JP2017016940A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To approximately evenly raise temperatures of a plurality of fuel cells.SOLUTION: A fuel cell system 1 includes: a housing 21 whose inner surface 211 is formed from thermal insulation material; and a lining part 27 that is formed from thermal conduction material whose thermal conductivity is higher than that of the thermal insulation material. The lining part 27, while being apart from the housing 21's inner surface 211, covers the inner surface 211 and houses a plurality of fuel cells 23 in an inner space 272. At the time of start operation of the fuel cell system 1, a heating gas, a fluid for heating, is supplied to a gap space 212 between the housing 21 and the lining part 27; radiation from the lining part 27 heats the plurality of fuel cells 23. Thereby, temperature rise rate differences caused by positions of the plurality of fuel cells 23 in the inner space 272 are suppressed, making it possible to approximately evenly raise temperatures of the plurality of fuel cells 23.SELECTED DRAWING: Figure 1

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.

従来より、燃料電池を利用して発電を行う様々な燃料電池システムが提案されている。例えば、特許文献1の燃料電池モジュールでは、改質ガスを用いて発電を行うセルスタック等を取り囲むように断熱材が設けられ、当該セルスタックおよび断熱材が筐体に収容される。当該燃料電池モジュールでは、筐体と断熱材との間の空間に空気を流通させることにより、当該空間に漏洩した漏洩ガスが空気と共に筐体外へと排気される。   Conventionally, various fuel cell systems that generate power using fuel cells have been proposed. For example, in the fuel cell module of Patent Document 1, a heat insulating material is provided so as to surround a cell stack that generates power using reformed gas, and the cell stack and the heat insulating material are accommodated in a casing. In the fuel cell module, by flowing air through the space between the housing and the heat insulating material, the leaked gas leaking into the space is exhausted out of the housing together with the air.

特許文献2の燃料電池装置では、複数の燃料電池セルが収納される燃料電池モジュール収納室の外装ケースが、内壁と外壁とからなる二重壁構造である。当該燃料電池装置では、内壁と外壁との間に酸素含有ガスを流通させることにより、当該酸素含有ガスが暖められる。そして、暖められた酸素含有ガスが燃料電池モジュールに供給されることにより、燃料電池モジュールの発電効率が向上される。   In the fuel cell device of Patent Document 2, the outer case of the fuel cell module storage chamber in which a plurality of fuel cells are stored has a double wall structure including an inner wall and an outer wall. In the fuel cell device, the oxygen-containing gas is warmed by circulating the oxygen-containing gas between the inner wall and the outer wall. The warmed oxygen-containing gas is supplied to the fuel cell module, so that the power generation efficiency of the fuel cell module is improved.

一方、特許文献3の固体酸化物形燃料電池モジュールでは、断熱性筐体内において、板状スタックの一方の主面に改質器を対向させ、他方の主面に水蒸気発生器を対向させる。そして、固体酸化物形燃料電池モジュールの起動運転の際に、板状スタックの側方に配置された加熱装置から、板状スタックの両主面に沿って加熱ガスが送出される。これにより、板状スタックを片面側から加熱する場合に比べて、板状スタックの温度分布の差が小さくなる。   On the other hand, in the solid oxide fuel cell module of Patent Document 3, the reformer is opposed to one main surface of the plate stack and the steam generator is opposed to the other main surface in the heat insulating casing. Then, during the start-up operation of the solid oxide fuel cell module, the heating gas is sent out along the both main surfaces of the plate stack from the heating device disposed on the side of the plate stack. Thereby, compared with the case where a plate-shaped stack is heated from the single side | surface, the difference of the temperature distribution of a plate-shaped stack becomes small.

特許文献4の燃料電池では、筐体内において、燃料用ガスを水蒸気改質する水蒸気改質装置と、酸化ガスと改質燃料ガスとの電気化学反応により発電を行う電池スタックとの間に、ラジアントチューブが配置される。当該燃料電池の起動運転の際には、ラジアントチューブからの輻射熱により、電池スタックおよび水蒸気改質装置が予熱される。電池スタックが効率的な発電を行うことができる温度に達すると、ラジアントチューブによる電池スタックおよび水蒸気改質装置の加熱が停止され、燃料電池は定常運転に移行する。   In the fuel cell of Patent Document 4, a radiant is provided between a steam reformer that steam reforms a fuel gas and a battery stack that generates power by an electrochemical reaction between an oxidizing gas and a reformed fuel gas. A tube is placed. During the start-up operation of the fuel cell, the cell stack and the steam reformer are preheated by radiant heat from the radiant tube. When the battery stack reaches a temperature at which efficient power generation can be performed, heating of the battery stack and the steam reformer by the radiant tube is stopped, and the fuel cell shifts to a steady operation.

国際公開第2012/128368号International Publication No. 2012/128368 特開2008−192347号公報JP 2008-192347 A 特開2011−233476号公報JP 2011-233476 A 特開2013−134929号公報JP2013-134929A

ところで、特許文献2のように、複数の燃料電池がハウジング内に配置される燃料電池システムでは、燃料電池システムの起動運転の際に、ハウジング内における各燃料電池の位置により昇温の様子が異なる。例えば、特許文献3のような加熱構造であれば、加熱装置に近接した燃料電池が先に昇温され、加熱装置から離れた燃料電池は遅れて昇温される。特許文献4のような加熱構造であれば、ラジアントチューブに近接した燃料電池が先に昇温され、ラジアントチューブから離れた燃料電池は遅れて昇温される。一方、特許文献3の加熱装置や特許文献4のラジアントチューブを、仮に複数の燃料電池のそれぞれの近傍に設けようとすると、燃料電池システムが大型化するおそれがある。   By the way, in the fuel cell system in which a plurality of fuel cells are arranged in the housing as in Patent Document 2, the state of temperature rise differs depending on the position of each fuel cell in the housing during the start-up operation of the fuel cell system. . For example, in the heating structure as in Patent Document 3, the temperature of the fuel cell close to the heating device is raised first, and the temperature of the fuel cell far from the heating device is raised with a delay. If it is a heating structure like patent document 4, the fuel cell close | similar to a radiant tube will heat up first, and the fuel cell which left | separated from the radiant tube will be heated up late. On the other hand, if the heating device of Patent Document 3 and the radiant tube of Patent Document 4 are provided near each of the plurality of fuel cells, the fuel cell system may be increased in size.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、複数の燃料電池を略均等に昇温することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to raise the temperature of a plurality of fuel cells substantially evenly.

請求項1に記載の発明は、燃料電池システムであって、原燃料を改質して燃料ガスを生成する改質器と、それぞれが前記燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電を行う固体酸化物形の複数の燃料電池と、内面または外面が断熱材料により形成されるハウジングと、前記断熱材料よりも熱伝導性が高い熱伝導性材料により形成され、前記ハウジングの前記内面から離間しつつ前記内面を覆うとともに、内部空間に前記複数の燃料電池を収容する内張部とを備え、起動運転時に、前記ハウジングと前記内張部との間の間隙空間に加熱用流体が供給され、前記内張部からの輻射により前記複数の燃料電池が加熱される。   The invention according to claim 1 is a fuel cell system, which is a reformer that reforms raw fuel to generate fuel gas, and solid oxidation that generates electricity using the fuel gas and oxidant gas, respectively. A plurality of solid fuel cells, a housing having an inner surface or an outer surface formed of a heat insulating material, a heat conductive material having higher heat conductivity than the heat insulating material, and spaced apart from the inner surface of the housing An inner space that covers the inner surface and accommodates the plurality of fuel cells in an inner space, and a heating fluid is supplied to a gap space between the housing and the inner liner during start-up operation. The plurality of fuel cells are heated by radiation from the tension portion.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池システムであって、前記内張部が、前記ハウジングの前記内面から離間しつつ前記内面を覆う外壁部と、前記外壁部と熱伝導可能に接続され、前記内部空間を前記複数の燃料電池が分散配置される複数の電池配置区域に区画する隔壁部とを備える。   Invention of Claim 2 is a fuel cell system of Claim 1, Comprising: The said lining part covers the said inner surface while separating from the said inner surface of the said housing, The said outer wall part, and heat | fever And a partition wall section that is connected in a conductive manner and divides the internal space into a plurality of cell arrangement areas in which the plurality of fuel cells are distributed.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の燃料電池システムであって、前記隔壁部により、前記複数の電池配置区域をそれぞれ囲む複数の筒状部が形成される。   A third aspect of the present invention is the fuel cell system according to the second aspect, wherein a plurality of cylindrical portions that respectively surround the plurality of cell arrangement areas are formed by the partition walls.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の燃料電池システムであって、前記隔壁部により、前記複数の筒状部をそれぞれ含むとともに前記複数の電池配置区域のそれぞれを互いに隔絶する複数の電池室が形成される。   A fourth aspect of the present invention is the fuel cell system according to the third aspect, wherein the partition wall portion includes the plurality of cylindrical portions and separates the plurality of cell arrangement areas from each other. Battery chambers are formed.

請求項5に記載の発明は、請求項2ないし4のいずれかに記載の燃料電池システムであって、前記複数の電池配置区域のそれぞれに配置される燃料電池の数が1である。   A fifth aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the second to fourth aspects, wherein the number of fuel cells disposed in each of the plurality of cell disposition areas is one.

請求項6に記載の発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載の燃料電池システムであって、前記内張部が、断熱部材を介して前記複数の燃料電池を支持する。   A sixth aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to fifth aspects, wherein the lining portion supports the plurality of fuel cells via a heat insulating member.

請求項7に記載の発明は、請求項1ないし6のいずれかに記載の燃料電池システムであって、定常運転時に、前記間隙空間を減圧雰囲気とする減圧部をさらに備える。   A seventh aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to sixth aspects, further comprising a decompression unit that makes the gap space a decompressed atmosphere during steady operation.

請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の燃料電池システムであって、前記内張部の前記内部空間の温度に基づいて、前記減圧部を制御して前記間隙空間の圧力を調節する圧力制御部をさらに備える。   The invention according to claim 8 is the fuel cell system according to claim 7, wherein, based on the temperature of the internal space of the lining portion, the pressure reducing portion is controlled to adjust the pressure of the gap space. And a pressure control unit.

