JP2016021337A - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016021337A JP2016021337A JP2014144917A JP2014144917A JP2016021337A JP 2016021337 A JP2016021337 A JP 2016021337A JP 2014144917 A JP2014144917 A JP 2014144917A JP 2014144917 A JP2014144917 A JP 2014144917A JP 2016021337 A JP2016021337 A JP 2016021337A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power generation
- generation module
- fuel cell
- space
- cell system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関し、特にカソード用空気を予熱する技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a technique for preheating cathode air.
従来の燃料電池システムでは、特許文献１などに示されているように、筐体内の上部に発電モジュールを収納し、下部に補機を収納している。
前記発電モジュールは、ケース内に少なくとも燃料電池スタックとオフガス燃焼部とを収納してなる。前記補機としては、前記発電モジュールにカソード用空気を供給するブロワなどを挙げることができる。
In a conventional fuel cell system, as shown in Patent Document 1 and the like, a power generation module is housed in the upper part of the housing, and an auxiliary machine is housed in the lower part.
The power generation module includes at least a fuel cell stack and an off-gas combustion unit in a case. Examples of the auxiliary machine include a blower for supplying cathode air to the power generation module.
また、特許文献１に記載の技術では、筐体の発電モジュール収納部を内壁と外壁との二重壁構造とすることにより、内壁と外壁との間を空気の流通空間としている。そして、ブロワが、前記流通空間から空気を吸引して、燃料電池スタックのカソードに空気を供給する構成としている。これにより、前記流通空間を流通する空気は、発電モジュールからの熱を受けて暖められる。ブロワが、この暖められた空気を吸引して、発電モジュール（燃料電池スタック）に供給することで、発電モジュールの発電効率の向上を図っている。 Moreover, in the technique described in Patent Document 1, the power generation module housing portion of the housing has a double wall structure of an inner wall and an outer wall, so that an air circulation space is formed between the inner wall and the outer wall. The blower sucks air from the circulation space and supplies the air to the cathode of the fuel cell stack. Thereby, the air which distribute | circulates the said distribution space receives the heat from a power generation module, and is warmed. The blower sucks the warmed air and supplies it to the power generation module (fuel cell stack), thereby improving the power generation efficiency of the power generation module.
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ブロワの吸引側に空気の受熱部がある構成のため、ブロワに高温の空気が流通することになり、ブロワの耐久性という点で問題があった。 However, the technique described in Patent Document 1 has a problem in terms of durability of the blower because high-temperature air circulates in the blower because of the configuration in which the heat receiving portion of the air is provided on the suction side of the blower.
本発明は、このような実状に鑑み、ブロワの耐久性を損なうことなく、発電モジュールに供給するカソード用空気を高温化して、発電効率向上を図ることを課題とする。 An object of the present invention is to improve the power generation efficiency by increasing the temperature of cathode air supplied to the power generation module without impairing the durability of the blower in view of such a situation.
本発明に係る燃料電池システムは、筐体と、前記筐体内に収納される発電モジュール及び補機とを含んで構成され、前記発電モジュールは、ケース内に少なくとも燃料電池スタックとオフガス燃焼部とを収納してなり、前記補機として、前記発電モジュールにカソード用空気を供給するブロワを備える。
本発明に係る燃料電池システムは、更に、前記筐体の内面と前記発電モジュールとの間に形成された空間部と、前記ブロワの吐出口と前記空間部とをつなぐ第１空気通路と、前記空間部と前記発電モジュールのカソード用空気取入口とをつなぐ第２空気通路と、を含んで構成される。
A fuel cell system according to the present invention includes a housing, a power generation module and an auxiliary device housed in the housing, and the power generation module includes at least a fuel cell stack and an off-gas combustion unit in the case. A blower for supplying cathode air to the power generation module is provided as the auxiliary machine.
The fuel cell system according to the present invention further includes a space formed between an inner surface of the casing and the power generation module, a first air passage connecting the discharge port of the blower and the space, And a second air passage that connects the space and the cathode air intake port of the power generation module.
本発明によれば、前記空間部は、発電モジュールから熱を受けて高温となる。従って、前記空間部を流通するカソード用空気は熱交換により暖められる。
ブロワの吐出空気は、前記空間部を経て、発電モジュール（燃料電池スタックのカソード）に供給される。従って、前記空間部にて暖められたカソード用空気を発電モジュールに供給することで、発電効率を向上させることができる。
その一方、ブロワは、受熱部の上流側に設けられているので、耐久性を向上させることができる。
According to this invention, the said space part receives heat from a power generation module, and becomes high temperature. Therefore, the cathode air flowing through the space is warmed by heat exchange.
The air discharged from the blower is supplied to the power generation module (the cathode of the fuel cell stack) through the space. Therefore, power generation efficiency can be improved by supplying the cathode air heated in the space to the power generation module.
On the other hand, since the blower is provided on the upstream side of the heat receiving portion, durability can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す燃料電池システム（特に固体酸化物形燃料電池システム）の概略構成図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system (in particular, a solid oxide fuel cell system) showing an embodiment of the present invention.
