow rate of exhaust gas at the elongated opening of the right exhaust gas inlet 62 increases from the rear side (other end side) toward the front side (one end side). . Thereby, the flow of the exhaust gas can be concentrated around the vaporization section 35 located on the front side of the fuel cell device 1.
また本実施形態によれば、右側排ガス導入口62には、前後方向(水平一方向)に延在して右側排ガス導入口62の細長開口部の一部を塞ぐ蓋部材101が設けられ、蓋部材101が、平面視で、改質器30の右側ケーシング32の改質部36と並列に配置される。これにより、比較的簡素な構成で、排ガスの流れを気化部35の周辺に集中させることができる。 According to this embodiment, the right exhaust gas inlet 62 is provided with the lid member 101 that extends in the front-rear direction (one horizontal direction) and closes a part of the elongated opening of the right exhaust gas inlet 62. The member 101 is disposed in parallel with the reforming portion 36 of the right casing 32 of the reformer 30 in plan view. Thereby, the flow of the exhaust gas can be concentrated around the vaporizing section 35 with a relatively simple configuration.
図4は、本発明の第2実施形態を示す燃料電池装置1の平面横断面図である。
図2及び図3に示した第1実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態において、第3のケース7内でセルスタック11の上方に配置される改質器30’は、前後方向に延在する直方体状で金属製のケーシング34を備えている。ケーシング34内には、仕切板34aによってチャンネル状(コ字形状)の流路が形成されている。ここで、本実施形態における改質器30’については、仕切板34aより左側の部分と、右側の部分とが、それぞれ、前述の左側ケーシング31、右側ケーシング32に相当している。ケーシング34の右側部分については、その一端側(前側)に気化部35が配置されて、他端側(後側)に改質部36が配置されている。ケーシング34の前端(気化部35の前端)には流入口37が設けられている。この流入口37には、原燃料・改質用水供給パイプ38の一端が接続されている。
FIG. 4 is a plan cross-sectional view of the fuel cell device 1 showing the second embodiment of the present invention.
Differences from the first embodiment shown in FIGS. 2 and 3 will be described.
In the present embodiment, the reformer 30 ′ disposed above the cell stack 11 in the third case 7 includes a rectangular parallelepiped metal casing 34 that extends in the front-rear direction. In the casing 34, a channel-like (U-shaped) flow path is formed by the partition plate 34a. Here, in the reformer 30 ′ in the present embodiment, the left part and the right part from the partition plate 34 a correspond to the left casing 31 and the right casing 32, respectively. About the right side part of the casing 34, the vaporization part 35 is arrange | positioned at the one end side (front side), and the modification | reformation part 36 is arrange | positioned at the other end side (rear side). An inflow port 37 is provided at the front end of the casing 34 (the front end of the vaporizing section 35). One end of a raw fuel / reforming water supply pipe 38 is connected to the inlet 37.
改質器30’のケーシング34には、それを上下方向に貫通するように、後述する酸化剤供給部材40’を挿通させるための複数の管状通路34bが設けられている。
また、前述の酸化剤の流通空間からセルスタック11への酸化剤出口として、第2のケース5の上面5aに、管状通路34bと同数の孔(図示せず)が管状通路34bと相対する位置に形成される。これら孔から第2のケース5内を経て、更に管状通路34bを経て第3のケース7内へ、複数の酸化剤供給部材40’が挿入配置されている。
酸化剤供給部材40’は、上面開口の円筒形の容器で、燃料電池セル10間の隙間に配置され、上面側の開口部は第1のケース3内の酸化剤流通空間と連通している。そして、円筒形の容器の底部近傍の側面に複数の酸化剤噴出口(図示せず)が形成され、これら酸化剤噴出口はセルスタック11に相対している。
尚、図4では、複数の酸化剤供給部材40’を前後方向に直列に配置する例を示したが、左右方向に直列に配置してもよい。また、改質器30’は、前述の第1実施形態、後述する第3〜第5実施形態に例示するチャンネル形状容器の改質器30と相互に置き換えることができる。
The casing 34 of the reformer 30 ′ is provided with a plurality of tubular passages 34b through which an oxidant supply member 40 ′, which will be described later, is inserted so as to penetrate the casing 34 in the vertical direction.
Further, as the oxidant outlet from the oxidant flow space to the cell stack 11, the same number of holes (not shown) as the tubular passage 34b are located on the upper surface 5a of the second case 5 so as to face the tubular passage 34b. Formed. A plurality of oxidant supply members 40 ′ are inserted from the holes into the third case 7 through the second case 5 and further through the tubular passage 34 b.
The oxidant supply member 40 ′ is a cylindrical container having an upper surface opening, and is disposed in the gap between the fuel cells 10, and the opening on the upper surface side communicates with the oxidant circulation space in the first case 3. . A plurality of oxidant jets (not shown) are formed on the side surface near the bottom of the cylindrical container, and these oxidant jets are opposed to the cell stack 11.
In addition, although the example which arrange | positions several oxidant supply member 40 'in series in the front-back direction was shown in FIG. 4, you may arrange | position in series in the left-right direction. Further, the reformer 30 ′ can be mutually replaced with the reformer 30 of the channel shape container exemplified in the first embodiment and third to fifth embodiments described later.
本実施形態では、前後方向に延在する矩形板状の蓋部材101aで、右側排ガス導入口62の細長開口部を塞いでいる。
蓋部材101aには、開口部である複数の貫通孔102aが、前後方向に沿って直列に互いに間隔を空けて貫通形成されている。ここで、複数の貫通孔102aは、互いにほぼ同等の孔径を有する。貫通孔102aは、蓋部材101aによって塞がれた右側排ガス導入口62の細長開口部の内外を連通する。ここで、貫通孔102aについては、隣り合う貫通孔102a同士の間隔が、後側(改質器30’のケーシング34の右側部分の改質部36側)から前側(改質器30’のケーシング34の右側部分の気化部35側)に向かうほど小さくなるように形成されている。
このように蓋部材101aに複数の貫通孔102aを貫通形成することにより、蓋部材101aは、その開口率が、後側から前側に向かうほど大きくなる。ここで、蓋部材101aの開口率とは、蓋部材101aの単位面積あたりの開口部の割合であり、本実施形態では、蓋部材101aの単位面積あたりの貫通孔102aの割合である。また、本実施形態では、蓋部材101aの開口率が、右側排ガス導入口62(細長開口部)の実質的な開口率に対応している。
In the present embodiment, a rectangular plate-like lid member 101a extending in the front-rear direction closes the elongated opening of the right exhaust gas inlet 62.
A plurality of through holes 102a that are openings are formed in the lid member 101a so as to penetrate the lid member 101a in series along the front-rear direction at intervals. Here, the plurality of through holes 102a have substantially the same diameter. The through hole 102a communicates the inside and outside of the elongated opening portion of the right side exhaust gas inlet 62 that is blocked by the lid member 101a. Here, with respect to the through holes 102a, the interval between the adjacent through holes 102a is from the rear side (the reforming part 36 side of the right side portion of the casing 34 of the reformer 30 ') to the front side (the casing of the reformer 30'). 34 is formed so as to decrease toward the vaporization portion 35 side of the right side portion of 34.
By thus forming a plurality of through holes 102a through the lid member 101a, the lid member 101a has an opening ratio that increases from the rear side toward the front side. Here, the opening ratio of the lid member 101a is the ratio of the opening per unit area of the lid member 101a, and in this embodiment, the ratio of the through hole 102a per unit area of the lid member 101a. In this embodiment, the opening ratio of the lid member 101a corresponds to the substantial opening ratio of the right exhaust gas inlet 62 (elongated opening).
本実施形態における、オフガス燃焼部20から右側排ガス導入口62への排ガスの流れについては、蓋部材101aの開口率が小さい改質部36側よりも、蓋部材101aの開口率が大きい気化部35側のほうが流れやすい。それゆえ、排ガスの流れが、気化部35の周辺に集中することになる。このため、改質器30’のケーシング34の右側部分の気化部35の壁面に沿って流れる排ガスの流量が、改質器30’のケーシング34の右側部分の改質部36の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くなる。従って、気化部35の周辺での対流伝熱が促進されるので、気化部35の温度低下を抑制することができる。 In the present embodiment, regarding the flow of the exhaust gas from the off-gas combustion unit 20 to the right exhaust gas inlet 62, the vaporization unit 35 having a larger opening ratio of the lid member 101a than the reforming unit 36 side having a smaller opening ratio of the lid member 101a. The side is easier to flow. Therefore, the flow of the exhaust gas is concentrated around the vaporizing section 35. For this reason, the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the vaporization section 35 on the right side portion of the casing 34 of the reformer 30 ′ is along the wall surface of the reforming section 36 on the right side portion of the casing 34 of the reformer 30 ′. It becomes larger than the flow rate of the flowing exhaust gas. Therefore, since convective heat transfer around the vaporizing section 35 is promoted, a temperature drop of the vaporizing section 35 can be suppressed.
