JP2020009615A

JP2020009615A - Fuel cell device

Info

Publication number: JP2020009615A
Application number: JP2018129140A
Authority: JP
Inventors: 雄一大野; Yuichi Ono; 孝一柳澤; Koichi Yanagisawa; 康弘長田; Yasuhiro Osada; 卓哉布施; Takuya Fuse; 萩原　康正; Yasumasa Hagiwara; 康正萩原
Original assignee: Denso Corp; Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2020-01-16

Abstract

To suppress a decrease in system efficiency in a fuel cell device that adjusts the temperature of a fuel cell.SOLUTION: A fuel cell device includes: a power generation unit 200 having a fuel cell 202 that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas and discharges exhaust gas not used in the electrochemical reaction; and a thermoacoustic unit 300 having sound transmission tubes 301 and 302 in which a working fluid is sealed, a sound energy generating unit 303 that is arranged in the sound transmission tube 301, forms a temperature gradient due to an input of heat energy of the exhaust gas, and generates sound energy from heat energy by thermoacoustic self-excited vibration, and a temperature adjusting unit 311 that converts acoustic energy into a different kind of energy and adjusts the temperature of the power generation unit 200 using the different kind of energy.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device.

固体酸化物型燃料電池は、作動温度が高く高効率である一方、高温になり過ぎると出力低下などが生じるおそれがある。このため、燃料電池の出力を安定させるためには、温度を所定範囲に保つ必要がある。 The solid oxide fuel cell has a high operating temperature and high efficiency, but if the temperature becomes too high, the output may be reduced. Therefore, in order to stabilize the output of the fuel cell, it is necessary to keep the temperature within a predetermined range.

これに対し、特許文献１では、空気供給量を増やすことで、燃料電池の過昇温を防止することが開示されている。 On the other hand, Patent Literature 1 discloses that an excessive supply of air is prevented by increasing the air supply amount.

特開２０１２−２１６２９０号公報JP 2012-216290 A

しかしながら、燃料電池の温度調整のために空気供給量を増大させる場合には、空気供給装置の動力が増大するとともに空気供給装置を大型化する必要があり、システム効率が低下する。 However, when the air supply amount is increased to adjust the temperature of the fuel cell, it is necessary to increase the power of the air supply device and to increase the size of the air supply device, thereby lowering the system efficiency.

本発明は上記点に鑑み、燃料電池の温度調整を行う燃料電池装置において、システム効率低下を抑制することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to suppress a decrease in system efficiency in a fuel cell device that performs temperature adjustment of a fuel cell.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応によって発電し、前記電気化学反応に用いられなかった排ガスを排出する燃料電池（２０２）を有する発電ユニット（２００）と、作動流体が封入された音響伝達管（３０１、３０２、３１７、３１８）と、音響伝達管に配置され、排ガスが有する熱エネルギが入力されることで温度勾配が形成され、熱音響自励振動により熱エネルギから音響エネルギを生成する音響エネルギ生成部（３０３）と、音響エネルギを異なる種類の他のエネルギに変換し、他のエネルギを用いて前記発電ユニットの温度調整を行う温度調整部（３１１、３１４、３１６、３２７）とを有する熱音響ユニット（３００）と、を備えることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a fuel cell (202) that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas and discharges exhaust gas not used in the electrochemical reaction. The power generation unit (200), the sound transmission pipes (301, 302, 317, 318) in which the working fluid is sealed and the sound transmission pipes are arranged, and a thermal gradient is formed by inputting thermal energy of the exhaust gas. A sound energy generation unit (303) for generating sound energy from heat energy by thermoacoustic self-excited vibration, and converting sound energy to another energy of a different type, and adjusting the temperature of the power generation unit using the other energy. And a thermoacoustic unit (300) having a temperature adjustment unit (311, 314, 316, 327).

本発明によれば、燃料電池排ガスの排熱を利用して熱音響ユニットで音響エネルギを生成し、音響エネルギから変換した異なる種類のエネルギを用いて発電ユニットを温度調整している。これにより、システム効率を低下させることなく、燃料電池ユニットの温度調整を行うことができる。 According to the present invention, acoustic energy is generated in a thermoacoustic unit using exhaust heat of fuel cell exhaust gas, and the temperature of the power generation unit is adjusted using different types of energy converted from the acoustic energy. Thereby, the temperature of the fuel cell unit can be adjusted without lowering the system efficiency.

なお、上記各構成要素の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 Note that the reference numerals in parentheses of the above components indicate the correspondence with specific means described in the embodiments described later.

第１実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a fuel cell device according to a first embodiment. 第１実施形態の発電ユニットを示す概念図である。It is a conceptual diagram showing the power generation unit of a 1st embodiment. 第１実施形態の第２換気ファンの断面図である。It is sectional drawing of the 2nd ventilation fan of 1st Embodiment. 第２実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram showing a fuel cell device of a second embodiment. 第２実施形態の発電機の断面図である。It is sectional drawing of the generator of 2nd Embodiment. 第３実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram showing a fuel cell device of a third embodiment. 第４実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram showing a fuel cell device of a fourth embodiment. 第５実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram showing a fuel cell device of a fifth embodiment. 第６実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram showing a fuel cell device of a sixth embodiment. 第７実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram showing a fuel cell device of a seventh embodiment. 第８実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram showing a fuel cell device of an eighth embodiment. 第９実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram showing a fuel cell device of a ninth embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, portions that are the same or equivalent are denoted by the same reference numerals in the drawings.

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明する。図１に示すように、本第１実施形態の燃料電池装置１では、第１容器１００の内部に発電ユニット２００と熱音響ユニット３００が収容されている。第１容器１００には、内部を換気する２つの換気ファン１０１、３１１が設けられている。第１換気ファン１０１は電動ファンであり、後述する燃料電池２０２からの電力供給によって作動する。第２換気ファン３１１は、後述する熱音響ユニット３００から動力を得て作動する。 (1st Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, in the fuel cell device 1 of the first embodiment, a power generation unit 200 and a thermoacoustic unit 300 are housed inside a first container 100. The first container 100 is provided with two ventilation fans 101 and 311 for ventilating the inside. The first ventilation fan 101 is an electric fan, and operates by power supply from a fuel cell 202 described later. The second ventilation fan 311 operates by receiving power from a thermoacoustic unit 300 described later.

図２に示すように、発電ユニット２００は、第２容器２０１の内部に燃料電池２０２が収容されている。本実施形態の燃料電池２０２は、固体酸化物からなる電解質を備える固体酸化物型燃料電池である。固体酸化物型燃料電池は、その作動温度が７００℃〜１０００℃に設定される高温型燃料電池である。燃料電池２０２は、複数の燃料電池セルが積層されたセルスタックとして構成されている。 As shown in FIG. 2, in the power generation unit 200, a fuel cell 202 is housed inside a second container 201. The fuel cell 202 of this embodiment is a solid oxide fuel cell including an electrolyte made of a solid oxide. A solid oxide fuel cell is a high-temperature fuel cell whose operating temperature is set at 700C to 1000C. The fuel cell 202 is configured as a cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked.