請求項9に記載の発明は、請求項1ないし6のいずれかに記載の燃料電池システムであって、定常運転時に、前記間隙空間に作動流体を供給する作動流体供給部をさらに備え、前記間隙空間を通過して加熱された前記作動流体を利用して、前記改質器に供給される水の加熱、前記改質器に供給される前記原燃料の予備加熱、または、前記複数の燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの予備加熱が行われる。   A ninth aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to sixth aspects, further comprising a working fluid supply unit that supplies a working fluid to the gap space during steady operation. Heating of water supplied to the reformer, preheating of the raw fuel supplied to the reformer, or the plurality of fuel cells using the working fluid heated through the space The oxidant gas supplied to is preheated.

請求項10に記載の発明は、請求項1ないし6のいずれかに記載の燃料電池システムであって、定常運転時に、前記酸化剤ガスが前記間隙空間を経由して前記複数の燃料電池に供給される。   A tenth aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to sixth aspects, wherein the oxidant gas is supplied to the plurality of fuel cells via the gap spaces during steady operation. Is done.

本発明では、複数の燃料電池を略均等に昇温することができる。   In the present invention, the temperature of the plurality of fuel cells can be raised substantially evenly.

第1の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment. 燃料電池システムの一部を示す図である。It is a figure which shows a part of fuel cell system. 第2の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment.

図1は、本発明の第1の実施の形態に係る燃料電池システム1の構成を示す図である。燃料電池システム1は、燃料電池を用いて発電を行う発電システムである。燃料電池システム1は、ホットモジュール2と、不純物除去部41と、第1熱交換器42と、ブロワ43と、第2熱交換器44と、凝縮部45と、水蒸気生成部46と、排ガス燃焼部47と、原燃料供給源48と、水供給部31と、加熱用流体生成部33と、減圧部51と、圧力制御部52とを備える。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system 1 according to a first embodiment of the present invention. The fuel cell system 1 is a power generation system that generates power using a fuel cell. The fuel cell system 1 includes a hot module 2, an impurity removal unit 41, a first heat exchanger 42, a blower 43, a second heat exchanger 44, a condensing unit 45, a water vapor generating unit 46, and exhaust gas combustion. Unit 47, raw fuel supply source 48, water supply unit 31, heating fluid generation unit 33, decompression unit 51, and pressure control unit 52.

ホットモジュール2は、ハウジング21と、改質器22と、複数の燃料電池23と、内張部27と、断熱部材29とを備える。ハウジング21は、例えば、略直方体状の筐体である。ハウジング21の内面211は、断熱性が比較的高い断熱材料(例えば、ロックウール)により形成される。ハウジング21としては、例えば、金属製のコンテナの内面全体を断熱材料により覆ったものが利用される。ハウジング21では、その外面が上述の断熱材料により形成されてもよい。ハウジング21の外面が断絶材料により形成される場合、ハウジング21の内面211は、例えば、比較的薄い金属板により全面に亘って形成される。以下の説明では、ハウジング21の内面211は断熱部材により形成されているものとして説明する。ハウジング21の内部には、改質器22、複数の燃料電池23、内張部27および断熱部材29が収容される。図1に示す例では、12個の燃料電池23がハウジング21の内部に収容される。複数の燃料電池23は、同じ構造を有する。図1では、燃料電池システム1の一部の構成(例えば、ハウジング21および内張部27)を断面にて示す。   The hot module 2 includes a housing 21, a reformer 22, a plurality of fuel cells 23, a lining portion 27, and a heat insulating member 29. The housing 21 is a substantially rectangular parallelepiped housing, for example. The inner surface 211 of the housing 21 is formed of a heat insulating material (for example, rock wool) having a relatively high heat insulating property. As the housing 21, for example, a metal container whose entire inner surface is covered with a heat insulating material is used. The outer surface of the housing 21 may be formed of the above-described heat insulating material. When the outer surface of the housing 21 is formed of a cut-off material, the inner surface 211 of the housing 21 is formed over the entire surface by a relatively thin metal plate, for example. In the following description, the inner surface 211 of the housing 21 is described as being formed of a heat insulating member. Inside the housing 21, a reformer 22, a plurality of fuel cells 23, a lining portion 27 and a heat insulating member 29 are accommodated. In the example shown in FIG. 1, twelve fuel cells 23 are accommodated in the housing 21. The plurality of fuel cells 23 have the same structure. In FIG. 1, a part of the configuration of the fuel cell system 1 (for example, the housing 21 and the lining portion 27) is shown in cross section.

内張部27は、外壁部271と、隔壁部28とを備える。外壁部271は、例えば、略直方体状の筐体である。内張部27の外壁部271は、ハウジング21の内面211から離間しつつ内面211を覆う。図1に示す例では、内張部27は、ハウジング21の内面211から離間しつつ内面211を略全面に亘って覆う。以下の説明では、内張部27とハウジング21との間の空間、すなわち、内張部27の外壁部271とハウジング21の内面211との間の空間を「間隙空間212」という。ハウジング21には、供給ポート213と、排出ポート214とが設けられる。燃料電池システム1では、供給ポート213を介して、ハウジング21の外部から間隙空間212に流体が供給される。また、排出ポート214を介して、間隙空間212内の流体がハウジング21の外部へと排出される。排出ポート214に接続される加熱用流体排出管258上には減圧部51が設けられる。減圧部51には、圧力制御部52が接続される。   The lining portion 27 includes an outer wall portion 271 and a partition wall portion 28. The outer wall part 271 is a substantially rectangular parallelepiped housing, for example. The outer wall portion 271 of the lining portion 27 covers the inner surface 211 while being separated from the inner surface 211 of the housing 21. In the example shown in FIG. 1, the lining portion 27 covers substantially the entire inner surface 211 while being separated from the inner surface 211 of the housing 21. In the following description, the space between the lining portion 27 and the housing 21, that is, the space between the outer wall portion 271 of the lining portion 27 and the inner surface 211 of the housing 21 is referred to as “gap space 212”. The housing 21 is provided with a supply port 213 and a discharge port 214. In the fuel cell system 1, fluid is supplied to the gap space 212 from the outside of the housing 21 through the supply port 213. Further, the fluid in the gap space 212 is discharged to the outside of the housing 21 through the discharge port 214. A decompression unit 51 is provided on the heating fluid discharge pipe 258 connected to the discharge port 214. A pressure control unit 52 is connected to the decompression unit 51.

外壁部271は、ハウジング21の内面211を形成する上述の断熱材料よりも熱伝導性が高い熱伝導性材料により形成される。外壁部271は、例えば、比較的薄い金属板により形成される。外壁部271は、間隙空間212に配置される複数の断熱性支持部材(図示省略)により、ハウジング21の内部にて支持される。内張部27の内部空間272(すなわち、外壁部271の内部空間)には、改質器22、複数の燃料電池23、隔壁部28および断熱部材29が収容される。   The outer wall portion 271 is formed of a heat conductive material having higher heat conductivity than the above-described heat insulating material forming the inner surface 211 of the housing 21. The outer wall portion 271 is formed of, for example, a relatively thin metal plate. The outer wall portion 271 is supported inside the housing 21 by a plurality of heat insulating support members (not shown) disposed in the gap space 212. The reformer 22, the plurality of fuel cells 23, the partition wall 28, and the heat insulating member 29 are accommodated in the internal space 272 of the lining portion 27 (that is, the internal space of the outer wall portion 271).

隔壁部28は、外壁部271と同様に、ハウジング21の内面211を形成する上述の断熱材料よりも熱伝導性が高い熱伝導性材料により形成される。隔壁部28は、例えば、比較的薄い金属板により形成される。隔壁部28は、例えば、外壁部271と同じ材料により形成される。隔壁部28は、外壁部271と異なる材料により形成されてもよい。隔壁部28は、内部空間272において外壁部271により支持される。   The partition wall portion 28 is formed of a heat conductive material having higher heat conductivity than the above-described heat insulating material forming the inner surface 211 of the housing 21, similarly to the outer wall portion 271. The partition wall 28 is formed of, for example, a relatively thin metal plate. The partition wall 28 is made of the same material as the outer wall 271, for example. The partition wall 28 may be formed of a material different from that of the outer wall 271. The partition wall portion 28 is supported by the outer wall portion 271 in the internal space 272.

隔壁部28は、外壁部271と熱伝導可能に接続される。例えば、隔壁部28は外壁部271の内面に溶接により接合される。隔壁部28は、内張部27の内部空間272を改質器配置区域281および複数の電池配置区域282に区画する。改質器配置区域281には、改質器22が配置される。複数の電池配置区域282には、複数の燃料電池23が分散配置される。図1に示す例では、当該複数の電池配置区域282の数は12であり、複数の電池配置区域282のそれぞれに配置される燃料電池23の数は1である。   The partition wall portion 28 is connected to the outer wall portion 271 so as to be able to conduct heat. For example, the partition wall portion 28 is joined to the inner surface of the outer wall portion 271 by welding. The partition wall 28 divides the internal space 272 of the lining 27 into a reformer placement area 281 and a plurality of battery placement areas 282. In the reformer placement area 281, the reformer 22 is placed. A plurality of fuel cells 23 are dispersedly arranged in the plurality of battery arrangement areas 282. In the example shown in FIG. 1, the number of the plurality of battery arrangement areas 282 is 12, and the number of the fuel cells 23 arranged in each of the plurality of battery arrangement areas 282 is one.