本実施形態の燃料電池システムの主要部である発電モジュール１は、ケース２内に、改質器３と、燃料電池スタック４（複数の燃料電池セル５の組立体）と、オフガス燃焼部６とを配置して構成される。 A power generation module 1 that is a main part of the fuel cell system of the present embodiment includes a reformer 3, a fuel cell stack 4 (an assembly of a plurality of fuel cells 5), an off-gas combustion unit 6, and a case 2. Arranged.
ケース２外には、燃料供給用のポンプ７、水供給用のポンプ８、カソード用空気供給用のブロワ９が設けられている。そして、ケース２外からケース２内へ、ポンプ７からの燃料の供給通路１０と、ポンプ８からの水の供給通路１１と、ブロワ９からのカソード用空気の供給通路１２とが設けられている。 Outside the case 2, a fuel supply pump 7, a water supply pump 8, and a cathode air supply blower 9 are provided. A fuel supply passage 10 from the pump 7, a water supply passage 11 from the pump 8, and a cathode air supply passage 12 from the blower 9 are provided from outside the case 2 into the case 2. .
改質器３は、容器内に改質触媒を充填して構成されており、外部からの燃料（水素生成用の燃料）及び水の供給通路１０、１１が接続されている。また、改質器３はその内部若しくはその前段に供給通路１１から供給される水を気化させる水気化部（図示せず）を備えている。従って、改質器３は、水を気化させて得た水蒸気の存在下で、燃料を水蒸気改質反応により改質し、水素リッチな改質ガスを生成する。尚、水蒸気改質反応に替えて、又はこれと併用して、部分酸化反応や自己熱改質反応などを用いるようにしてもよい。 The reformer 3 is configured by filling a reforming catalyst in a container, and is connected to external fuel (hydrogen generating fuel) and water supply passages 10 and 11. The reformer 3 includes a water vaporization unit (not shown) that vaporizes the water supplied from the supply passage 11 in the interior or the front stage thereof. Therefore, the reformer 3 reforms the fuel by a steam reforming reaction in the presence of water vapor obtained by vaporizing water to generate a hydrogen-rich reformed gas. A partial oxidation reaction, an autothermal reforming reaction, or the like may be used instead of or in combination with the steam reforming reaction.
燃料電池スタック４は、複数の固体酸化物形燃料電池セル５を直列（及び並列）に接続してなる組立体である。各セル５は固体酸化物電解質の両面にアノード（燃料極）及びカソード（酸化剤極）を積層してなり、アノードには改質器３出口からの改質ガスの供給通路１３により改質ガスが供給され、カソードには外部からの空気の供給通路１２により空気が供給される。 The fuel cell stack 4 is an assembly formed by connecting a plurality of solid oxide fuel cells 5 in series (and in parallel). Each cell 5 is formed by laminating an anode (fuel electrode) and a cathode (oxidant electrode) on both sides of a solid oxide electrolyte, and the reformed gas is supplied to the anode by a reformed gas supply passage 13 from the outlet of the reformer 3. And air is supplied to the cathode through an air supply passage 12 from the outside.
従って、燃料電池セル５の各々において、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。
カソード： １／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−（固体電解質） ・・・（１）
アノード： Ｏ２−（固体電解質）＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− ・・・（２）
Therefore, in each fuel cell 5, an electrode reaction of the following formula (1) occurs at the cathode, and an electrode reaction of the following formula (2) occurs at the anode to generate electric power.
Cathode: 1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (solid electrolyte) (1)
Anode: O 2− (solid electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e − (2)
オフガス燃焼部６は、ケース２内に設けられ、燃料電池スタック４での未反応の改質ガス（オフガス）を余剰の空気の存在下で燃焼させ、その燃焼熱により改質器３及び燃料電池スタック４を高温状態に維持する。従って、ケース２内は、燃料電池スタック４での発電及びオフガスの燃焼に起因して、例えば６００〜１０００℃程度の高温になる。ケース２内での燃焼によって生成された高温の排気ガスは排気通路（図示せず）によりシステム外に排出されるが、その廃熱は適宜熱利用される。 The off-gas combustion unit 6 is provided in the case 2 and burns unreacted reformed gas (off-gas) in the fuel cell stack 4 in the presence of excess air, and the combustion heat causes the reformer 3 and the fuel cell. The stack 4 is maintained at a high temperature. Therefore, the inside of the case 2 becomes a high temperature of, for example, about 600 to 1000 ° C. due to power generation in the fuel cell stack 4 and combustion of off-gas. High-temperature exhaust gas generated by combustion in the case 2 is discharged outside the system through an exhaust passage (not shown), but the waste heat is appropriately used as heat.