燃料電池２０２は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応を利用して電力を発生する。本実施形態では、燃料ガスとして水素が用いられ、酸化剤ガスとして酸素を含む空気が用いられる。 The fuel cell 202 generates electric power using an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas. In the present embodiment, hydrogen is used as the fuel gas, and air containing oxygen is used as the oxidizing gas.

燃料電池２０２では、燃料供給通路２０３を介して燃料極に水素を含む燃料ガスが供給され、空気供給通路２０４を介して空気極に酸素を含む空気が供給されることにより、以下の電気化学反応が起こり、電気エネルギが発生する。 In the fuel cell 202, the fuel gas containing hydrogen is supplied to the fuel electrode via the fuel supply passage 203, and the air containing oxygen is supplied to the air electrode via the air supply passage 204, whereby the following electrochemical reaction occurs. Occurs and electrical energy is generated.

（燃料極）Ｈ₂＋Ｏ^2-→Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-
（空気極）１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｏ^2-
燃料供給通路２０３には、燃料流れ上流側から順に、燃料ポンプ２０５、改質器２０６が設けられている。燃料ポンプ２０５は、図示しない燃料タンクから原燃料を燃料供給通路２０３に圧送するポンプである。原燃料は、改質反応によって水素を生成するための燃料であり、例えばメタノールを用いることができる。 (Fuel _{^{electrode) H 2 + O 2- → H}} 2 O + 2e -
(Air _{^{electrode) 1 / 2O 2 + 2e -}} → O 2-
In the fuel supply passage 203, a fuel pump 205 and a reformer 206 are provided in order from the fuel flow upstream side. The fuel pump 205 is a pump for pumping raw fuel from a fuel tank (not shown) to the fuel supply passage 203 under pressure. The raw fuel is a fuel for generating hydrogen by a reforming reaction, and for example, methanol can be used.

燃料供給通路２０３には、水供給通路２０７から水蒸気が供給される。水供給通路２０７は、水（水蒸気）流れ上流側から順に、水タンク２０８、水ポンプ２０９、水加熱器２１０が設けられている。水ポンプ２０９によって、水タンク２０８から供給された水が水供給通路２０７に圧送される。 Water vapor is supplied from the water supply passage 207 to the fuel supply passage 203. The water supply passage 207 is provided with a water tank 208, a water pump 209, and a water heater 210 in order from the upstream side of the flow of water (steam). The water supplied from the water tank 208 is pumped to the water supply passage 207 by the water pump 209.

水加熱器２１０は、水を加熱して水蒸気を生成する。水加熱器２１０は、後述する燃焼器２１４で生成した燃焼排ガスの高熱を熱源とし、当該熱源により水を加熱するように構成されている。 The water heater 210 generates water vapor by heating water. The water heater 210 is configured to use high heat of combustion exhaust gas generated by a combustor 214 described later as a heat source and heat the water by the heat source.

改質器２０６には、原燃料と、水供給通路２０７を介して供給される水蒸気とが混合された混合ガスが供給される。改質器２０６は、燃焼器２１４で生成した燃焼排ガスの高熱を熱源とし、当該熱源により混合ガスを加熱する。 The reformer 206 is supplied with a mixed gas in which the raw fuel and steam supplied through the water supply passage 207 are mixed. The reformer 206 uses the high heat of the combustion exhaust gas generated in the combustor 214 as a heat source, and heats the mixed gas with the heat source.

改質器２０６は、混合ガスを高温に加熱することで、水蒸気改質反応（触媒反応）により原燃料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する。改質器２０６で生成した燃料ガスは、燃料電池２０２の燃料極側に導入される。 The reformer 206 heats the mixed gas to a high temperature to reform the raw fuel by a steam reforming reaction (catalytic reaction) to generate a fuel gas containing hydrogen. The fuel gas generated by the reformer 206 is introduced into the fuel cell 202 on the fuel electrode side.

空気供給通路２０４には、空気流れ上流側から順に、空気ポンプ２１１、空気加熱器２１２が設けられている。空気ポンプ２１１は、大気中から吸入した空気を空気供給通路２０４に圧送する。 In the air supply passage 204, an air pump 211 and an air heater 212 are provided in order from the air flow upstream side. The air pump 211 pumps air sucked from the atmosphere into the air supply passage 204.

空気加熱器２１２は、燃料電池２０２の空気極に導入する空気を加熱することで、空気極に導入する空気と燃料極に導入する高温の燃料ガスとの温度差を小さくし、燃料電池２０２における電気化学反応の効率向上を図るための空気予熱部である。空気加熱器２１２は、後述する燃焼器２１４で生成した燃焼排ガスの高熱を熱源とし、当該熱源により空気を加熱するように構成されている。 The air heater 212 heats the air introduced into the air electrode of the fuel cell 202, thereby reducing the temperature difference between the air introduced into the air electrode and the high-temperature fuel gas introduced into the fuel electrode. An air preheating unit for improving the efficiency of the electrochemical reaction. The air heater 212 is configured to use high heat of combustion exhaust gas generated by a combustor 214 described later as a heat source and heat the air by the heat source.

上述の電気化学反応に用いられかなった未反応水素および未反応空気は、排ガス通路２１３を介して燃料電池２０２から排ガスとして排出される。排ガス通路２１３には、排ガスを燃焼させて高温の燃焼排ガスを生成する燃焼器２１４が設けられている。 Unreacted hydrogen and unreacted air that have not been used in the above-described electrochemical reaction are discharged as exhaust gas from the fuel cell 202 through the exhaust gas passage 213. The exhaust gas passage 213 is provided with a combustor 214 that burns the exhaust gas to generate a high-temperature combustion exhaust gas.

燃焼器２１４は、改質器２０６に接触しており、燃焼器２１４で発生した燃焼熱は改質器２０６に伝えられる。さらに、排ガス通路２１３は、内部を通過する燃焼排ガスの高熱（排熱）を有効利用すべく、空気加熱器２１２、水加熱器２１０といった加熱対象機器を経由するようになっている。これにより、燃焼器２１４で生成した燃焼排ガスによって、空気供給通路２０４を流れる空気および水供給通路２０７を流れる水が加熱される。 The combustor 214 is in contact with the reformer 206, and the combustion heat generated in the combustor 214 is transmitted to the reformer 206. Further, the exhaust gas passage 213 passes through devices to be heated such as an air heater 212 and a water heater 210 in order to effectively use the high heat (exhaust heat) of the combustion exhaust gas passing therethrough. Thereby, the air flowing through the air supply passage 204 and the water flowing through the water supply passage 207 are heated by the combustion exhaust gas generated by the combustor 214.

