JP2014191972A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that generates power using a fuel gas and an oxidant gas.
燃料電池セルから出る熱を保温するようケーシングの内側に断熱材を配置することで、燃料電池システム全体の燃料利用効率を向上させた燃料電池システムが知られている。 2. Description of the Related Art There is known a fuel cell system that improves the fuel utilization efficiency of the entire fuel cell system by disposing a heat insulating material inside a casing so as to keep heat generated from the fuel cell.
特開2008−16264号公報 JP 2008-16264 A
燃料利用効率の向上を目的として保温効果を高めることを考えた場合、断熱材の厚みを増せば保温効果が高まるが、厚みを増した分燃料電池システムが大型化してしまう。大型化してしまうと断熱材の外表面積が大きくなり、放熱量も増えてしまうので、期待する断熱性能を達成するためには放熱量を考慮してさらに厚みを増す必要もある。しかし燃料電池は設置面積を小さくしたいという要望があるため、断熱材の厚みを増すことにも限界があった。
そこで、薄くても断熱性能がよいヒュームドシリカという断熱材を用いることが考えられる。ヒュームドシリカは、熱伝導率が0.025W/mK(300℃)程度であり、一般的なセラミックファイバー系断熱材(熱伝導率:0.08W/mK(400℃)と比較しても非常に断熱性能が高い。したがって、断熱材を薄型化することができ、さらに一般的なセラミックファイバー系断熱材に比べて容積が少なくて済むことから、表面積を小さくでき、放熱ロスを抑制できるなど、高効率化に寄与することができる。
When considering increasing the heat insulation effect for the purpose of improving the fuel utilization efficiency, the heat insulation effect increases if the thickness of the heat insulating material is increased, but the fuel cell system is increased in size by increasing the thickness. When the size is increased, the outer surface area of the heat insulating material is increased and the heat dissipation amount is increased. Therefore, in order to achieve the expected heat insulating performance, it is necessary to further increase the thickness in consideration of the heat dissipation amount. However, since there is a demand for a fuel cell to reduce the installation area, there is a limit to increasing the thickness of the heat insulating material.
Therefore, it is conceivable to use a heat insulating material called fumed silica which is thin but has good heat insulating performance. Fumed silica has a thermal conductivity of about 0.025 W / mK (300 ° C.), which is much higher than that of a general ceramic fiber-based heat insulating material (thermal conductivity: 0.08 W / mK (400 ° C.)). Therefore, it is possible to reduce the thickness of the heat insulating material and to reduce the volume compared to a general ceramic fiber type heat insulating material. This can contribute to higher efficiency.
しかし、ヒュームドシリカは親水性が強いというもう一つの特徴があり、外気に晒しておくだけで内部に水分を蓄えてしまう。燃料電池では運転中と運転停止中とで700℃近くの高温と常温を繰り返すため、内部に蓄えた水分は、高温環境下では気化してヒュームドシリカ断熱材外部に放出され、常温環境化に遷移するにつれて再び内部に水分を蓄えていくというサイクルを繰り返すこととなる。断熱材外部に放出された水蒸気は、断熱材を覆い、外気温と接している筐体により冷やされ、断熱材表面で結露する。結露した際、ヒュームドシリカ断熱材の外表面に水が接触してしまうと、水と接触した表面が侵食されてヒュームドシリカ断熱材の厚みが薄くなり、断熱性能が低下してしまうことが懸念される。
これを解決するため、断熱材表面に撥水性を持ち水蒸気を透過するフィルターを配置する事により、結露水は断熱材を侵食する事が無く、筐体とフィルターの間に設けた隙間を通り、下方に落下させる手段が考えられる。その場合、落下させた結露水は周囲の部材に被水すると腐食の原因となってしまうため、結露水を集約して排出するよう、排水口を有するトレーを燃料電池システムの下方に敷く必要があるが、底面側の断熱材を覆う撥水性のフィルターによって排水口に向かって流れる結露水の流れが阻害され、排水を阻害された結露水が溜まり、トレーから結露水が溢れ、周囲の部材に被水することがあるという新たな知見を見つけた。
そこで本発明では、燃料電池システムの断熱材を撥水性のフィルターで覆った際に生じる結露水による周囲の部材への被水の問題を解消できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
However, fumed silica has another characteristic that it has a strong hydrophilicity, and if it is exposed to the outside air, it stores water inside. The fuel cell repeats high temperatures close to 700 ° C during operation and when the operation is stopped, so that the water stored inside is vaporized and released outside the fumed silica heat insulating material in a high temperature environment. As the transition proceeds, the cycle of storing moisture inside is repeated. The water vapor released to the outside of the heat insulating material covers the heat insulating material, is cooled by the casing in contact with the outside air temperature, and is condensed on the surface of the heat insulating material. When water is in contact with the outer surface of the fumed silica heat insulating material during condensation, the surface in contact with the water may be eroded and the thickness of the fumed silica heat insulating material may be reduced, reducing the heat insulating performance. Concerned.