燃料電池システムの制御装置１４は、マイクロコンピュータを含む制御ユニットを主体として構成され、ポンプ７、８、及びブロワ９による燃料、水、カソード用空気の供給量を制御すると共に、燃料電池スタック４の出力側に設けられるパワーコンディショナー（図示せず）を介して、燃料電池スタック４からの電流掃引を制御し、これらによって発電電力を制御する。 The control device 14 of the fuel cell system is mainly composed of a control unit including a microcomputer, and controls the supply amount of fuel, water, and cathode air by the pumps 7 and 8 and the blower 9, and also controls the fuel cell stack 4. A current sweep from the fuel cell stack 4 is controlled via a power conditioner (not shown) provided on the output side, and generated power is controlled by these.
上記の燃料電池システム、すなわち、発電モジュール１、補機（ポンプ７、８及びブロワ９）及び制御装置１４は、全て、筐体内に収納される。 The fuel cell system, that is, the power generation module 1, the auxiliary machines (pumps 7, 8 and the blower 9), and the control device 14 are all housed in a housing.
図２は燃料電池システムの第１のレイアウト例を示す図である。
筐体２０は、縦長の直方体形状で、その中の上部に発電モジュール１を収納し、下部に補機（ポンプ７、８、及びブロワ９）及び制御装置１４を収納する。但し、図２では、補機として、カソード用空気供給用のブロワ９のみを示している。
FIG. 2 is a diagram showing a first layout example of the fuel cell system.
The casing 20 has a vertically long rectangular parallelepiped shape, and the power generation module 1 is accommodated in the upper part thereof, and the auxiliary machines (pumps 7 and 8 and the blower 9) and the control device 14 are accommodated in the lower part. However, in FIG. 2, only the blower 9 for supplying cathode air is shown as an auxiliary machine.
ここにおいて、筐体２０の天板２０ａと発電モジュール１のケース２の上面２ａとの間に、仕切板２１が配置される。
仕切板２１は、筐体２０に取付けられて、天板２０ａと平行に配置され、天板２０ａとの間に空間部２２を形成する。仕切板２１は、また、発電モジュール１のケース２の上面２ａに対しても平行に近接配置され、発電モジュール１から輻射熱を受ける。
Here, the partition plate 21 is disposed between the top plate 20 a of the housing 20 and the upper surface 2 a of the case 2 of the power generation module 1.
The partition plate 21 is attached to the housing 20 and is disposed in parallel with the top plate 20a, and forms a space 22 between the partition plate 21 and the top plate 20a. The partition plate 21 is also disposed close to and parallel to the upper surface 2 a of the case 2 of the power generation module 1 and receives radiant heat from the power generation module 1.
一方、筐体２０内の下部（補機室）に配置されるブロワ９は、吸入口９ａにより、筐体２０外の空気を吸入する。
本例では、筐体２０は外部空気取入用の換気口２３を有し、ブロワ９は、筐体２０に設けられた換気口２３を介して、筐体２０外の空気を吸入する。この換気口２３は、ブロワ９の吸入口９ａ近傍に設置される。
又は、ブロワ９の吸入口９ａに接続した配管を筐体２０を貫通させて筐体２０外に開口する、或いは、ブロワ９の吸入口９ａを換気口２３に接続することにより、筐体２０外の空気を直接的に吸入するようにしてもよい。
On the other hand, the blower 9 arranged in the lower part (auxiliary machine room) in the housing 20 sucks air outside the housing 20 through the suction port 9a.
In this example, the housing 20 has a ventilation port 23 for taking in external air, and the blower 9 sucks air outside the housing 20 through the ventilation port 23 provided in the housing 20. The ventilation port 23 is installed in the vicinity of the suction port 9 a of the blower 9.
Alternatively, a pipe connected to the suction port 9 a of the blower 9 is opened outside the housing 20 through the housing 20, or by connecting the suction port 9 a of the blower 9 to the ventilation port 23, The air may be directly inhaled.
尚、外部空気取入用の換気口２３とブロワ９の吸入口９ａとが連結していない場合、換気口２３の設置高さは、吸入口９ａと同じ、または吸入口９ａより下方であることが好ましい。また、換気口２３は、吸入口９ａと対向する面に向けて配置することが好ましい。筐体２０内の空気より比較的低温な筐体２０外の空気をブロワ９に取込みやすくするためである。 In addition, when the ventilation port 23 for taking in external air and the suction port 9a of the blower 9 are not connected, the installation height of the ventilation port 23 is the same as or lower than the suction port 9a. Is preferred. Moreover, it is preferable to arrange the ventilation port 23 toward the surface facing the suction port 9a. This is because air outside the housing 20 that is relatively cooler than the air inside the housing 20 can be easily taken into the blower 9.
ブロワ９の吐出口９ｂには、第１空気通路２４が接続されている。第１空気通路２４は、筐体２０の天板２０ａと仕切板２１との間の空間部２２の一端側に接続されている。
前記空間部２２の他端側には、第２空気通路２５が接続されている。第２空気通路２５は、発電モジュール１のカソード用空気取入口２６に接続されている。
A first air passage 24 is connected to the discharge port 9 b of the blower 9. The first air passage 24 is connected to one end side of the space 22 between the top plate 20 a of the housing 20 and the partition plate 21.