特に本実施形態によれば、右側排ガス導入口62には、前後方向(水平一方向)に延在して右側排ガス導入口62の細長開口部を塞ぐ蓋部材101aが設けられ、蓋部材101aには、右側排ガス導入口62の細長開口部の内外を連通する複数の貫通孔102a(開口部)が形成され、蓋部材101aは、その開口率が、後側(他端側)から前側(一端側)に向かうほど大きい。これにより、比較的簡素な構成で、右側排ガス導入口62の細長開口部における排ガスの流量を、後側から前側に向かうほど多くすることができる。 In particular, according to the present embodiment, the right exhaust gas inlet 62 is provided with a lid member 101a that extends in the front-rear direction (one horizontal direction) and closes the elongated opening of the right exhaust gas inlet 62. Is formed with a plurality of through holes 102a (openings) communicating with the inside and outside of the elongated opening of the right side exhaust gas inlet 62, and the cover member 101a has an opening ratio from the rear side (other end side) to the front side (one end). It is bigger as you go to the side. Thereby, with a relatively simple configuration, the flow rate of the exhaust gas at the elongated opening of the right exhaust gas inlet 62 can be increased from the rear side toward the front side.
尚、本実施形態では、蓋部材101aの開口率(右側排ガス導入口62の実質的な開口率)を後側から前側に向かうほど大きくするための手法として、蓋部材101aにおいて、隣り合う貫通孔102a同士の間隔を、後側から前側に向かうほど小さくする手法を挙げて説明したが、これに代えて、又はこれに加えて、複数の貫通孔102aの孔径を後側から前側に向かうほど大きくすることによって、蓋部材101aの開口率(右側排ガス導入口62の実質的な開口率)を後側から前側に向かうほど大きくしてもよい。また、蓋部材101aの代わりに、右側排ガス導入口62の細長開口部の後縁部が底辺に相当し、前後方向の長さが高さに相当する三角板状の蓋部材を右側排ガス導入口62の細長開口部に設置することで、右側排ガス導入口62の実質的な開口率を、後側から前側に向かうほど大きくしてもよい。
また、本実施形態では、蓋部材101aのうち、改質器30’のケーシング34の右側部分の改質部36に隣り合う部分に複数の貫通孔102aを形成しているが、この部分については貫通孔102aを形成することなく第1実施形態の蓋部材101と同様の構成としてもよい。
In the present embodiment, as a technique for increasing the opening ratio of the lid member 101a (substantial opening ratio of the right exhaust gas inlet 62) from the rear side toward the front side, in the lid member 101a, adjacent through holes Although the method of reducing the interval between 102a as it goes from the rear side toward the front side has been described, instead of or in addition to this, the hole diameter of the plurality of through holes 102a increases as it goes from the rear side toward the front side. By doing so, the opening ratio of the lid member 101a (substantial opening ratio of the right exhaust gas inlet 62) may be increased from the rear side toward the front side. Further, instead of the lid member 101a, a triangular plate-like lid member whose rear edge portion of the elongated opening portion of the right side exhaust gas inlet port 62 corresponds to the bottom and whose length in the front-rear direction corresponds to the height is replaced with the right side exhaust gas inlet port 62. The substantial opening ratio of the right side exhaust gas inlet 62 may be increased from the rear side toward the front side by installing in the elongated opening.
Further, in the present embodiment, a plurality of through holes 102a are formed in a portion of the lid member 101a adjacent to the reforming portion 36 on the right side portion of the casing 34 of the reformer 30 ′. It is good also as a structure similar to the cover member 101 of 1st Embodiment, without forming the through-hole 102a.
図5は、本発明の第3実施形態を示す燃料電池装置1の平面横断面図である。図6は、第3実施形態における排ガス流路の右側排ガス導入口及び仕切り部材を示す。尚、図6では、第2のケース5の長側面5dのうち、右側排ガス導入口62より下側の一部を示している。また、第2のケース5の短側面5e、5fの図示を省略している。
図2及び図3に示した第1実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態では、右側排ガス導入口62の細長開口部を開口したままとしている。また、本実施形態では、内部断熱材50の右側部52の上端部を第2のケース5の上面5aに接触するまで延長することで延長部52aを形成している。
ここで、内部断熱材50の右側部52及び延長部52aが本発明の「仕切り部材」に対応し、右側排ガス導入口62と改質器30との間を仕切っている。
FIG. 5 is a plan cross-sectional view of the fuel cell device 1 showing a third embodiment of the present invention. FIG. 6 shows the right side exhaust gas inlet and the partition member of the exhaust gas passage in the third embodiment. In FIG. 6, a part of the long side surface 5 d of the second case 5 below the right exhaust gas inlet 62 is shown. Moreover, illustration of the short side surfaces 5e and 5f of the second case 5 is omitted.
Differences from the first embodiment shown in FIGS. 2 and 3 will be described.
In the present embodiment, the elongated opening of the right exhaust gas inlet 62 is left open. Moreover, in this embodiment, the extension part 52a is formed by extending the upper end part of the right side part 52 of the internal heat insulating material 50 until it contacts the upper surface 5a of the second case 5.
Here, the right side portion 52 and the extension portion 52 a of the internal heat insulating material 50 correspond to the “partition member” of the present invention and partition the right side exhaust gas inlet 62 and the reformer 30.
また、延長部52aのうち、平面視で右側ケーシング32の気化部35に隣り合う部分には開口部52bが左右方向に貫通するように形成されている。開口部52bは、改質器30の右側ケーシング32の壁面に沿って流れた排ガスを右側排ガス導入口62に導く。すなわち、仕切り部材である内部断熱材50の右側部52及びその延長部52aには、改質器30の右側ケーシング32の壁面に沿って流れた排ガスを右側排ガス導入口62に導く開口部52bが形成されている。
それゆえ、オフガス燃焼部20から右側排ガス導入口62への排ガスの流れについては、内部断熱材50の右側部52の延長部52aが存在する改質部36側よりも、開口部52bが形成されている気化部35側のほうが流れやすくなり、その結果、排ガスの流れが、気化部35の周辺に集中することになる。このため、改質器30の右側ケーシング32の気化部35の壁面に沿って流れる排ガスの流量が、改質器30の右側ケーシング32の改質部36の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くなる。従って、気化部35の周辺での対流伝熱が促進されるので、気化部35の温度低下を抑制することができる。
Moreover, the opening part 52b is formed in the part adjacent to the vaporization part 35 of the right side casing 32 in planar view among the extension parts 52a so that it may penetrate in the left-right direction. The opening 52 b guides the exhaust gas flowing along the wall surface of the right casing 32 of the reformer 30 to the right exhaust gas inlet 62. That is, an opening 52b that guides the exhaust gas flowing along the wall surface of the right casing 32 of the reformer 30 to the right exhaust gas inlet 62 is formed in the right side 52 and the extension 52a of the internal heat insulating material 50 that is a partition member. Is formed.
Therefore, with respect to the flow of exhaust gas from the off-gas combustion unit 20 to the right exhaust gas inlet 62, the opening 52b is formed more than the reforming part 36 side where the extension 52a of the right side part 52 of the internal heat insulating material 50 exists. As a result, the flow of the exhaust gas is concentrated around the vaporization unit 35. For this reason, the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the vaporization part 35 of the right casing 32 of the reformer 30 is compared with the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the reforming part 36 of the right casing 32 of the reformer 30. And increase. Therefore, since convective heat transfer around the vaporizing section 35 is promoted, a temperature drop of the vaporizing section 35 can be suppressed.
また、このように内部断熱材50の右側部52の延長部52a及び開口部52bを形成することにより、内部断熱材50の右側部52及びその延長部52aからなる仕切り部材については、その開口率が、後側から前側に向かうほど大きくなる。ここで、仕切り部材の開口率とは、仕切り部材の単位面積あたりの開口部52bの割合である。 Moreover, about the partition member which consists of the right side part 52 and the extension part 52a of the internal heat insulating material 50 by forming the extension part 52a and the opening part 52b of the right side part 52 of the internal heat insulating material 50 in this way, the opening ratio However, it becomes larger as it goes from the rear side to the front side. Here, the opening ratio of the partition member is a ratio of the opening 52b per unit area of the partition member.
本実施形態では、内部断熱材50の右側部52のうち延長部52aが存在する部分(開口部52bが形成されていない部分)では、排ガスが内部断熱材50の右側部52を越えて右側排ガス導入口62に流れることができない。そのため、排ガスは改質器30の右側ケーシング32の壁面に沿うように流れるため、前述の第1及び第2実施形態に比べて、改質器30を暖める効果が大きい。また、前述の第1及び第2実施形態のように右側排ガス導入口62の細長開口部に蓋部材101、101aを配置する場合に比べて、排ガスの圧力損失を抑制することができる。 In the present embodiment, in the portion of the right side portion 52 of the internal heat insulating material 50 where the extension portion 52a is present (the portion where the opening 52b is not formed), the exhaust gas exceeds the right side portion 52 of the internal heat insulating material 50 and the right side exhaust gas. It cannot flow to the introduction port 62. Therefore, since the exhaust gas flows along the wall surface of the right casing 32 of the reformer 30, the effect of warming the reformer 30 is greater than in the first and second embodiments described above. Further, the pressure loss of the exhaust gas can be suppressed as compared with the case where the lid members 101 and 101a are arranged in the elongated opening portion of the right exhaust gas inlet 62 as in the first and second embodiments described above.