図1に示す例では、内張部27の内部空間272において、隔壁部28により、複数の電池配置区域282のそれぞれを互いに隔絶する複数の電池室283が形成される。各電池室283は、例えば、略直方体状であり、各電池室283の内部空間が電池配置区域282となる。電池室283の上面および下面は、外壁部271の上面および下面と略平行である。電池室283の側面は、外壁部271の側面と略平行である。図1に示す例では、内部空間272の右側の4つの電池室283は、隔壁部28および外壁部271により形成される。各電池室283の図1に表示されていない2つの側面(すなわち、図1中における手前側および奥側の側面)は、隔壁部28の一部であってもよく、外壁部271の一部であってもよい。複数の電池室283の形状および大きさはおよそ同じであり、複数の電池室283における燃料電池23の位置もおよそ同じである。   In the example shown in FIG. 1, in the internal space 272 of the lining portion 27, a plurality of battery chambers 283 that separate each of the plurality of battery placement areas 282 from each other are formed by the partition wall portion 28. Each battery chamber 283 has, for example, a substantially rectangular parallelepiped shape, and the internal space of each battery chamber 283 serves as a battery placement area 282. The upper and lower surfaces of the battery chamber 283 are substantially parallel to the upper and lower surfaces of the outer wall portion 271. The side surface of the battery chamber 283 is substantially parallel to the side surface of the outer wall portion 271. In the example shown in FIG. 1, the four battery chambers 283 on the right side of the internal space 272 are formed by the partition wall portion 28 and the outer wall portion 271. Two side surfaces of each battery chamber 283 that are not displayed in FIG. 1 (that is, the front side surface and the back side surface in FIG. 1) may be a part of the partition wall part 28 or a part of the outer wall part 271. It may be. The shapes and sizes of the plurality of battery chambers 283 are approximately the same, and the positions of the fuel cells 23 in the plurality of battery chambers 283 are also approximately the same.

各電池室283の図1に表示されている上面、下面および2つの側面は、図1の紙面に垂直な方向に延びる筒状部を構成する。すなわち、複数の電池室283は、複数の当該筒状部をそれぞれ含む。複数の筒状部は、例えば、それぞれ略四角筒状である。複数の筒状部は、隔壁部28により形成され、複数の電池配置区域282をそれぞれ囲む。図1に示す例では、内部空間272の右側の4つの筒状部は、隔壁部28および外壁部271により形成される。   The upper surface, the lower surface, and the two side surfaces displayed in FIG. 1 of each battery chamber 283 constitute a cylindrical portion that extends in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. That is, the plurality of battery chambers 283 include a plurality of the cylindrical portions, respectively. The plurality of cylindrical portions are each, for example, a substantially square cylindrical shape. The plurality of cylindrical portions are formed by the partition walls 28 and surround the plurality of battery placement areas 282, respectively. In the example shown in FIG. 1, the four cylindrical portions on the right side of the internal space 272 are formed by a partition wall portion 28 and an outer wall portion 271.

各電池室283では、燃料電池23が断熱部材29を介して電池室283の下面(すなわち、隔壁部28の一部)上に支持される。換言すれば、複数の燃料電池23は、断熱部材29を介して内張部27により間接的に支持される。   In each battery chamber 283, the fuel cell 23 is supported on the lower surface of the battery chamber 283 (that is, a part of the partition wall portion 28) via the heat insulating member 29. In other words, the plurality of fuel cells 23 are indirectly supported by the lining portion 27 via the heat insulating member 29.

複数の燃料電池23はそれぞれ、固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)であり、例えば、図示省略の複数のセル(単電池)が積層されたセルスタックである。各燃料電池23の負極(アノード)には燃料ガスが供給され、正極(カソード)には酸化剤ガスが供給される。これにより、各燃料電池23において電気化学反応が生じ、発電が行われる。燃料電池23における電気化学反応は発熱反応であり、発生した熱は改質器22の加熱等に利用される。燃料電池23による発電は、例えば600度〜1000度の高温下にて行われる。燃料ガスは、例えば水素ガスであり、酸化剤ガスは、例えば酸素ガスである。   Each of the plurality of fuel cells 23 is a solid oxide fuel cell (SOFC), for example, a cell stack in which a plurality of cells (unit cells) (not shown) are stacked. Fuel gas is supplied to the negative electrode (anode) of each fuel cell 23, and oxidant gas is supplied to the positive electrode (cathode). Thereby, an electrochemical reaction occurs in each fuel cell 23, and power generation is performed. The electrochemical reaction in the fuel cell 23 is an exothermic reaction, and the generated heat is used for heating the reformer 22 or the like. The power generation by the fuel cell 23 is performed at a high temperature of 600 to 1000 degrees, for example. The fuel gas is, for example, hydrogen gas, and the oxidant gas is, for example, oxygen gas.

改質器22は、原燃料供給管261を介して、ハウジング21外に配置される原燃料供給源48に接続される。原燃料供給管261上には、不純物除去部41および第1熱交換器42が設けられる。不純物除去部41では、原燃料供給源48から改質器22へと供給される原燃料から不純物(例えば、硫黄系不純物や窒素系不純物)が除去される。   The reformer 22 is connected to a raw fuel supply source 48 disposed outside the housing 21 via a raw fuel supply pipe 261. On the raw fuel supply pipe 261, an impurity removing unit 41 and a first heat exchanger 42 are provided. The impurity removing unit 41 removes impurities (for example, sulfur-based impurities and nitrogen-based impurities) from the raw fuel supplied from the raw fuel supply source 48 to the reformer 22.

改質器22は、原燃料を改質して燃料ガスを含む改質ガスを生成する。原燃料としては、例えば、LPガス、都市ガス、天然ガス、灯油、バイオガス、バイオエタノール等が利用される。改質器22では、例えば、水蒸気改質法、部分酸化改質法、自己熱改質法等により原燃料の改質が行われる。図1に示す例では、改質器22により、原燃料であるLPガスが水蒸気改質法により高温下にて改質され、燃料ガスである水素ガスを含む改質ガスが生成される。改質器22からの改質ガスは、燃料ガス供給管251により複数の電池室283へと導かれ、複数の燃料電池23のそれぞれの負極に供給される。   The reformer 22 reforms the raw fuel to generate a reformed gas containing a fuel gas. As the raw fuel, for example, LP gas, city gas, natural gas, kerosene, biogas, bioethanol and the like are used. In the reformer 22, the raw fuel is reformed by, for example, a steam reforming method, a partial oxidation reforming method, an autothermal reforming method, or the like. In the example shown in FIG. 1, the reformer 22 reforms the LP gas as the raw fuel at a high temperature by the steam reforming method, and generates a reformed gas containing hydrogen gas as the fuel gas. The reformed gas from the reformer 22 is guided to the plurality of battery chambers 283 by the fuel gas supply pipe 251 and supplied to the respective negative electrodes of the plurality of fuel cells 23.

なお、図1では、図を簡素化するために、燃料ガス供給管251のうち複数の燃料電池23との接続部近傍については図示を省略している。後述する負極排ガス排出管252、酸化剤ガス供給管253および正極排ガス排出管254についても同様である。各燃料電池23と、燃料ガス供給管251、負極排ガス排出管252、酸化剤ガス供給管253および正極排ガス排出管254との接続態様は、図2に示す。図2では、一の燃料電池23を代表として図示しているが、他の燃料電池23の接続態様についても図2と同様である。また、図2では、燃料ガス供給管251、負極排ガス排出管252、酸化剤ガス供給管253および正極排ガス排出管254を介して燃料電池23に接続される他の構成(すなわち、改質器22、ブロワ43、凝縮部45および排ガス燃焼部47)も併せて図示している。   In FIG. 1, in order to simplify the drawing, the illustration of the vicinity of the connection portion with the plurality of fuel cells 23 in the fuel gas supply pipe 251 is omitted. The same applies to the negative exhaust gas exhaust pipe 252, the oxidant gas supply pipe 253, and the positive exhaust gas exhaust pipe 254 described later. FIG. 2 shows how each fuel cell 23 is connected to the fuel gas supply pipe 251, the negative exhaust gas exhaust pipe 252, the oxidant gas supply pipe 253, and the positive exhaust gas exhaust pipe 254. In FIG. 2, one fuel cell 23 is shown as a representative, but the connection mode of the other fuel cells 23 is the same as that in FIG. In FIG. 2, another configuration (that is, the reformer 22) connected to the fuel cell 23 through the fuel gas supply pipe 251, the negative exhaust gas exhaust pipe 252, the oxidant gas supply pipe 253, and the positive exhaust gas exhaust pipe 254. The blower 43, the condensing part 45, and the exhaust gas combustion part 47) are also shown.

図1に示す改質器22により生成された改質ガスは、燃料ガス供給管251を介して複数の燃料電池23のそれぞれの負極に供給される。複数の燃料電池23のそれぞれの負極から排出されるガスである負極排ガスは、負極排ガス排出管252によりハウジング21外へと排出される。負極排ガスには、燃料ガスである水素ガスが燃料電池23における発電に使用されることにより生成される水蒸気、および、燃料電池23における発電に利用されなかった未利用の燃料ガス等が含まれる。   The reformed gas generated by the reformer 22 shown in FIG. 1 is supplied to each negative electrode of the plurality of fuel cells 23 via the fuel gas supply pipe 251. Negative electrode exhaust gas, which is a gas discharged from each negative electrode of the plurality of fuel cells 23, is discharged out of the housing 21 through the negative electrode exhaust gas discharge pipe 252. The negative electrode exhaust gas includes water vapor generated when hydrogen gas, which is a fuel gas, is used for power generation in the fuel cell 23, and unused fuel gas that has not been used for power generation in the fuel cell 23.

複数の燃料電池23の負極から排出された負極排ガスは、負極排ガス排出管252により第1熱交換器42へと導かれる。第1熱交換器42では、負極排ガス排出管252を流れる高温の負極排ガスを利用して、原燃料供給源48から改質器22に供給される原燃料が予備加熱される。   The negative exhaust gas discharged from the negative electrodes of the plurality of fuel cells 23 is led to the first heat exchanger 42 through the negative exhaust gas exhaust pipe 252. In the first heat exchanger 42, the raw fuel supplied from the raw fuel supply source 48 to the reformer 22 is preheated using the high temperature negative exhaust gas flowing through the negative exhaust gas exhaust pipe 252.

第1熱交換器42を通過した負極排ガスは、負極排ガス排出管252により凝縮部45へと導かれる。凝縮部45では、負極排ガス中の水蒸気が凝縮されて水が生成される。凝縮部45により生成された水は、水供給管451を介して水蒸気生成部46へと供給される。水蒸気生成部46では、水が加熱されて水蒸気が生成される。水蒸気生成部46により生成された水蒸気は、水蒸気供給管262を介して原燃料供給管261へと導かれ、不純物除去部41を通過した原燃料と共に改質器22へと供給されて上述の水蒸気改質に利用される。一方、凝縮部45を通過した負極排ガスは、排ガス燃焼部47へと導かれる。   The negative exhaust gas that has passed through the first heat exchanger 42 is guided to the condensing unit 45 by the negative exhaust gas exhaust pipe 252. In the condensing part 45, the water vapor | steam in a negative electrode waste gas is condensed and water is produced | generated. The water generated by the condensing unit 45 is supplied to the water vapor generating unit 46 through the water supply pipe 451. In the water vapor generation unit 46, water is heated to generate water vapor. The water vapor generated by the water vapor generator 46 is guided to the raw fuel supply pipe 261 via the water vapor supply pipe 262, and is supplied to the reformer 22 together with the raw fuel that has passed through the impurity removal section 41. Used for reforming. On the other hand, the negative electrode exhaust gas that has passed through the condensing unit 45 is guided to the exhaust gas combustion unit 47.