A second air passage 25 is connected to the other end side of the space portion 22. The second air passage 25 is connected to the cathode air intake 26 of the power generation module 1.
上記の構成においては、発電モジュール１上方の仕切板２１は、発電モジュール１からの輻射熱を受けて高温となる。また、筐体２０の天板２０ａは一般的に太陽光に曝されることが多く、太陽からの輻射熱を受けて高温となる。従って、これらの間の空間部２２を流通するカソード用空気は熱交換により暖められる。 In the above configuration, the partition plate 21 above the power generation module 1 receives the radiant heat from the power generation module 1 and becomes high temperature. Moreover, the top plate 20a of the housing 20 is generally often exposed to sunlight, and is heated to receive radiant heat from the sun. Therefore, the cathode air flowing through the space 22 between them is warmed by heat exchange.
ブロワ９は、筐体２０外の空気を吸入し、吐出空気は、第１空気通路２４、空間部２２、第２空気通路２５を経て、発電モジュール１のカソード用空気取入口２６に供給される。従って、前記空間部２２にて暖められたカソード用空気を発電モジュール１（燃料電池スタックのカソード）に供給することで、発電効率を向上させることができる。 The blower 9 sucks air outside the housing 20, and the discharged air is supplied to the cathode air intake 26 of the power generation module 1 through the first air passage 24, the space 22, and the second air passage 25. . Therefore, the power generation efficiency can be improved by supplying the cathode air heated in the space 22 to the power generation module 1 (the cathode of the fuel cell stack).
上記のように、発電モジュール１のケース上面２ａからの輻射熱のみならず、筐体２０の天板２０ａを通じて得られる太陽からの輻射熱を、カソード用空気の予熱に有効に利用できるため、カソード用空気の受熱量が大きくなる。その結果として、発電モジュール１の低温化をより効果的に抑制できるため、発電効率がより向上する。 As described above, not only the radiant heat from the case upper surface 2a of the power generation module 1 but also the radiant heat from the sun obtained through the top plate 20a of the housing 20 can be effectively used for preheating the cathode air. The amount of heat received increases. As a result, since the temperature reduction of the power generation module 1 can be more effectively suppressed, the power generation efficiency is further improved.
また、筐体２０の天板２０ａは太陽からの輻射熱を受けて高温となるが、空間部２２を流れるカソード用空気との熱交換により冷却されるので、天板２０ａの高温化を回避できる。このため、筐体２０の設置場所の制約を緩和することができる。 Moreover, although the top plate 20a of the housing 20 receives a radiant heat from the sun and becomes a high temperature, it is cooled by heat exchange with the cathode air flowing through the space portion 22, so that the high temperature of the top plate 20a can be avoided. For this reason, restrictions on the installation location of the housing 20 can be relaxed.
その一方、ブロワ９は、受熱部である空間部２２の上流側に設けられているので、耐久性を向上させることができる。これにより、ブロア９の冷却機構が不要となる他、低コストなブロア９を使用できる等の利点もある。 On the other hand, since the blower 9 is provided on the upstream side of the space portion 22 that is a heat receiving portion, durability can be improved. Accordingly, there is an advantage that a cooling mechanism for the blower 9 is not required and a low-cost blower 9 can be used.
また、本例では、第１空気通路２４と第２空気通路２５は、空間部２２の一端側と他端側とに接続されるため、空間部２２の全域で熱交換を行わせることができ、熱交換効率を向上させることができる。 In this example, since the first air passage 24 and the second air passage 25 are connected to one end side and the other end side of the space portion 22, heat exchange can be performed over the entire space portion 22. The heat exchange efficiency can be improved.
また、本例では、筐体２０は外部空気取入用の換気口２３を有し、この換気口２３は、下部に配置されるブロア９の吸入口９ａ近傍に設置される構成のため、ブロア９は、筐体２０内又は筐体２０外の、比較的低温の空気を確実に吸入することができる。 Further, in this example, the housing 20 has a ventilation port 23 for taking in external air, and this ventilation port 23 is installed in the vicinity of the suction port 9a of the blower 9 disposed in the lower portion, so that the blower 9 can reliably suck relatively low-temperature air inside or outside the housing 20.
また、本例では、仕切板２１は筐体２０に一体的に取付けられるため、発電モジュール１の収納時などに、作業性を悪化させることはない。 Moreover, in this example, since the partition plate 21 is integrally attached to the housing | casing 20, workability | operativity is not deteriorated at the time of accommodation of the power generation module 1, etc.
図３は燃料電池システムの第２のレイアウト例を示す図であり、異なる部分について説明する。
本例では、筐体２０の側面で、仕切板２１より少し低い位置に、内部空気排出用の換気口２８が設けられている。具体的には、内部空気排出用の換気口２８は、排気ファンを備えていてもよいし、強制排気管に接続されていてもよい。
この換気口２８は、前記空間部２２への第１空気通路２４の接続位置の側と第２空気通路２５の接続位置の側とのうち、第１空気通路２４の接続位置の側に設けられる。
FIG. 3 is a diagram showing a second layout example of the fuel cell system, and different parts will be described.
