JP2021174727A - Reforming unit and fuel cell device - Google Patents

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Abstract

To more efficiently perform heat exchange while increasing the degree of design freedom of a reforming unit.SOLUTION: A reforming unit 100 includes: a vaporization part 200 and a reforming part 300. The reforming part 300 is located in the downward of the vaporization part 200. A gas mixture conduit 230 extends downward from the vicinity of an end part of the vaporization part 200 and is connected to the reforming part 300 in the vicinity of the end part of the reforming part 300.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、改質ユニットおよび燃料電池装置に関する。 The present disclosure relates to a reforming unit and a fuel cell device.

燃料電池に改質ガスを供給するための改質ユニットは、一般に、主な構成として、燃料電池のオフガスを燃焼するバーナー、水を気化させる気化器、原料ガスと水蒸気の混合ガスから改質ガスを生成する改質器を有する。従来の改質ユニットでは、バーナー、改質器、気化器がこの順で下から上に積み重なった構造が採用されている。たとえば、特許文献１では、燃焼器で生じた排ガスが改質器の中央部分に設けられた穴を通り、ハウジングの上方に流通する。当該穴の上方において、気化器と改質器とを接続する混合ガス配管が屈曲し、混合ガス配管に排ガスの熱が伝熱しやすい構造となっている。 A reforming unit for supplying a reforming gas to a fuel cell generally has a main configuration as a burner for burning off-gas of the fuel cell, a vaporizer for vaporizing water, and a reforming gas from a mixed gas of a raw material gas and steam. Has a reformer to produce. The conventional reforming unit employs a structure in which a burner, a reformer, and a vaporizer are stacked in this order from bottom to top. For example, in Patent Document 1, the exhaust gas generated in the combustor passes through a hole provided in the central portion of the reformer and circulates above the housing. Above the hole, the mixed gas pipe connecting the vaporizer and the reformer is bent, and the structure is such that the heat of the exhaust gas is easily transferred to the mixed gas pipe.

特開２０１９−９１６１９号公報JP-A-2019-91619

特許文献１に記載の構造の改質ユニットでは、燃焼器で生じた排ガスの熱が、混合ガス配管内の混合ガスに必要以上に奪われてしまい、酸化剤（空気）との熱交換を効率的に行うことができず、改質ユニットにおける全体的な熱交換の効率を十分に高めることができないという課題が生じる。また、気化器の一方の端部が改質器の中央部分に位置するため、水平方向において、気化器の他方の端部が飛び出る構造となり、気化器の長さに制限が生じ、改質ユニットの設計自由度が低くなるという課題が生じる。 In the reforming unit having the structure described in Patent Document 1, the heat of the exhaust gas generated in the combustor is taken away more than necessary by the mixed gas in the mixed gas pipe, and heat exchange with the oxidizing agent (air) is efficient. There arises a problem that the efficiency of the overall heat exchange in the reforming unit cannot be sufficiently increased. In addition, since one end of the vaporizer is located in the center of the reformer, the other end of the vaporizer protrudes in the horizontal direction, which limits the length of the vaporizer and reforms the unit. The problem arises that the degree of freedom in designing is low.

本開示は上述のような課題を鑑みたものであり、設計自由度を高めつつ、熱交換をより効率的に行うことができる改質ユニットを提供することを目的とする The present disclosure has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present disclosure is to provide a reforming unit capable of performing heat exchange more efficiently while increasing the degree of freedom in design.

本開示のある態様は、改質ユニットである。当該改質ユニットは、供給された水を気化させて水蒸気を生成し、前記水蒸気と原料ガスとが混合された混合ガスを送出する気化部と、前記気化部の下方に設置され、前記気化部から送出された前記混合ガスを改質することにより、水素を含む改質ガスを生成する改質部と、前記気化部と前記改質部とを接続する混合ガス導管と、を備え、前記混合ガス導管は、前記気化部の端部近傍から下方に延在し、前記改質部の端部近傍において前記改質部に接続されている。また、本開示の燃料電池装置は、上記の改質ユニットを備える。 One aspect of the disclosure is a modification unit. The reforming unit is installed below the vaporization unit and is installed in a vaporization unit that vaporizes the supplied water to generate steam and sends out a mixed gas in which the steam and the raw material gas are mixed, and the vaporization unit. A reforming unit that generates a reforming gas containing hydrogen by reforming the mixed gas delivered from the above, and a mixing gas conduit that connects the vaporizing unit and the reforming unit are provided, and the mixing is performed. The gas conduit extends downward from the vicinity of the end portion of the vaporization portion and is connected to the reforming portion in the vicinity of the end portion of the reforming portion. Further, the fuel cell device of the present disclosure includes the above-mentioned reforming unit.