In order to solve this, by placing a filter that has water repellency and water vapor transmission on the surface of the heat insulating material, dew condensation water does not erode the heat insulating material, and passes through the gap provided between the housing and the filter, A means for dropping downward is conceivable. In that case, the condensed water that has fallen may cause corrosion if it is exposed to surrounding members.Therefore, it is necessary to lay a tray with a drain outlet under the fuel cell system to collect and discharge the condensed water. However, the water-repellent filter that covers the bottom-side heat insulating material blocks the flow of condensed water that flows toward the drain port, and the condensed water that is blocked from draining accumulates, overflowing from the tray, and overflowing the surrounding members. I found a new finding that I could get wet.
Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can solve the problem of water on surrounding members caused by condensed water that occurs when the heat insulating material of the fuel cell system is covered with a water-repellent filter.
第一の発明においては、酸化剤ガスと燃料ガスとを供給して発電反応を生じる燃料電池セルと、セルを内包するケーシングと、ケーシング内包するよう配設された断熱材と、前記ケーシング及び断熱材を内包する筐体と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記断熱材はヒュームドシリカを含有する断熱材であり、前記断熱材の外表面は断熱材側からの蒸気は透過し、外側からの水は透過させない撥水性のフィルターで全体を覆われており、前記筐体と前記撥水性のフィルターとの間で生じた結露水の落下を受けるトレーを有し、前記トレーは前記ケーシングの底面側を載せるよう配置され、かつ、結露水を溜めるよう結露水の落下する範囲よりも広い範囲を囲う隔壁と、当該隔壁の内側の範囲に設けられ結露水を排出する排水口と、を備え、前記トレーと底面側の前記フィルターとの間には、前記排水口を含み、結露水の落下が生じる範囲に渡って配置された、毛細管現象を生じさせる結露水回収部が配置され、前記結露水回収部は前記トレーの隔壁に乗り上げるよう配置されていることを特徴とする。 In the first invention, a fuel battery cell that generates an electric power generation reaction by supplying an oxidant gas and a fuel gas, a casing that encloses the cell, a heat insulating material disposed so as to enclose the casing, the casing and the heat insulating material In the fuel cell system comprising a housing containing the material, the heat insulating material is a heat insulating material containing fumed silica, and the outer surface of the heat insulating material transmits vapor from the heat insulating material side, and from the outside The tray is covered with a water-repellent filter that does not allow permeation of water, and has a tray that receives the fall of condensed water generated between the casing and the water-repellent filter, and the tray is a bottom surface of the casing. A partition wall that is placed on the side and encloses a wider area than the falling range of condensed water so as to collect condensed water, and a drain outlet that is provided inside the partition wall and discharges the condensed water. In addition, a dew condensation water recovery unit that generates a capillary phenomenon is disposed between the tray and the filter on the bottom surface side and includes the drain port, and is disposed over a range where the dew condensation falls. The water recovery unit is arranged to run on the partition wall of the tray.