In this example, a ventilation port 28 for exhausting internal air is provided on the side surface of the housing 20 at a position slightly lower than the partition plate 21. Specifically, the ventilation port 28 for exhausting internal air may include an exhaust fan or may be connected to a forced exhaust pipe.
The ventilation port 28 is provided on the connection position side of the first air passage 24 among the connection position side of the first air passage 24 to the space 22 and the connection position side of the second air passage 25. .
仕切板２１上方の空間部２２では、第１空気通路２４の接続位置の側から、第２空気通路２５の接続位置の側へ、すなわち図で右方へ、カソード用空気が流れる。
これに対し、仕切板２１の下方では、外部空気取入用の換気口２３から取入れられた空気が、仕切板２１に沿って、第２空気通路２５の接続位置の側から、第１空気通路２４の接続位置の側へ、すなわち図３に示すレイアウト例においては右方から左方へ流れ、換気口２８より排出される。
In the space 22 above the partition plate 21, cathode air flows from the connection position side of the first air passage 24 to the connection position side of the second air passage 25, that is, to the right in the drawing.
On the other hand, below the partition plate 21, the air taken in from the ventilation port 23 for taking in external air flows along the partition plate 21 from the connection position side of the second air passage 25 to the first air passage. 24 flows from the right side to the left side in the layout example shown in FIG.
このようなレイアウトとすることで、空間部２２を流れる低温のカソード用空気と、換気口２８へ向かう高温の空気との間で、仕切板２１を介して熱交換を行わせ、カソード用空気の高温化を図ることができる。 By adopting such a layout, heat exchange is performed between the low-temperature cathode air flowing through the space 22 and the high-temperature air toward the ventilation port 28 via the partition plate 21, and the cathode air High temperature can be achieved.
尚、換気口２８へ向かう高温の空気と空間部２２を流れるカソード用空気とが対向流で流れやすくするために、好ましくは、外部空気取入用の換気口２３は、第２空気通路２５が接続される側に設けるとよい。これにより、換気口２８へ向かう高温の空気とカソード用空気とが対向流となる距離を長く確保することができる。 In order to facilitate the flow of the high-temperature air toward the ventilation port 28 and the cathode air flowing through the space portion 22 in a counterflow, the external air intake ventilation port 23 preferably has the second air passage 25. It may be provided on the connected side. As a result, a long distance can be ensured in which the high-temperature air toward the ventilation port 28 and the cathode air are opposed to each other.
また、より好ましくは、図３に示すレイアウト例のように、外部空気取入用の換気口２３を、第２空気通路２５が接続される側の筐体２０下部に設けるとよい。外部空気取入用の換気口２３から筐体２０内に取込まれた空気が、筐体２０下部に収納された補機の発熱によって温められながら筐体２０内を上昇する。そして、補機の発熱によって温められた空気は、発電モジュール１からの輻射熱を受けて更に高温になる。これにより、発電モジュール１からの輻射熱を受けて更に高温になった空気と、カソード用空気とを対向流で熱交換させることができる。 More preferably, as in the layout example shown in FIG. 3, a ventilation port 23 for taking in external air may be provided in the lower part of the casing 20 on the side to which the second air passage 25 is connected. The air taken into the housing 20 from the ventilation opening 23 for taking in external air rises in the housing 20 while being warmed by the heat generated by the auxiliary equipment housed in the lower portion of the housing 20. Then, the air heated by the heat generated by the auxiliary machine receives the radiant heat from the power generation module 1 and becomes higher in temperature. As a result, it is possible to exchange heat between the air that has been heated to a higher temperature by receiving the radiant heat from the power generation module 1 and the cathode air in a counterflow.
図４は燃料電池システムの第３のレイアウト例を示す図であり、異なる部分について説明する。
本例では、発電モジュール１のケース２の外面のうち相対的に高温となる上面２ａ上に、扁平で中空の箱形容器３１を設置し、箱形容器３１により空間部３２を形成してある。
FIG. 4 is a diagram showing a third layout example of the fuel cell system, and different parts will be described.
In this example, a flat and hollow box-shaped container 31 is installed on the upper surface 2 a that is relatively high in the outer surface of the case 2 of the power generation module 1, and the space portion 32 is formed by the box-shaped container 31. .
そして、ブロア９の吐出口９ｂと箱形容器３１の一端部とをつなぐ第１通路２４と、箱形容器３１の他端部と発電モジュール１のカソード用空気取入口２６とをつなぐ第２通路２５とを設けている。 And the 1st channel | path 24 which connects the discharge port 9b of the blower 9 and the one end part of the box-shaped container 31 and the 2nd channel | path which connects the other end part of the box-shaped container 31 and the cathode air intake 26 of the electric power generation module 1 25.
