JP2015210861A - Fuel battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
燃料電池システムは水素含有ガスと酸素含有ガスを用いて発電する。例えば、固体酸化物形燃料電池システムでは、燃料電池ユニットは、発電部である燃料電池を備える。そして、燃料電池ユニットは、水素と酸素を燃料電池の発電に用い、燃料電池のアノードオフガスの燃焼熱を燃料電池の加熱に用いる。そして、燃料電池の発電反応を効率良く行うため、燃料電池ユニットは高温(例えば、600℃−800℃)で動作される。 The fuel cell system generates power using a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas. For example, in a solid oxide fuel cell system, the fuel cell unit includes a fuel cell that is a power generation unit. The fuel cell unit uses hydrogen and oxygen for power generation of the fuel cell, and uses combustion heat of the anode off-gas of the fuel cell for heating the fuel cell. In order to efficiently perform the power generation reaction of the fuel cell, the fuel cell unit is operated at a high temperature (for example, 600 ° C. to 800 ° C.).
このように、燃料電池システムの高効率に運転するには、燃料電池を最適な温度に維持する必要がある。 Thus, in order to operate the fuel cell system with high efficiency, it is necessary to maintain the fuel cell at an optimum temperature.
しかし、発電に用いる空気は燃料電池システムの外部から取り入れるため、燃料電池システムの設置環境温度(常温)とほぼ同等であり、そのまま供給されると燃料電池の温度が低下し、燃料電池システムの効率が低下する。 However, since the air used for power generation is taken from the outside of the fuel cell system, it is almost the same as the installation environment temperature (normal temperature) of the fuel cell system, and if supplied as it is, the temperature of the fuel cell decreases, and the efficiency of the fuel cell system Decreases.
そこで、上記の影響を抑える手段として、燃料電池ユニットの放熱を利用して空気の温度を上げた後、燃料電池ユニットに空気を供給する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。 Therefore, as a means for suppressing the above-described effect, a technique has been proposed in which air is supplied to the fuel cell unit after raising the temperature of the air by using heat radiation of the fuel cell unit (for example, Patent Document 1).
しかし、特許文献1では、燃料電池ユニットからの排ガスの熱を有効に利用する点については検討されていない。 However, in patent document 1, the point which utilizes the heat | fever of the waste gas from a fuel cell unit effectively is not examined.
本発明の一態様(aspect)は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来に比べ、燃料電池ユニットからの排ガスの熱を有効に利用し得る燃料電池システムを提供することを目的とする。 An aspect of the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can effectively use the heat of exhaust gas from a fuel cell unit as compared with the prior art. And
本発明の一態様の燃料電池システムは、燃料電池を備える燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットから排出される排ガスが流れる第1ガス流路と、前記燃料電池ユニットに供給される酸素含有ガスが流れる第2ガス流路と、前記燃料電池ユニットと前記第1ガス流路と第2ガス流路とを収納する筐体と、前記筐体内を換気する換気器と、前記筐体に設けられた給気口と、前記筐体に設けられ、前記排ガスが排出する排気口と、を備え、前記第1ガス流路が、前記換気器を動作しているときに前記筐体内に生じる換気ガスの流れ上に配置されるとともに、前記第1ガス流路を通過した前記換気ガスの少なくとも一部が前記第2ガス流路に流入するように構成されている。 A fuel cell system according to an aspect of the present invention includes a fuel cell unit including a fuel cell, a first gas passage through which exhaust gas discharged from the fuel cell unit flows, and an oxygen-containing gas supplied to the fuel cell unit. A second gas channel that flows; a housing that houses the fuel cell unit, the first gas channel, and the second gas channel; a ventilator that ventilates the interior of the housing; and the housing. An air supply port and an exhaust port provided in the housing for exhausting the exhaust gas, wherein the first gas flow path is configured to supply ventilation gas generated in the housing when the ventilator is operating. The ventilation gas that is disposed on the flow and that has passed through the first gas passage is configured to flow into the second gas passage.
本発明の一態様の燃料電池システムは、従来に比べ、燃料電池ユニットからの排ガスの熱を有効に利用し得る。 The fuel cell system of one embodiment of the present invention can effectively use the heat of the exhaust gas from the fuel cell unit as compared with the conventional one.
(第1実施形態)
本発明者らは、燃料電池ユニットからの排ガスの熱を有効に利用する点については鋭意検討し、以下の知見を得た。
(First embodiment)
The present inventors diligently studied to effectively use the heat of exhaust gas from the fuel cell unit, and obtained the following knowledge.