複数の燃料電池23のそれぞれの正極は、酸化剤ガス供給管253により、ハウジング21外に配置されるブロワ43に接続される。ブロワ43により、酸化剤ガスである酸素ガスを含む空気が、酸化剤ガス供給管253を介して複数の燃料電池23のそれぞれの正極に供給される。複数の燃料電池23のそれぞれの正極から排出されるガスである正極排ガスは、正極排ガス排出管254によりハウジング21外へと排出される。正極排ガス排出管254は、酸化剤ガス供給管253上に設けられた第2熱交換器44を通過する。第2熱交換器44では、複数の燃料電池23の正極から排出されて正極排ガス排出管254を流れる高温の正極排ガスを利用して、各燃料電池23に供給される空気が予備加熱される。   Each positive electrode of the plurality of fuel cells 23 is connected to a blower 43 disposed outside the housing 21 by an oxidant gas supply pipe 253. Air including oxygen gas, which is an oxidant gas, is supplied to the positive electrodes of the plurality of fuel cells 23 via the oxidant gas supply pipe 253 by the blower 43. Positive exhaust gas that is gas discharged from each positive electrode of the plurality of fuel cells 23 is discharged out of the housing 21 through a positive exhaust gas discharge pipe 254. The positive exhaust gas exhaust pipe 254 passes through the second heat exchanger 44 provided on the oxidant gas supply pipe 253. In the second heat exchanger 44, the air supplied to each fuel cell 23 is preheated using the high temperature positive exhaust gas discharged from the positive electrodes of the plurality of fuel cells 23 and flowing through the positive exhaust gas exhaust pipe 254.

第2熱交換器44を通過した正極排ガス排出管254は、排ガス燃焼部47よりも手前(すなわち、上流側)の合流点471において、ハウジング21外にて負極排ガス排出管252に合流する。合流点471では、凝縮部45を通過した負極排ガスと、第2熱交換器44を通過した正極排ガスとが合流する。排ガス燃焼部47では、合流後の負極排ガスおよび正極排ガスが燃焼される。これにより、負極排ガスに含まれる未利用の燃料ガス等が燃焼される。排ガス燃焼部47にて発生する燃焼熱は、例えば、水蒸気生成部46における水の加熱や、タービンを利用した発電に利用されてもよい。また、排ガス燃焼部47がハウジング21内に設けられ、排ガス燃焼部47の燃焼熱が改質器22の加熱等に利用されてもよい。排ガス燃焼部47としては、例えば、触媒燃焼器が利用される。   The positive exhaust gas exhaust pipe 254 that has passed through the second heat exchanger 44 joins the negative exhaust gas exhaust pipe 252 outside the housing 21 at a junction 471 before (that is, upstream) the exhaust gas combustion unit 47. At the junction 471, the negative exhaust gas that has passed through the condensing unit 45 and the positive exhaust gas that has passed through the second heat exchanger 44 merge. In the exhaust gas combustion section 47, the merged negative electrode exhaust gas and positive electrode exhaust gas are combusted. Thereby, unused fuel gas etc. which are contained in anode exhaust gas are burned. The combustion heat generated in the exhaust gas combustion unit 47 may be used for, for example, heating of water in the steam generation unit 46 or power generation using a turbine. Further, the exhaust gas combustion part 47 may be provided in the housing 21, and the combustion heat of the exhaust gas combustion part 47 may be used for heating the reformer 22 or the like. For example, a catalytic combustor is used as the exhaust gas combustion unit 47.

燃料電池システム1の定常運転では、上述のように、複数の燃料電池23のそれぞれにおいて、燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電が行われる。複数の燃料電池23における発電の際に発生した熱は、内張部27を介して改質器22に付与される。具体的には、複数の燃料電池23からの熱が輻射等により内張部27に伝達され、改質器配置区域281に配置された改質器22へと輻射等により伝達される。複数の燃料電池23から改質器22に付与された熱は、改質器22における原燃料の水蒸気改質に利用される。   In the steady operation of the fuel cell system 1, as described above, power generation is performed using the fuel gas and the oxidant gas in each of the plurality of fuel cells 23. Heat generated during power generation in the plurality of fuel cells 23 is applied to the reformer 22 via the lining portion 27. Specifically, heat from the plurality of fuel cells 23 is transmitted to the lining portion 27 by radiation or the like, and is transmitted to the reformer 22 disposed in the reformer placement area 281 by radiation or the like. The heat applied from the plurality of fuel cells 23 to the reformer 22 is used for steam reforming of the raw fuel in the reformer 22.

また、燃料電池システム1の定常運転では、上述のように、複数の燃料電池23から排出された負極排ガスを利用して、改質器22に供給される原燃料の予備加熱が行われ、複数の燃料電池23から排出された正極排ガスを利用して、各燃料電池23に供給される空気の予備加熱が行われる。これにより、燃料電池システム1では、定常運転時にシステム内にて必要とされる熱を、システム外から付与することなく定常運転を行うことができる。さらに、燃料電池システム1では、負極排ガスに含まれる水蒸気を改質器22において行われる水蒸気改質に利用することにより、定常運転時にシステム内にて必要とされる水を、システム外から付与することなく定常運転を行うことができる。換言すれば、定常運転時の燃料電池システム1では、熱自立運転および水自立運転が可能である。   Further, in the steady operation of the fuel cell system 1, as described above, the raw fuel supplied to the reformer 22 is preheated using the negative electrode exhaust gas discharged from the plurality of fuel cells 23, and a plurality of Preheating of the air supplied to each fuel cell 23 is performed using the positive electrode exhaust gas discharged from each of the fuel cells 23. Thereby, in the fuel cell system 1, the steady operation can be performed without applying heat required in the system during the steady operation from outside the system. Further, in the fuel cell system 1, by using the water vapor contained in the negative electrode exhaust gas for the steam reforming performed in the reformer 22, the water required in the system during steady operation is given from outside the system. The steady operation can be performed without any problem. In other words, in the fuel cell system 1 during the steady operation, the heat independent operation and the water independent operation are possible.

次に、燃料電池システム1の起動運転(いわゆる、コールドスタート)について説明する。燃料電池システム1の起動運転とは、燃料電池システム1の状態を停止状態から、定常的に発電を行う定常運転状態へと変更することである。   Next, the start-up operation (so-called cold start) of the fuel cell system 1 will be described. The start-up operation of the fuel cell system 1 is to change the state of the fuel cell system 1 from a stopped state to a steady operation state in which power generation is constantly performed.

燃料電池システム1の起動運転には、水供給部31および加熱用流体生成部33も利用される。水供給部31は、水を貯溜するとともに、燃料電池システム1の起動運転の際に、当該水を燃料電池システム1の改質器22に供給する。水供給部31は、例えば、水貯溜部311と、ポンプ312と、起動用水供給管313とを備える。水貯溜部311は、水(例えば、純水)を貯溜するタンクである。水貯溜部311は、起動用水供給管313を介して、燃料電池システム1の水蒸気生成部46に接続される。ポンプ312は、起動用水供給管313上に設けられ、水貯溜部311に貯溜されている水を水蒸気生成部46へと供給する。   The water supply unit 31 and the heating fluid generation unit 33 are also used for the start-up operation of the fuel cell system 1. The water supply unit 31 stores water and supplies the water to the reformer 22 of the fuel cell system 1 when the fuel cell system 1 is activated. The water supply unit 31 includes, for example, a water storage unit 311, a pump 312, and an activation water supply pipe 313. The water storage unit 311 is a tank that stores water (for example, pure water). The water storage unit 311 is connected to the water vapor generation unit 46 of the fuel cell system 1 via the startup water supply pipe 313. The pump 312 is provided on the activation water supply pipe 313 and supplies water stored in the water storage unit 311 to the water vapor generation unit 46.

加熱用流体生成部33は、原燃料供給管255により、不純物除去部41を介して原燃料供給源48に接続される。加熱用流体生成部33は、また、ガス供給管256を介してブロワ43に接続される。加熱用流体生成部33では、原燃料供給源48から供給される原燃料(例えば、LPガス、都市ガス、天然ガス、灯油、バイオガス、バイオエタノール)が、ブロワ43から供給されるガス(例えば、空気)を利用して燃焼され、比較的高温のガス(以下、「加熱用ガス」という。)が生成される。加熱用流体生成部33としては、例えば、触媒燃焼器が利用される。   The heating fluid generation unit 33 is connected to the raw fuel supply source 48 via the impurity removal unit 41 by the raw fuel supply pipe 255. The heating fluid generator 33 is also connected to the blower 43 via a gas supply pipe 256. In the heating fluid generator 33, the raw fuel (for example, LP gas, city gas, natural gas, kerosene, biogas, bioethanol) supplied from the raw fuel supply source 48 is supplied from the blower 43 (for example, , Air), and a relatively high temperature gas (hereinafter referred to as “heating gas”) is generated. As the heating fluid generator 33, for example, a catalytic combustor is used.

加熱用流体生成部33により生成された加熱用流体である加熱用ガスは、加熱用流体供給管257および供給ポート213から間隙空間212に供給される。加熱用ガスは、間隙空間212全体に拡がり、排出ポート214から加熱用流体排出管258を介してハウジング21の外部へと排出される。なお、燃料電池システム1の起動運転時には、減圧部51は停止している。   The heating gas that is the heating fluid generated by the heating fluid generation unit 33 is supplied to the gap space 212 from the heating fluid supply pipe 257 and the supply port 213. The heating gas spreads over the entire gap space 212 and is discharged from the discharge port 214 to the outside of the housing 21 through the heating fluid discharge pipe 258. Note that during the start-up operation of the fuel cell system 1, the decompression unit 51 is stopped.