特に本実施形態によれば、排ガス流路は、その右側排ガス導入口62と改質器30との間にこれらを仕切り、かつ、前後方向(水平一方向)に延在する仕切り部材(内部断熱材50の右側部52及び延長部52a)を有し、仕切り部材には、改質器30に右側ケーシング32の壁面に沿って流れた排ガスを右側排ガス導入口62に導く開口部52bが形成され、仕切り部材は、その開口率が、後側(他端側)から前側(一端側)に向かうほど大きい。これにより、比較的簡素な構成で、排ガスの流れを気化部35の周辺に集中させることができる。 In particular, according to the present embodiment, the exhaust gas passage partitions the partition between the right exhaust gas inlet 62 and the reformer 30 and extends in the front-rear direction (one horizontal direction) (internal heat insulation). The partition member is formed with an opening 52b that guides the exhaust gas flowing along the wall surface of the right casing 32 to the right exhaust gas inlet 62 in the partition member. The opening ratio of the partition member increases from the rear side (the other end side) toward the front side (the one end side). Thereby, the flow of the exhaust gas can be concentrated around the vaporizing section 35 with a relatively simple configuration.
尚、本実施形態では、仕切り部材として、内部断熱材50の右側部52及び延長部52aを用いて説明したが、仕切り部材はこれに限らず、右側排ガス導入口62と改質器30とを仕切る機能を有し、かつ、改質器30に右側ケーシング32の壁面に沿って流れた排ガスを右側排ガス導入口62に導く開口部が形成された部材を、仕切り部材として、例えば、第3のケース7の長側面7dに設けてもよい。 In the present embodiment, the description has been made using the right side portion 52 and the extension portion 52a of the internal heat insulating material 50 as the partition member. However, the partition member is not limited to this, and the right side exhaust gas inlet 62 and the reformer 30 are provided. A member having a function of partitioning and having an opening formed in the reformer 30 that guides the exhaust gas flowing along the wall surface of the right casing 32 to the right exhaust gas inlet 62 is used as a partition member. It may be provided on the long side surface 7 d of the case 7.
図7は、本発明の第4実施形態を示す燃料電池装置1の平面横断面図である。
図5及び図6に示した第3実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態において、内部断熱材50の右側部52の延長部52aは、その上端部が空隙を隔てて、第2のケース5の上面5aに相対する。この空隙は、開口部52bに連続する。すなわち、本実施形態では、内部断熱材50の右側部52及び延長部52aからなる仕切り部材について、その開口部52bが、その上側後端部より後方に延長されている。これにより、開口部52bについては、ケース3、5、7の長側面視で、前側(改質器30の右側ケーシング32の気化部35側)の開口率が大きく、後側(改質器30の右側ケーシング32の改質部36側)の開口率が小さい、前後2段の開口部が形成される。すなわち、仕切り部材については、その開口率が、後側から前側に向かうほど大きくなる。
FIG. 7 is a plan cross-sectional view of the fuel cell device 1 showing the fourth embodiment of the present invention.
Differences from the third embodiment shown in FIGS. 5 and 6 will be described.
In the present embodiment, the upper end portion 52a of the right side portion 52 of the internal heat insulating material 50 is opposed to the upper surface 5a of the second case 5 with a gap therebetween. This gap continues to the opening 52b. That is, in the present embodiment, the opening 52b of the partition member including the right side portion 52 and the extension portion 52a of the internal heat insulating material 50 is extended rearward from the upper rear end portion. As a result, the opening 52b has a large opening ratio on the front side (the vaporizing portion 35 side of the right casing 32 of the reformer 30) and the rear side (the reformer 30) in the long side view of the cases 3, 5, and 7. The opening portion of the right casing 32 on the reforming portion 36 side) has a small opening ratio and is formed in two front and rear openings. In other words, the opening ratio of the partition member increases as it goes from the rear side to the front side.
特に本実施形態では、内部断熱材50の右側部52の延長部52aの上端部が、空隙を隔てて、第2のケース5の上面5aに相対する。これにより、少量の排ガスが内部断熱材50の右側部52の延長部52aを越えて右側排ガス導入口62に流れることができるので、排ガスが、前側(改質器30の右側ケーシング32の気化部35側)に過度に偏流することを抑制することができる。 In particular, in the present embodiment, the upper end portion of the extension portion 52a of the right side portion 52 of the internal heat insulating material 50 faces the upper surface 5a of the second case 5 with a gap therebetween. Thereby, a small amount of exhaust gas can flow to the right exhaust gas inlet 62 beyond the extension 52 a of the right side portion 52 of the internal heat insulating material 50, so that the exhaust gas flows to the front side (the vaporization portion of the right casing 32 of the reformer 30). 35) can be prevented from drifting excessively.
尚、本実施形態では、内部断熱材50の右側部52及び延長部52aからなる仕切り部材の開口率を、後側から前側に向かうほど大きくするための手法として、ケース3、5、7の長側面視で、前側の開口率が大きく、後側の開口率が小さい、前後2段の開口部52bを形成する手法を挙げて説明したが、開口部52bの段数は2段に限らず、3段以上であってもよい。また、開口部52bが3段以上である場合には、そのうち最も後側に位置する段の開口部を、第3実施形態と同様に、延長部52aで塞いでもよい。
また、開口部52bについては、ケース3、5、7の長側面視で、後側から前側に向かうほど、開口部52bの上下方向の長さが長くなるように形成することで、内部断熱材50の右側部52及び延長部52aからなる仕切り部材の開口率を、後側から前側に向かうほど大きくすることができる。この場合には、例えば、ケース3、5、7の長側面視で、開口部52bの下端が、後側から前側に向かうほど下方に傾斜するように、及び/又は、下方に段階的に向かうように、開口部52bを形成する。
In the present embodiment, the lengths of the cases 3, 5, and 7 are used as a method for increasing the aperture ratio of the partition member including the right side portion 52 and the extension portion 52a of the internal heat insulating material 50 from the rear side toward the front side. In the side view, the method of forming the front and rear two-stage openings 52b with a large opening ratio on the front side and a small opening ratio on the rear side has been described. However, the number of stages of the opening parts 52b is not limited to two, and 3 It may be more than steps. Further, when the opening 52b has three or more steps, the opening at the rearmost step among them may be closed with the extension 52a, as in the third embodiment.
In addition, the opening 52b is formed such that the length in the vertical direction of the opening 52b increases from the rear side toward the front side in the long side view of the cases 3, 5, and 7, whereby the internal heat insulating material is formed. The opening ratio of the partition member composed of the right side portion 52 and the extension portion 52a of 50 can be increased from the rear side toward the front side. In this case, for example, in the long side view of the cases 3, 5, and 7, the lower end of the opening 52b is inclined downward and / or stepwise downward as it goes from the rear side toward the front side. Thus, the opening 52b is formed.
図8は、本発明の第5実施形態における排ガス流路の右側排ガス導入口、仕切り部材、及び、蓋部材(整流部)を示す。尚、図8では、第2のケース5の長側面5dのうち、右側排ガス導入口62より下側の一部を示している。また、第2のケース5の短側面5e、5fの図示を省略している。
図5及び図6に示した第3実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態では、前後方向に延在する矩形板状の蓋部材101bで、右側排ガス導入口62の細長開口部を塞いでいる。
FIG. 8 shows the right side exhaust gas inlet, the partition member, and the lid member (rectifying unit) of the exhaust gas passage in the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 8, a part of the long side surface 5d of the second case 5 below the right exhaust gas inlet 62 is shown. Moreover, illustration of the short side surfaces 5e and 5f of the second case 5 is omitted.
Differences from the third embodiment shown in FIGS. 5 and 6 will be described.
In the present embodiment, a rectangular plate-like lid member 101b extending in the front-rear direction closes the elongated opening of the right exhaust gas inlet 62.
蓋部材101bには、開口部である複数の貫通孔102bが、前後方向に沿って直列に互いに間隔を空けて貫通形成されている。ここで、複数の貫通孔102bは、互いにほぼ同等の孔径を有する。貫通孔102bは、蓋部材101bによって塞がれた右側排ガス導入口62の細長開口部の内外を連通する。ここで、貫通孔102bについては、隣り合う貫通孔102b同士の間隔が、後側(改質器30の右側ケーシング32の改質部36側)から前側(改質器30の右側ケーシング32の気化部35側)に向かうほど大きくなるように形成されている。
このように蓋部材101bに複数の貫通孔102bを貫通形成することにより、蓋部材101bでは、その開口率が、後側から前側に向かうほど小さくなる。ここで、蓋部材101bの開口率とは、蓋部材101bの単位面積あたりの開口部の割合であり、本実施形態では、蓋部材101bの単位面積あたりの貫通孔102bの割合である。また、本実施形態では、蓋部材101bの開口率が、右側排ガス導入口62(細長開口部)の実質的な開口率に対応している。
A plurality of through holes 102b, which are openings, are formed in the lid member 101b so as to penetrate the lid member 101b in series along the front-rear direction at intervals. Here, the plurality of through holes 102b have substantially the same diameter. The through hole 102b communicates with the inside and outside of the elongated opening of the right side exhaust gas inlet 62 that is blocked by the lid member 101b. Here, with respect to the through hole 102b, the interval between the adjacent through holes 102b is from the rear side (the reforming part 36 side of the right casing 32 of the reformer 30) to the front side (vaporization of the right casing 32 of the reformer 30). It is formed so as to increase toward the portion 35 side).