上記特許文献1では、燃料電池ユニットの加熱に利用した後の排ガスをそのまま、システム外に放出している。つまり、燃料電池ユニットからの排ガスの熱が有効に利用されておらず、燃料電池システムの効率の向上が十分ではない。 In Patent Document 1, the exhaust gas after being used for heating the fuel cell unit is discharged out of the system as it is. That is, the heat of the exhaust gas from the fuel cell unit is not effectively used, and the efficiency of the fuel cell system is not sufficiently improved.
そこで、本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池を備える燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットから排出される排ガスが流れる第1ガス流路と、燃料電池ユニットに供給される酸素含有ガスが流れる第2ガス流路と、燃料電池ユニットと第1ガス流路と第2ガス流路とを収納する筐体と、筐体内を換気する換気器と、筐体に設けられた給気口と、筐体に設けられ、排ガスが排出する排気口と、を備え、第1ガス流路が、換気器を動作しているときに筐体内に生じる換気ガスの流れ上に配置されるとともに、第1ガス流路を通過した換気ガスの少なくとも一部が第2ガス流路に流入するように構成されている。 Therefore, the fuel cell system of the present embodiment includes a fuel cell unit including a fuel cell, a first gas passage through which exhaust gas discharged from the fuel cell unit flows, and an oxygen-containing gas supplied to the fuel cell unit. A housing containing the two gas passages, the fuel cell unit, the first gas passage and the second gas passage, a ventilator for ventilating the inside of the housing, an air supply port provided in the housing, The first gas flow path is disposed on the flow of the ventilation gas generated in the housing when the ventilator is operating, and the first gas is provided in the body. At least a part of the ventilation gas that has passed through the flow path is configured to flow into the second gas flow path.
かかる構成により、従来に比べ、燃料電池ユニットからの排ガスの熱を有効に利用し得る。具体的には、換気ガスが第1ガス流路を通過するとき、第1ガス流路内の排ガスの熱が換気ガスにより回収される。よって、かかる換気ガスが第2ガス流路に流入すると、燃料電池ユニットの発電に換気ガスを使用可能となり、燃料電池ユニットの発電において、排ガスの熱を有効に利用できる。 With this configuration, the heat of the exhaust gas from the fuel cell unit can be used more effectively than in the past. Specifically, when the ventilation gas passes through the first gas flow path, the heat of the exhaust gas in the first gas flow path is recovered by the ventilation gas. Therefore, when such ventilation gas flows into the second gas flow path, the ventilation gas can be used for power generation of the fuel cell unit, and the heat of the exhaust gas can be effectively used in power generation of the fuel cell unit.
[装置構成]
図1は、第1実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
[Device configuration]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a fuel cell system according to the first embodiment.
図1に示す例では、本実施形態の燃料電池システム100は、燃料電池ユニット103と、第1ガス流路104と、第2ガス流路105と、筐体106と、換気器107と、給気口109と、排気口110とを備える。
In the example shown in FIG. 1, the
燃料電池ユニット103は、燃料電池101を備える。燃料電池ユニット103は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器を備えてもよい。改質器を備えない場合は、水素含有ガスを貯蔵する容器、水素インフラ等の水素含有ガスの供給源から水素含有ガスが燃料電池ユニット103に供給される形態であってもよい。また、燃料電池101内で改質反応により水素含有ガスが生成される形態であってもよい。このような例として、内部改質形の固体酸化物燃料電池が挙げられる。なお、固体酸化物燃料電池の場合、改質反応及び燃料電池の運転温度が、高温(例えば、600℃−800℃)であるので、燃料電池ユニット103の周囲を断熱材で覆い、外部への熱放出を抑える構成を取ることが多い。また、燃料電池ユニット103は、燃料電池101の他、燃料電池ユニット103の内部の高温を利用して発電用の空気を加熱する空気加熱器を備えてもよい。
The
燃料電池ユニット103における改質反応は、いずれの形態であってもよい。例えば、改質反応として、水蒸気改質反応、オートサーマル反応又は部分酸化反応等が例示される。図1には示されていないが、各改質反応において必要となる機器は適宜設けられる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器等が設けられる。改質反応が部分酸化、またはオートサーマル反応であれば、更に、空気を供給する空気供給器が設けられる。