発電ユニット２００には、制御部２１５が設けられている。制御部２１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御部２１５は、ＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。制御部２１５は、燃料ポンプ２０５、水ポンプ２０９、空気ポンプ２１１といった各種制御対象機器の作動を制御する。 The control unit 215 is provided in the power generation unit 200. The control unit 215 includes a well-known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and its peripheral circuits. The control unit 215 performs various calculations and processes based on a control program stored in the ROM. The control unit 215 controls the operation of various control target devices such as the fuel pump 205, the water pump 209, and the air pump 211.

図１に戻り、熱音響ユニット３００は、音響伝達管３０１、３０２を備えている。本実施形態の音響伝達管３０１、３０２は、入力ループ配管３０１および直線配管３０２とからなる。 Returning to FIG. 1, the thermoacoustic unit 300 includes acoustic transmission tubes 301 and 302. The sound transmission pipes 301 and 302 of the present embodiment include an input loop pipe 301 and a straight pipe 302.

音響伝達管３０１、３０２は、中空状の筒状部材であり、密閉空間を構成している。音響伝達管３０１、３０２としては、例えば円筒形状のステンレス製配管を用いることができる。音響伝達管３０１、３０２は、内部空間に作動流体が封入されている。音響伝達管３０１、３０２は、作動流体を介して音響エネルギを伝達可能な配管である。 The sound transmission tubes 301 and 302 are hollow cylindrical members, and constitute a closed space. As the sound transmission pipes 301 and 302, for example, cylindrical stainless steel pipes can be used. The working fluid is sealed in the internal space of the sound transmission tubes 301 and 302. The sound transmission pipes 301 and 302 are pipes capable of transmitting sound energy via a working fluid.

本実施形態では、作動流体として非凝縮性流体と凝縮性流体の混合物を用いている。非凝縮性媒体は、熱音響ユニット３００の作動温度範囲で気液相変化しない流体である。凝縮性媒体は、熱音響ユニット３００の作動温度範囲で気液相変化する流体である。 In the present embodiment, a mixture of a non-condensable fluid and a condensable fluid is used as the working fluid. The non-condensable medium is a fluid that does not undergo a gas-liquid phase change in the operating temperature range of the thermoacoustic unit 300. The condensable medium is a fluid that undergoes a gas-liquid phase change in the operating temperature range of the thermoacoustic unit 300.

非凝縮性流体としては、例えばヘリウム、窒素、アルゴン等の低分子量の不活性ガス、空気、水素あるいはこれらの混合物を好適に用いることができるが、異なる種類の非凝縮性流体を用いてもよい。凝縮性流体としては、例えば水、炭酸、フロンを好適に用いることができるが、異なる種類の凝縮性流体を用いてもよい。本実施形態では、非凝縮性流体として空気を用い、凝縮性流体として水を用いている。 As the non-condensable fluid, for example, a low-molecular-weight inert gas such as helium, nitrogen, or argon, air, hydrogen, or a mixture thereof can be preferably used, but different types of non-condensable fluids may be used. . As the condensable fluid, for example, water, carbonic acid, and chlorofluorocarbon can be suitably used, but different types of condensable fluids may be used. In the present embodiment, air is used as the non-condensable fluid, and water is used as the condensable fluid.

入力ループ配管３０１には、外部から熱エネルギの入力が行われる入力部３０３が設けられている。入力部３０３は原動機であり、外部から入力された熱エネルギから音響エネルギを生成する音響エネルギ生成部である。つまり、入力部３０３では、熱流から仕事流への変換が行われる。 The input part 303 for inputting heat energy from the outside is provided in the input loop pipe 301. The input unit 303 is a prime mover, and is a sound energy generation unit that generates sound energy from heat energy input from the outside. That is, in the input unit 303, the heat flow is converted into the work flow.

入力部３０３は、蓄熱部３０４、高温熱交換部３０５、低温熱交換部３０６を備えている。これらは、入力ループ配管３０１の長手方向に沿って配置されている。 The input unit 303 includes a heat storage unit 304, a high-temperature heat exchange unit 305, and a low-temperature heat exchange unit 306. These are arranged along the longitudinal direction of the input loop piping 301.

蓄熱部３０４の一端側に高温熱交換部３０５が配置されており、蓄熱部３０４の他端側に低温熱交換部３０６が配置されている。これらの熱交換部３０５、３０６は、蓄熱部３０４と熱的に接触している。このため、蓄熱部３０４の一端側が高温側端部となり、蓄熱部３０４の他端側が低温側端部となり、蓄熱部３０４の両端に温度差を生成することができる。 A high-temperature heat exchange unit 305 is arranged at one end of the heat storage unit 304, and a low-temperature heat exchange unit 306 is arranged at the other end of the heat storage unit 304. These heat exchange units 305 and 306 are in thermal contact with the heat storage unit 304. Therefore, one end of the heat storage unit 304 is a high-temperature end, the other end of the heat storage unit 304 is a low-temperature end, and a temperature difference can be generated between both ends of the heat storage unit 304.

蓄熱部３０４は、多数の細孔が形成されたスタックとして構成されている。蓄熱部３０４としては、例えばセラミックスハニカムのような細かい流路が設けられた構造体、あるいはステンレス等の金属メッシュのような目の細かい金網が積層された構造体等を用いることができる。 The heat storage section 304 is configured as a stack in which a number of pores are formed. As the heat storage unit 304, for example, a structure having a fine channel such as a ceramic honeycomb, a structure in which a fine mesh such as a metal mesh of stainless steel is laminated, or the like can be used.

高温熱交換部３０５は入熱装置であり、外部からの熱エネルギの入力によって蓄熱部３０４の高温側端部を加熱する。高温熱交換部３０５には、排ガス通路２１３を流れる燃焼排ガスが通過するようになっており、燃焼排ガスの熱によって蓄熱部３０４の高温側端部を加熱する。 The high-temperature heat exchange unit 305 is a heat input device, and heats the high-temperature side end of the heat storage unit 304 by inputting heat energy from the outside. The combustion exhaust gas flowing through the exhaust gas passage 213 passes through the high-temperature heat exchange unit 305, and heats the high-temperature side end of the heat storage unit 304 by the heat of the combustion exhaust gas.

低温熱交換部３０６は、蓄熱部３０４の他端側を冷却する。本実施形態では、低温熱交換部３０６に第２熱媒体通路３０７を介して常温の熱媒体が供給される。熱媒体としては、例えば水を用いることができる。第２熱媒体通路３０７を流れる熱媒体は、放熱器３０８で外気と熱交換して常温となっている。放熱器３０８には、外気を送風する送風ファン３０９が設けられている。第２熱媒体通路３０７には、熱媒体を循環させるための熱媒体ポンプ３１０が設けられている。なお、低温熱交換部３０６は、第２熱媒体通路３０７や放熱器３０８を設けることなく、大気と直接熱交換する自然放熱によって冷却してもよい。 The low-temperature heat exchange unit 306 cools the other end of the heat storage unit 304. In the present embodiment, the low-temperature heat exchange unit 306 is supplied with a normal-temperature heat medium via the second heat medium passage 307. As the heat medium, for example, water can be used. The heat medium flowing through the second heat medium passage 307 exchanges heat with the outside air at the radiator 308 and has a normal temperature. The radiator 308 is provided with a blower fan 309 that blows outside air. A heat medium pump 310 for circulating the heat medium is provided in the second heat medium passage 307. Note that the low-temperature heat exchange unit 306 may be cooled by natural heat radiation that directly exchanges heat with the atmosphere without providing the second heat medium passage 307 or the radiator 308.