燃料電池システム1では、加熱用流体生成部33から間隙空間212へと加熱用ガスが継続的に供給され、内張部27の外壁部271の外面全体が高温の加熱用ガスに接することにより、外壁部271が速やかに昇温される。また、外壁部271に熱伝導可能に接続された隔壁部28も、外壁部271からの熱伝導により速やかに昇温される。その結果、内張部27が略均等に昇温される。内張部27の内部空間272では、改質器配置区域281に配置された改質器22が、内張部27からの輻射により加熱されて昇温される。また、複数の電池室283に配置された複数の燃料電池23は、複数の電池室283からの輻射(すなわち、内張部27からの輻射)により略均等に加熱されて昇温される。   In the fuel cell system 1, the heating gas is continuously supplied from the heating fluid generation unit 33 to the gap space 212, and the entire outer surface of the outer wall portion 271 of the lining portion 27 is in contact with the high-temperature heating gas. The outer wall portion 271 is quickly heated. Further, the partition wall portion 28 connected to the outer wall portion 271 so as to be capable of conducting heat is also quickly heated by heat conduction from the outer wall portion 271. As a result, the temperature of the lining portion 27 is raised substantially evenly. In the internal space 272 of the lining portion 27, the reformer 22 arranged in the reformer arrangement area 281 is heated by the radiation from the lining portion 27 to be heated. In addition, the plurality of fuel cells 23 arranged in the plurality of battery chambers 283 are heated substantially uniformly by the radiation from the plurality of battery chambers 283 (that is, radiation from the lining portion 27) to increase the temperature.

続いて、原燃料供給源48からの原燃料が、不純物除去部41を通過して改質器22に供給される。また、水供給部31からの水が水蒸気生成部46に供給され、水蒸気生成部46にて水蒸気とされた後、改質器22に供給される。そして、改質器22により原燃料が水蒸気改質されることにより燃料ガスを含む改質ガスが生成され、複数の燃料電池23の負極に供給される。複数の燃料電池23の正極には、上述のブロワ43により、酸化剤ガスを含む空気が供給される。これにより、複数の燃料電池23による発電が行われ、発電時に発生する熱により改質器22がさらに加熱される。また、複数の燃料電池23からの負極排ガスから凝縮部45にて生成された水は、水蒸気生成部46へと供給される。   Subsequently, the raw fuel from the raw fuel supply source 48 passes through the impurity removal unit 41 and is supplied to the reformer 22. Further, water from the water supply unit 31 is supplied to the steam generation unit 46, converted into water vapor by the steam generation unit 46, and then supplied to the reformer 22. The raw fuel is steam reformed by the reformer 22 to generate a reformed gas containing fuel gas, which is supplied to the negative electrodes of the plurality of fuel cells 23. Air containing an oxidant gas is supplied to the positive electrodes of the plurality of fuel cells 23 by the blower 43 described above. As a result, power generation by the plurality of fuel cells 23 is performed, and the reformer 22 is further heated by heat generated during power generation. Further, the water generated in the condensing unit 45 from the negative electrode exhaust gas from the plurality of fuel cells 23 is supplied to the water vapor generating unit 46.

燃料電池システム1では、改質器22および複数の燃料電池23が所定の温度に達し、複数の燃料電池23からの出力が所定の発電量に達して安定するまで、すなわち、燃料電池システム1が定常運転状態となるまで、上述の起動運転が継続される。燃料電池システム1の定常運転が開始され、上述の水自立および熱自立が成立すると、水供給部31から水蒸気生成部46への水の供給が停止され、加熱用流体生成部33から間隙空間212への加熱用ガスの供給が停止される。   In the fuel cell system 1, until the reformer 22 and the plurality of fuel cells 23 reach a predetermined temperature and the outputs from the plurality of fuel cells 23 reach a predetermined power generation amount and become stable, that is, the fuel cell system 1 The start-up operation described above is continued until the steady operation state is reached. When steady operation of the fuel cell system 1 is started and the above-described water self-sustainment and heat self-sustainment are established, the supply of water from the water supply unit 31 to the water vapor generation unit 46 is stopped, and the gap fluid 212 from the heating fluid generation unit 33 is stopped. The supply of the heating gas to is stopped.

燃料電池システム1の定常運転時には、減圧部51により間隙空間212内のガスが吸引されることにより、間隙空間212が、起動運転時の圧力よりも低圧の減圧雰囲気とされる。好ましくは、間隙空間212の圧力は、減圧部51により、大気圧よりも低い圧力とされる。これにより、内張部27の内部空間272の熱が、間隙空間212内のガスを介して内張部27の外部へと伝達されることを抑制することができる。換言すれば、内張部27の内部空間272からの放熱を抑制することができる。このため、内張部27の内部空間272の温度を所定の目標温度に容易に維持することができ、改質器22および複数の燃料電池23の温度を所望の温度に容易に維持することができる。その結果、複数の燃料電池23による好適な発電を実現することができる。   During steady operation of the fuel cell system 1, the gas in the gap space 212 is sucked by the decompression unit 51, so that the gap space 212 has a reduced pressure atmosphere lower than the pressure during the startup operation. Preferably, the pressure in the gap space 212 is set to a pressure lower than the atmospheric pressure by the decompression unit 51. Thereby, it is possible to suppress the heat of the internal space 272 of the lining portion 27 from being transmitted to the outside of the lining portion 27 via the gas in the gap space 212. In other words, heat radiation from the internal space 272 of the lining portion 27 can be suppressed. For this reason, the temperature of the internal space 272 of the lining portion 27 can be easily maintained at a predetermined target temperature, and the temperatures of the reformer 22 and the plurality of fuel cells 23 can be easily maintained at desired temperatures. it can. As a result, suitable power generation by the plurality of fuel cells 23 can be realized.

燃料電池システム1の定常運転時には、内張部27の内部空間272の温度が、ハウジング21内に設けられた温度センサ等により継続的に測定される。そして、内部空間272の温度に基づいて、圧力制御部52により減圧部51が制御されることにより、間隙空間212の圧力(すなわち、真空度)が調節される。具体的には、内部空間272の温度が目標温度よりも高い場合には、減圧部51による吸引が低減され、間隙空間212の圧力を増大させる。これにより、内部空間272から外部への放熱が増大し、内部空間272の温度が目標温度へと低下する。一方、内部空間272の温度が目標温度よりも低い場合には、減圧部51による吸引が増大され、間隙空間212の圧力を低下させる。これにより、内部空間272からの放熱が減少し、内部空間272の温度が目標温度へと増大する。   During steady operation of the fuel cell system 1, the temperature of the internal space 272 of the lining portion 27 is continuously measured by a temperature sensor or the like provided in the housing 21. Based on the temperature of the internal space 272, the pressure controller 52 controls the decompression unit 51 to adjust the pressure (that is, the degree of vacuum) in the gap space 212. Specifically, when the temperature of the internal space 272 is higher than the target temperature, the suction by the decompression unit 51 is reduced and the pressure of the gap space 212 is increased. Thereby, heat radiation from the internal space 272 to the outside increases, and the temperature of the internal space 272 decreases to the target temperature. On the other hand, when the temperature of the internal space 272 is lower than the target temperature, the suction by the decompression unit 51 is increased and the pressure of the gap space 212 is decreased. Thereby, the heat radiation from the internal space 272 is reduced, and the temperature of the internal space 272 increases to the target temperature.

このように、圧力制御部52により内部空間272の温度に基づいて減圧部51が制御されることにより、内張部27の内部空間272からの放熱をさらに好適に抑制することができる。その結果、内部空間272、改質器22および複数の燃料電池23の温度を、容易かつ精度良く所望の温度に維持し、複数の燃料電池23によるさらに好適な発電を実現することができる。なお、燃料電池システム1では、圧力制御部52による減圧部51の制御は、実質的に内部空間272の温度に基づいて行われていればよく、例えば、内部空間272の温度と相関関係を有する燃料電池システム1の発電量(すなわち、システム出力)に基づいて行われてもよい。   As described above, the pressure control unit 52 controls the decompression unit 51 based on the temperature of the internal space 272, so that the heat radiation from the internal space 272 of the lining portion 27 can be further suitably suppressed. As a result, the temperature of the internal space 272, the reformer 22, and the plurality of fuel cells 23 can be easily and accurately maintained at a desired temperature, and more preferable power generation by the plurality of fuel cells 23 can be realized. In the fuel cell system 1, the control of the decompression unit 51 by the pressure control unit 52 may be performed substantially based on the temperature of the internal space 272, and has a correlation with the temperature of the internal space 272, for example. You may perform based on the electric power generation amount (namely, system output) of the fuel cell system 1. FIG.

以上に説明したように、燃料電池システム1では、ハウジング21の内面211が断熱材料により形成され、内張部27が、当該断熱材料よりも熱伝導性が高い熱伝導材料により形成される。内張部27は、ハウジング21の内面211から離間しつつ内面211を覆うとともに、内部空間272に複数の燃料電池23を収容する。燃料電池システム1の起動運転時には、ハウジング21と内張部27との間の間隙空間212に、加熱用流体である加熱用ガスが供給され、内張部27からの輻射により、複数の燃料電池23が加熱される。これにより、複数の燃料電池23の内部空間272における位置に起因する昇温速度の差を抑制し、複数の燃料電池23を略均等に昇温することができる。   As described above, in the fuel cell system 1, the inner surface 211 of the housing 21 is formed of a heat insulating material, and the lining portion 27 is formed of a heat conductive material having higher heat conductivity than the heat insulating material. The lining portion 27 covers the inner surface 211 while being separated from the inner surface 211 of the housing 21 and accommodates the plurality of fuel cells 23 in the internal space 272. During the start-up operation of the fuel cell system 1, a heating gas that is a heating fluid is supplied to the gap space 212 between the housing 21 and the lining portion 27, and a plurality of fuel cells are irradiated by radiation from the lining portion 27. 23 is heated. Thereby, the difference of the temperature increase rate resulting from the position in the internal space 272 of the some fuel cell 23 can be suppressed, and the some fuel cell 23 can be heated up substantially equally.