こうすることにより、トレーで捕獲された結露水は結露水回収部の毛細管現象によってトレーの隔壁に乗り上げた部分に分散し、蒸発する。また、底面側の断熱材から放出された水分についても同様に毛細管現象によってトレーの隔壁に乗り上げた部分に分散し、蒸発するため、断熱材が保有する水分を効果的に外部に排出することができる。それによって、底面側の撥水性フィルターとトレーとで挟まれた隙間に水分が溜まり、断熱材が保有する水分が外に出て行けずに断熱材と撥水性フィルターとの間で結露し、断熱材が腐食してしまうようなことも抑制することができる。さらに、結露回収部が蓄えている結露水の量が多くなり蒸発が追いつかなくなった場合には毛細管現象に抗って自重で結露水が下降し、排水口からも排出されるため、結露水が多くなっても、結露水による周囲の部材への被水を防止することができる。 By doing so, the condensed water captured by the tray is dispersed and evaporated on the part of the tray that has run on the partition wall due to the capillary action of the condensed water collecting section. In addition, the moisture released from the heat insulating material on the bottom side is also dispersed and evaporated on the part of the tray wall by capillarity, so that the water held by the heat insulating material can be effectively discharged to the outside. it can. As a result, moisture accumulates in the gap between the water-repellent filter and the tray on the bottom side, and moisture held by the heat insulating material does not go out and condensation occurs between the heat insulating material and the water-repellent filter, thereby insulating the heat. It is possible to suppress the corrosion of the material. In addition, when the amount of condensed water stored in the condensation collection unit increases and evaporation cannot catch up, the condensed water descends by its own weight against the capillary phenomenon and is also discharged from the drain outlet. Even if it increases, the surrounding member can be prevented from being wet by condensed water.
本発明においてより好ましくは、結露水回収部は、前記排水口に入り込むよう配置された、結露水の前記排水口からの排出を促進する結露水排出促進部を有することを特徴とする。 More preferably, in the present invention, the dew condensation water recovery unit has a dew condensation water discharge promoting unit that is disposed so as to enter the drain port and promotes the discharge of dew condensation water from the drain port.
こうすることにより、結露水が結露水排出促進部で垂れ落ち排水口から排出されやすくなるため、結露水の排水口からの排出を促進し、より確実に結露水による周囲の部材への被水を防止することができる。 By doing so, the condensed water is likely to sag from the drainage outlet at the condensation drainage promotion part, so the drainage from the drainage outlet is promoted and the surrounding water is more reliably covered by the condensed water. Can be prevented.
本発明によれば、燃料電池システムの断熱材を撥水性のフィルターで覆った際に生じる結露水による周囲の部材への被水の問題を解消できる燃料電池システムを提供することができる燃料電池システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can provide the fuel cell system which can eliminate the problem of the water | moisture content to the surrounding member by the dew condensation water produced when the heat insulating material of a fuel cell system is covered with a water-repellent filter. Can be provided.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same constituent elements in the drawings will be denoted by the same reference numerals as much as possible, and redundant description will be omitted.