高温熱交換部３０５および低温熱交換部３０６によって、蓄熱部３０４の両端に温度差が生じ、作動流体の流通方向に温度勾配が形成される。蓄熱部３０４では、蓄熱部３０４の両端の温度勾配が形成されることで、内部に存在する作動流体の圧縮、加熱、膨張、冷却が行われ、熱音響自励振動である音波が発生する。つまり、入力部３０３の蓄熱部３０４では、熱エネルギから音響エネルギへの変換が行われる。 The high-temperature heat exchange unit 305 and the low-temperature heat exchange unit 306 cause a temperature difference between both ends of the heat storage unit 304, and a temperature gradient is formed in the flow direction of the working fluid. In the heat storage unit 304, the temperature gradient at both ends of the heat storage unit 304 is formed, so that the working fluid present therein is compressed, heated, expanded, and cooled, and a sound wave that is thermoacoustic self-excited vibration is generated. That is, the heat storage unit 304 of the input unit 303 converts heat energy into acoustic energy.

直線配管３０２の一端側には入力ループ配管３０１が接続され、直線配管３０２の他端側には第２換気ファン３１１が設けられている。第２換気ファン３１１は、入力部３０３で生成した音響エネルギを運動エネルギに変換し、当該運動エネルギを用いて発電ユニット２００の温度調整を行う温度調整部である。ここで、発電ユニット２００の温度調整には、発電ユニット２００を冷却すること、発電ユニット２００の温度上昇を抑えることが含まれる。 An input loop pipe 301 is connected to one end of the straight pipe 302, and a second ventilation fan 311 is provided at the other end of the straight pipe 302. The second ventilation fan 311 is a temperature adjustment unit that converts acoustic energy generated by the input unit 303 into kinetic energy and adjusts the temperature of the power generation unit 200 using the kinetic energy. Here, the temperature adjustment of the power generation unit 200 includes cooling the power generation unit 200 and suppressing a temperature rise of the power generation unit 200.

図３に示すように、第２換気ファン３１１は、双方向タービン３１１ａ、シャフト３１１ｂ、マグネットカップリング３１１ｃ、ファンブレード３１１ｄを備えている。第２換気ファン３１１は、入力部３０３で生成した音響エネルギによって作動する。 As shown in FIG. 3, the second ventilation fan 311 includes a bidirectional turbine 311a, a shaft 311b, a magnet coupling 311c, and a fan blade 311d. The second ventilation fan 311 operates by acoustic energy generated by the input unit 303.

双方向タービン３１１ａは、音波の振動流を回転運動に変換してシャフト３１１ｂを回転させる。双方向タービン３１１ａは、音響エネルギから運動エネルギを生成する運動エネルギ生成部である。シャフト３１１ｂは、マグネットカップリング３１１ｃを介してファンブレード３１１ｄと非接触で接続されている。ファンブレード３１１ｄは、双方向タービン３１１ａで生成した運動エネルギによって駆動される送風部である。 The bidirectional turbine 311a converts the oscillating flow of sound waves into rotational motion to rotate the shaft 311b. The bidirectional turbine 311a is a kinetic energy generation unit that generates kinetic energy from acoustic energy. The shaft 311b is connected to the fan blade 311d through a magnet coupling 311c in a non-contact manner. The fan blade 311d is a blower driven by kinetic energy generated by the bidirectional turbine 311a.

図１に戻り、熱音響ユニット３００は、水タンク２０８の水を音響伝達管３０１、３０２の内部に供給するための水供給通路３１２が設けられている。水は、入力ループ配管３０１における蓄熱部３０４の高温側端部に対応する部位に供給される。水供給通路３１２には、水タンク２０８の水を圧送する水ポンプ３１３が設けられている。 Returning to FIG. 1, the thermoacoustic unit 300 is provided with a water supply passage 312 for supplying water in the water tank 208 to the inside of the acoustic transmission pipes 301 and 302. The water is supplied to a portion of the input loop pipe 301 corresponding to the high temperature side end of the heat storage section 304. The water supply passage 312 is provided with a water pump 313 for pumping the water in the water tank 208.

水タンク２０８から音響伝達管３０１、３０２の内部に供給された水は、熱音響ユニット３００の凝縮性流体として用いられる。水タンク２０８の水は改質器２０６で燃料ガスを生成するために用いられる水であり、燃料電池２０２のために用いられる水が熱音響ユニット３００の非凝縮性流体として用いられることとなる。 The water supplied from the water tank 208 to the inside of the sound transmission tubes 301 and 302 is used as a condensable fluid of the thermoacoustic unit 300. The water in the water tank 208 is used for generating fuel gas in the reformer 206, and the water used for the fuel cell 202 is used as the non-condensable fluid of the thermoacoustic unit 300.

ここで、本実施形態の燃料電池装置１の作動について説明する。まず、燃料電池２０２に水素と酸素が供給され、発電する。作動中の燃料電池２０２は高温になっており、第２容器２０１の内部が高温となり、さらに第１容器１００の内部が高温になる。 Here, the operation of the fuel cell device 1 of the present embodiment will be described. First, hydrogen and oxygen are supplied to the fuel cell 202 to generate power. The temperature of the fuel cell 202 during operation is high, the temperature inside the second container 201 becomes high, and the temperature inside the first container 100 becomes high.

燃料電池２０２の排ガスは、排ガス通路２１３から排出される。燃料電池２０２の排ガスは、燃焼器２１４で燃焼して高温の燃焼排ガスが生成される。燃焼排ガスは、改質器２０６で混合ガスを加熱し、空気加熱器２１２、水加熱器２１０を経由して、熱音響ユニット３００の高温側熱交換器３０５に供給される。 The exhaust gas of the fuel cell 202 is exhausted from an exhaust gas passage 213. Exhaust gas from the fuel cell 202 is burned in a combustor 214 to generate high-temperature combustion exhaust gas. The combustion exhaust gas heats the mixed gas in the reformer 206, and is supplied to the high-temperature side heat exchanger 305 of the thermoacoustic unit 300 via the air heater 212 and the water heater 210.

入力部３０３では、高温熱交換部３０５に燃料電池２０２の排ガスから熱エネルギが入力されることで、蓄熱部３０４に温度勾配が形成される。蓄熱部３０４では、作動流体の流通方向に温度勾配が形成されることで、熱音響自励振動である音波が発生する。つまり、入力部３０３の蓄熱部３０４では、熱エネルギから音響エネルギへの変換が行われる。 In the input unit 303, a thermal gradient is formed in the heat storage unit 304 by inputting heat energy from the exhaust gas of the fuel cell 202 to the high-temperature heat exchange unit 305. In the heat storage unit 304, a sound wave, which is thermoacoustic self-excited vibration, is generated by forming a temperature gradient in the flow direction of the working fluid. That is, the heat storage unit 304 of the input unit 303 converts heat energy into acoustic energy.