本開示の改質ユニットによれば、設計自由度を高めつつ、熱交換をより効率的に行うことができる。また本開示の燃料電池装置によれば、設計自由度を高めつつ、熱交換をより効率的に行うことができる。 According to the reforming unit of the present disclosure, heat exchange can be performed more efficiently while increasing the degree of freedom in design. Further, according to the fuel cell device of the present disclosure, heat exchange can be performed more efficiently while increasing the degree of freedom in design.

実施形態１に係る改質ユニットの概略図である。It is the schematic of the reforming unit which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態２に係る改質ユニットの概略図である。It is the schematic of the reforming unit which concerns on Embodiment 2. 実施形態２で用いられる改質部の平面図である。It is a top view of the modification part used in Embodiment 2.

以下、本開示の実施形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail.

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る改質ユニット１００の概略図である。図１に示すように、改質ユニット１００は、気化部２００、改質部３００および燃焼部（バーナー）４００を有する。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view of the reforming unit 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the reforming unit 100 includes a vaporization unit 200, a reforming unit 300, and a combustion unit (burner) 400.

気化部２００の一方の端部（図１では、左側の端部）に、水供給管２１０、ガス供給管２２０が接続されている。水供給管２１０とガス供給管２２０とは、それぞれ気化部２００に別個に接続されてもよく、多重管の形態として気化部２００に接続されてもよい。例えば多重管の場合には、中心軸に円筒状の水供給管２１０が配置され、水供給管２１０を取り囲むように円筒状のガス供給管２２０が配置された多重管としてもよい。水供給管２１０を通じて、水が気化部２００に供給される。一方、ガス供給管２２０に供給された原料ガスは、水供給管２１０の外壁と、ガス供給管２２０の内壁との間に形成された流路を流通し、気化部２００に到達する。原料ガスは、たとえば、炭化水素を含む天然ガス、ＬＰＧなどの気体燃料が挙げられる。 A water supply pipe 210 and a gas supply pipe 220 are connected to one end of the vaporization unit 200 (the left end in FIG. 1). The water supply pipe 210 and the gas supply pipe 220 may be connected to the vaporization unit 200 separately, or may be connected to the vaporization unit 200 in the form of multiple pipes. For example, in the case of a multiple pipe, a cylindrical water supply pipe 210 may be arranged on the central axis, and a cylindrical gas supply pipe 220 may be arranged so as to surround the water supply pipe 210. Water is supplied to the vaporization unit 200 through the water supply pipe 210. On the other hand, the raw material gas supplied to the gas supply pipe 220 flows through the flow path formed between the outer wall of the water supply pipe 210 and the inner wall of the gas supply pipe 220, and reaches the vaporization unit 200. Examples of the raw material gas include natural gas containing hydrocarbons and gaseous fuel such as LPG.

気化部２００に供給された水は予熱されながら流通し、一部が水蒸気となる。生成した水蒸気が、気化部２００において予熱された原料ガスと混合し、混合ガスが生成する。気化部２００の一部に、水蒸気と原料ガスとの混合を促進するためのアルミナ等のセラミックスからなるボール等が充填された混合層を形成してもよく、この場合、混合層において水蒸気と原料ガスとの混合が促進される。 The water supplied to the vaporization unit 200 circulates while being preheated, and a part of the water becomes steam. The generated steam is mixed with the raw material gas preheated in the vaporization unit 200, and the mixed gas is generated. A mixed layer may be formed in a part of the vaporization unit 200 filled with balls or the like made of ceramics such as alumina for promoting mixing of water vapor and the raw material gas. In this case, the water vapor and the raw material are formed in the mixed layer. Mixing with gas is promoted.