本発明の実施形態である燃料電池モジュール(燃料電池ユニット)について、図1を参照しながら説明する。図1に示す燃料電池モジュール2は、固体電解質形燃料電池ユニットの一部を構成するものである。固体電解質形燃料電池ユニットは、燃料電池モジュール2と、補機ユニット(図示せず)とを備える。
A fuel cell module (fuel cell unit) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A
図1においては、燃料電池モジュール2の高さ方向をy軸方向としている。このy軸に直交する平面に沿ってx軸及びz軸を定義し、燃料電池モジュール2の短手方向に沿った方向をx軸方向とし、燃料電池モジュール2の長手方向に沿った方向をz軸方向としている。図2以降において図中に記載しているx軸、y軸、及びz軸は、図1におけるx軸、y軸、及びz軸を基準としている。また、z軸の負方向に沿った方向をA方向とし、x軸の正方向に沿った方向をB方向としている。
In FIG. 1, the height direction of the
燃料電池モジュール2は、燃料電池セル(詳細は後述する)を収容するケーシング56と、ケーシング56の上部に設けられている熱交換器22とを備える。ケーシング56の内部は密封空間となっている。ケーシング56には、被改質ガス供給管60と、水供給管62とが繋げられている。一方、熱交換器22には、発電用空気導入管74と、燃焼ガス排出管82とが繋げられている。
The
被改質ガス供給管60は、ケーシング56の内部に都市ガスといった改質用の被改質ガスを供給する管路である。水供給管62は、被改質ガスを水蒸気改質する際に用いられる水を供給する管路である。発電用空気導入管74は、改質後の燃料ガスと発電反応を起こさせるための発電用空気(酸化剤ガス)を供給する管路である。燃焼ガス排出管82は、発電反応後の燃料ガスを燃焼した結果生じる燃焼ガスを排出する管路である。
The to-be-reformed
続いて、図2〜図4を参照しながら、燃料電池モジュール2の内部について説明する。図2は、燃料電池モジュール2をその中央近傍において図1のA方向から見た断面図である。図3は、燃料電池モジュール2をその中央近傍において図2のB方向から見た断面図である。図4は、図1に示す燃料電池モジュール2から燃料電池セル集合体を覆うケーシング56の一部を取り外した状態を示す斜視図である。
Next, the inside of the
図2〜図4に示すように、燃料電池モジュール2の燃料電池セル集合体12は、ケーシング56により、全体が覆われている。図4に示すように、燃料電池セル集合体12は、全体としてB方向よりA方向の方が長いほぼ直方体形状であり、改質器20側の上面、燃料ガスタンク68側の下面、図4のA方向に沿って延びる長辺側面と、図4のB方向に沿って延びる短辺側面と、を備えている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
本実施形態の場合、水供給管62から供給される水を蒸発させるための蒸発混合器(図に明示しない)は、改質器20の内部に設けられている。蒸発混合器は、燃焼ガスにより加熱され、水を水蒸気にすると共に、この水蒸気と、被改質ガスである燃料ガス(都市ガス)と空気とを混合するためのものである。
In the present embodiment, an evaporating mixer (not explicitly shown) for evaporating the water supplied from the
被改質ガス供給管60及び水供給管62は、ケーシング56の内部に導かれた後、共に改質器20に繋がれている。より具体的には、図3に示すように、改質器20の上流端である図中右側の端部に繋がれている。
The reformed
改質器20は、燃料電池セル集合体12の上方に形成された燃焼室18の更に上方に配置されている。したがって、改質器20は、発電反応後の残余の燃料ガス及び空気による燃焼熱によって熱せられ、蒸発混合器としての役割と、改質反応を起こす改質器としての役割とを果たすように構成されている。
The
改質器20の下流端(図3の左端)には、燃料供給管66の上端が接続されている。この燃料供給管66の下端側66aは、燃料ガスタンク68内に入り込むように配置されている。
The upper end of the
図2〜図4に示すように、燃料ガスタンク68は、燃料電池セル集合体12の真下に設けられている。また、燃料ガスタンク68内に挿入された燃料供給管66の下端側66aの外周には、長手方向(A方向)に沿って複数の小穴(図示せず)が形成されている。改質器20で改質された燃料ガスは、これら複数の小穴(図示せず)によって燃料ガスタンク68内に長手方向に均一に供給されるようになっている。燃料ガスタンク68に供給された燃料ガスは、燃料電池セル集合体12を構成する各燃料電池セルユニット16の内側にある燃料ガス流路(詳細は後述する)内に供給され、燃料電池セルユニット16内を上昇して、燃焼室18に至るようになっている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
続いて、発電用空気を燃料電池モジュール2の内部へ供給するための構造を、図2〜図4及び図5、図6を参照しながら説明する。図5は、図2に対応する模式図であって、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図である。図は6、図3に対応する模式図であって、同様に発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図である。これらの図に示すように、改質器20の上方に、熱交換器22が設けられている。熱交換器22には、複数の燃焼ガス配管70と、この燃焼ガス配管70の周囲に形成された発電用空気流路72とが設けられている。