蓄熱部３０４に存在する液相の凝縮性流体は、蓄熱部３０４の高温側端部や高温熱交換部３０５で気化する。気化した凝縮性流体の一部は入力部３０３から拡散するが、必要に応じて水タンク２０８から蓄熱部３０４の高温側端部に水が補充される。 The liquid condensable fluid present in the heat storage unit 304 evaporates at the high temperature side end of the heat storage unit 304 and the high temperature heat exchange unit 305. Part of the vaporized condensable fluid diffuses from the input unit 303, but water is replenished from the water tank 208 to the high-temperature side end of the heat storage unit 304 as necessary.

入力部３０３で発生した音響エネルギは入力ループ配管３０１を巡回して入力部３０３に再入力し、残りは直線配管３０２を通過して第２換気ファン３１１に伝達される。第２換気ファン３１１では、音響エネルギを回転運動エネルギに変換して作動する。これにより、第１容器１００内の換気が行われる。 The acoustic energy generated in the input unit 303 circulates through the input loop pipe 301 and is re-input to the input unit 303, and the rest passes through the straight pipe 302 and is transmitted to the second ventilation fan 311. The second ventilation fan 311 operates by converting acoustic energy into rotational kinetic energy. Thereby, ventilation in the first container 100 is performed.

以上説明した本実施形態によれば、燃料電池２０２の排ガスの排熱を利用して熱音響ユニット３００で音響エネルギを生成し、この音響エネルギによって第２換気ファン３１１を作動させている。これにより、第１容器１００の内部を換気して第１容器１００の内部が高温になりすぎることを防止できる。この結果、発電ユニット２００が高温になりすぎることを防止でき、発電ユニット２００の温度調整を行うことができる。第２換気ファン３１１は、燃料電池２０２の排ガスの排熱から生成した動力によって作動するため、システム効率を低下させることがない。 According to the present embodiment described above, acoustic energy is generated in the thermoacoustic unit 300 using exhaust heat of exhaust gas of the fuel cell 202, and the second ventilation fan 311 is operated by the acoustic energy. Thereby, the inside of the first container 100 can be ventilated to prevent the inside of the first container 100 from becoming too hot. As a result, the temperature of the power generation unit 200 can be prevented from becoming too high, and the temperature of the power generation unit 200 can be adjusted. The second ventilation fan 311 is operated by the power generated from the exhaust heat of the exhaust gas of the fuel cell 202, so that the system efficiency does not decrease.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (2nd Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, only portions different from the first embodiment will be described.

図４に示すように、本第２実施形態の熱音響ユニット３００では、発電部３１４、インバータ３１５、換気ファン３１６が設けられている。発電部３１４および換気ファン３１６は、入力部３０３で生成した音響エネルギから電気エネルギを生成し、当該電気エネルギを用いて発電ユニット２００の温度調整を行う温度調整部である。発電部３１４は、音響エネルギから電気エネルギを生成する電気エネルギ生成部である。換気ファン３１６は、発電部３１４で生成した電気エネルギによって駆動される送風部である。 As shown in FIG. 4, the thermoacoustic unit 300 according to the second embodiment includes a power generation unit 314, an inverter 315, and a ventilation fan 316. The power generation unit 314 and the ventilation fan 316 are temperature adjustment units that generate electric energy from the acoustic energy generated by the input unit 303 and adjust the temperature of the power generation unit 200 using the electric energy. The power generation unit 314 is an electric energy generation unit that generates electric energy from acoustic energy. The ventilation fan 316 is a blower driven by the electric energy generated by the power generator 314.

発電部３１４は、直線配管３０２に接続されている。図５に示すように、発電部３１４は、双方向タービン３１４ａ、シャフト３１４ｂ、ロータ３１４ｃ、ステータ３１４ｄを備えている。双方向タービン３１４ａは、音波の振動流を回転運動に変換してシャフト３１４ｂを回転させる。シャフト３１４ｂにはロータ３１４ｃが接続されており、ロータ３１４ｃが円筒状のステータ３１４ｄの内部で回転することで、発電が行われる。つまり、発電部３１４は、音波の振動流から電気エネルギを生成する。 The power generation unit 314 is connected to the straight pipe 302. As shown in FIG. 5, the power generation unit 314 includes a bidirectional turbine 314a, a shaft 314b, a rotor 314c, and a stator 314d. The bidirectional turbine 314a converts the oscillating flow of sound waves into rotational motion to rotate the shaft 314b. A rotor 314c is connected to the shaft 314b, and power is generated by the rotation of the rotor 314c inside the cylindrical stator 314d. That is, the power generation unit 314 generates electric energy from the oscillating flow of sound waves.

発電部３１４で発電した電力は、インバータ３１５を介して換気ファン３１６に供給される。インバータ３１５は、コンバータ回路およびインバータ回路を備えている。 The power generated by the power generation unit 314 is supplied to the ventilation fan 316 via the inverter 315. Inverter 315 includes a converter circuit and an inverter circuit.

換気ファン３１６は、第１容器１００に設けられており、第１容器１００の内部を換気する。換気ファン３１６は電動ファンであり、インバータ３１５から供給される電力によって作動する。 The ventilation fan 316 is provided in the first container 100, and ventilates the inside of the first container 100. The ventilation fan 316 is an electric fan, and operates by electric power supplied from the inverter 315.

以上説明した本第２実施形態によれば、燃料電池２０２の排熱を利用して熱音響ユニット３００で発電した電力を用いて換気ファン３１６を作動させている。これにより、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、第１容器１００の換気を行い、第１容器１００の内部が高温になりすぎることを防止できる。この結果、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、発電ユニット２００の温度調整を行うことができる。 According to the second embodiment described above, the ventilation fan 316 is operated using the electric power generated by the thermoacoustic unit 300 using the exhaust heat of the fuel cell 202. Thereby, ventilation of the first container 100 is performed without using the electric power generated by the fuel cell 202, and it is possible to prevent the inside of the first container 100 from becoming too hot. As a result, the temperature of the power generation unit 200 can be adjusted without using the power generated by the fuel cell 202.

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, only portions different from the above embodiments will be described.

図６に示すように、本第３実施形態の熱音響ユニット３００では、１つのループ配管３１７に入力部３０３と換気ファン３１１が設けられている。ループ配管３１７は、内部に作動流体が封入された音響伝達管である。つまり、本第３実施形態の熱音響ユニット３００はシングルループ型の熱音響装置として構成されている。 As shown in FIG. 6, in the thermoacoustic unit 300 according to the third embodiment, one loop pipe 317 is provided with an input section 303 and a ventilation fan 311. The loop pipe 317 is an acoustic transmission pipe in which a working fluid is sealed. That is, the thermoacoustic unit 300 of the third embodiment is configured as a single-loop thermoacoustic device.