気化部２００で生成した混合ガスは、水供給管２１０およびガス供給管２２０が接続された側と反対側の下面端部に接続された混合ガス導管２３０に導かれる。混合ガス導管２３０が接続される側の、気化部２００の端部に電気ヒータ６００が設置されており、電気ヒータ６００により混合ガスが加熱される。 The mixed gas generated by the vaporization unit 200 is guided to the mixed gas conduit 230 connected to the lower end portion on the side opposite to the side to which the water supply pipe 210 and the gas supply pipe 220 are connected. An electric heater 600 is installed at the end of the vaporization unit 200 on the side to which the mixed gas conduit 230 is connected, and the mixed gas is heated by the electric heater 600.

混合ガス導管２３０は、屈曲せずに下方に延在し、後述する改質部３００の端部近傍において改質部３００に接続されており、混合ガス導管２３０を経由して混合ガスが改質部３００に供給される。 The mixed gas conduit 230 extends downward without bending, is connected to the reforming section 300 near the end of the reforming section 300, which will be described later, and the mixed gas is reformed via the mixed gas conduit 230. It is supplied to the unit 300.

気化部２００の下方に、ハウジング１１０が設置されている。当該ハウジング１１０の内部に、改質部３００、燃焼部４００および排ガス誘導室５００が収容されている。 A housing 110 is installed below the vaporization unit 200. A reforming unit 300, a combustion unit 400, and an exhaust gas induction chamber 500 are housed inside the housing 110.

ハウジング１１０の上端は空気室壁１１４で閉じられており、空気室壁１１４と離間した位置に蓋部１１２を設けることにより、蓋部１１２と空気室壁１１４との間に、外部より空気供給管１４０を経由して供給される酸素含有ガス（空気等）が流れる酸素含有ガス流通路の一部である空気室１１６が設けられている。すなわち、空気室１１６は、改質部３００の上方に位置する。なお、空気室１１６をハウジング１１０内に位置するものとしてもよい。すなわち、ハウジング１１０の上端を蓋部１１２で閉じ、蓋部１１２と離間したハウジング１１０内の位置に空気室壁１１４を設けることにより、蓋部１１２と空気室壁１１４との間に、外部より空気供給管１４０を経由して供給される酸素含有ガス（空気等）が流れる酸素含有ガス流通路の一部である空気室１１６を設けてもよい。また、ハウジング１１０の下端は蓋部１１８で閉じられている。蓋部１１８の下部において、蓋部１１８と離間した位置に空気室壁１１５を設けることにより、蓋部１１８の一部と空気室壁１１５との間に、酸素含有ガス流通路の一部である空気室１１９が設けられている。また、空気室１１９をハウジング１１０内に位置するものとしてもよい。すなわち、ハウジング１１０の下端を空気室壁１１５で閉じ、空気室壁１１５と離間したハウジング１１０内の位置に蓋部１１８を設けることにより、蓋部１１８と空気室壁１１５との間に、酸素含有ガス流通路の一部である空気室１１９を設けてもよい。空気室１１９は後述する燃焼部４００と近接しており、燃焼部４００で生じた熱が空気室１１９内の空気に伝熱する構造となっている。なお、空気室１１６および空気室１１９の大きさは、ハウジング１１０の一側面の長さ、もしくは幅と必ずしも一致していなくてもよく、蓋部１１２や空気室壁１１５の大きさを適宜調整して変更することができる。 The upper end of the housing 110 is closed by the air chamber wall 114, and by providing the lid portion 112 at a position separated from the air chamber wall 114, an air supply pipe from the outside is provided between the lid portion 112 and the air chamber wall 114. An air chamber 116 is provided which is a part of an oxygen-containing gas flow passage through which an oxygen-containing gas (air or the like) supplied via the 140 flows. That is, the air chamber 116 is located above the reforming unit 300. The air chamber 116 may be located inside the housing 110. That is, by closing the upper end of the housing 110 with the lid portion 112 and providing the air chamber wall 114 at a position in the housing 110 separated from the lid portion 112, air is provided from the outside between the lid portion 112 and the air chamber wall 114. An air chamber 116 which is a part of an oxygen-containing gas flow passage through which an oxygen-containing gas (air or the like) supplied via the supply pipe 140 flows may be provided. Further, the lower end of the housing 110 is closed by the lid portion 118. By providing the air chamber wall 115 at a position separated from the lid portion 118 in the lower part of the lid portion 118, it is a part of the oxygen-containing gas flow passage between a part of the lid portion 118 and the air chamber wall 115. An air chamber 119 is provided. Further, the air chamber 119 may be located in the housing 110. That is, by closing the lower end of the housing 110 with the air chamber wall 115 and providing the lid portion 118 at a position in the housing 110 separated from the air chamber wall 115, oxygen is contained between the lid portion 118 and the air chamber wall 115. An air chamber 119 that is a part of the gas flow passage may be provided. The air chamber 119 is close to the combustion unit 400, which will be described later, and has a structure in which the heat generated in the combustion unit 400 is transferred to the air in the air chamber 119. The sizes of the air chamber 116 and the air chamber 119 do not necessarily have to match the length or width of one side surface of the housing 110, and the sizes of the lid 112 and the air chamber wall 115 are appropriately adjusted. Can be changed.