By thus forming a plurality of through holes 102b through the lid member 101b, the opening ratio of the lid member 101b decreases from the rear side toward the front side. Here, the aperture ratio of the lid member 101b is the ratio of the opening per unit area of the lid member 101b, and in this embodiment, the ratio of the through hole 102b per unit area of the lid member 101b. In the present embodiment, the opening ratio of the lid member 101b corresponds to the substantial opening ratio of the right exhaust gas inlet 62 (elongated opening).
仕切り部材(内部断熱材50の右側部52及びその延長部52a)の開口部52bから右側排ガス導入口62への排ガスの流れについては、蓋部材101bの開口率が小さい前側(気化部35側)よりも、蓋部材101bの開口率が大きい後側(改質部36側)のほうが流れやすい。それゆえ、開口部52b近傍では前側(気化部35側)に集中していた排ガスの流れが、蓋部材101bの開口部(貫通孔102b)の通過時には、流れにくい前側から流れにやすい後側に分散する。従って、複数の貫通孔102bが形成された蓋部材101bが、本発明の「整流部」として機能して、排ガス流路内(特に空隙6d)における排ガスの前後方向での流量分布を均一化することができる。 Regarding the flow of the exhaust gas from the opening 52b of the partition member (the right side portion 52 of the internal heat insulating material 50 and its extension 52a) to the right side exhaust gas inlet 62, the front side where the opening ratio of the lid member 101b is small (vaporization portion 35 side). It is easier to flow on the rear side (the reforming part 36 side) where the opening ratio of the lid member 101b is larger. Therefore, the flow of the exhaust gas concentrated on the front side (vaporization unit 35 side) in the vicinity of the opening 52b changes from the front side that is difficult to flow to the rear side that is easy to flow when passing through the opening (through hole 102b) of the lid member 101b. scatter. Accordingly, the lid member 101b in which the plurality of through holes 102b are formed functions as the “rectifying portion” of the present invention, and uniforms the flow rate distribution in the front-rear direction of the exhaust gas in the exhaust gas flow path (particularly the gap 6d). be able to.
尚、本実施形態では、蓋部材101bの開口率(右側排ガス導入口62の実質的な開口率)を後側から前側に向かうほど小さくするための手法として、蓋部材101bにおいて、隣り合う貫通孔102b同士の間隔を、後側から前側に向かうほど大きくする手法を挙げて説明したが、これに代えて、又はこれに加えて、複数の貫通孔102bの孔径を後側から前側に向かうほど小さくすることによって、蓋部材101bの開口率(右側排ガス導入口62の実質的な開口率)を後側から前側に向かうほど小さくしてもよい。また、蓋部材101bの代わりに、右側排ガス導入口62の細長開口部の前縁部が底辺に相当し、前後方向の長さが高さに相当する三角板状の蓋部材を右側排ガス導入口62の細長開口部に設置することで、右側排ガス導入口62の実質的な開口率を、後側から前側に向かうほど小さくしてもよい。 In this embodiment, as a technique for reducing the opening ratio of the lid member 101b (substantial opening ratio of the right exhaust gas inlet 62) from the rear side toward the front side, in the lid member 101b, adjacent through holes Although the method of increasing the interval between 102b as it goes from the rear side to the front side has been described, instead of or in addition to this, the hole diameter of the plurality of through holes 102b decreases as it goes from the rear side to the front side. By doing so, the opening ratio of the lid member 101b (substantial opening ratio of the right exhaust gas introduction port 62) may be decreased from the rear side toward the front side. Further, instead of the lid member 101b, a triangular plate-like lid member whose front edge portion of the elongated opening portion of the right side exhaust gas inlet port 62 corresponds to the bottom and whose length in the front-rear direction corresponds to the height is used as the right side exhaust gas inlet port 62. The substantial opening ratio of the right side exhaust gas introduction port 62 may be reduced as it goes from the rear side to the front side.
特に本実施形態によれば、右側排ガス導入口62には、前後方向(水平一方向)に延在して右側排ガス導入口62の細長開口部を塞ぐ蓋部材101bが設けられ、蓋部材101bには、右側排ガス導入口62の細長開口部の内外を連通する開口部(連通孔102b)が形成され、蓋部材101bは、その開口率が、後側(他端側)から前側(一端側)に向かうほど小さい。これにより、蓋部材101bの開口部(貫通孔102b)を排ガスが通過する際に、前側よりも後側のほうが通過しやすくなるので、開口部52b近傍では前側に集中していた排ガスの流れを、蓋部材101bの開口部(貫通孔102b)の通過時に、前側から後側に分散させることができる。 In particular, according to the present embodiment, the right exhaust gas inlet 62 is provided with a lid member 101b that extends in the front-rear direction (one horizontal direction) and closes the elongated opening of the right exhaust gas inlet 62. Is formed with an opening (communication hole 102b) that communicates the inside and outside of the elongated opening of the right exhaust gas inlet 62, and the opening ratio of the lid member 101b is from the rear side (other end side) to the front side (one end side). It is so small that it goes to. As a result, when exhaust gas passes through the opening (through hole 102b) of the lid member 101b, the rear side is easier to pass than the front side, so the flow of exhaust gas concentrated on the front side in the vicinity of the opening 52b is reduced. When passing through the opening (through hole 102b) of the lid member 101b, it can be dispersed from the front side to the rear side.
また本実施形態によれば、燃料電池装置1は、排ガス流路内(特に空隙6d)における排ガスの前後方向(水平一方向)での流量分布を均一化する整流部(複数の貫通孔102bが形成された蓋部材101b)を更に備える。これにより、酸化剤が第1のケース3と第2のケース5との間を第2のケース5の底面5b、長側面5c、5d、上面5aの外壁に沿って流れ、排ガスが第2のケース5と第3のケース7との間を第2のケース5の上面5a、長側面5c、5d、底面5bの内壁に沿って流れる過程で、特に、第2のケース5の長側面5dを介してなされるカソード用酸化剤(空気)と排ガスとの熱交換を、前後方向で均一に行うことができ、ひいては、効率の良い熱交換を行うことができる。 Further, according to the present embodiment, the fuel cell device 1 includes a rectifying unit (a plurality of through-holes 102b provided in the exhaust gas flow channel (particularly, the gap 6d) that equalizes the flow distribution of the exhaust gas in the front-rear direction (horizontal direction). Further formed lid member 101b). As a result, the oxidant flows between the first case 3 and the second case 5 along the bottom surface 5b, the long side surfaces 5c, 5d, and the outer wall of the top surface 5a of the second case 5, and the exhaust gas is second. In the process of flowing between the case 5 and the third case 7 along the inner walls of the upper surface 5a, the long side surfaces 5c, 5d and the bottom surface 5b of the second case 5, in particular, the long side surface 5d of the second case 5 Heat exchange between the cathode oxidant (air) and the exhaust gas can be performed uniformly in the front-rear direction, and as a result, efficient heat exchange can be performed.
また本実施形態によれば、排ガス流路のうち蓋部材101b(整流部)より下流側に設けられて、排ガスの熱を酸化剤に受け渡す熱交換部202(第2のケース5の長側面5d)を更に備える。これにより、流量分布が前後方向に均一化された排ガスを用いて、酸化剤を効率的に昇温させることができる。 In addition, according to the present embodiment, the heat exchange unit 202 (the long side surface of the second case 5) that is provided downstream of the lid member 101b (rectifying unit) in the exhaust gas flow path and transfers the heat of the exhaust gas to the oxidant. 5d). Thereby, it is possible to efficiently raise the temperature of the oxidant using the exhaust gas whose flow rate distribution is made uniform in the front-rear direction.
図9は、本発明の第6実施形態を示す燃料電池装置の正面縦断面図である。図10は、燃料電池装置の平面横断面図であり、図9のB−B断面のうち、第2のケース5、第3のケース7、改質器130、内部断熱材50の左側部51及び右側部52を示している。
図2及び図3に示した第1実施形態と異なる点について説明する。
燃料電池セル10の組み立て体であるセルスタック111が台座13上に配置されている。
また、セルスタック111の上端部側はオフガス(未反応の水素富化燃料)の排出部となり、オフガスは余剰の酸化剤供給下で燃焼する。従って、セルスタック111の上端部近傍がオフガス燃焼部20となる。
FIG. 9 is a front longitudinal sectional view of a fuel cell device showing a sixth embodiment of the present invention. FIG. 10 is a cross-sectional plan view of the fuel cell device. The left side 51 of the second case 5, the third case 7, the reformer 130, and the internal heat insulating material 50 in the BB cross section of FIG. And the right side part 52 is shown.
Differences from the first embodiment shown in FIGS. 2 and 3 will be described.
A cell stack 111 that is an assembly of the fuel cells 10 is disposed on the pedestal 13.