The reforming reaction in the
なお、原料は、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス又はLPG等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む。この原料を改質反応に使用する際は、付臭剤として使用される硫黄化合物を除去して用いる。よって、燃料電池システム100は、一般的に、原料中の硫黄化合物を除去する脱硫器(図示せず)備える。
In addition, a raw material contains the organic compound comprised from carbon and hydrogen at least, such as city gas which has methane as a main component, natural gas, or LPG. When this raw material is used for the reforming reaction, the sulfur compound used as an odorant is removed and used. Therefore, the
燃料電池ユニット103の燃料電池101は、いずれの種類であっても構わない。燃料電池101として、例えば、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等を例示できる。また、燃料電池101を構成するセルの構造も、いずれの種類であっても構わない。セルの構造として、例えば、平板型、円筒型、又は円筒平板型等が例示される。
The
以上により、燃料電池ユニット103の燃料電池101は、水素含有ガスを用いて発電できる。
As described above, the
第1ガス流路104は、燃料電池ユニット103から排出される排ガスが流れる。排ガスは、アノードオフガスを燃焼した燃焼排ガス、アノードオフガス、及びカソードオフガスの少なくともいずれか一つとなる。排ガスが燃焼排ガスであるとき、燃料電池ユニット103は、燃焼器を備える。
The exhaust gas discharged from the
なお、第1ガス流路104に燃焼排ガスが流れる場合、燃焼排ガスの温度が高温(例えば、200℃−300℃)であること、及び、燃焼排ガスが酸性ガスであることから、第1ガス流路104を形成する流路部材は、耐熱性及び耐食性を備える材料で構成する方がよい。本流路部材の材料として、例えば、ステンレススチール等の金属材料等が例示される。
In addition, when combustion exhaust gas flows into the 1st
第2ガス流路105は、燃料電池ユニット103に供給される酸素含有ガスが流れる。酸素含有ガスとして、例えば、空気が例示される。これにより、燃料電池ユニット103の燃料電池101は、酸素含有ガスを用いて発電できる。
The oxygen-containing gas supplied to the
なお、第2ガス流路105を形成する流路部材は、100℃程度の耐熱性の材料で構成できる。本流路部材の材料として、例えば、ステンレススチールの金属材料、又はポリエチレン、シリコーン、又はフッ素等の樹脂材料等が例示される。
The channel member forming the
筐体106は、燃料電池ユニット103と第1ガス流路104と第2ガス流路105とを収納する。
筐体106は、燃料電池システム100を外部環境と隔離する部材である。よって、筐体106は、剛性及び耐食性を備える材料で構成する方がよい。筐体106の材料として、例えば、ステンレススチール等の金属材料等が例示される。なお、筐体106の内面に、断熱材を配置しても構わない。
The
The
換気器107は、筐体106内を換気する。換気器107は、筐体106内を換気できれば、いかなる構成であっても構わない。具体的には、換気器107は、筐体106内の補機及び基板等の温度を使用温度範囲内に維持でき、かつ排ガスから熱を十分に回収できる換気ガス量を確保できれば、いかなる構成であってもよい。
The
例えば、換気器107は、送風器と開口構造とを備える。開口構造により、筐体106外に換気ガスが排出される。また、送風器として、例えば、ファン等が例示される。ファンとして、例えば、シロッコファン又はDCファン等が例示される。
For example, the
給気口109は、筐体106に設けられている。給気口109は開口構造を備え、本開口構造により、筐体106内に換気ガスが流入する。換気ガスとして、例えば、外気等が例示される。
The
排気口110は、筐体106に設けられ、上記の排ガスが排出する。排気口110は、開口構造を備える。開口構造は、第1ガス流路104に連通しており、本開口構造により、筐体106外に排ガスが排出される。
The
図1に示すように、本実施形態では、第1ガス流路104が、換気器107を動作しているときに筐体106内に生じる換気ガスの流れ上に配置されている。具体的には、給気口109から流入した直後の換気ガスの一部が、筐体106の壁部に沿って上方に向かい、第1ガス流路104を通過する。これにより、換気ガスは、第1ガス流路104内の排ガスの熱により加熱される。つまり、換気ガスが、第1ガス流路104を流れる排ガスの熱を回収する。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the first
そして、第1ガス流路104を通過した換気ガスの少なくとも一部が第2ガス流路105に流入する。例えば、第2ガス流路105に設けられた、図示しない酸素含有ガス供給器等が動作することで、換気ガスの少なくとも一部を第2ガス流路105に流入し得る。
Then, at least a part of the ventilation gas that has passed through the first
酸素含有ガス供給器は、燃料電池ユニット103のカソードガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器であってもよい。また、燃料電池ユニット103内の改質器(図示せず)に改質反応に使用される空気を供給する空気供給器であってもよい。空気が使用される改質反応としては、部分酸化、オートサーマル等が例示される。また、酸素含有ガス供給器は、燃料電池ユニット103内の燃焼器(図示せず)に燃焼用空気を供給する空気供給器であってもよい。
The oxygen-containing gas supply device may be an oxidant gas supply device that supplies an oxidant gas to the cathode gas flow path of the
以上により、従来に比べ、燃料電池ユニット103からの排ガスの熱を有効に利用し得る。具体的には、換気ガスが第1ガス流路104を通過するとき、第1ガス流路104内の排ガスの熱が換気ガスにより回収される。よって、このような換気ガスが第2ガス流路105に流入すると、燃料電池ユニット103の発電に換気ガスを用いることが可能となり、発電において、排ガスの熱を有効に利用できる。