蓋部１１２に空気供給管１４０が接続されている。図示していないハウジング１１０の壁面の一部も、蓋部１１２と空気室壁１１４とで形成された二重壁構造のようになっており、当該二重壁の内側に空気が流通する空気流路（図示せず）が形成されている。当該空気流路は空気室１１６と空気室１１９とを接続する。空気供給管１４０に供給された空気は、空気室１１６、二重壁の内側の空気流路および空気室１１９を通り、ハウジング１１０の下部に接続された空気導入路１５０を経由して、燃料電池スタックに供給される。本実施形態では、ハウジング１１０の壁面の一部に空気流路用の二重壁構造が形成されているが、ハウジング１１０の壁面全体（６面）に空気流路用の二重壁構造が形成されていてもよい。
このように空気供給管１４０より供給された空気は、空気室１１６、二重壁の内側の空気流路、および空気室１１９を流れる間に、ハウジング１１０内の熱と熱交換され、温度の上昇した空気として、燃料電池スタックに供給することができる。すなわち、本開示の改質ユニット１００は、外部より供給される空気の温度を上昇させる熱交換器の機能も備えていることとなる。
また、空気室１１６にプレートフィンを設け、オフガスとの熱交換が効率的に行われるようにしてもよい。 The air supply pipe 140 is connected to the lid portion 112. A part of the wall surface of the housing 110 (not shown) also has a double wall structure formed by the lid portion 112 and the air chamber wall 114, and the air flow through which air flows inside the double wall. A road (not shown) is formed. The air flow path connects the air chamber 116 and the air chamber 119. The air supplied to the air supply pipe 140 passes through the air chamber 116, the air flow path inside the double wall and the air chamber 119, and the fuel cell via the air introduction path 150 connected to the lower part of the housing 110. Supplied to the stack. In the present embodiment, a double wall structure for the air flow path is formed on a part of the wall surface of the housing 110, but a double wall structure for the air flow path is formed on the entire wall surface (6 surfaces) of the housing 110. It may have been done.
The air supplied from the air supply pipe 140 in this way exchanges heat with the heat in the housing 110 while flowing through the air chamber 116, the air flow path inside the double wall, and the air chamber 119, and the temperature rises. It can be supplied to the fuel cell stack as the generated air. That is, the reforming unit 100 of the present disclosure also has a function of a heat exchanger that raises the temperature of the air supplied from the outside.
Further, plate fins may be provided in the air chamber 116 so that heat exchange with off-gas can be efficiently performed.