上記の構成においては、箱形容器３１の壁面は、発電モジュール１からの熱を受けて高温となり、箱形容器３１内の空間部３２を流通するカソード用空気は、箱形容器３１の壁部との熱交換、及び輻射による伝熱により暖められる。従って、カソード用空気に対する予熱効果を得ることができ、発電効率を向上させることができる。 In the above configuration, the wall surface of the box-shaped container 31 is heated by receiving heat from the power generation module 1, and the cathode air flowing through the space 32 in the box-shaped container 31 is the wall portion of the box-shaped container 31. It is warmed by heat exchange with and heat transfer by radiation. Therefore, a preheating effect on the cathode air can be obtained, and power generation efficiency can be improved.
その一方、ブロワ９は、受熱部である空間部３２の上流側に設けられているので、耐久性の向上等を図ることができる。
また、筐体２０の天板２０ａについては、発電モジュール１からの熱を空間部３２により遮断できるので、高温化を防止できる。
On the other hand, since the blower 9 is provided on the upstream side of the space portion 32 that is a heat receiving portion, it is possible to improve durability and the like.
Moreover, about the top plate 20a of the housing | casing 20, since the heat from the electric power generation module 1 can be interrupted | blocked by the space part 32, high temperature can be prevented.
特に本例によれば、箱形容器３１を用いて空間部３２を形成するため、組立性が向上する。尚、ここでは容器３１は箱形としたが、発電モジュール１との接触面を大きくとれれば、これに限るものではない。 In particular, according to this example, the space portion 32 is formed by using the box-shaped container 31, so that the assemblability is improved. In addition, although the container 31 was box-shaped here, if the contact surface with the electric power generation module 1 can be taken large, it will not restrict to this.
また、本例では、箱形容器３１を用いて空間部３２を形成するため、ブロワ９の下流側の高気密性を簡便に保つことができる。これにより、発電モジュール１に、必要量のカソード用空気を確実に供給することができる。 Moreover, in this example, since the space part 32 is formed using the box-shaped container 31, the high airtightness of the downstream side of the blower 9 can be kept simple. Thereby, the required amount of cathode air can be reliably supplied to the power generation module 1.
図５は燃料電池システムの第４のレイアウト例を示す図であり、異なる部分について説明する。
本例では、発電モジュール１のケース２の側面２ｂに接するように、扁平で中空の箱形容器４１を設置し、箱形容器４１により空間部４２を形成してある。
FIG. 5 is a diagram showing a fourth layout example of the fuel cell system, and different parts will be described.
In this example, a flat and hollow box-shaped container 41 is installed so as to contact the side surface 2 b of the case 2 of the power generation module 1, and the space part 42 is formed by the box-shaped container 41.
そして、ブロア９の吐出口９ｂと箱形容器４１の一端部とをつなぐ第１通路２４と、箱形容器４１の他端部と発電モジュール１のカソード用空気取入口２６とをつなぐ第２通路２５とを設けている。 And the 1st channel | path 24 which connects the discharge port 9b of the blower 9 and the one end part of the box-shaped container 41, and the 2nd channel | path which connects the other end part of the box-shaped container 41, and the cathode air intake 26 of the electric power generation module 1 25.
特に本例によれば、発電モジュール１のケース２の上面２ａに比べ、ケース２の側面２ｂの方が、面積が大きい場合に、熱交換のための伝熱面積を大きくとることができ、予熱効果を大きくすることができる。 In particular, according to this example, when the area of the side surface 2b of the case 2 is larger than that of the upper surface 2a of the case 2 of the power generation module 1, the heat transfer area for heat exchange can be increased. The effect can be increased.
また、本例では、発電モジュール１のケース２の側面２ｂに接するように、扁平で中空の箱形容器４１を設置し、箱形容器４１により空間部４２を形成した形態を示したが、筐体２０の側面板と発電モジュール１のケース２の側面２ｂとの間に、図２や図３に示したような仕切板２１を備えることにより、空間部４２を形成してもよい。 In this example, a flat and hollow box-shaped container 41 is installed so as to be in contact with the side surface 2b of the case 2 of the power generation module 1, and the space part 42 is formed by the box-shaped container 41. The space portion 42 may be formed by providing the partition plate 21 as shown in FIGS. 2 and 3 between the side plate of the body 20 and the side surface 2b of the case 2 of the power generation module 1.
図６は図４又は図５のレイアウト例において使用する箱形容器３１、４１の斜視図、図７は図６のＡ−Ａ断面図である。
これらの図に示されるように、箱形容器３１、４１には、発電モジュール１との接合面側から箱形容器３１、４１内に突出する伝熱促進部材（フィン）４５を設けるとよい。
6 is a perspective view of the box-shaped containers 31 and 41 used in the layout example of FIG. 4 or FIG. 5, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
As shown in these drawings, the box-shaped containers 31 and 41 may be provided with heat transfer promotion members (fins) 45 that protrude into the box-shaped containers 31 and 41 from the joint surface side with the power generation module 1.
伝熱促進部材（フィン）４５は、発電モジュール１のケース２の上面２ａ又は側面２ｂの熱を空間部３２、４２内を流れるカソード用空気に、より効率良く、伝えることができる。
伝熱促進部材（フィン）４５は、また、カソード用空気の流通方向に沿って設けることで、流通の妨げとなるのを抑制できる。
The heat transfer promoting member (fin) 45 can more efficiently transfer the heat of the upper surface 2 a or the side surface 2 b of the case 2 of the power generation module 1 to the cathode air flowing in the space portions 32 and 42.