As described above, the heat of the exhaust gas from the
(第2実施形態)
本実施形態の燃料電池システムは、第1実施形態の燃料電池システムにおいて、筐体内を、燃料電池ユニットを備える第1室と第1ガス流路及び排気口を備える第2室とに分割する隔壁と、隔壁に設けられ、第1室と第2室とを連通する連通口とを備える。
(Second Embodiment)
The fuel cell system according to the present embodiment is a partition wall that divides the inside of the housing into a first chamber having a fuel cell unit and a second chamber having a first gas flow path and an exhaust port in the fuel cell system of the first embodiment. And a communication port provided in the partition wall for communicating the first chamber and the second chamber.
かかる構成により、筐体内を第1室と第2室に分割しない場合に比べ、熱容量が大きい発熱体である燃料電池ユニットの熱を回収するための換気ガス経路を第1室内に適切に形成し得る。また、第1ガス流路を流れる排ガスの熱を回収するための換気ガス経路を第2室内に適切に形成し得る。更に、換気ガスが通過する第1室及び第2室の順番を適宜、選択できる。よって、筐体内を第1室と第2室に分割しない場合に比べ、燃料電池ユニット及び排ガスの熱を換気ガスにより効率的に回収し得る。 With this configuration, a ventilation gas path for recovering the heat of the fuel cell unit, which is a heating element having a large heat capacity, is appropriately formed in the first chamber as compared with the case where the housing is not divided into the first chamber and the second chamber. obtain. Further, a ventilation gas path for recovering the heat of the exhaust gas flowing through the first gas flow path can be appropriately formed in the second chamber. Furthermore, the order of the first chamber and the second chamber through which the ventilation gas passes can be selected as appropriate. Therefore, compared with the case where the inside of the housing is not divided into the first chamber and the second chamber, the heat of the fuel cell unit and the exhaust gas can be efficiently recovered by the ventilation gas.
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第1実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。 The fuel cell system of the present embodiment may be configured in the same manner as the fuel cell system of the first embodiment except for the above features.
[装置構成]
図2及び図3は、第2実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
[Device configuration]
2 and 3 are diagrams illustrating an example of the fuel cell system according to the second embodiment.
図2及び図3に示す例では、燃料電池システム100は、燃料電池ユニット103と、第1ガス流路104と、第2ガス流路105と、筐体106と、換気器107と、給気口109と、排気口110と、隔壁201と、連通口204と、を備える。
In the example shown in FIGS. 2 and 3, the
燃料電池ユニット103、第1ガス流路104、第2ガス流路105、筐体106、換気器107、給気口109及び排気口110については第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
Since the
隔壁201は、筐体106内を、燃料電池ユニット103を備える第1室202と第1ガス流路104及び排気口110を備える第2室203とに分割する。隔壁201は、筐体106内を第1室202と第2室203とに分割できれば、いかなる構成であっても構わない。かかる隔壁201により、第1室202と第2室203との間の換気ガスの流れを制御できる。
The
なお、筐体106の材料として、例えば、ステンレススチール等の金属材料等が例示される。これにより、隔壁201を用いて筐体106の剛性を高めることができる。
In addition, as a material of the housing | casing 106, metal materials, such as stainless steel, etc. are illustrated, for example. Accordingly, the rigidity of the
連通口204は、隔壁201に設けられ、第1室202と第2室203とを連通する。
The
連通口204は、第1室202と第2室203とを連通できれば、いかなる構成であっても構わない。かかる連通口204により、隔壁201の特定の場所から換気ガスを通過させることができる。連通口204として、例えば、単一の開口、又はパンチメタル等の微小なパンチング穴を含む開口等が例示される。
The
図2に示す例では、給気口109が、第1室202の側壁の上方に設けられ、換気器107が、第2室203の側壁の上方に設けられ、連通口204が、隔壁201の下方に設けられている。よって、換気ガスは、給気口109から第1室202に入り、燃料電池ユニット103の熱を回収する。その後、換気ガスは、連通口204を通過し、第2室203に入り、第1ガス流路104を流れる排ガスの熱を回収する。そして、換気ガスの少なくとも一部が、第2ガス流路105に流入する。