改質部３００は、鉛直方向から平面視したときに、穴が空いたドーナツ型の形状を有する。この穴は改質部３００の中央部分に設けてもよい。改質部３００の外形は、特に限定されず、たとえば、円形、楕円形、矩形などである。改質部３００には、改質触媒が収容されており、当該改質触媒により混合ガスが改質され、水素を含有する改質ガスが生成される。改質部３００で生成した改質ガスは改質部３００に接続された改質ガス供給路３３０を通り、燃料電池スタックに供給される。改質触媒としては、一般的に知られているものを用いればよい。 The reforming portion 300 has a donut-shaped shape with holes when viewed in a plan view from the vertical direction. This hole may be provided in the central portion of the reforming portion 300. The outer shape of the reforming portion 300 is not particularly limited, and is, for example, circular, elliptical, rectangular, or the like. A reforming catalyst is housed in the reforming unit 300, and the mixed gas is reformed by the reforming catalyst to generate a reforming gas containing hydrogen. The reformed gas generated by the reforming unit 300 passes through the reforming gas supply path 330 connected to the reforming unit 300 and is supplied to the fuel cell stack. As the reforming catalyst, a generally known one may be used.

改質部３００において混合ガス導管２３０が接続される位置は、改質部３００の上面の端部近傍（図１では、改質部３００の右側端部近傍）である。より詳細には、改質部３００に設けられた穴から離間した位置であって、上面の端部近傍に接続することができる。 The position where the mixed gas conduit 230 is connected in the reforming section 300 is near the end of the upper surface of the reforming section 300 (in FIG. 1, near the right end of the reforming section 300). More specifically, it can be connected to the vicinity of the end portion of the upper surface at a position separated from the hole provided in the reforming portion 300.

燃料電池スタックとしては、種々のものを用いることができる。例えば、燃料電池セルが固体酸化物形である場合には、いわゆる平板型、円筒型、円筒平板型など各種の構造のものを用いることができる。また、固体酸化物形に限らず、固体高分子形等の燃料電池スタックも利用することができる。 Various fuel cell stacks can be used. For example, when the fuel cell is a solid oxide fuel cell, various structures such as a so-called flat plate type, a cylindrical type, and a cylindrical flat plate type can be used. Further, not only the solid oxide fuel cell type but also the solid polymer type fuel cell stack can be used.

燃焼部４００には、オフガス供給路４４０を通じて燃料電池スタックから排出されたオフガスが供給され、燃焼部４００の上面に設けられた噴出口（図示せず）からオフガスが噴出する。噴出したオフガスはセラミックヒータなどの点火装置６１０により点火されて燃焼する。点火装置６１０は、ハウジングにおいて電気ヒータ６００が設置される側と同じ側に設けられることができる。また、点火装置６１０の近傍に、熱電対６２０を設置することで、ハウジング内の温度のモニタを容易に可能とすることができる。オフガスの燃焼により生じた排ガスは、改質部３００に設けられた穴を通り、改質部３００と熱交換する。なお、空気室１１６の下部に接して排ガス誘導室５００を設けることもでき、この場合、改質部３００と熱交換した排ガスは、排ガス誘導室５００に流入することで、排ガス誘導室５００内の排ガスの熱が空気室１１６内の空気に効率よく伝熱することができる。 The off-gas discharged from the fuel cell stack is supplied to the combustion unit 400 through the off-gas supply path 440, and the off-gas is ejected from an outlet (not shown) provided on the upper surface of the combustion unit 400. The ejected off gas is ignited by an ignition device 610 such as a ceramic heater and burned. The igniter 610 can be provided in the housing on the same side as the side on which the electric heater 600 is installed. Further, by installing the thermocouple 620 in the vicinity of the ignition device 610, it is possible to easily monitor the temperature inside the housing. The exhaust gas generated by the combustion of off-gas passes through a hole provided in the reforming section 300 and exchanges heat with the reforming section 300. An exhaust gas induction chamber 500 may be provided in contact with the lower part of the air chamber 116. In this case, the exhaust gas that has exchanged heat with the reforming unit 300 flows into the exhaust gas induction chamber 500, so that the exhaust gas induction chamber 500 is inside the exhaust gas induction chamber 500. The heat of the exhaust gas can be efficiently transferred to the air in the air chamber 116.

排ガス誘導室５００の上面端部（本実施形態では、図１の右側端部）に排ガス管５１０が接続されており、排ガス管５１０を経由して、排ガスが気化部２００の下方に隣接して設けられた燃焼触媒室５２０に流入する。 The exhaust gas pipe 510 is connected to the upper end portion of the exhaust gas induction chamber 500 (in the present embodiment, the right end portion in FIG. 1), and the exhaust gas is adjacent to the lower part of the vaporization unit 200 via the exhaust gas pipe 510. It flows into the provided combustion catalyst chamber 520.