Next, a structure for supplying power generation air to the inside of the
熱交換器22の上面における一端側(図3における右端)には、発電用空気導入管74が取り付けられている。この発電用空気導入管74により、発電用空気流量調整ユニット(図示しない)から、発電用空気が、熱交換器22内に導入されるようになっている。
A power generation
熱交換器22の上側の他端側(図3における左端)には、図2に示すように、発電用空気流路72の出口ポート76aが一対形成されている。この出口ポート76aは、一対の連絡流路76につながっている。さらに、燃料電池モジュール2のケーシング56の幅方向(B方向:短辺側面方向)の両側の外側には、発電用空気供給路77が形成されている。
As shown in FIG. 2, a pair of
したがって、発電用空気供給路77には、発電用空気流路72の出口ポート76a及び連絡流路76から、発電用空気が供給されるようになっている。この発電用空気供給路77は、燃料電池セル集合体12の長手方向に沿って形成されている。さらに、その下方側であり且つ燃料電池セル集合体12の下方側に対応する位置に、発電室10内の燃料電池セル集合体12の各燃料電池セルユニット16に向けて発電用空気を吹き出すための複数の吹出口78a,78bが形成されている。これらの吹出口78a,78bから吹き出された発電用空気は、各燃料電池セルユニット16の外側に沿って、下方から上方へ流れるようになっている。
Therefore, power generation air is supplied to the power generation
続いて、燃料ガスと発電用空気とが燃焼して生成される燃焼ガスを排出するための構造を説明する。燃料電池セルユニット16の上方にある燃焼室18では、発電反応に使用されなかった燃料ガスと発電用空気とが燃焼することで、燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスは、燃焼室18内を上昇し、整流板21に至る。整流板21には、図6に示すように、開口21aが設けられており、開口21a内に燃焼ガスが導かれる。この開口21aを通った燃焼ガスは、熱交換器22の他端側に至る。熱交換器22内には、燃焼ガスを排出するための複数の燃焼ガス配管70(燃焼ガス流路)が設けられている。これらの燃焼ガス配管70の下流端側には、燃焼ガス排出管82が接続され、燃焼ガスが外部に排出されるようになっている。
Subsequently, a structure for discharging combustion gas generated by combustion of fuel gas and power generation air will be described. In the
続いて、図7を参照しながら燃料電池セルユニット16について説明する。図7は、本実施形態の燃料電池セルユニット16を示す部分断面図である。
Next, the
図7に示すように、燃料電池セルユニット16は、燃料電池セル84と、この燃料電池セル84の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子86とを備えている。
As shown in FIG. 7, the
燃料電池セル84は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路88を形成する円筒形の内側電極層90と、円筒形の外側電極層92と、内側電極層90と外側電極層92との間にある電解質層94とを備えている。この内側電極層90は、燃料ガスが通過する燃料極であり、(−)極となり、一方、外側電極層92は、空気と接触する空気極であり、(+)極となっている。
The
燃料電池セルユニット16の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子86は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子86について具体的に説明する。内側電極層90の上部90aは、電解質層94と外側電極層92に対して露出された外周面90bと上端面90cとを備えている。内側電極端子86は、導電性のシール材96を介して内側電極層90の外周面90bと接続され、さらに、内側電極層90の上端面90cとは直接接触することにより、内側電極層90と電気的に接続されている。内側電極端子86の中心部には、内側電極層90の燃料ガス流路88と連通する燃料ガス流路98が形成されている。
Since the
内側電極層90は、例えば、Niと、CaやY、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Niと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Niと、Sr、Mg、Co、Fe、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。
The
電解質層94は、例えば、Y、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Sr、Mgから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。
The