In the example shown in FIG. 2, the
図3に示す例では、給気口109が、第2室203の側壁の下方に設けられ、換気器107が、第1室202の側壁の上方に設けられ、連通口204が、隔壁201の上方に設けられている。よって、換気ガスは、給気口109から第2室203に入り、第1ガス流路104を流れる排ガスの熱を回収する。その後、換気ガスは、連通口204を通過し、第1室202に入り、燃料電池ユニット103の熱を回収する。そして、換気ガスの少なくとも一部が、第2ガス流路105に流入する。
In the example shown in FIG. 3, the
以上により、筐体106内を第1室202と第2室203に分割しない場合に比べ、熱容量が大きい発熱体である燃料電池ユニット103の熱を回収するための換気ガス経路を第1室202内に適切に形成し得る。また、第1ガス流路104を流れる排ガスの熱を回収するための換気ガス経路を第2室203内に適切に形成し得る。更に、換気ガスが通過する第1室202及び第2室203の順番を適宜、選択できる。よって、筐体内を第1室と第2室に分割しない場合に比べ、燃料電池ユニット103及び排ガスの熱を換気ガスにより効率的に回収し得る。
As described above, the
なお、上記の隔壁201は、例示であって、本例に限定されない。例えば、隔壁が、2以上の連通部を備えても構わない。
In addition, said
(実施例)
第2実施形態の実施例の燃料電池システムは、第2実施形態の燃料電池システムにおいて、換気ガスが、第1室の上方に溜まった熱気を取り込んだ後、第2ガス流路に流入するように構成されている。
(Example)
In the fuel cell system according to the example of the second embodiment, in the fuel cell system of the second embodiment, the ventilation gas flows into the second gas flow path after taking in hot air accumulated above the first chamber. It is configured.
燃料電池ユニットにより加熱された熱気は、第1室の上方に滞留する。そこで、換気ガスが、第1室の上方に溜まった熱気を取り込んだ後、第2ガス流路に流入することで、燃料電池ユニットの熱を換気ガスにより効率的に回収し得る。 The hot air heated by the fuel cell unit stays above the first chamber. Therefore, the ventilation gas takes in the hot air accumulated above the first chamber and then flows into the second gas flow path, whereby the heat of the fuel cell unit can be efficiently recovered by the ventilation gas.
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第2実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。 The fuel cell system of this example may be configured in the same manner as the fuel cell system of the second embodiment except for the above features.
[装置構成]
本実施例の燃料電池システム100の装置構成は、第2実施形態と同様である。
[Device configuration]
The apparatus configuration of the
図2に示す例では、換気ガスは、給気口109から第1室202に入り、燃料電池ユニット103の熱を回収する。このとき、燃料電池ユニット103により加熱された熱気は、第1室202の上方に滞留している。そして、本例では、給気口109を第1室202の側壁の上方に設けているので、換気ガスが、第1室202の上方に溜まった熱気を取り込み得る。その後、第2室203において、換気ガスの少なくとも一部が、第2ガス流路105に流入する。
In the example shown in FIG. 2, the ventilation gas enters the
図3に示す例では、換気ガスは、連通口204を通過し、第1室202に入る。このとき、燃料電池ユニット103により加熱された熱気は、第1室202の上方に滞留している。そして、本例では、連通口204を隔壁201の上方に設けているので、換気ガスが、第1室202の上方に溜まった熱気を取り込み得る。その後、換気ガスの少なくとも一部が、第2ガス流路105に流入する。
In the example shown in FIG. 3, the ventilation gas passes through the
以上により、換気ガスが、第1室202の上方に溜まった熱気を取り込んだ後、第2ガス流路105に流入することで、燃料電池ユニット103の熱を換気ガスにより効率的に回収し得る。
As described above, the ventilation gas takes in the hot air accumulated above the
(第3実施形態)
第3実施形態の燃料電池システムは、第2実施形態又は第2実施形態の実施例の燃料電池システムにおいて、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給器と、燃料電池ユニットに供給される原料が流れる第3ガス流路と、原料を供給する原料供給器と、を備え、酸素含有ガス供給器及び原料供給器の少なくとも一つは、第2室に設けられている。
(Third embodiment)
The fuel cell system according to the third embodiment is the fuel cell system according to the second embodiment or the example of the second embodiment, wherein an oxygen-containing gas supplier for supplying an oxygen-containing gas and a raw material supplied to the fuel cell unit are provided. A flowing third gas channel and a raw material supplier for supplying the raw material are provided, and at least one of the oxygen-containing gas supplier and the raw material supplier is provided in the second chamber.