また、燃料電池システム1では、内張部27が、ハウジング21の内面211から離間しつつ内面211を覆う外壁部271と、外壁部271と熱伝導可能に接続される隔壁部28とを備える。隔壁部28は、内張部27の内部空間272を、複数の燃料電池23が分散配置される複数の電池配置区域282に区画する。これにより、複数の燃料電池23と内張部27との間のそれぞれの最短距離の差が小さくなり、内張部27からの輻射により複数の燃料電池23にそれぞれ付与される熱の均等性が向上する。その結果、複数の燃料電池23の昇温速度の差をより一層抑制し、複数の燃料電池23の昇温の均等性を向上することができる。   In the fuel cell system 1, the lining portion 27 includes an outer wall portion 271 that covers the inner surface 211 while being separated from the inner surface 211 of the housing 21, and a partition wall portion 28 that is connected to the outer wall portion 271 so as to be capable of conducting heat. The partition wall 28 divides the internal space 272 of the lining portion 27 into a plurality of battery placement areas 282 in which the plurality of fuel cells 23 are arranged in a distributed manner. As a result, the difference between the shortest distances between the plurality of fuel cells 23 and the lining portion 27 is reduced, and the uniformity of heat applied to the plurality of fuel cells 23 due to radiation from the lining portion 27 is reduced. improves. As a result, it is possible to further suppress the difference in the temperature increase rate of the plurality of fuel cells 23 and improve the temperature increase uniformity of the plurality of fuel cells 23.

上述のように、燃料電池システム1では、複数の電池配置区域282をそれぞれ囲む複数の筒状部が、隔壁部28により形成される。このように、各電池配置区域282に配置される燃料電池23を熱伝導性材料により囲むことにより、複数の燃料電池23の加熱を効率良く行うことができる。また、各燃料電池23において、当該筒状部からの輻射による熱が、筒状部に対向する部位に略均等に付与されるため、各燃料電池23全体を略均等に昇温することができる。具体的には、例えば、各燃料電池23において、負極および正極が略均等に昇温される。   As described above, in the fuel cell system 1, a plurality of cylindrical portions that respectively surround the plurality of cell placement areas 282 are formed by the partition wall portions 28. Thus, by surrounding the fuel cells 23 arranged in each cell arrangement area 282 with the heat conductive material, the plurality of fuel cells 23 can be efficiently heated. Further, in each fuel cell 23, the heat generated by the radiation from the cylindrical portion is applied substantially evenly to the portion facing the cylindrical portion, so that the temperature of the entire fuel cell 23 can be increased substantially uniformly. . Specifically, for example, in each fuel cell 23, the temperature of the negative electrode and the positive electrode is increased substantially evenly.

さらに、燃料電池システム1では、上述の複数の筒状部をそれぞれ含むとともに複数の電池配置区域282のそれぞれを互いに隔絶する複数の電池室283が、隔壁部28により形成される。このように、各電池配置区域282に配置される燃料電池23の周囲全体を熱伝導性材料により囲むことにより、複数の燃料電池23の加熱をより一層効率良く行うことができる。また、各燃料電池23において、電池室283からの輻射による熱が、電池室283に対向する部位に略均等に付与されるため、各燃料電池23全体の昇温の均等性を向上することができる。   Further, in the fuel cell system 1, a plurality of battery chambers 283 that respectively include the above-described plurality of cylindrical portions and isolate the plurality of battery placement areas 282 from each other are formed by the partition wall portions 28. Thus, by surrounding the entire periphery of the fuel cell 23 arranged in each cell arrangement area 282 with the heat conductive material, the plurality of fuel cells 23 can be heated more efficiently. Further, in each fuel cell 23, heat from radiation from the battery chamber 283 is applied substantially evenly to a portion facing the battery chamber 283, so that the uniformity of temperature rise of each fuel cell 23 can be improved. it can.

上述のように、燃料電池システム1では、複数の電池配置区域282のそれぞれに配置される燃料電池23の数が1である。このため、内張部27から各電池配置区域282に輻射により付与される熱は、当該電池配置区域282に配置される1つの燃料電池23の昇温に利用され、他の燃料電池23の昇温には実質的に利用されない。したがって、複数の燃料電池23の昇温の均等性をより一層向上することができる。また、上述のように、複数の電池室283の形状および大きさはおよそ同じであり、複数の電池室283における燃料電池23の位置もおよそ同じである。これにより、複数の燃料電池23の昇温の均等性をさらに向上することができる。   As described above, in the fuel cell system 1, the number of the fuel cells 23 arranged in each of the plurality of cell arrangement areas 282 is one. For this reason, the heat applied from the lining portion 27 to each battery placement area 282 by radiation is used to raise the temperature of one fuel cell 23 placed in the battery placement area 282 and the rise of the other fuel cells 23 is increased. Virtually not used for temperature. Therefore, it is possible to further improve the uniformity of the temperature rise of the plurality of fuel cells 23. Further, as described above, the shapes and sizes of the plurality of battery chambers 283 are approximately the same, and the positions of the fuel cells 23 in the plurality of battery chambers 283 are also approximately the same. Thereby, the uniformity of the temperature rise of the plurality of fuel cells 23 can be further improved.

上述のように、内張部27は、断熱部材29を介して複数の燃料電池23を支持する。このため、内張部27から複数の燃料電池23への熱伝導による熱の伝達が抑制され、複数の燃料電池23が、主に内張部27からの輻射による熱の伝達により加熱される。これにより、燃料電池23と内張部27との接触状態の違いや、加熱用流体が流れる間隙空間212と燃料電池23との間の距離の違い等に起因する熱伝導の差を抑制し、複数の燃料電池23の昇温の均等性を向上することができる。また、各燃料電池23において、内張部27と直接的に接触する部分がない(すなわち、燃料電池23全体が内張部27と非接触である)ため、各燃料電池23全体の昇温の均等性も向上することができる。   As described above, the lining portion 27 supports the plurality of fuel cells 23 via the heat insulating member 29. For this reason, heat transfer from the lining portion 27 to the plurality of fuel cells 23 is suppressed, and the plurality of fuel cells 23 are heated mainly by heat transfer due to radiation from the lining portion 27. Thereby, the difference in the heat conduction caused by the difference in the contact state between the fuel cell 23 and the lining 27, the difference in the distance between the gap space 212 through which the heating fluid flows and the fuel cell 23, and the like are suppressed, The uniformity of the temperature rise of the plurality of fuel cells 23 can be improved. Further, in each fuel cell 23, there is no portion in direct contact with the lining portion 27 (that is, the entire fuel cell 23 is not in contact with the lining portion 27). Uniformity can also be improved.

図3は、本発明の第2の実施の形態に係る燃料電池システム1aの構成を示す図である。燃料電池システム1aでは、図1に示す減圧部51および圧力制御部52に代えて、作動流体供給部53と、第3熱交換器54とが設けられる。燃料電池システム1aのその他の構成は、図1に示す燃料電池システム1と略同様であり、以下の説明では、燃料電池システム1aの対応する構成に同符号を付す。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system 1a according to the second embodiment of the present invention. In the fuel cell system 1a, a working fluid supply unit 53 and a third heat exchanger 54 are provided instead of the decompression unit 51 and the pressure control unit 52 shown in FIG. The other configuration of the fuel cell system 1a is substantially the same as that of the fuel cell system 1 shown in FIG. 1, and the same reference numerals are given to the corresponding components of the fuel cell system 1a in the following description.

作動流体供給部53は、作動流体供給管531を介して供給ポート213に接続される。作動流体供給部53は、燃料電池システム1aの定常運転時に、作動流体供給管531および供給ポート213を介して、間隙空間212に作動流体を供給する。作動流体は、間隙空間212全体に拡がり、複数の燃料電池23からの熱により内張部27を介して加熱される。間隙空間212を通過する間に加熱された作動流体は、排出ポート214からハウジング21の外部へと排出される。作動流体は、気体であっても液体であってもよい。作動流体としては、例えば、窒素等の不活性ガスや空気、あるいは、水や代替フロン等の有機媒体が利用される。作動流体として不活性ガスが利用される場合、例えば、熱伝導率が比較的高い二酸化炭素が作動流体として利用されることが好ましい。なお、排出ポート214から排出される作動流体は、作動流体供給管531を介して供給ポート213に循環されてもよい。   The working fluid supply unit 53 is connected to the supply port 213 via the working fluid supply pipe 531. The working fluid supply unit 53 supplies the working fluid to the gap space 212 via the working fluid supply pipe 531 and the supply port 213 during the steady operation of the fuel cell system 1a. The working fluid spreads over the entire gap space 212 and is heated via the lining portion 27 by heat from the plurality of fuel cells 23. The working fluid heated while passing through the gap space 212 is discharged from the discharge port 214 to the outside of the housing 21. The working fluid may be a gas or a liquid. As the working fluid, for example, an inert gas such as nitrogen or air, or an organic medium such as water or alternative chlorofluorocarbon is used. When an inert gas is used as the working fluid, for example, carbon dioxide having a relatively high thermal conductivity is preferably used as the working fluid. The working fluid discharged from the discharge port 214 may be circulated to the supply port 213 via the working fluid supply pipe 531.

第3熱交換器54は、凝縮部45と水蒸気生成部46との間の水供給管451上に配置される。第3熱交換器54は、作動流体排出管541を介して排出ポート214に接続される。間隙空間212から排出ポート214を介して排出された比較的高温の作動流体は、作動流体排出管541を介して第3熱交換器54に導かれる。第3熱交換器54では、燃料電池システム1aの定常運転時に凝縮部45から水蒸気生成部46へと供給される水が、作動流体により加熱される。第3熱交換器54は、水蒸気生成部46と改質器22との間の水蒸気供給管262上に配置されてもよい。この場合、水蒸気生成部46から改質器22へと供給される水蒸気が、第3熱交換器54において作動流体により加熱される。   The third heat exchanger 54 is disposed on the water supply pipe 451 between the condensing unit 45 and the water vapor generating unit 46. The third heat exchanger 54 is connected to the discharge port 214 via the working fluid discharge pipe 541. The relatively high temperature working fluid discharged from the gap space 212 via the discharge port 214 is guided to the third heat exchanger 54 via the working fluid discharge pipe 541. In the third heat exchanger 54, water supplied from the condensing unit 45 to the water vapor generating unit 46 during steady operation of the fuel cell system 1a is heated by the working fluid. The third heat exchanger 54 may be disposed on the steam supply pipe 262 between the steam generator 46 and the reformer 22. In this case, the steam supplied from the steam generator 46 to the reformer 22 is heated by the working fluid in the third heat exchanger 54.