外側電極層92は、例えば、Sr、Caから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Sr、Co、Ni、Cuから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Sr、Fe、Ni、Cuから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。
The
続いて、図8を参照しながら燃料電池セルスタック14について説明する。図8は、本発実施形態の燃料電池セルスタック14を示す斜視図である。
Next, the
図8に示すように、燃料電池セルスタック14は、16本の燃料電池セルユニット16を備え、これらの燃料電池セルユニット16の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製の燃料ガスタンク上板68a及び上支持板100により支持されている。これらの燃料ガスタンク上板68a及び上支持板100には、内側電極端子86が貫通可能な貫通穴がそれぞれ形成されている。
As shown in FIG. 8, the
さらに、燃料電池セルユニット16には、集電体102及び外部端子104が取り付けられている。この集電体102は、燃料極である内側電極層90に取り付けられた内側電極端子86と、隣接する燃料電池セルユニット16の空気極である外側電極層92の外周面とを電気的に接続するものである。
Furthermore, a
さらに、燃料電池セルスタック14の端に位置する2個の燃料電池セルユニット16の上側端及び下側端の内側電極端子86には、それぞれ外部端子104が接続されている。これらの外部端子104は、隣接する燃料電池セルスタック14の端にある燃料電池セルユニット16の外部端子104に接続され、160本の燃料電池セルユニット16の全てが直列接続されるようになっている。
Further, the
続いて、図9を参照して断熱材の構造についてさらに説明する。図9は、図1の燃料電池モジュール2を覆う断熱材200、燃料電池モジュール2及び断熱材を内包する筐体204の構造を模式的に示した斜視図である。
Next, the structure of the heat insulating material will be further described with reference to FIG. FIG. 9 is a perspective view schematically showing the structure of the
燃料電池モジュール2には、その上下、左右、正背面の6面全面にヒュームドシリカを用いた断熱材200が配置されている。
更に、各断熱材200の外表面側には撥水性を持ち水蒸気を透過するフィルター202a,202b,202c,202d,202e,202fが配置されている。
更には、上面と下面に配置されたフィルター202e,202fの外表面側には、織布または不織布を用いた吸水性を持ったシート214a,214bが配置されている。
また、側面に配置されたフィルター202a、202b,202c,202dと、上面に配置されたシート214aは金属製の筐体204で覆われる。筐体204筐体204の上面には水蒸気を放出するための開口216が設けられている。開口216の個数は必要に応じて設定されればよく、本実施例では複数個としている。
In the
Further, filters 202 a, 202 b, 202 c, 202 d, 202 e, 202 f having water repellency and transmitting water vapor are disposed on the outer surface side of each
Furthermore, on the outer surface side of the
Further, the
図10は図9のY−Z断面図であり、図11、図12は図10の一部を拡大した拡大図である。図11、図12に示すように筐体204と側面に配置されたフィルター202dとの間には隙間が設けられている。他の側面に配置されたフィルター202a,202b,202cも同様に筐体204との間には隙間が設けられている。図11、図12では模式的に筐体204とフィルター202dとの間を広く描いているがフィルター202a,202b,202c,202dは不織布で凹凸があり、筐体204と接触していても隙間が生じる構成となっている。
10 is a cross-sectional view taken along the line YZ of FIG. 9, and FIGS. 11 and 12 are enlarged views of a part of FIG. As shown in FIGS. 11 and 12, a gap is provided between the
下面に配置されたシート214bの表面側には、金属製のトレー206が配置されている。トレー206は図9に示すように、底面の周囲4辺が折り曲げられて立ち上がり、結露水が落下する範囲を囲う周壁から成る箱形になっており、周壁の内側の範囲にある底面には結露水配水管208が設けられている。
図10に示すように、トレー206の周壁の内側に筐体204が収まり、シート214bは、トレー206と筐体204の間に挟まれ、トレー206の周壁の高さよりも高い位置にはみ出す寸法関係となっている。
A
As shown in FIG. 10, the
断熱材200は、燃料電池セル集合体12での発電反応の際、発生する熱と、使用されなかった燃料ガスと発電用空気とが燃焼することで発生する燃焼ガスの熱が燃料電池モジュール2の表面から外部へ逃げる事を防ぐ役目を果たしている、断熱材200はヒュームドシリカで出来ており、破損しやすい為、その外側を筐体204で保護している。