かかる構成により、酸素含有ガス供給器及び原料供給器の少なくとも一つを、発熱体である燃料電池ユニットを収納する第1室から隔離できる。よって、酸素含有ガス供給器及び原料供給器を第1室に設ける場合に比べ、酸素含有ガス供給器及び原料供給器の少なくとも一方への熱負荷による性能低下を抑制できる。 With this configuration, at least one of the oxygen-containing gas supply device and the raw material supply device can be isolated from the first chamber that houses the fuel cell unit that is a heating element. Therefore, compared with the case where an oxygen-containing gas supply device and a raw material supply device are provided in the first chamber, it is possible to suppress performance degradation due to a thermal load on at least one of the oxygen-containing gas supply device and the raw material supply device.
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第2実施形態又は第2実施形態の実施例の燃料電池システムと同様に構成してもよい。 The fuel cell system according to the present embodiment may be configured in the same manner as the fuel cell system according to the second embodiment or the example of the second embodiment except for the above characteristics.
[装置構成]
図4は、第3実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
[Device configuration]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a fuel cell system according to the third embodiment.
図4に示す例では、本実施形態の燃料電池システム100は、燃料電池ユニット103と、第1ガス流路104と、第2ガス流路105と、筐体106と、換気器107と、給気口109と、排気口110と、隔壁201と、連通口204と、酸素含有ガス供給器401と、第3ガス流路402と、原料供給器403と、を備える。
In the example shown in FIG. 4, the
燃料電池ユニット103、第1ガス流路104、第2ガス流路105、筐体106、換気器107、給気口109、排気口110、隔壁201及び連通口204については第2実施形態と同様であるので説明を省略する。
The
酸素含有ガス供給器401は、酸素含有ガスを供給する。酸素含有ガス供給器401により、酸素含有ガスが燃料電池ユニット103に供給される。酸素含有ガス供給器401は、燃料電池ユニット103のカソードガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器であってもよい。また、燃料電池ユニット103内の改質器(図示せず)に改質反応に使用される空気を供給する空気供給器であってもよい。空気が使用される改質反応としては、部分酸化、オートサーマル等が例示される。また、酸素含有ガス供給器401は、燃料電池ユニット103内の燃焼器(図示せず)に燃焼用空気を供給する空気供給器であってもよい。
また、酸素含有ガス供給器401は、酸素含有ガスを供給できれば、いかなる構成であっても構わない。酸素含有ガス供給器401として、例えば、ポンプ又はファン等が例示される。ポンプとして、例えば、電磁誘導式のダイアフラムポンプ等が例示される。ファンとして、例えば、シロッコファン等が例示される。
The oxygen-containing
Further, the oxygen-containing
第3ガス流路402は、燃料電池ユニット103に供給される原料が流れる。原料は、上記のとおり、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス又はLPG等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む。原料は、原料供給源より供給される。原料供給源は、所定の供給圧を有しており、例えば、原料ボンベ、又は原料インフラ等が例示される。
In the third
原料供給器403は、原料を供給する。原料供給器403により、原料が燃料電池ユニット103に供給される。原料供給器403は、原料を供給できれば、いかなる構成であっても構わない。原料供給器403として、例えば、ポンプ等が例示される。ポンプとして、電磁誘導式のダイアフラムポンプ又はモーター式のベローズ型ポンプ等が例示される。
The
また、本実施形態では、酸素含有ガス供給器401及び原料供給器403は、第2室203に設けられている。具体的には、酸素含有ガス供給器401は、第2室203内の第2ガス流路105に配されており、原料供給器403は、第2室203内の第3ガス流路402に配されている。
In the present embodiment, the oxygen-containing
以上により、酸素含有ガス供給器401及び原料供給器403を、発熱体である燃料電池ユニット103を収納する第1室202から隔離できる。よって、酸素含有ガス供給器401及び原料供給器403を第1室202に設ける場合に比べ、酸素含有ガス供給器401及び原料供給器403への熱負荷による性能低下を抑制できる。
As described above, the oxygen-containing
なお、上記の酸素含有ガス供給器401及び原料供給器403の配置は例示であって、本例に限定されない。例えば、酸素含有ガス供給器401のみを第2室203に設けることでも、酸素含有ガス供給器401への熱負荷による性能低下を抑制できる。また、原料供給器403のみを第2室203に設けることでも、原料供給器403への熱負荷による性能低下を抑制できる。
In addition, arrangement | positioning of said oxygen containing
(第4実施形態)
第4実施形態の燃料電池システムは、第1実施形態、第2実施形態、第2実施形態の実施例及び第3実施形態のいずれかの燃料電池システムにおいて、第1ガス流路の排ガスから熱を回収する熱回収器を備え、熱回収器は、換気器を動作しているときに筐体内に生じる換気ガスの流れの上に配置されるとともに、熱回収器を通過した換気ガスの少なくとも一部が第2ガス流路に流入するように構成されている。
(Fourth embodiment)
The fuel cell system according to the fourth embodiment is the fuel cell system according to any one of the first embodiment, the second embodiment, the example of the second embodiment, and the fuel cell system according to the third embodiment. The heat recovery device is disposed on the flow of ventilation gas generated in the housing when the ventilator is operated, and at least one of the ventilation gas that has passed through the heat recovery device. The part is configured to flow into the second gas flow path.