In addition, the upper end side of the cell stack 111 serves as a discharge part for off-gas (unreacted hydrogen-enriched fuel), and the off-gas burns while supplying surplus oxidant. Therefore, the vicinity of the upper end portion of the cell stack 111 is the off-gas combustion unit 20.
改質器130は、オフガス燃焼部20での燃焼熱によって加熱されるように、第3のケース7内でセルスタック111の上方に配置される。
改質器130は、前後方向に延在する直方体状で金属製のケーシング131を備えている。改質器130のケーシング131については、その一端側(前側)に気化部35が配置されて、他端側(後側)に改質部36が配置されている。ケーシング131の前端(気化部35の前端)には流入口37が設けられている。この流入口37には、原燃料・改質用水供給パイプ38の一端が接続されている。ケーシング131の後端(改質部36の後端)には改質ガス流出口(図示せず)が設けられている。また、この改質ガス流出口からセルスタック111の台座13へ改質ガスを供給するための供給パイプ(図示せず)が設けられている。
The reformer 130 is disposed above the cell stack 111 in the third case 7 so as to be heated by the combustion heat in the off-gas combustion unit 20.
The reformer 130 has a rectangular parallelepiped metal casing 131 extending in the front-rear direction. About the casing 131 of the reformer 130, the vaporization part 35 is arrange | positioned at the one end side (front side), and the reforming part 36 is arrange | positioned at the other end side (rear side). An inlet 37 is provided at the front end of the casing 131 (the front end of the vaporizing section 35). One end of a raw fuel / reforming water supply pipe 38 is connected to the inlet 37. A reformed gas outlet (not shown) is provided at the rear end of the casing 131 (the rear end of the reforming section 36). Further, a supply pipe (not shown) for supplying the reformed gas from the reformed gas outlet to the base 13 of the cell stack 111 is provided.
燃料電池セル10(セルスタック111)への酸化剤(空気)の供給は、左右一対の酸化剤供給部材40a、40bを介してなされる。左側の酸化剤供給部材40aは、セルスタック111と内部断熱材50の左側部51との間に配置されている。右側の酸化剤供給部材40bは、セルスタック111と内部断熱材50の右側部52との間に配置されている。酸化剤供給部材40a、40bは、それぞれ、酸化剤供給部材40と同様に、扁平な矩形の容器で構成されており、その底部近傍の側面に複数の酸化剤噴出口44が形成されている。酸化剤噴出口44はセルスタック111に相対している。
酸化剤供給部材40a、40bには、各々の上部の扁平部を貫通させて、開口部である複数の排ガス流通路40cを設けている。酸化剤供給部材40a、40bの各々の複数の排ガス流通路40cは、前後方向に沿って直列に互いに間隔を空けて配置されている。尚、複数の排ガス流通路40cは、互いにほぼ同等の内径を有する。ここで、左側の酸化剤供給部材40aが本発明の「仕切り部材」に対応し、左側排ガス導入口61と改質器130との間でこれらを仕切り、かつ、前後方向に延在している。また、右側の酸化剤供給部材40bも本発明の「仕切り部材」に対応し、右側排ガス導入口62と改質器130との間でこれらを仕切り、かつ、前後方向に延在している。
The oxidant (air) is supplied to the fuel cell 10 (cell stack 111) through a pair of left and right oxidant supply members 40a and 40b. The left oxidant supply member 40 a is disposed between the cell stack 111 and the left side portion 51 of the internal heat insulating material 50. The right oxidant supply member 40 b is disposed between the cell stack 111 and the right side portion 52 of the internal heat insulating material 50. The oxidant supply members 40a and 40b are each formed of a flat rectangular container, like the oxidant supply member 40, and a plurality of oxidant jets 44 are formed on the side surface near the bottom. The oxidant jet 44 is opposed to the cell stack 111.
The oxidant supply members 40a and 40b are provided with a plurality of exhaust gas flow passages 40c that are openings through the flat portions of the respective upper portions. The plurality of exhaust gas flow passages 40c of each of the oxidant supply members 40a and 40b are arranged at intervals in series along the front-rear direction. The plurality of exhaust gas flow passages 40c have substantially the same inner diameter. Here, the left oxidant supply member 40a corresponds to the “partition member” of the present invention, which divides between the left exhaust gas inlet 61 and the reformer 130 and extends in the front-rear direction. . The right-side oxidant supply member 40b also corresponds to the “partition member” of the present invention, and partitions the right-side exhaust gas inlet 62 and the reformer 130 and extends in the front-rear direction.
酸化剤供給部材40aの排ガス流通路40cを介して、左側排ガス導入口61近傍の空間と改質器130近傍の空間とが連通している。また、酸化剤供給部材40bの排ガス流通路40cを介して、右側排ガス導入口62近傍の空間と改質器130近傍の空間とが連通している。それゆえ、排ガス流通路40cは、本発明の「仕切り部材の開口部」として機能して、改質器130の壁面に沿って流れた排ガスを左側排ガス導入口61と右側排ガス導入口62とに導くことができる。
また、排ガス流通路40cについては、前後方向で隣り合う排ガス流通路40c同士の間隔が、後側(改質器130のケーシング131の改質部36側)から前側(改質器130のケーシング131の気化部35側)に向かうほど小さくなるように形成されている。このように酸化剤供給部材40a、40bの各々に複数の排ガス流通路40cを設けることにより、酸化剤供給部材40a、40bの各々の開口率が、後側から前側に向かうほど大きくなる。ここで、酸化剤供給部材40a、40bの開口率とは、酸化剤供給部材40a、40bの長側面視での単位面積あたりの開口部の割合であり、本実施形態では、酸化剤供給部材40a、40bの長側面視での単位面積あたりの排ガス流通路40cの割合である。
The space near the left exhaust gas inlet 61 and the space near the reformer 130 communicate with each other via the exhaust gas flow passage 40c of the oxidant supply member 40a. The space near the right exhaust gas inlet 62 and the space near the reformer 130 communicate with each other through the exhaust gas flow passage 40c of the oxidant supply member 40b. Therefore, the exhaust gas flow passage 40c functions as the “opening portion of the partition member” of the present invention, and the exhaust gas flowing along the wall surface of the reformer 130 is transferred to the left exhaust gas inlet 61 and the right exhaust gas inlet 62. Can lead.
Further, regarding the exhaust gas flow passage 40c, the interval between the exhaust gas flow passages 40c adjacent in the front-rear direction is from the rear side (the reforming part 36 side of the casing 131 of the reformer 130) to the front side (the casing 131 of the reformer 130). Is formed so as to decrease toward the vaporization part 35 side). By providing the exhaust gas flow passages 40c in each of the oxidant supply members 40a and 40b as described above, the opening ratio of each of the oxidant supply members 40a and 40b increases from the rear side toward the front side. Here, the opening ratios of the oxidant supply members 40a and 40b are the ratio of the openings per unit area in the long side view of the oxidant supply members 40a and 40b, and in this embodiment, the oxidant supply member 40a. , 40b is a ratio of the exhaust gas flow passage 40c per unit area in the long side view.
本実施形態における、オフガス燃焼部20から左側排ガス導入口61及び右側排ガス導入口62への排ガスの流れについては、酸化剤供給部材40a、40bの開口率が小さい改質部36側よりも、酸化剤供給部材40a、40bの開口率が大きい気化部35側のほうが流れやすい。それゆえ、排ガスの流れが、気化部35の周辺に集中することになる。このため、改質器130のケーシング131の気化部35の壁面に沿って流れる排ガスの流量が、改質器130のケーシング131の改質部36の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くなる。換言すれば、本実施形態では、排ガス流路は、改質器130のケーシング131の気化部35の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器130のケーシング131の改質部36の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成されている。従って、気化部35の周辺での対流伝熱が促進されるので、気化部35の温度低下を抑制することができる。
尚、排ガス流通路40cについては、改質器130の上面(ケーシング131の上面)より上方に位置することが好ましい。より多くの排ガスが改質器130の周囲を通過してから排ガス流通路40cに流れ込むようにすることで、より効果的に排ガスの熱を改質器130に伝熱することができるからである。
In the present embodiment, the flow of the exhaust gas from the off-gas combustion unit 20 to the left exhaust gas inlet 61 and the right exhaust gas inlet 62 is oxidized more than the reformer 36 side where the opening ratio of the oxidant supply members 40a and 40b is small. The agent supply members 40a and 40b are more likely to flow on the vaporization section 35 side where the aperture ratio is large. Therefore, the flow of the exhaust gas is concentrated around the vaporizing section 35. For this reason, the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the vaporizing section 35 of the casing 131 of the reformer 130 is larger than the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the reforming section 36 of the casing 131 of the reformer 130. Become. In other words, in the present embodiment, the exhaust gas flow path uses the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the vaporization section 35 of the casing 131 of the reformer 130 as the wall surface of the reforming section 36 of the casing 131 of the reformer 130. It is comprised so that it may increase compared with the flow volume of the waste gas which flows along. Therefore, since convective heat transfer around the vaporizing section 35 is promoted, a temperature drop of the vaporizing section 35 can be suppressed.
The exhaust gas flow passage 40c is preferably positioned above the upper surface of the reformer 130 (the upper surface of the casing 131). This is because the heat of exhaust gas can be more effectively transferred to the reformer 130 by allowing more exhaust gas to flow into the exhaust gas flow passage 40c after passing around the reformer 130. .