本第３実施形態のように、シングルループ型の熱音響装置を用いた場合であっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。 Even when a single-loop thermoacoustic device is used as in the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, only portions different from the above embodiments will be described.

図７に示すように、本第４実施形態の熱音響ユニット３００では、２つのループ配管３０１、３１８が直線配管３０２で接続されたダブルループ型の熱音響装置として構成されている。出力ループ配管３１８には、出力部３１９が設けられている。 As shown in FIG. 7, the thermoacoustic unit 300 of the fourth embodiment is configured as a double-loop thermoacoustic device in which two loop pipes 301 and 318 are connected by a straight pipe 302. The output part 319 is provided in the output loop pipe 318.

出力部３１９は、入力部３０３と同様の構成であり、蓄熱部３２０、高温熱交換部３２１、低温熱交換部３２２を備えている。蓄熱部３２０は、入力部３０３の蓄熱部３０４と同じく、例えばセラミックスハニカムのような細かい流路が設けられた構造体、あるいはステンレス等の金属メッシュのような目の細かい金網が積層された構造体等を用いることができる。蓄熱部３２０に音響エネルギが伝達されることで、蓄熱部３２０の両端に温度勾配が生じる。 The output unit 319 has the same configuration as the input unit 303, and includes a heat storage unit 320, a high-temperature heat exchange unit 321, and a low-temperature heat exchange unit 322. The heat storage section 320 is, like the heat storage section 304 of the input section 303, a structure in which fine channels are provided, such as a ceramic honeycomb, or a structure in which a fine mesh such as a metal mesh of stainless steel is laminated. Etc. can be used. The transmission of the acoustic energy to the heat storage unit 320 causes a temperature gradient at both ends of the heat storage unit 320.

本実施形態の出力部３１９では、第２熱媒体通路３０７を流れる常温の熱媒体が高温熱交換部３２１を通過するようになっており、低温熱交換部３２２で冷熱が生成される。つまり、出力部３１９は、音響エネルギから冷熱エネルギを生成する冷熱エネルギ生成部である。なお、高温熱交換部３２１は、大気と直接熱交換することで常温となるようにしてもよい。 In the output unit 319 of this embodiment, the normal-temperature heat medium flowing through the second heat medium passage 307 passes through the high-temperature heat exchange unit 321, and the low-temperature heat exchange unit 322 generates cold heat. That is, the output unit 319 is a cooling energy generating unit that generates cooling energy from acoustic energy. Note that the high-temperature heat exchange unit 321 may be set to a normal temperature by directly exchanging heat with the atmosphere.

低温熱交換部３２２で生成された冷熱は、第３熱媒体通路３２３を循環する熱媒体を介して冷却用熱交換器３２４に輸送され、第１容器１００内の空気が冷却される。冷却用熱交換器３２４で冷却された空気は、ファン３２５によって送風され、第１容器１００の内部を冷却する。第３熱媒体通路４００には、熱媒体を循環させるためのポンプ３２６が設けられている。 The cold generated by the low-temperature heat exchange unit 322 is transported to the cooling heat exchanger 324 via the heat medium circulating in the third heat medium passage 323, and the air in the first container 100 is cooled. The air cooled by the cooling heat exchanger 324 is blown by the fan 325 to cool the inside of the first container 100. A pump 326 for circulating the heat medium is provided in the third heat medium passage 400.

以上説明した本第４実施形態によれば、燃料電池２０２の排熱を利用して熱音響ユニット３００で冷熱を生成し、第１容器１００内の空気を冷却している。これにより、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、第１容器１００の内部が高温になりすぎることを防止できる。この結果、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、発電ユニット２００の温度調整を行うことができる。 According to the fourth embodiment described above, the thermoacoustic unit 300 generates cold heat by using the exhaust heat of the fuel cell 202 to cool the air in the first container 100. Thereby, it is possible to prevent the inside of the first container 100 from becoming too hot without using the electric power generated by the fuel cell 202. As a result, the temperature of the power generation unit 200 can be adjusted without using the power generated by the fuel cell 202.

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, only portions different from the above embodiments will be described.

図８に示すように、本第５実施形態では、直線配管３０２に送風ファン３２７が接続されている。送風ファン３２７は、換気ファン３１１と同様の構成を備えている。つまり、送風ファン３２７は、図示しない双方向タービン、シャフト、マグネットカップリング、ファンブレードを備えている。送風ファン３２７は、入力部３０３で生成した音響エネルギから運動エネルギを生成し、当該運動エネルギを用いて発電ユニット２００の温度調整を行う温度調整部である。 As shown in FIG. 8, in the fifth embodiment, a blower fan 327 is connected to the straight pipe 302. The blower fan 327 has the same configuration as the ventilation fan 311. That is, the blower fan 327 includes a bidirectional turbine (not shown), a shaft, a magnet coupling, and a fan blade (not shown). The blower fan 327 is a temperature adjustment unit that generates kinetic energy from acoustic energy generated by the input unit 303 and adjusts the temperature of the power generation unit 200 using the kinetic energy.

送風ファン３２７は、発電ユニット２００に向かって送風するように配置されている。送風ファン３２７からの送風によって、発電ユニット２００が冷却される。送風ファン３２７は、発電ユニット２００の第２容器２０１に送風してもよく、燃料電池２０２に送風してもよい。 The blower fan 327 is arranged to blow air toward the power generation unit 200. The power generation unit 200 is cooled by blowing air from the blowing fan 327. The blower fan 327 may blow air to the second container 201 of the power generation unit 200 or may blow air to the fuel cell 202.

以上説明した本第５実施形態によれば、燃料電池２０２の排熱を利用して熱音響ユニット３００で生成した音響エネルギを用いて送風ファン３２７を作動させ、発電ユニット２００を冷却している。これにより、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、発電ユニット２００が高温になりすぎることを防止でき、発電ユニット２００の温度調整を行うことができる。 According to the fifth embodiment described above, the blower fan 327 is operated using the acoustic energy generated by the thermoacoustic unit 300 using the exhaust heat of the fuel cell 202 to cool the power generation unit 200. Accordingly, it is possible to prevent the power generation unit 200 from becoming too high temperature without using the power generated by the fuel cell 202, and to perform temperature adjustment of the power generation unit 200.

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, only portions different from the above embodiments will be described.

図９に示すように、本第６実施形態では、上記第４実施形態に対して、第３熱媒体通路３２３が発電ユニット２００と接触するように配置されている点が異なっている。低温熱交換部３２２の冷熱を受け取った熱媒体が第３熱媒体通路３２３を流れることで、熱媒体の冷熱が発電ユニット２００に伝わり、発電ユニット２００が冷却される。第３熱媒体通路３２３は、第２容器２０１の周囲に配置してもよく、燃料電池２０２の周囲に配置してもよい。 As shown in FIG. 9, the sixth embodiment is different from the fourth embodiment in that the third heat medium passage 323 is arranged so as to be in contact with the power generation unit 200. When the heat medium that has received the cold heat of the low-temperature heat exchange unit 322 flows through the third heat medium passage 323, the cold heat of the heat medium is transmitted to the power generation unit 200, and the power generation unit 200 is cooled. The third heat medium passage 323 may be arranged around the second container 201 or around the fuel cell 202.