The
ヒュームドシリカを用いた断熱材は、その性質上、空気中の水分を容易く吸着するが、燃料電池モジュール2が運転中に発生する高温の熱により、吸着された水分は水蒸気となって断熱材内部から断熱材表面に押し出される。その後、断熱材外部に放出された水蒸気は、外気温と接している筐体204により冷やされ、断熱材表面で結露する。ヒュームドシリカを用いた断熱材は親水性が高く、空気中の水分を吸着して内部に取り込む性質を有するが、その外表面に水がついてしまうと、水と接触した表面が侵食され厚みが薄くなり、断熱性能が低下してしまう。
この為、筐体204の側面については、筐体204と断熱材200の間に撥水性を持ち水蒸気を透過するフィルターを配置する事により、結露水は断熱材200を侵食する事が無く、筐体204とフィルターの間に設けた隙間を通り、下方に落下する。
The heat insulating material using fumed silica easily adsorbs moisture in the air due to its properties, but the adsorbed water becomes water vapor due to the high-temperature heat generated during operation of the
For this reason, on the side surface of the
しかし、筐体204の上面側については、側面のように結露水が下方に落下しないため、結露水が筐体204とフィルター202eの間で溜まることになる。これは、水蒸気を外部へ放出できないばかりでなく、断熱材200の腐食の原因となる。そこで、図10に示すように、筐体204の上面に開口216と、筐体204とフィルター202eとの間に織布または不織布を用いた吸水性を持ったシート214aを配置している。こうすることで、断熱材200から放出された水蒸気の一部は開口216を経由してそのまま外部に放出させることができ、残りの水蒸気は、筐体204で結露してシート214aに吸水されて移動し、開口216付近で蒸発して外部へ放出させることができる。
However, on the upper surface side of the
次に、筐体204の下面についても上面と同様に、側面から落下した結露水に加え、断熱材200から放出された水蒸気がトレー206で結露するため結露水がトレー206に溜まることになる。トレー206には結露水排水管208を設けているが、撥水性を持ったフィルターで覆われた燃料電池モジュール2がトレー206上に配置されているため結露水の表面張力を破壊しなければ、結露水を結露水排水管208まで導くことができない。このため、結露水の量が多い場合にはトレー206の周壁から結露水が溢れ出すことになり、燃料電池モジュール2の下に配置された補機ユニット212に結露水が掛かり故障の原因となる。そこで、図10に示すように、筐体204とトレー206の間にも織布または不織布を用いた吸水性を持ったシート214bを配置している。シート214bはトレー206の周壁に乗り上げるよう、周壁の高さよりも高い位置にはみ出す寸法となっている。こうすることで、側面から落下した結露水とトレー206で発生した結露水は、シート214bに吸水され、毛細管現象によりトレー206の周壁の高さよりも高いはみ出した乾燥しやすい部分まで移動し、蒸発する。また、シート214bの吸水量が多くなると結露水排水管部で水滴となった結露水は自重により落下し、結露水排水管208を経由して外部に排水される。
Next, on the lower surface of the
更に、シート214bは図12に示すように、凹形状でもよいし、先端をカットしてシート214bに穴を開けてもよいが、結露水排水管208内に入り込むよう配置することで、トレー206に溜まる結露水に対して高さが低い箇所を設けることによって、自重によって結露水が降下する方向に力が加わるため、より効率的に結露水を結露水排水管208から外部へ排水する結露水排出促進部として機能させることができる。
Further, as shown in FIG. 12, the
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. In other words, those specific examples that have been appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention. For example, the elements included in each of the specific examples described above and their arrangement, materials, conditions, shapes, sizes, and the like are not limited to those illustrated, but can be changed as appropriate. Moreover, each element with which each embodiment mentioned above is provided can be combined as long as technically possible, and the combination of these is also included in the scope of the present invention as long as it includes the features of the present invention.