かかる構成により、熱回収器を用いて第1ガス流路を流れる排ガスから換気ガスへの伝熱性能を向上する。よって、かかる熱回収器を用いない場合に比べ、第1ガス流路を流れる排ガスの熱を換気ガスにより効率的に回収し得る。 With this configuration, the heat transfer performance from the exhaust gas flowing through the first gas flow path to the ventilation gas using the heat recovery device is improved. Therefore, compared with the case where this heat recovery device is not used, the heat of the exhaust gas flowing through the first gas flow path can be efficiently recovered by the ventilation gas.
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第1実施形態、第2実施形態、第2実施形態の実施例及び第3実施形態のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。 The fuel cell system of the present embodiment may be configured in the same manner as the fuel cell system of any of the first embodiment, the second embodiment, the example of the second embodiment, and the third embodiment except for the above characteristics. Good.
[装置構成]
図5は、第4実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
[Device configuration]
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a fuel cell system according to the fourth embodiment.
図5に示す例では、本実施形態の燃料電池システム100は、燃料電池ユニット103と、第1ガス流路104と、第2ガス流路105と、筐体106と、換気器107と、給気口109と、排気口110と、熱回収器501と、を備える。
In the example shown in FIG. 5, the
燃料電池ユニット103、第1ガス流路104、第2ガス流路105、筐体106、換気器107、給気口109及び排気口110については第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
Since the
熱回収器501は、第1ガス流路104の排ガスから熱を回収する。また、熱回収器501は、換気器107を動作しているときに筐体106内に生じる換気ガスの流れ上に配置されている。そして、熱回収器501を通過した換気ガスの少なくとも一部が、第2ガス流路105に流入するように構成されている。具体的には、熱回収器501は、第1ガス流路104に設けられ、給気口109から流入した直後の換気ガスの一部が、筐体106の壁部に沿って上方に向かい、第1ガス流路104上の熱回収器501を通過する。
The
熱回収器501は、第1ガス流路104の排ガスから熱を回収できれば、いかなる構成であっても構わない。熱回収器501として、例えば、放熱器又は熱交換器等が例示される。放熱器として、例えば、金属製の冷却フィン等が例示される。熱交換器として、例えば、排ガスを1次側、換気ガスを2次側とするプレート式熱交換器等が例示される。
The
以上により、熱回収器501を用いて第1ガス流路104を流れる排ガスから換気ガスへの伝熱性能を向上する。よって、かかる熱回収器501を用いない場合に比べ、第1ガス流路104を流れる排ガスの熱を換気ガスにより効率的に回収し得る。
As described above, the heat transfer performance from the exhaust gas flowing through the first
(第5実施形態)
第4実施形態の燃料電池システムは、第1実施形態、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態及び第4実施形態のいずれかの燃料電池システムにおいて、換気器を動作しているときに筐体内に生じる換気ガスの流量は、燃料電池ユニットに供給される酸素含有ガスの流量よりも多い。
(Fifth embodiment)
The fuel cell system according to the fourth embodiment operates the ventilator in the fuel cell system according to any one of the first embodiment, the second embodiment, the example of the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment. In this case, the flow rate of the ventilation gas generated in the housing is larger than the flow rate of the oxygen-containing gas supplied to the fuel cell unit.
かかる構成により、酸素含有ガスよりも流量が多い換気ガスにより、第1ガス流路の排ガスの熱を回収できる。 With this configuration, the heat of the exhaust gas in the first gas flow path can be recovered with the ventilation gas having a higher flow rate than the oxygen-containing gas.