以上説明した本第６実施形態によれば、燃料電池２０２の排熱を利用して熱音響ユニット３００で生成した冷熱を用いて、発電ユニット２００を冷却している。これにより、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、発電ユニット２００が高温になりすぎることを防止でき、発電ユニット２００の温度調整を行うことができる。 According to the sixth embodiment described above, the power generation unit 200 is cooled by using the cold generated by the thermoacoustic unit 300 using the exhaust heat of the fuel cell 202. Accordingly, it is possible to prevent the power generation unit 200 from becoming too high temperature without using the power generated by the fuel cell 202, and to perform temperature adjustment of the power generation unit 200.

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, only portions different from the above embodiments will be described.

図１０に示すように、本第７実施形態では、上記第４実施形態に対して、冷却用熱交換器３２４およびファン３２５が発電ユニット２００の近傍に設けられている点が異なっている。冷却用熱交換器３２４で冷却された空気は、ファン３２５によって発電ユニット２００に向かって送風されることで、発電ユニット２００が冷却される。 As shown in FIG. 10, the seventh embodiment is different from the fourth embodiment in that a cooling heat exchanger 324 and a fan 325 are provided near the power generation unit 200. The air cooled by the cooling heat exchanger 324 is blown toward the power generation unit 200 by the fan 325, so that the power generation unit 200 is cooled.

以上説明した本第７実施形態によれば、燃料電池２０２の排熱を利用して熱音響ユニット３００で生成した冷熱を用いて、発電ユニット２００を冷却している。これにより、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、発電ユニット２００が高温になりすぎることを防止でき、発電ユニット２００の温度調整を行うことができる。 According to the seventh embodiment described above, the power generation unit 200 is cooled by using the heat generated by the thermoacoustic unit 300 using the exhaust heat of the fuel cell 202. Accordingly, it is possible to prevent the power generation unit 200 from becoming too high temperature without using the power generated by the fuel cell 202, and to perform temperature adjustment of the power generation unit 200.

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, only portions different from the above embodiments will be described.

図１１示すように、本第８実施形態では、上記第２実施形態に対して、外気送風ファン３２８と外気導入ダクト３２９が追加されている点が異なっている。外気送風ファン３２８は、インバータ３１５からの電力供給によって作動する。外気送風ファン３２８は、燃料電池２０２の排ガスを冷却する排ガス冷却部である。 As shown in FIG. 11, the eighth embodiment is different from the second embodiment in that an outside air blower fan 328 and an outside air introduction duct 329 are added. The outside air blower fan 328 operates by power supply from the inverter 315. The outside air blower fan 328 is an exhaust gas cooling unit that cools the exhaust gas of the fuel cell 202.

外気送風ファン３２８は、第１容器１００の外部から外気を導入するための外気導入ダクト３２９に設けられている。外気送風ファン３２８は、排ガス通路２１３における高温側熱交換部３０５の下流側に外気を送風する。高温側熱交換部３０５を通過した後の排ガスは、外気送風ファン３２８によって送風される外気で冷却された後で第１容器１００の外部に排出される。 The outside air blower fan 328 is provided in an outside air introduction duct 329 for introducing outside air from outside the first container 100. The outside air blower fan 328 blows outside air to the exhaust gas passage 213 on the downstream side of the high-temperature side heat exchange unit 305. The exhaust gas after passing through the high-temperature side heat exchange unit 305 is discharged to the outside of the first container 100 after being cooled by the outside air blown by the outside air blower fan 328.

以上説明した本第８実施形態によれば、燃料電池２０２の排ガスを冷却した後で外部に排出することができ、安全性を向上させることができる。また、燃料電池２０２の排熱を利用して熱音響ユニット３００で発電した電力で外気送風ファン３２８を作動させ、燃料電池２０２の排ガスを冷却している。これにより、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、燃料電池２０２の排ガスを冷却して外部に排出することができる。 According to the eighth embodiment described above, the exhaust gas of the fuel cell 202 can be discharged to the outside after cooling, and safety can be improved. Further, the outside air blower fan 328 is operated by the electric power generated by the thermoacoustic unit 300 using the exhaust heat of the fuel cell 202 to cool the exhaust gas of the fuel cell 202. Thus, the exhaust gas of the fuel cell 202 can be cooled and discharged to the outside without using the electric power generated by the fuel cell 202.

（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Ninth embodiment)
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, only portions different from the above embodiments will be described.

図１２に示すように、上記第７実施形態に対して、熱媒体分岐通路３３０および熱交換器３３１が設けられている点が異なっている。熱媒体分岐通路３３０および熱交換器３３１は、燃料電池２０２の排ガスを冷却する排ガス冷却部である。 As shown in FIG. 12, the seventh embodiment differs from the seventh embodiment in that a heat medium branch passage 330 and a heat exchanger 331 are provided. The heat medium branch passage 330 and the heat exchanger 331 are an exhaust gas cooling unit that cools the exhaust gas of the fuel cell 202.

熱媒体分岐通路３３０は、第３熱媒体通路３２３から分岐するように設けられており、低温熱交換部３２２の冷熱を受け取った熱媒体が供給される。熱交換器３３１は、排ガス通路２１３における高温側熱交換部３０５の下流側を流れる排ガスと、熱媒体分岐通路３３０を流れる熱媒体とを熱交換する。高温側熱交換部３０５を通過した後の排ガスは、熱交換器３３１で熱媒体によって冷却された後で第１容器１００の外部に排出される。 The heat medium branch passage 330 is provided so as to branch from the third heat medium passage 323, and is supplied with the heat medium that has received the cold heat of the low-temperature heat exchange unit 322. The heat exchanger 331 exchanges heat between the exhaust gas flowing downstream of the high-temperature side heat exchange unit 305 in the exhaust gas passage 213 and the heat medium flowing through the heat medium branch passage 330. The exhaust gas after passing through the high-temperature side heat exchange unit 305 is discharged to the outside of the first container 100 after being cooled by the heat medium in the heat exchanger 331.

以上説明した本第９実施形態によれば、燃料電池２０２の排ガスを冷却した後で外部に排出することができ、安全性を向上させることができる。また、燃料電池２０２の排ガスの排熱を用いて生成した冷熱によって燃料電池２０２の排ガスを冷却している。これにより、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、燃料電池２０２の排ガスを冷却して外部に排出することができる。 According to the ninth embodiment described above, the exhaust gas of the fuel cell 202 can be discharged to the outside after being cooled, and safety can be improved. Further, the exhaust gas of the fuel cell 202 is cooled by the cold generated by using the exhaust heat of the exhaust gas of the fuel cell 202. Thus, the exhaust gas of the fuel cell 202 can be cooled and discharged to the outside without using the electric power generated by the fuel cell 202.