2:燃料電池モジュール(燃料電池ユニット)
10:発電室
12:燃料電池セル集合体
14:燃料電池セルスタック
16:燃料電池セルユニット
18:燃焼室
20:改質器
21:整流板
21a:開口
22:熱交換器
56:ケーシング
60:被改質ガス供給管
62:水供給管
66:燃料供給管
66a:下端側
68:燃料ガスタンク
68a:燃料ガスタンク上板
70:燃焼ガス配管(燃焼ガス流路)
72:発電用空気流路
74:発電用空気導入管
76:連絡流路
76a:出口ポート
77:発電用空気供給路
78a,78b:吹出口
82:燃焼ガス排出管
84:燃料電池セル
86:内側電極端子
88:燃料ガス流路
90:内側電極層
90a:上部
90b:外周面
90c:上端面
92:外側電極層
94:電解質層
96:シール材
98:燃料ガス流路
100:上支持板
102:集電体
104:外部端子
200:断熱材
202a,202b,202c,202d,202e,202f:フィルター
204:筐体
206:トレー
208:結露水排水管
209:結露水排出促進部
2: Fuel cell module (fuel cell unit)
10: Power generation chamber 12: Fuel cell assembly 14: Fuel cell stack 16: Fuel cell unit 18: Combustion chamber 20: Reformer 21: Rectifying
72: Power generation air flow path 74: Power generation air introduction pipe 76:
Claims (2)
前記断熱材はヒュームドシリカを含有する断熱材であり、
前記断熱材の外表面は断熱材側からの蒸気は透過し、外側からの水は透過させない撥水性のフィルターで全体を覆われており、
前記筐体と前記撥水性のフィルターとの間で生じた結露水の落下を受けるトレーを有し、
前記トレーは前記ケーシングの底面側を載せるよう配置され、かつ、結露水を溜めるよう結露水の落下する範囲よりも広い範囲を囲う隔壁と、当該隔壁の内側の範囲に設けられ、結露水を排出する排水口と、を備え、
前記トレーと底面側の前記フィルターとの間には、前記排水口を含み、結露水の落下が生じる範囲に渡って配置された、毛細管現象を生じさせる結露水回収部が配置され、
前記結露水回収部は前記トレーの隔壁に乗り上げるよう配置されていることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel battery cell that generates an electric power generation reaction by supplying an oxidant gas and a fuel gas, a casing that encloses the cell, a heat insulating material disposed so as to enclose the casing, and a casing that encloses the casing and the heat insulating material. In a fuel cell system comprising
The heat insulating material is a heat insulating material containing fumed silica,
The outer surface of the heat insulating material is entirely covered with a water-repellent filter that transmits vapor from the heat insulating material side and does not allow water from the outside to pass through.
Having a tray that receives the fall of condensed water generated between the housing and the water-repellent filter;
The tray is arranged to place the bottom side of the casing and is provided in a partition wall that covers a wider area than the falling range of condensed water so as to collect condensed water, and in a range inside the partition wall, and discharges the condensed water. And a drain outlet
Between the tray and the filter on the bottom side, a dew condensation recovery unit that includes the drain port and is arranged over a range where the dew condensation falls is arranged to cause capillary action,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the dew condensation water recovery unit is disposed so as to run on a partition wall of the tray.
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