The heat transfer promotion member (fin) 45 can also be provided along the flow direction of the cathode air, thereby preventing the flow from being hindered.
本例では、箱形容器３１、４１の内部側に伝熱促進部材（フィン）４５を設ける形態を示したが、筐体２０と仕切板２１によって空間部３２を形成する形態（図２及び図３）において、空間部３２の内部側に伝熱促進部材（フィン）４５を設けてもよい。このとき、伝熱促進部材（フィン）４５は、より発電モジュール１に近い仕切板２１側に設けると、より好ましい。 In this example, the form in which the heat transfer promotion member (fin) 45 is provided on the inner side of the box-shaped containers 31 and 41 is shown, but the form in which the space portion 32 is formed by the housing 20 and the partition plate 21 (FIGS. 2 and In 3), a heat transfer promoting member (fin) 45 may be provided on the inner side of the space portion 32. At this time, it is more preferable that the heat transfer promotion member (fin) 45 is provided on the side of the partition plate 21 closer to the power generation module 1.
図８は燃料電池システムの第５のレイアウト例を示す図であり、異なる部分について説明する。
本例では、筐体２０内に、筐体２０内の上部に収納される発電モジュール１のケース２の底面２ｃに沿う仕切板５１を設け、筐体２０内の上部空間を密閉している。
これにより、発電モジュール１のケース２の外面のうち高温側の面である上面２ａ及び側面２ｂと、これらを囲む筐体２０の内面との間に、空間部５２を形成している。
FIG. 8 is a diagram showing a fifth layout example of the fuel cell system, and different parts will be described.
In this example, a partition plate 51 is provided in the housing 20 along the bottom surface 2c of the case 2 of the power generation module 1 housed in the upper portion of the housing 20, and the upper space in the housing 20 is sealed.
Thereby, the space part 52 is formed between the upper surface 2a and the side surface 2b, which are the surfaces on the high temperature side, of the outer surface of the case 2 of the power generation module 1, and the inner surface of the casing 20 surrounding them.
そして、ブロア９の吐出口９ｂと空間部５２の一端部とをつなぐ第１通路２４と、空間部５２の他端部と発電モジュール１のカソード用空気取入口２６とをつなぐ第２通路２５とを設けている。 And the 1st channel | path 24 which connects the discharge port 9b of the blower 9 and the one end part of the space part 52, the 2nd channel | path 25 which connects the other end part of the space part 52, and the cathode air intake 26 of the electric power generation module 1; Is provided.
特に本例によれば、熱交換のための伝熱面積を広くとることができるため、予熱効果を大きくすることができる。また、筐体２０の天板２０ａ部のみならず、側板２０ｂ部についても高温化を抑制できる。 In particular, according to this example, since the heat transfer area for heat exchange can be widened, the preheating effect can be increased. Further, not only the top plate 20a portion of the housing 20 but also the side plate 20b portion can be prevented from being heated.
尚、上記の実施形態では、燃料電池スタック４のアノードには、改質器２により生成される水素リッチな改質ガスを供給したが、純水素を供給可能な場合は、改質器２を省略することができる。また、改質器２に代えて、オフガス燃焼熱を利用して水素を分離する脱水素反応器を配置し、外部からの燃料として有機ハイドライドを供給する形態においても、上記の実施形態の効果を得ることができる。 In the above embodiment, the hydrogen-rich reformed gas generated by the reformer 2 is supplied to the anode of the fuel cell stack 4, but when the pure hydrogen can be supplied, the reformer 2 is used. Can be omitted. Also, in place of the reformer 2, a dehydrogenation reactor that separates hydrogen using off-gas combustion heat is disposed, and the effect of the above-described embodiment can be obtained even in a form in which organic hydride is supplied as fuel from the outside. Can be obtained.
また、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、特許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。 The illustrated embodiments are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to those directly described by the described embodiments, and various improvements and modifications made by those skilled in the art within the scope of the claims. Needless to say, it encompasses changes.