本実施形態では、図10に示すように、左側排ガス導入口61の細長開口部のうち、改質器130のケーシング131の気化部35に隣り合う部分を、前後方向に延在する矩形板状の蓋部材101cで塞いでいる。蓋部材101cには、開口部である複数の貫通孔102cが、前後方向に沿って直列に互いに間隔を空けて貫通形成されている。ここで、複数の貫通孔102cは、互いにほぼ同等の孔径を有する。貫通孔102cは、蓋部材101cによって塞がれた左側排ガス導入口61の細長開口部の一部の内外を連通している。
同様に、右側排ガス導入口62の細長開口部のうち、改質器130のケーシング131の気化部35に隣り合う部分を、前後方向に延在する矩形板状の蓋部材101cで塞いでいる。蓋部材101cには、開口部である複数の貫通孔102cが、前後方向に沿って直列に互いに間隔を空けて貫通形成されている。ここで、複数の貫通孔102cは、互いにほぼ同等の孔径を有する。貫通孔102cは、蓋部材101cによって塞がれた右側排ガス導入口62の細長開口部の一部の内外を連通している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 10, a portion adjacent to the vaporization portion 35 of the casing 131 of the reformer 130 in the elongated opening portion of the left exhaust gas inlet 61 is a rectangular plate extending in the front-rear direction. The lid member 101c is closed. A plurality of through-holes 102c, which are openings, are formed in the lid member 101c so as to penetrate in series along the front-rear direction at intervals. Here, the plurality of through holes 102c have substantially the same diameter. The through hole 102c communicates with the inside and outside of a part of the elongated opening of the left exhaust gas inlet 61 that is blocked by the lid member 101c.
Similarly, a portion adjacent to the vaporizing portion 35 of the casing 131 of the reformer 130 in the elongated opening portion of the right exhaust gas inlet 62 is closed by a rectangular plate-like lid member 101c extending in the front-rear direction. A plurality of through-holes 102c, which are openings, are formed in the lid member 101c so as to penetrate in series along the front-rear direction at intervals. Here, the plurality of through holes 102c have substantially the same diameter. The through hole 102c communicates with the inside and outside of a part of the elongated opening of the right side exhaust gas inlet 62 that is blocked by the lid member 101c.
このように、複数の貫通孔102cを有する蓋部材101cを、左側排ガス導入口61の細長開口部と、右側排ガス導入口62の細長開口部とに、それぞれ設けることにより、これら細長開口部の開口率が、後側から前側に向かうほど、実質的に小さくなる。
それゆえ、酸化剤供給部材40a、40bの各々の排ガス流通路40cから左側排ガス導入口61及び右側排ガス導入口62への排ガスの流れについては、蓋部材101cが存在する気化部35側よりも、蓋部材101cが存在しない改質部36側のほうが流れやすくなる。従って、酸化剤供給部材40a、40bの各々の排ガス流通路40c近傍では前側(気化部35側)に集中していた排ガスの流れが、左側排ガス導入口61の細長開口部及び右側排ガス導入口62の細長開口部の通過時には、流れにくい前側から流れにやすい後側に分散する。従って、蓋部材101cが、本発明の「整流部」として機能して、排ガス流路内(特に空隙6c、6d)における排ガスの前後方向での流量分布を均一化することができる。ここで、例えば、第2のケース5の長側面5c、5dが、図1に示す熱交換部202に対応し得る。
Thus, by providing the lid member 101c having a plurality of through-holes 102c in the elongated opening of the left exhaust gas inlet 61 and the elongated opening of the right exhaust gas inlet 62, the openings of these elongated openings are provided. The rate decreases substantially from the rear side toward the front side.
Therefore, with respect to the flow of exhaust gas from the exhaust gas flow passages 40c of the oxidant supply members 40a and 40b to the left exhaust gas inlet 61 and the right exhaust gas inlet 62, rather than the vaporization section 35 side where the lid member 101c exists, It becomes easier to flow on the reforming portion 36 side where the lid member 101c does not exist. Accordingly, in the vicinity of the exhaust gas flow passages 40c of the oxidant supply members 40a and 40b, the flow of exhaust gas concentrated on the front side (vaporization unit 35 side) is the elongated opening of the left exhaust gas inlet 61 and the right exhaust gas inlet 62. When the elongate opening passes through, it disperses from the front side which is difficult to flow to the rear side which is easy to flow. Therefore, the lid member 101c functions as the “rectifying unit” of the present invention, and the flow rate distribution in the front-rear direction of the exhaust gas in the exhaust gas passage (particularly, the gaps 6c and 6d) can be made uniform. Here, for example, the long side surfaces 5c and 5d of the second case 5 may correspond to the heat exchange unit 202 shown in FIG.
図11は、本発明の第7実施形態を示す燃料電池装置の正面縦断面図である。図12は、図11のC−C断面図であり、改質器と排ガス流路の排ガス導入口と蓋部材とを示す。
図9及び図10に示した第6実施形態と異なる点について説明する。
第3のケース7は、更に、上面7aを有している。
第3のケース7の上面7aの内壁には、内部断熱材50の左側部51の上端及び右側部52の上端が当接している。
左右一対の酸化剤供給部材40a、40bの上面側の開口部は、第3のケース7の上面7aの外壁により区画形成される酸化剤流通空間55と連通している。酸化剤供給部材40a、40bへの酸化剤(空気)の供給は、酸化剤流通空間55を介してなされる。尚、本実施形態において、酸化剤供給部材40a、40bには、排ガス流通路4cが形成されていない。
FIG. 11 is a front longitudinal sectional view of a fuel cell device showing a seventh embodiment of the present invention. FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 11 and shows the reformer, the exhaust gas introduction port of the exhaust gas flow path, and the lid member.
Differences from the sixth embodiment shown in FIGS. 9 and 10 will be described.
The third case 7 further has an upper surface 7a.
The upper end of the left side portion 51 and the upper end of the right side portion 52 of the internal heat insulating material 50 are in contact with the inner wall of the upper surface 7 a of the third case 7.
Openings on the upper surface side of the pair of left and right oxidant supply members 40 a and 40 b communicate with an oxidant circulation space 55 defined by the outer wall of the upper surface 7 a of the third case 7. The oxidant (air) is supplied to the oxidant supply members 40 a and 40 b through the oxidant circulation space 55. In this embodiment, the exhaust gas flow passage 4c is not formed in the oxidant supply members 40a and 40b.
第3のケース7の上面7aの下方には、改質器130及びセルスタック111が配置されている。
第3のケース7の上面7aには、その左右方向中央部に、開口部58が形成されている。開口部58は、平面視で、前後方向に沿う長辺と左右方向に沿う短辺とからなる矩形状をなす。開口部58は、改質器130の左右方向中央部の上方に配置されて、改質器130の上面に対向している。
開口部58には、排ガス流通路59の一端側が接続されており、排ガス流通路59の他端側が、図示しない排ガス出口に接続されている。排ガス流通路59は、酸化剤流通空間55内に配置されている。ここで、開口部58が、本発明の「排ガス導入口」に対応しており、また、前後方向に細長く開口する「細長開口部」に対応している。
A reformer 130 and a cell stack 111 are disposed below the upper surface 7 a of the third case 7.
An opening 58 is formed in the upper surface 7a of the third case 7 at the center in the left-right direction. The opening 58 has a rectangular shape including a long side along the front-rear direction and a short side along the left-right direction in plan view. The opening 58 is disposed above the central portion in the left-right direction of the reformer 130 and faces the upper surface of the reformer 130.
One end side of the exhaust gas flow passage 59 is connected to the opening 58, and the other end side of the exhaust gas flow passage 59 is connected to an exhaust gas outlet (not shown). The exhaust gas flow passage 59 is disposed in the oxidant circulation space 55. Here, the opening 58 corresponds to the “exhaust gas inlet” of the present invention, and also corresponds to the “elongated opening” that is elongated in the front-rear direction.
本実施形態では、第3のケース7内のセルスタック111の上端部近傍のオフガス燃焼部20にてオフガスが燃焼し、第3のケース7はオフガス燃焼部20を区画する。そして、オフガスの燃焼によって排ガスが発生し、排ガスは、改質器130の壁面(ケーシング131の壁面)に沿って流れて、これにより対流伝熱が生じる。この後、排ガスは、第3のケース7の上面7aの開口部58から排ガス流通路59に排出されて、図示しない排ガス出口を介して外部に排出される。すなわち、本実施形態の排ガス流路は、オフガス燃焼部20にて生成された排ガスが改質器130の壁面に沿って流れた後に、開口部58(排ガス導入口)、排ガス流通路59、及び、図示しない排ガス出口を介して、外部に排出されるように構成されている。
酸化剤(空気)が酸化剤流通空間55を流れる過程で、排ガス流通路59の壁面を介して、カソード用酸化剤と排ガスとの熱交換がなされ、カソード用酸化剤を十分に加熱する一方、排ガスを冷却することができる。ここで、例えば、排ガス流通路59の壁面が、図1に示す熱交換部202に対応し得る。
In the present embodiment, off-gas burns in the off-gas combustion unit 20 near the upper end of the cell stack 111 in the third case 7, and the third case 7 defines the off-gas combustion unit 20. Then, exhaust gas is generated by the combustion of the off gas, and the exhaust gas flows along the wall surface of the reformer 130 (the wall surface of the casing 131), thereby causing convective heat transfer. Thereafter, the exhaust gas is discharged from the opening 58 of the upper surface 7a of the third case 7 to the exhaust gas flow passage 59, and is discharged to the outside through an exhaust gas outlet (not shown). That is, the exhaust gas flow path of the present embodiment is configured such that the exhaust 58 generated in the off-gas combustion unit 20 flows along the wall surface of the reformer 130, the opening 58 (exhaust gas inlet), the exhaust gas flow passage 59, and The exhaust gas is discharged to the outside through an exhaust gas outlet (not shown).