いずれの場合であっても、第3熱交換器54では、燃料電池システム1aの定常運転時に、間隙空間212を通過して加熱された作動流体を利用して、改質器22に供給される水の加熱が行われる。これにより、燃料電池システム1aの定常運転時に、内張部27から外部へと放出される排熱を有効利用し、水蒸気生成部46における水の加熱、または、改質器22における水蒸気改質に要するエネルギーを低減することができる。   In any case, the third heat exchanger 54 is supplied to the reformer 22 using the working fluid heated through the gap space 212 during the steady operation of the fuel cell system 1a. Water is heated. Thereby, during the steady operation of the fuel cell system 1a, the exhaust heat released from the lining portion 27 to the outside is effectively used to heat the water in the steam generation unit 46 or to perform the steam reforming in the reformer 22. The energy required can be reduced.

第3熱交換器54は、例えば、改質器22と不純物除去部41との間の原燃料供給管261上に設けられてもよい。この場合、第3熱交換器54では、燃料電池システム1aの定常運転時に、間隙空間212を通過して加熱された作動流体を利用して、改質器22に供給される原燃料の予備加熱が行われる。これにより、燃料電池システム1aの定常運転時に、内張部27から外部へと放出される排熱を有効利用し、改質器22における水蒸気改質に要するエネルギーを低減することができる。   The third heat exchanger 54 may be provided on the raw fuel supply pipe 261 between the reformer 22 and the impurity removal unit 41, for example. In this case, in the third heat exchanger 54, during the steady operation of the fuel cell system 1a, the raw fuel supplied to the reformer 22 is preheated using the working fluid heated through the gap space 212. Is done. Thereby, during the steady operation of the fuel cell system 1a, exhaust heat released from the lining portion 27 to the outside can be effectively used, and the energy required for steam reforming in the reformer 22 can be reduced.

第3熱交換器54は、例えば、ブロワ43と複数の燃料電池23との間の酸化剤ガス供給管253上に設けられてもよい。この場合、第3熱交換器54では、燃料電池システム1aの定常運転時に、間隙空間212を通過して加熱された作動流体を利用して、複数の燃料電池23に供給される酸化剤ガスの予備加熱が行われる。これにより、燃料電池システム1aの定常運転時に、内張部27から外部へと放出される排熱を有効利用し、酸化剤ガスの加熱に要するエネルギーを低減することができる。   For example, the third heat exchanger 54 may be provided on the oxidant gas supply pipe 253 between the blower 43 and the plurality of fuel cells 23. In this case, in the third heat exchanger 54, during the steady operation of the fuel cell system 1a, the working fluid heated through the gap space 212 is used to supply the oxidant gas supplied to the plurality of fuel cells 23. Preheating is performed. Thereby, during the steady operation of the fuel cell system 1a, the exhaust heat released from the lining portion 27 to the outside can be effectively used, and the energy required for heating the oxidant gas can be reduced.

燃料電池システム1aでは、第3熱交換器54に代えてタービンおよび発電機等が設けられ、間隙空間212を通過して加熱された作動流体を利用してタービンおよび発電機を駆動することにより、発電が行われてもよい。これにより、燃料電池システム1aの定常運転時に、内張部27から外部へと放出される排熱を有効利用し、燃料電池システム1aの発電量を増大することができる。   In the fuel cell system 1a, a turbine and a generator are provided instead of the third heat exchanger 54, and the working fluid heated through the gap space 212 is driven to drive the turbine and the generator. Power generation may be performed. Thereby, during the steady operation of the fuel cell system 1a, the exhaust heat released from the lining portion 27 to the outside can be effectively used, and the power generation amount of the fuel cell system 1a can be increased.

図4は、本発明の第3の実施の形態に係る燃料電池システム1bの構成を示す図である。燃料電池システム1bでは、図1に示す減圧部51および圧力制御部52に代えて、供給切替部55が設けられる。燃料電池システム1bのその他の構成は、図1に示す燃料電池システム1と略同様であり、以下の説明では、燃料電池システム1bの対応する構成に同符号を付す。   FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system 1b according to the third embodiment of the present invention. In the fuel cell system 1b, a supply switching unit 55 is provided instead of the decompression unit 51 and the pressure control unit 52 shown in FIG. The other configuration of the fuel cell system 1b is substantially the same as that of the fuel cell system 1 shown in FIG. 1, and the same reference numerals are given to the corresponding components of the fuel cell system 1b in the following description.

供給切替部55は、ブロワ43からの酸化剤ガスを複数の燃料電池23へと導く酸化剤ガス供給管253上に設けられる。供給切替部55は、例えば、第2熱交換器44とハウジング21との間に設けられる。供給切替部55において、酸化剤ガス供給管253から酸化剤ガス供給管253aが分岐し、ハウジング21に設けられた第1酸化剤ガス供給ポート215に接続される。また、内張部27の外壁部271には、第2酸化剤ガス供給ポート216が設けられる。第2酸化剤ガス供給ポート216は、内張部27の内部空間272において、酸化剤ガス供給管253bを介して酸化剤ガス供給管253に接続される。   The supply switching unit 55 is provided on the oxidant gas supply pipe 253 that guides the oxidant gas from the blower 43 to the plurality of fuel cells 23. The supply switching unit 55 is provided between the second heat exchanger 44 and the housing 21, for example. In the supply switching unit 55, the oxidant gas supply pipe 253 a branches from the oxidant gas supply pipe 253 and is connected to the first oxidant gas supply port 215 provided in the housing 21. A second oxidant gas supply port 216 is provided on the outer wall portion 271 of the lining portion 27. The second oxidant gas supply port 216 is connected to the oxidant gas supply pipe 253 via the oxidant gas supply pipe 253 b in the internal space 272 of the lining portion 27.

燃料電池システム1bの起動運転時には、上述のように、ブロワ43からの酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給管253により内張部27の内部空間272へと導かれ、複数の燃料電池23に供給される。また、間隙空間212には、加熱用流体生成部33から高温の加熱用ガスが供給される。燃料電池システム1bの起動運転が終了して定常運転が行われる際には、間隙空間212への加熱用ガスの供給は停止される。   During the start-up operation of the fuel cell system 1b, as described above, the oxidant gas from the blower 43 is guided to the internal space 272 of the lining portion 27 by the oxidant gas supply pipe 253 and supplied to the plurality of fuel cells 23. Is done. The gap space 212 is supplied with a high-temperature heating gas from the heating fluid generator 33. When the startup operation of the fuel cell system 1b is finished and the steady operation is performed, the supply of the heating gas to the gap space 212 is stopped.

燃料電池システム1bの定常運転時には、供給切替部55にて流路が切り替えられることにより、ブロワ43からの酸化剤ガスが、酸化剤ガス供給管253aへと導かれ、第1酸化剤ガス供給ポート215を介して間隙空間212へと供給される。酸化剤ガスは、間隙空間212全体に拡がり、複数の燃料電池23からの熱により内張部27を介して加熱される。間隙空間212にて加熱された酸化剤ガスは、第2酸化剤ガス供給ポート216および酸化剤ガス供給管253bを介して、内張部27の内部空間272において酸化剤ガス供給管253へと導かれ、酸化剤ガス供給管253を介して複数の燃料電池23に供給される。このように、燃料電池システム1bの定常運転時に、酸化剤ガスが間隙空間212を経由して複数の燃料電池23に供給されることにより、内張部27から外部へと放出される排熱を有効利用して酸化剤ガスの予備加熱を行うことができる。   During the steady operation of the fuel cell system 1b, the flow path is switched by the supply switching unit 55, whereby the oxidant gas from the blower 43 is guided to the oxidant gas supply pipe 253a and the first oxidant gas supply port. It is supplied to the gap space 212 via 215. The oxidant gas spreads over the entire gap space 212 and is heated through the lining portion 27 by heat from the plurality of fuel cells 23. The oxidant gas heated in the gap space 212 is guided to the oxidant gas supply pipe 253 in the inner space 272 of the lining portion 27 through the second oxidant gas supply port 216 and the oxidant gas supply pipe 253b. Then, it is supplied to the plurality of fuel cells 23 via the oxidant gas supply pipe 253. As described above, when the oxidant gas is supplied to the plurality of fuel cells 23 via the gap spaces 212 during the steady operation of the fuel cell system 1b, the exhaust heat released from the lining portion 27 to the outside is reduced. The oxidant gas can be preheated effectively.

上述の燃料電池システム1,1a,1bでは、様々な変更が可能である。   Various modifications can be made in the above-described fuel cell systems 1, 1a, 1b.

例えば、燃料電池システム1,1a,1bでは、加熱用流体生成部33から間隙空間212に供給される加熱用流体は、必ずしも、加熱用ガスには限定されず、加熱用の液体(例えば、高沸点の難燃性マシンオイル)であってもよい。加熱用流体生成部33は、例えば、加熱用の流体を加熱する電気ヒータであってもよい。   For example, in the fuel cell systems 1, 1 a, 1 b, the heating fluid supplied from the heating fluid generator 33 to the gap space 212 is not necessarily limited to the heating gas, but a heating liquid (for example, a high It may be a flame-retardant machine oil having a boiling point. The heating fluid generator 33 may be, for example, an electric heater that heats the heating fluid.

燃料電池システム1,1a,1bでは、内張部27の内部空間272において、複数の電池配置区域282のそれぞれに配置される燃料電池23の数は2以上であってもよい。また、複数の電池配置区域282のそれぞれに配置される燃料電池23の数は異なっていてもよい。燃料電池23と内張部27との間の断熱部材29は省略されてもよい。   In the fuel cell systems 1, 1 a, 1 b, the number of the fuel cells 23 arranged in each of the plurality of cell arrangement areas 282 in the internal space 272 of the lining portion 27 may be two or more. Further, the number of fuel cells 23 arranged in each of the plurality of battery arrangement areas 282 may be different. The heat insulating member 29 between the fuel cell 23 and the lining portion 27 may be omitted.