排ガス管５１０は、上述した混合ガス導管２３０の周囲に設けられており、混合ガス導管２３０の外壁と排ガス管５１０の内壁との間が排ガスが流通する流路となっている。この流路を通過する過程で、排ガスの熱が混合ガス導管２３０を流通する混合ガスに伝熱する。 The exhaust gas pipe 510 is provided around the mixed gas conduit 230 described above, and a flow path for exhaust gas to flow between the outer wall of the mixed gas conduit 230 and the inner wall of the exhaust gas pipe 510. In the process of passing through this flow path, the heat of the exhaust gas is transferred to the mixed gas flowing through the mixed gas conduit 230.

なお、混合ガス導管２３０は、排ガス管５１０および混合ガス導管２３０で形成される二重構造の領域の下方において排ガス誘導室５００を貫通しており、排ガス誘導室５００内の排ガスの熱が混合ガス導管２３０に伝熱する構造となっている。 The mixed gas conduit 230 penetrates the exhaust gas induction chamber 500 below the region of the double structure formed by the exhaust gas pipe 510 and the mixed gas conduit 230, and the heat of the exhaust gas in the exhaust gas induction chamber 500 is the mixed gas. It has a structure that transfers heat to the conduit 230.

燃焼触媒室５２０の一部には、燃焼触媒が充填された燃焼触媒層が形成されており、燃焼触媒層において排ガスに含まれる未反応ガスの燃焼が促進される。 A combustion catalyst layer filled with a combustion catalyst is formed in a part of the combustion catalyst chamber 520, and combustion of unreacted gas contained in the exhaust gas is promoted in the combustion catalyst layer.

燃焼触媒室５２０における排ガスの流れは、気化部２００における水、原料ガス、あるいは混合ガスの流れと対向する対向流となっている。燃焼触媒室５２０で生じた熱が気化部２００に伝熱し、気化部２００に供給された水の蒸発が促進される。燃焼触媒室５２０を通過した排ガスは、排ガス管５４０を経由して外部に送出される。 The flow of exhaust gas in the combustion catalyst chamber 520 is a countercurrent flow facing the flow of water, raw material gas, or mixed gas in the vaporization unit 200. The heat generated in the combustion catalyst chamber 520 is transferred to the vaporization unit 200, and the evaporation of the water supplied to the vaporization unit 200 is promoted. The exhaust gas that has passed through the combustion catalyst chamber 520 is sent to the outside via the exhaust gas pipe 540.

改質ユニット１００では、水供給管２１０、ガス供給管２２０、空気供給管１４０、排ガス管５４０などの吸・排気系引出部は、混合ガス導管２３０が接続される改質部３００の端部とは反対側に設けられている。一方、電気ヒータ６００、点火装置６１０、熱電対６２０などの電気系引出部は、混合ガス導管２３０が接続される改質部３００の端部と同じ側に配置されている。 In the reforming unit 100, the intake / exhaust system outlets such as the water supply pipe 210, the gas supply pipe 220, the air supply pipe 140, and the exhaust gas pipe 540 are connected to the end of the reforming portion 300 to which the mixed gas conduit 230 is connected. Is provided on the opposite side. On the other hand, the electric system extraction part such as the electric heater 600, the ignition device 610, and the thermocouple 620 is arranged on the same side as the end part of the reforming part 300 to which the mixed gas conduit 230 is connected.

以上説明した改質ユニット１００によれば、混合ガス導管２３０と、排ガスの熱交換面積が小さくなり、排ガスの熱が混合ガス導管２３０に伝導しにくくなる。これにより、ハウジング内の上部において、排ガスの熱により空気をより効率的に加熱することができる。 According to the reforming unit 100 described above, the heat exchange area between the mixed gas conduit 230 and the exhaust gas becomes small, and the heat of the exhaust gas is less likely to be conducted to the mixed gas conduit 230. As a result, the air can be heated more efficiently by the heat of the exhaust gas in the upper part of the housing.