１ 発電モジュール
２ ケース
２ａ ケース上面
２ｂ ケース側面
２ｃ ケース底面
３ 改質器
４ 燃料電池スタック
５ 燃料電池セル
６ オフガス燃焼部
７ 燃料供給用のポンプ
８ 水供給用のポンプ
９ 空気供給用のブロワ
９ａ 吸入口
９ｂ 吐出口
１０ 燃料の供給通路
１１ 水の供給通路
１２ 空気の供給通路
１３ 改質ガスの供給通路
１４ 制御装置
２０ 筐体
２０ａ 天板
２０ｂ 側板
２１ 仕切板
２２ 空間部
２３ 外部空気取入用の換気口
２４ 第１空気通路
２５ 第２空気通路
２６ カソード用空気取入口
２８ 内部空気排出用の換気口
３１ 箱形容器
３２ 空間部
４１ 箱形容器
４２ 空間部
４５ 伝熱促進部材（フィン）
５１ 仕切板
５２ 空間部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generation module 2 Case 2a Case upper surface 2b Case side surface 2c Case bottom surface 3 Reformer 4 Fuel cell stack 5 Fuel cell 6 Off-gas combustion part 7 Fuel supply pump 8 Water supply pump 9 Air supply blower 9a Suction Port 9b Discharge port 10 Fuel supply passage 11 Water supply passage 12 Air supply passage 13 Reformed gas supply passage 14 Control device 20 Housing 20a Top plate 20b Side plate 21 Partition plate 22 Space 23 For external air intake Ventilation port 24 First air passage 25 Second air passage 26 Cathode air inlet 28 Ventilation port 31 for exhausting internal air Box-shaped container 32 Space part 41 Box-shaped container 42 Space part 45 Heat transfer promoting member (fin)
51 Partition plate 52 Space
Claims (9)
前記発電モジュールは、ケース内に少なくとも燃料電池スタックとオフガス燃焼部とを収納してなり、
前記補機として、前記発電モジュールにカソード用空気を供給するブロワを備える、燃料電池システムであって、
前記筐体の内面と前記発電モジュールとの間に形成された空間部と、
前記ブロワの吐出口と前記空間部とをつなぐ第１空気通路と、
前記空間部と前記発電モジュールのカソード用空気取入口とをつなぐ第２空気通路と、
を更に含んで構成される、燃料電池システム。 A housing, and a power generation module and an auxiliary machine housed in the housing.
The power generation module includes at least a fuel cell stack and an off-gas combustion unit in a case,
A fuel cell system comprising a blower for supplying cathode air to the power generation module as the auxiliary machine,
A space formed between the inner surface of the housing and the power generation module;
A first air passage connecting the discharge port of the blower and the space;
A second air passage connecting the space and the cathode air intake of the power generation module;
A fuel cell system further comprising:
前記空間部は、前記筐体の内面と前記仕切板との間に形成されることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の燃料電池システム。 A partition plate disposed between the outer surface of the case of the power generation module and the inner surface of the housing on the outside thereof;
The fuel cell system according to claim 1, wherein the space is formed between an inner surface of the casing and the partition plate.
前記空間部は、前記筐体の天板と前記仕切板との間に形成されることを特徴とする、請求項３記載の燃料電池システム。 The partition plate is provided between a top plate of the housing and a case upper surface of the power generation module,
The fuel cell system according to claim 3, wherein the space portion is formed between a top plate of the housing and the partition plate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014144917A JP2016021337A (en) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014144917A JP2016021337A (en) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | Fuel cell system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016021337A true JP2016021337A (en) | 2016-02-04 |
Family
ID=55266076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014144917A Pending JP2016021337A (en) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | Fuel cell system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2016021337A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019066207A1 (en) * | 2017-09-28 | 2019-04-04 | 주식회사 경동나비엔 | Dual-structured fuel cell box and fuel cell system using same |
-
2014
- 2014-07-15 JP JP2014144917A patent/JP2016021337A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019066207A1 (en) * | 2017-09-28 | 2019-04-04 | 주식회사 경동나비엔 | Dual-structured fuel cell box and fuel cell system using same |
| KR20190036996A (en) * | 2017-09-28 | 2019-04-05 | 주식회사 경동나비엔 | Dual structure fuel cell box and fuel cell system using thereof |
| KR102209710B1 (en) * | 2017-09-28 | 2021-01-29 | 주식회사 경동나비엔 | Dual structure fuel cell box and fuel cell system using thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5318506B2 (en) | Fuel cell system | |
| US20110250513A1 (en) | Fuel cell | |
| US9620793B2 (en) | Hybrid system | |
| JP6068202B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP4932265B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2016171005A (en) | Fuel cell system | |
| JP2008218360A (en) | Fuel cell power generation system | |
| US9444114B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP5381238B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2016021337A (en) | Fuel cell system | |
| JP2002008687A (en) | Fuel cell power generator | |
| JP6400524B2 (en) | Fuel cell cogeneration system | |
| JP5305688B2 (en) | Fuel cell device | |
| KR101692386B1 (en) | U Shaped Reformer Integrated Combustor for Fuel Cell | |
| JP6215744B2 (en) | Heat exchanger and fuel cell system | |
| JP6192868B1 (en) | Fuel cell system | |
| JP2011029117A (en) | Fuel cell device | |
| JP2016103350A (en) | Fuel cell module | |
| JP7055034B2 (en) | Fuel cell power generation equipment | |
| JP6472588B1 (en) | Fuel cell device | |
| JP2008021438A (en) | Gas supply header for fuel cell, and fuel cell power generation system | |
| JP6750246B2 (en) | Fuel cell module | |
| JP5305705B2 (en) | Fuel cell device | |
| JP2022055702A (en) | Fuel cell system | |
| JP2022082273A (en) | Power generation hot water supply system |