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第1実施形態、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態及び第4実施形態のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。 The fuel cell system of this embodiment is the same as the fuel cell system of any one of the first embodiment, the second embodiment, the example of the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, except for the above features. You may comprise.
[装置構成]
本実施形態の燃料電池システム100の装置構成は、第1実施形態、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態及び第4実施形態のいずれかと同様である。
[Device configuration]
The apparatus configuration of the
本実施形態では、換気器107を動作しているときに筐体106内に生じる換気ガスの流量は、燃料電池ユニット103に供給される酸素含有ガスの流量よりも多い。
In the present embodiment, the flow rate of the ventilation gas generated in the
かかる構成により、酸素含有ガスよりも流量が多い換気ガスにより、第1ガス流路104の排ガスの熱を回収できる。
With this configuration, the heat of the exhaust gas in the
本発明の一態様は、従来に比べ、燃料電池ユニットからの排ガスの熱を有効に利用し得る。よって、本発明の一態様は、例えば、燃料電池システム等に利用できる。 According to one embodiment of the present invention, heat of exhaust gas from a fuel cell unit can be used more effectively than in the past. Thus, one embodiment of the present invention can be used in, for example, a fuel cell system.
100 燃料電池システム
101 燃料電池
103 燃料電池ユニット
104 第1ガス流路
105 第2ガス流路
106 筐体
107 換気器
109 給気口
110 排気口
201 隔壁
202 第1室
203 第2室
204 連通口
401 酸素含有ガス供給器
402 第3ガス流路
403 原料供給器
501 熱回収器
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記燃料電池ユニットから排出される排ガスが流れる第1ガス流路と、
前記燃料電池ユニットに供給される酸素含有ガスが流れる第2ガス流路と、
前記燃料電池ユニットと前記第1ガス流路と第2ガス流路とを収納する筐体と、
前記筐体内を換気する換気器と、
前記筐体に設けられた給気口と、
前記筐体に設けられ、前記排ガスが排出する排気口と、を備え、
前記第1ガス流路が、前記換気器を動作しているときに前記筐体内に生じる換気ガスの流れ上に配置されるとともに、前記第1ガス流路を通過した前記換気ガスの少なくとも一部が前記第2ガス流路に流入するように構成されている燃料電池システム。 A fuel cell unit comprising a fuel cell;
A first gas flow path through which exhaust gas discharged from the fuel cell unit flows;
A second gas passage through which an oxygen-containing gas supplied to the fuel cell unit flows;
A housing that houses the fuel cell unit, the first gas flow path, and the second gas flow path;
A ventilator for ventilating the inside of the housing;
An air supply opening provided in the housing;
An exhaust port provided in the housing and from which the exhaust gas is discharged;
The first gas flow path is disposed on the flow of ventilation gas generated in the housing when the ventilator is operating, and at least a part of the ventilation gas that has passed through the first gas flow path Is a fuel cell system configured to flow into the second gas flow path.
前記隔壁に設けられ、前記第1室と前記第2室とを連通する連通口と、を備える請求項1に記載の燃料電池システム。 A partition that divides the inside of the housing into a first chamber including the fuel cell unit and a second chamber including the first gas flow path and the exhaust port;
2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising: a communication port provided in the partition wall and communicating with the first chamber and the second chamber.
前記燃料電池ユニットに供給される原料が流れる第3ガス流路と、
前記原料を供給する原料供給器と、を備え、
前記酸素含有ガス供給器及び前記原料供給器の少なくとも一つは、前記第2室に設けられている請求項2又は3に記載の燃料電池システム。 An oxygen-containing gas supplier for supplying the oxygen-containing gas;
A third gas flow path through which the raw material supplied to the fuel cell unit flows;
A raw material supplier for supplying the raw material,
The fuel cell system according to claim 2 or 3, wherein at least one of the oxygen-containing gas supply device and the raw material supply device is provided in the second chamber.
前記熱回収器は、前記換気ガスの流れ上に配置されるとともに、前記熱回収器を通過した換気ガスの少なくとも一部が前記第2ガス流路に流入するように構成されている、請求項1−4のいずれかに記載の燃料電池システム。 A heat recovery device for recovering heat from the exhaust gas of the first gas flow path;
The heat recovery unit is disposed on the flow of the ventilation gas, and is configured such that at least a part of the ventilation gas that has passed through the heat recovery unit flows into the second gas flow path. The fuel cell system according to any one of 1-4.
Priority Applications (1)
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2014
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