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified as follows without departing from the spirit of the present invention. In addition, the means disclosed in each of the above embodiments may be appropriately combined within a practicable range.

（１）上記各実施形態では、燃料電池２０２として固体酸化物型燃料電池を用いた例について説明したが、これ限らず、固体高分子型燃料電池といった異なる種類の燃料電池を用いてもよい。固体高分子型燃料電池は、固体酸化物型燃料電池よりも排ガスが低温である。これに対し、作動流体として凝縮性流体を用いた熱音響ユニットは比較的低い温度でも発振可能であり、固体高分子型燃料電池の排ガスの排熱を利用して熱音響自励振動を開始させることができる。 (1) In each of the above embodiments, an example in which a solid oxide fuel cell is used as the fuel cell 202 has been described. However, the present invention is not limited to this, and a different type of fuel cell such as a polymer electrolyte fuel cell may be used. The polymer electrolyte fuel cell has a lower exhaust gas temperature than the solid oxide fuel cell. On the other hand, a thermoacoustic unit using a condensable fluid as a working fluid can oscillate even at a relatively low temperature, and initiates thermoacoustic self-excited vibration using exhaust heat of exhaust gas of a polymer electrolyte fuel cell. be able to.

（２）上記第１実施形態では、改質器２０６での水蒸気改質反応に用いられる水を音響伝達管３０１内に供給するようにしたが、これに限らず、音響伝達管内に供給する水は燃料電池２０２のために用いられる水であればよい。 (2) In the first embodiment, the water used for the steam reforming reaction in the reformer 206 is supplied into the sound transmission pipe 301. However, the present invention is not limited to this. May be water used for the fuel cell 202.

例えば、固体高分子型燃料電池に加湿空気を供給する構成であれば、加湿用の水を音響伝達管内に供給するようにしてもよい。あるいは、燃料電池用ラジエータに水を散布してラジエータの表面温度を低下させる構成であれば、ラジエータに散布するための水を音響伝達管内に供給するようにしてもよい。 For example, if humidified air is supplied to the polymer electrolyte fuel cell, humidifying water may be supplied into the acoustic transmission tube. Alternatively, if the surface temperature of the radiator is reduced by spraying water to the radiator for the fuel cell, water for spraying to the radiator may be supplied into the acoustic transmission pipe.

（３）上記第１実施形態では、水タンク２０８に貯蔵された水を音響伝達管内に供給するようにしたが、これに限らず、例えば燃料電池２０２の排ガスに含まれる水分を凝縮水として回収し、回収された凝縮水を音響伝達管内に供給するようにしてもよい。 (3) In the first embodiment, the water stored in the water tank 208 is supplied into the sound transmission pipe. However, the present invention is not limited to this. For example, water contained in the exhaust gas of the fuel cell 202 is collected as condensed water. Then, the collected condensed water may be supplied into the sound transmission pipe.

１００第１容器
２００発電ユニット
２０１第２容器
２０２燃料電池
２１３排ガス通路
３００熱音響ユニット
３０１入力ループ配管（音響伝達管）
３０２直線配管（音響伝達管）
３０３入力部（音響エネルギ生成部）
３１１換気ファン（温度調整部）
３１１ａ双方向タービン（運動エネルギ生成部）
３１１ｄファンブレード（送風部）
３１２水供給通路（水供給部）
３１３水ポンプ（水供給部）
３１４発電部（温度調整部、電気エネルギ生成部）
３１６換気ファン（温度調整部、送風部）
３１７ループ配管（音響伝達管）
３１８出力ループ配管（音響伝達管）
３１９出力部（冷熱エネルギ生成部）
３２７送風ファン（温度調整部）
３２８外気送風ファン（排ガス冷却部）
３３０熱媒体分岐通路（排ガス冷却部）
３３１熱交換器（排ガス冷却部） REFERENCE SIGNS LIST 100 First container 200 Power generation unit 201 Second container 202 Fuel cell 213 Exhaust gas passage 300 Thermoacoustic unit 301 Input loop pipe (sound transmission pipe)
302 Straight piping (sound transmission pipe)
303 Input unit (acoustic energy generation unit)
311 Ventilation fan (temperature control unit)
311a Two-way turbine (kinetic energy generation unit)
311d fan blade (blower section)
312 Water supply passage (water supply unit)
313 water pump (water supply unit)
314 Power generation unit (temperature adjustment unit, electric energy generation unit)
316 Ventilation fan (Temperature control unit, blower unit)
317 Loop pipe (sound transmission pipe)
318 Output loop pipe (sound transmission pipe)
319 Output unit (cooling energy generation unit)
327 Ventilation fan (temperature adjustment unit)
328 Outside air blower fan (exhaust gas cooling unit)
330 Heat medium branch passage (exhaust gas cooling unit)
331 heat exchanger (exhaust gas cooling unit)

Claims

A power generation unit (200) having a fuel cell (202) for generating power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas and discharging exhaust gas not used in the electrochemical reaction;
A sound transmission tube (301, 302, 317, 318) in which a working fluid is sealed, and a temperature gradient are formed by inputting thermal energy of the exhaust gas, and a thermoacoustic self-excitation is provided. A sound energy generation unit (303) for generating sound energy from heat energy by vibration, and a temperature control for converting the sound energy to another energy of a different type and performing a temperature control of the power generation unit using the other energy. A thermoacoustic unit (300) having portions (311, 314, 316, 327);
A fuel cell device comprising:

The fuel cell device according to claim 1, wherein the temperature adjustment unit includes a kinetic energy generation unit (311a) configured to generate kinetic energy from the acoustic energy, and a blowing unit (311d) driven by the kinetic energy. .

The fuel cell device according to claim 1, wherein the temperature adjustment unit includes an electric energy generation unit (314) that generates electric energy from the acoustic energy, and a blowing unit (316) driven by the electric energy. .

4. The fuel cell device according to claim 2, wherein the blower ventilates the inside of the container (100) that houses the power generation unit. 5.

The fuel cell device according to claim 2, wherein the blower blows air toward the power generation unit.

2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the temperature adjusting unit includes a cold energy generating unit that generates cold energy from the acoustic energy, and cools the power generation unit with the cold energy. 3.

The fuel cell device according to claim 6, wherein the temperature adjusting unit cools the air in the container (100) containing the power generation unit with the cold energy.

The fuel cell device according to claim 6, wherein the air cooled by the cold energy is blown toward the power generation unit.

9. The apparatus according to claim 1, wherein the temperature adjustment unit includes an exhaust gas cooling unit (328, 330, 331) that cools the exhaust gas after heat energy is input to the acoustic energy generation unit. 10. The fuel cell device according to claim 1.

10. The fuel cell device according to claim 1, wherein the working fluid includes a condensable fluid that causes a gas-liquid phase change.

The fuel according to any one of claims 1 to 10, wherein the condensable fluid is water, and a water supply unit (312, 313) that supplies water used for the fuel cell into the acoustic transmission tube. Battery device.