燃料電池システム1,1a,1bでは、電池配置区域282を囲む上述の筒状部は、必ずしも四角筒状には限定されず、様々な形状であってもよい。筒状部は、例えば、円筒状であってもよい。あるいは、それぞれが六角筒状である複数の筒状部を含む電池室283が、ハニカム状に配置されてもよい。図1に示す燃料電池システム1では、複数の電池室283から図1中の手前側および奥側の側面がそれぞれ省略され、複数の筒状部が内張部27の内部空間272に配置されてもよい。燃料電池システム1a,1bにおいても同様である。   In the fuel cell systems 1, 1 a, 1 b, the above-described tubular portion surrounding the cell placement area 282 is not necessarily limited to a rectangular tubular shape, and may have various shapes. The cylindrical portion may be cylindrical, for example. Alternatively, battery chambers 283 including a plurality of cylindrical portions each having a hexagonal cylindrical shape may be arranged in a honeycomb shape. In the fuel cell system 1 shown in FIG. 1, the front and back side surfaces in FIG. 1 are omitted from the plurality of battery chambers 283, and the plurality of cylindrical portions are arranged in the internal space 272 of the lining portion 27. Also good. The same applies to the fuel cell systems 1a and 1b.

燃料電池システム1,1a,1bでは、隔壁部28により内張部27の内部空間272が複数の電池配置区域282に区画されるのであれば、上述の筒状部は設けられなくてもよい。また、隔壁部28は省略されてもよい。   In the fuel cell systems 1, 1 a, and 1 b, if the inner space 272 of the lining portion 27 is partitioned into a plurality of battery placement areas 282 by the partition wall portion 28, the above-described cylindrical portion may not be provided. Further, the partition wall 28 may be omitted.

燃料電池システム1,1a,1bでは、内張部27は、必ずしも、ハウジング21の内面211を全面に亘って覆う必要はなく、略直方体状の筐体である必要もない。例えば、内張部27は、側方に開口した略四角筒状であり、略直方体状のハウジング21の内面211のうち上面、下面および2つの側面を、内面211から離間しつつ覆ってもよい。すなわち、内張部27は、ハウジング21の内面211から離間しつつ内面211の少なくとも一部を覆っていればよい。   In the fuel cell systems 1, 1 a, 1 b, the lining portion 27 does not necessarily need to cover the entire inner surface 211 of the housing 21 and does not have to be a substantially rectangular parallelepiped casing. For example, the lining portion 27 has a substantially rectangular tube shape that opens to the side, and may cover the upper surface, the lower surface, and the two side surfaces of the inner surface 211 of the substantially rectangular parallelepiped housing 21 while being separated from the inner surface 211. . That is, the lining portion 27 only needs to cover at least a part of the inner surface 211 while being separated from the inner surface 211 of the housing 21.

燃料電池システム1,1a,1bの起動運転時には、改質器22に原燃料とは異なる起動用材料が供給されてもよい。起動用材料としては、例えば、窒素、水素、LPガス、都市ガス、バイオエタノール等が使用される。改質器22は、必ずしも内張部27の内部空間272に収容される必要はなく、例えば、間隙空間212に配置されてもよい。   During the starting operation of the fuel cell systems 1, 1 a, 1 b, a starting material different from the raw fuel may be supplied to the reformer 22. As the starting material, for example, nitrogen, hydrogen, LP gas, city gas, bioethanol or the like is used. The reformer 22 is not necessarily accommodated in the internal space 272 of the lining portion 27, and may be disposed in the gap space 212, for example.

燃料電池システム1,1a,1bでは、燃料電池23からの負極排ガスに含まれる水蒸気を、凝縮部45にて水として取り出した上で水蒸気生成部46に供給しているが、水蒸気を含む負極排ガスの一部が、ガス状のまま改質器22へと供給されてもよい。この場合であっても、定常運転時の水自立運転の実現が可能である。   In the fuel cell systems 1, 1 a, 1 b, the water vapor contained in the negative electrode exhaust gas from the fuel cell 23 is taken out as water by the condensing unit 45 and then supplied to the water vapor generating unit 46. A part of the gas may be supplied to the reformer 22 in a gaseous state. Even in this case, it is possible to realize water self-sustained operation during steady operation.

燃料電池システム1,1a,1bでは、定常運転の際に、必ずしも水自立運転は行われる必要はなく、水供給部31から水蒸気生成部46に水が継続的に供給されてもよい。また、燃料電池システム1,1a,1bでは、定常運転の際に、必ずしも熱自立運転が行われる必要はなく、加熱用流体生成部33から間隙空間212に加熱用流体が継続的に供給されてもよい。この場合、図1に示す減圧部51および圧力制御部52、図3に示す作動流体供給部53および第3熱交換器54、図4に示す供給切替部55は省略されてもよい。   In the fuel cell systems 1, 1 a, and 1 b, it is not always necessary to perform water self-sustained operation during steady operation, and water may be continuously supplied from the water supply unit 31 to the steam generation unit 46. In the fuel cell systems 1, 1 a, and 1 b, it is not always necessary to perform the heat independent operation during the steady operation, and the heating fluid is continuously supplied from the heating fluid generator 33 to the gap space 212. Also good. In this case, the decompression unit 51 and the pressure control unit 52 shown in FIG. 1, the working fluid supply unit 53 and the third heat exchanger 54 shown in FIG. 3, and the supply switching unit 55 shown in FIG. 4 may be omitted.

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。   The configurations in the above-described embodiments and modifications may be combined as appropriate as long as they do not contradict each other.

1,1a,1b 燃料電池システム
21 ハウジング
22 改質器
23 燃料電池
27 内張部
28 隔壁部
29 断熱部材
51 減圧部
52 圧力制御部
53 作動流体供給部
211 (ハウジングの)内面
212 間隙空間
272 (内張部の)内部空間
282 電池配置区域
283 電池室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b Fuel cell system 21 Housing 22 Reformer 23 Fuel cell 27 Lining part 28 Partition part 29 Heat insulation member 51 Pressure-reducing part 52 Pressure control part 53 Working fluid supply part 211 (Housing) inner surface 212 Gap space 272 ( Internal space (liner) 282 Battery placement area 283 Battery compartment

Claims (10)

燃料電池システムであって、
原燃料を改質して燃料ガスを生成する改質器と、
それぞれが前記燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電を行う固体酸化物形の複数の燃料電池と、
内面または外面が断熱材料により形成されるハウジングと、
前記断熱材料よりも熱伝導性が高い熱伝導性材料により形成され、前記ハウジングの前記内面から離間しつつ前記内面を覆うとともに、内部空間に前記複数の燃料電池を収容する内張部と、
を備え、
起動運転時に、前記ハウジングと前記内張部との間の間隙空間に加熱用流体が供給され、前記内張部からの輻射により前記複数の燃料電池が加熱されることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell system,
A reformer that reforms raw fuel to produce fuel gas;
A plurality of solid oxide fuel cells, each generating power using the fuel gas and oxidant gas;
A housing whose inner or outer surface is formed of a heat insulating material;
A lining portion that is formed of a heat conductive material having higher heat conductivity than the heat insulating material, covers the inner surface while being separated from the inner surface of the housing, and houses the plurality of fuel cells in an internal space;
With
During start-up operation, a heating fluid is supplied to a gap space between the housing and the lining portion, and the plurality of fuel cells are heated by radiation from the lining portion. .
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記内張部が、
前記ハウジングの前記内面から離間しつつ前記内面を覆う外壁部と、
前記外壁部と熱伝導可能に接続され、前記内部空間を前記複数の燃料電池が分散配置される複数の電池配置区域に区画する隔壁部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
The lining is
An outer wall portion covering the inner surface while being separated from the inner surface of the housing;
A partition wall portion that is connected to the outer wall portion so as to be capable of conducting heat, and divides the inner space into a plurality of cell arrangement areas in which the plurality of fuel cells are distributed and arranged,
A fuel cell system comprising:
請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記隔壁部により、前記複数の電池配置区域をそれぞれ囲む複数の筒状部が形成されることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2, wherein
The fuel cell system, wherein the partition wall portion forms a plurality of cylindrical portions respectively surrounding the plurality of battery arrangement areas.
請求項3に記載の燃料電池システムであって、
前記隔壁部により、前記複数の筒状部をそれぞれ含むとともに前記複数の電池配置区域のそれぞれを互いに隔絶する複数の電池室が形成されることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 3,
A fuel cell system comprising: a plurality of battery chambers each including the plurality of cylindrical portions and isolating each of the plurality of battery arrangement areas from each other by the partition wall portion.
請求項2ないし4のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記複数の電池配置区域のそれぞれに配置される燃料電池の数が1であることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 2 to 4,
The fuel cell system, wherein the number of fuel cells arranged in each of the plurality of cell arrangement areas is one.
請求項1ないし5のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記内張部が、断熱部材を介して前記複数の燃料電池を支持することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
The fuel cell system, wherein the lining portion supports the plurality of fuel cells via a heat insulating member.
請求項1ないし6のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
定常運転時に、前記間隙空間を減圧雰囲気とする減圧部をさらに備えることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6,
A fuel cell system, further comprising a decompression unit that makes the gap space a decompressed atmosphere during steady operation.
請求項7に記載の燃料電池システムであって、
前記内張部の前記内部空間の温度に基づいて、前記減圧部を制御して前記間隙空間の圧力を調節する圧力制御部をさらに備えることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 7, wherein
The fuel cell system further comprising a pressure control unit that controls the pressure reducing unit to adjust the pressure in the gap space based on the temperature of the internal space of the lining.
請求項1ないし6のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
定常運転時に、前記間隙空間に作動流体を供給する作動流体供給部をさらに備え、
前記間隙空間を通過して加熱された前記作動流体を利用して、前記改質器に供給される水の加熱、前記改質器に供給される前記原燃料の予備加熱、または、前記複数の燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの予備加熱が行われることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6,
A working fluid supply unit for supplying the working fluid to the gap space during steady operation;
The working fluid heated through the gap space is used to heat water supplied to the reformer, to preheat the raw fuel supplied to the reformer, or to A fuel cell system, wherein the oxidant gas supplied to the fuel cell is preheated.
請求項1ないし6のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
定常運転時に、前記酸化剤ガスが前記間隙空間を経由して前記複数の燃料電池に供給されることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the oxidant gas is supplied to the plurality of fuel cells via the gap space during steady operation.
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