While the oxidant (air) flows through the oxidant flow space 55, heat exchange between the cathode oxidant and the exhaust gas is performed through the wall surface of the exhaust gas flow passage 59 to sufficiently heat the cathode oxidant, The exhaust gas can be cooled. Here, for example, the wall surface of the exhaust gas flow passage 59 may correspond to the heat exchange unit 202 shown in FIG.
本実施形態では、図12に示すように、平面視で、開口部58のうち、改質器130のケーシング131の改質部36に対応する部分を、蓋部材101dで塞いでいる。蓋部材101dには、楔状の開口部102dが形成されており、この楔状の開口部102dは、後側から前側に向かうほど幅広になっている。尚、開口部102dは、蓋部材101dによって塞がれた開口部58(排ガス導入口)の一部の内外を連通している。
それゆえ、オフガス燃焼部20から開口部58への排ガスの流れについては、蓋部材101dが存在する改質部36側よりも、蓋部材101dが存在しない気化部35側のほうが流れやすくなり、その結果、排ガスの流れが、気化部35の周辺に集中することになる。このため、改質器130のケーシング131の気化部35の壁面に沿って流れる排ガスの流量が、改質器130のケーシング131の改質部36の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くなる。換言すれば、本実施形態では、排ガス流路は、改質器130のケーシング131の気化部35の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器130のケーシング131の改質部36の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成されている。従って、気化部35の周辺での対流伝熱が促進されるので、気化部35の温度低下を抑制することができる。
また、本実施形態では、開口部58での排ガスの流量について、後側(改質器130のケーシング131の改質部36側)の流量に比べて、前側(改質器130のケーシング131の気化部35側)の流量が多い。すなわち、本実施形態では、開口部58での排ガスの流量が、後側から前側に向かうほど多くなっている。これにより、排ガスの流れを、燃料電池装置1の前側に位置する気化部35の周辺に集中させることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 12, a portion of the opening 58 corresponding to the reforming portion 36 of the casing 131 of the reformer 130 is closed with a lid member 101d in plan view. The lid member 101d is formed with a wedge-shaped opening 102d, and the wedge-shaped opening 102d becomes wider from the rear side toward the front side. The opening 102d communicates with a part of the inside and outside of the opening 58 (exhaust gas inlet) closed by the lid member 101d.
Therefore, the flow of the exhaust gas from the off-gas combustion unit 20 to the opening 58 is more likely to flow on the vaporization unit 35 side where the lid member 101d does not exist than on the reforming unit 36 side where the lid member 101d exists. As a result, the flow of the exhaust gas is concentrated around the vaporization unit 35. For this reason, the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the vaporizing section 35 of the casing 131 of the reformer 130 is larger than the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the reforming section 36 of the casing 131 of the reformer 130. Become. In other words, in the present embodiment, the exhaust gas flow path uses the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the vaporization section 35 of the casing 131 of the reformer 130 as the wall surface of the reforming section 36 of the casing 131 of the reformer 130. It is comprised so that it may increase compared with the flow volume of the waste gas which flows along. Therefore, since convective heat transfer around the vaporizing section 35 is promoted, a temperature drop of the vaporizing section 35 can be suppressed.
Further, in the present embodiment, the flow rate of the exhaust gas at the opening 58 is greater than the flow rate of the rear side (the reforming unit 36 side of the casing 131 of the reformer 130) than the flow rate of the casing 131 of the reformer 130. The flow rate on the vaporization unit 35 side is large. That is, in the present embodiment, the flow rate of the exhaust gas at the opening 58 increases from the rear side toward the front side. Thereby, the flow of the exhaust gas can be concentrated around the vaporization section 35 located on the front side of the fuel cell device 1.
特に本実施形態によれば、改質器130は前後方向(水平一方向)に延在し、その前側(一端側)に気化部35(第1の部分)が配置されて、後側(他端側)に改質部36(第2の部分)が配置され、排ガス流路は、その排ガス導入口(開口部58)が改質器130の上方にて前後方向(水平一方向)に細長く開口し、この細長開口部が改質器130の上面に対向するように配置され、この細長開口部における排ガスの流量が、後側(他端側)から前側(一端側)に向かうほど多い。これにより、排ガスの流れを、燃料電池装置1の前側に位置する気化部35の周辺に集中させることができる。 In particular, according to the present embodiment, the reformer 130 extends in the front-rear direction (one horizontal direction), the vaporizer 35 (first portion) is disposed on the front side (one end side), and the rear side (others). The reforming part 36 (second part) is disposed on the end side, and the exhaust gas flow path has an exhaust gas inlet (opening 58) elongated in the front-rear direction (one horizontal direction) above the reformer 130. The elongated opening is disposed so as to face the upper surface of the reformer 130, and the flow rate of the exhaust gas in the elongated opening increases from the rear side (the other end side) toward the front side (the one end side). Thereby, the flow of the exhaust gas can be concentrated around the vaporization section 35 located on the front side of the fuel cell device 1.
尚、前記第5及び第6実施形態では、本発明の「整流部」として、貫通孔102bが形成された蓋部材101bと、貫通孔102cが形成された蓋部材101cとを用いて説明したが、「整流部」の設置位置は、排ガス導入口の細長開口部に限らない。例えば、第1実施形態において、蓋部材101より下流側の空隙6dの上下方向中央部に、蓋部材101b又は蓋部材101cと同様の構成を有する板状部材を設けることによって、排ガス流路内における排ガスの前後方向での流量分布を均一化することが可能である。また、第2実施形態において、蓋部材101aより下流の空隙6dの上下方向中央部に、蓋部材101b又は蓋部材101cと同様の構成を有する板状部材を設けることによって、排ガス流路内における排ガスの前後方向での流量分布を均一化することが可能である。また、第7実施形態において、蓋部材101dより下流の排ガス流通路59の途中に、蓋部材101b又は蓋部材101cと同様の構成を有する板状部材を設けることによって、排ガス流路内における排ガスの前後方向での流量分布を均一化することが可能である。 In the fifth and sixth embodiments, the “rectifying portion” of the present invention has been described using the lid member 101b in which the through hole 102b is formed and the lid member 101c in which the through hole 102c is formed. The installation position of the “rectifying unit” is not limited to the elongated opening of the exhaust gas inlet. For example, in the first embodiment, the lid member 101b or a plate-like member having the same configuration as the lid member 101c is provided in the center in the vertical direction of the gap 6d on the downstream side of the lid member 101. It is possible to make the flow rate distribution in the front-rear direction of the exhaust gas uniform. In the second embodiment, the exhaust gas in the exhaust gas flow path is provided by providing a lid member 101b or a plate-like member having the same configuration as that of the lid member 101c at the center in the vertical direction of the gap 6d downstream from the lid member 101a. It is possible to make the flow rate distribution in the front-rear direction uniform. Further, in the seventh embodiment, by providing a plate member having the same configuration as the lid member 101b or the lid member 101c in the middle of the exhaust gas flow passage 59 downstream from the lid member 101d, the exhaust gas in the exhaust gas passage is provided. It is possible to make the flow rate distribution in the front-rear direction uniform.
また、前記第1〜第7実施形態では、本発明の「改質器の流入口側部分である第1の部分」として、気化部35を挙げて説明したが、当該「第1の部分」はこれに限らない。例えば、気化部が改質器とは別体である場合には、当該「第1の部分」は、改質器の改質部36の流入口側部分になり得る。この場合においても、改質部36の流入口側部分では、吸熱反応である水蒸気改質反応が比較的起こりやすいことから、低温になりかねない。この改質部36の流入口側部分に前記第1〜第7実施形態のいずれかの技術を適用することにより、オフガス燃焼部20からの高温の排ガスを改質器の改質部36の流入口側部分の周辺に集中させることができるので、改質部36の流入口側部分の温度低下を抑制することができる。従って、改質部36の流入口側部分の下方に位置する燃料電池セル10の温度低下が抑制されるので、セルスタックの温度分布を均一化することができる。 Moreover, in the said 1st-7th embodiment, although the vaporization part 35 was mentioned and demonstrated as "the 1st part which is an inflow side part of a reformer" of this invention, the said "1st part" Is not limited to this. For example, when the vaporizer is separate from the reformer, the “first portion” can be the inlet side portion of the reformer 36 of the reformer. Even in this case, the steam reforming reaction, which is an endothermic reaction, is relatively likely to occur at the inlet side portion of the reforming section 36, which may be a low temperature. By applying the technique of any of the first to seventh embodiments to the inlet side portion of the reforming unit 36, the high-temperature exhaust gas from the off-gas combustion unit 20 is flown into the reforming unit 36 of the reformer. Since it can concentrate on the circumference | surroundings of an entrance side part, the temperature fall of the inflow side part of the reforming part 36 can be suppressed. Therefore, since the temperature drop of the fuel cell 10 located below the inlet side portion of the reforming unit 36 is suppressed, the temperature distribution of the cell stack can be made uniform.
また、前記第1〜第7実施形態では、セルスタック11、111の上端部近傍にてオフガスを燃焼させているが、オフガスの燃焼形態はこれに限らず、例えば、燃料電池セル10から排出されるオフガスを一旦回収し、回収したオフガスを配管等を用いてバーナに供給してオフガスを燃焼させてもよい。このバーナによる燃焼熱によって、改質器が加熱され得る。また、バーナでの燃焼により生成される排ガスの流路については、前記第1〜第7実施形態における排ガス流路と同様に、改質器の気化部35の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器の改質部36の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成され得る。 Further, in the first to seventh embodiments, the off gas is burned near the upper ends of the cell stacks 11 and 111. However, the off gas combustion mode is not limited to this, and is discharged from the fuel cell 10, for example. The off gas may be temporarily recovered, and the recovered off gas may be supplied to the burner using a pipe or the like to burn off gas. The reformer can be heated by the combustion heat generated by the burner. As for the flow path of the exhaust gas generated by combustion in the burner, the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the vaporizer 35 of the reformer is set as in the exhaust gas flow path in the first to seventh embodiments. The flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the reforming section 36 of the reformer can be increased.
以上からわかるように、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。 As can be seen from the foregoing, the illustrated embodiments are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to those directly illustrated by the described embodiments, and various modifications made by those skilled in the art within the scope of the claims. Needless to say, this includes improvements and changes.
1 燃料電池装置
2 筐体
3 第1のケース
3a 上面
3b 底面
3c、3d 長側面
4(4a、4b、4c、4d) 第1の空隙
5 第2のケース
5a 上面
5b 底面
5c、5d 長側面
5e、5f 短側面
6(6b、6c、6d) 第2の空隙
7 第3のケース
7a 上面
7b 底面
7c、7d 長側面
7e、7f 短側面
10 燃料電池セル
11 セルスタック
13 台座
20 オフガス燃焼部
30、30’ 改質器
31 左側ケーシング
32 右側ケーシング
33 中央後側ケーシング
34 ケーシング
34a 仕切板
34b 管状通路
35 気化部
36 改質部
37 流入口
38 原燃料・改質用水供給パイプ
40、40’、40a、40b 酸化剤供給部材
40c 排ガス流通路
41 酸化剤入口管
42 スリット
44 酸化剤噴出口
45 排ガス出口管
50 内部断熱材
51 左側部
52 右側部
52a 延長部
52b 開口部
53 下側部
55 酸化剤流通空間
58 開口部(排ガス導入口)
59 排ガス流通路
61 左側排ガス導入口
62 右側排ガス導入口
101、101a、101b、101c、101d 蓋部材
102a、102b、102c 貫通孔(開口部)
102d 開口部
111 セルスタック
130 改質器
131 ケーシング
201 燃料電池装置
202 熱交換部
203 排ガス出口
204 偏流部
205 整流部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell apparatus 2 Case 3 1st case 3a Upper surface 3b Bottom surface 3c, 3d Long side surface 4 (4a, 4b, 4c, 4d) 1st space | gap 5 2nd case 5a Upper surface 5b Bottom surface 5c, 5d Long side surface 5e 5f short side surface 6 (6b, 6c, 6d) second gap 7 third case 7a upper surface 7b bottom surface 7c, 7d long side surface 7e, 7f short side surface 10 fuel cell 11 cell stack 13 pedestal 20 off gas combustion unit 30, 30 'reformer 31 left casing 32 right casing 33 central rear casing 34 casing 34a partition plate 34b tubular passage 35 vaporization section 36 reforming section 37 inlet 38 raw fuel / reforming water supply pipes 40, 40', 40a, 40b Oxidant supply member 40c Exhaust gas passage 41 Oxidant inlet pipe 42 Slit 44 Oxidant outlet 45 Exhaust gas outlet pipe 50 Internal heat insulating material 5 Left portion 52 right section 52a extending portion 52b opening 53 underside 55 oxidizing agent-flowing space 58 opening (gas inlet)
59 Exhaust gas flow passage 61 Left exhaust gas inlet 62 Right exhaust gas inlet 101, 101a, 101b, 101c, 101d Lid member 102a, 102b, 102c Through hole (opening)
102d Opening part 111 Cell stack 130 Reformer 131 Casing 201 Fuel cell device 202 Heat exchange part 203 Exhaust gas outlet 204 Diffusion part 205 Rectification part
Claims (10)
前記改質器の下方に配置されて、前記改質器にて生成された水素富化燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルの上端部から排出されるオフガスを燃焼させて前記複数の燃料電池セルを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、
前記オフガス燃焼部にて生成された排ガスが前記改質器の壁面に沿って流れた後に外部に排出されるように構成される排ガス流路と、
を備える燃料電池装置であって、
前記排ガス流路は、前記改質器の流入口側部分である第1の部分の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、前記改質器のうち前記流入口側部分以外の部分である第2の部分の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成されることを特徴とする燃料電池装置。 A reformer that reforms the hydrogen-containing fuel flowing in from the inlet to produce a hydrogen-enriched fuel;
A plurality of fuel cells that are arranged below the reformer and generate electricity by reacting the hydrogen-enriched fuel produced in the reformer with an oxidant;
An off-gas combustion unit that burns off-gas discharged from upper ends of the plurality of fuel cells and maintains the plurality of fuel cells at a high temperature;
An exhaust gas flow path configured to be discharged to the outside after the exhaust gas generated in the off-gas combustion section flows along the wall surface of the reformer;
A fuel cell device comprising:
The exhaust gas flow path is configured so that the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the first portion which is the inlet side portion of the reformer is the second portion other than the inlet side portion of the reformer. A fuel cell device configured to increase the flow rate of the exhaust gas flowing along the wall surface of the portion.
前記排ガス流路は、その排ガス導入口が前記水平一方向に細長く開口し、この細長開口部が平面視で前記改質器と並列に配置され、前記細長開口部における排ガスの流量が、前記他端側から前記一端側に向かうほど多いことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。 The reformer extends in one horizontal direction, the first part is disposed on one end side, and the second part is disposed on the other end side,
The exhaust gas flow path has an exhaust gas inlet that is elongated in one horizontal direction, and the elongated opening is arranged in parallel with the reformer in plan view, and the flow rate of exhaust gas in the elongated opening is 2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the fuel cell device increases from an end side toward the one end side.
前記排ガス流路は、その排ガス導入口が前記改質器の上方にて前記水平一方向に細長く開口し、この細長開口部が前記改質器の上面に対向するように配置され、前記細長開口部における排ガスの流量が、前記他端側から前記一端側に向かうほど多いことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。 The reformer extends in one horizontal direction, the first part is disposed on one end side, and the second part is disposed on the other end side,
The exhaust gas flow path is disposed so that the exhaust gas inlet is elongated in the horizontal direction above the reformer, and the elongated opening is opposed to the upper surface of the reformer. 2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the flow rate of the exhaust gas in the section increases from the other end side toward the one end side.
前記蓋部材には、前記細長開口部の内外を連通する開口部が形成され、
前記蓋部材は、その開口率が、前記他端側から前記一端側に向かうほど大きいことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の燃料電池装置。 The exhaust gas inlet is provided with a lid member that extends in the one horizontal direction and closes at least a part of the elongated opening,
The lid member is formed with an opening that communicates the inside and outside of the elongated opening,
4. The fuel cell device according to claim 2, wherein the opening ratio of the lid member increases from the other end side toward the one end side. 5.
前記仕切り部材には、前記改質器の壁面に沿って流れた排ガスを前記排ガス導入口に導く開口部が形成され、
前記仕切り部材は、その開口率が、前記他端側から前記一端側に向かうほど大きいことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の燃料電池装置。 The exhaust gas flow path has a partition member that partitions between the exhaust gas inlet and the reformer and extends in the horizontal direction,
The partition member is formed with an opening that guides the exhaust gas flowing along the wall of the reformer to the exhaust gas inlet,
4. The fuel cell device according to claim 2, wherein an opening ratio of the partition member increases from the other end side toward the one end side. 5.
前記蓋部材には、前記細長開口部の内外を連通する開口部が形成され、
前記蓋部材は、その開口率が、前記他端側から前記一端側に向かうほど小さいことを特徴とする請求項5に記載の燃料電池装置。 The exhaust gas inlet is provided with a lid member that extends in the one horizontal direction and closes at least a part of the elongated opening,
The lid member is formed with an opening that communicates the inside and outside of the elongated opening,
The fuel cell device according to claim 5, wherein the opening ratio of the lid member decreases from the other end side toward the one end side.
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