また、混合ガス導管２３０が屈曲せずに延在しているため、改質ユニット１００の構造が簡便になり、ひいては、製造工程の簡略化や製造コストの低減を図ることができる。 Further, since the mixed gas conduit 230 extends without bending, the structure of the reforming unit 100 can be simplified, and the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

また、吸・排気系引出部を混合ガス導管２３０が接続される改質部３００の端部とは反対側に設け、電気系引出部を混合ガス導管２３０が接続される改質部３００の端部と同じ側に配置することにより、安全性をより高めるとともに、気化部２００の長さを大きくでき、改質ユニット１００の設計の自由度を向上させることができる。 Further, the intake / exhaust system outlet portion is provided on the side opposite to the end portion of the reforming portion 300 to which the mixed gas conduit 230 is connected, and the electrical system extraction portion is provided at the end of the reforming portion 300 to which the mixed gas conduit 230 is connected. By arranging it on the same side as the unit, the safety can be further enhanced, the length of the vaporization unit 200 can be increased, and the degree of freedom in designing the reforming unit 100 can be improved.

（実施形態２）
実施形態２に係る改質ユニット１００について、実施形態１と同様な構成については説明を省略し、実施形態１と異なる構成を中心に以下に説明する。 (Embodiment 2)
Regarding the reforming unit 100 according to the second embodiment, the same configuration as that of the first embodiment will be omitted, and the configuration different from that of the first embodiment will be mainly described below.

図２は、実施形態２に係る改質ユニット１００の概略図である。図３は、改質部３０１の平面図である。図３に示すように、本実施形態では、改質部３０１に仕切り部３１０が設けられており、仕切り部３１０の一方の側の近傍に混合ガス導管２３０が接続され、仕切り部３１０の他方の側の近傍に改質ガス供給路３３０が接続される。混合ガス導管２３０が接続される第１位置と、改質ガス供給路３３０が接続される第２位置とが近接しており、第１位置から前記第２位置までの流路が改質部３０１に設けられた穴３２０の回りを周回する。 FIG. 2 is a schematic view of the reforming unit 100 according to the second embodiment. FIG. 3 is a plan view of the reforming unit 301. As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the reforming portion 301 is provided with the partition portion 310, the mixed gas conduit 230 is connected in the vicinity of one side of the partition portion 310, and the other of the partition portions 310. A reformed gas supply path 330 is connected in the vicinity of the side. The first position to which the mixed gas conduit 230 is connected and the second position to which the reformed gas supply path 330 is connected are close to each other, and the flow path from the first position to the second position is the reforming section 301. Orbit around the hole 320 provided in.

これによれば、改質部３０１において、第１位置から第２位置への経路をより長くすることができ、改質部３０１における改質効率をより高めることができる。 According to this, in the reforming section 301, the path from the first position to the second position can be made longer, and the reforming efficiency in the reforming section 301 can be further improved.

上述したような改質ユニットを備えることで、本実施形態の燃料電池装置とすることができる。燃料電池装置としては、いわゆる燃料電池モジュールとしてもよく、また燃料電池装置とこれを動作させるための補機を備えた燃料電池としてもよい。例えば、平板型の燃料電池スタックを用いる場合には、上述の改質ユニットと燃料電池スタックとを収納容器内に収納する、または断熱材で一体的に覆うことにより、燃料電池モジュールとすることができる。また、円筒型や中空平板型の燃料電池スタックを用いる場合には、上述の改質ユニットと燃料電池スタックとを収納容器内に収納することで、燃料電池モジュールとすることができる。また、固体高分子形の燃料電池スタックを用いる場合には、それぞれを独立させた状態で外装ケース内に収納してもよい。さらに、これらの燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールを動作させるための補機（例えば、ポンプ類やセンサ類）を備えることで、燃料電池とすることができる。 By providing the reforming unit as described above, the fuel cell device of the present embodiment can be obtained. The fuel cell device may be a so-called fuel cell module, or may be a fuel cell provided with a fuel cell device and an auxiliary machine for operating the fuel cell device. For example, when a flat plate type fuel cell stack is used, the above-mentioned reforming unit and the fuel cell stack can be stored in a storage container or integrally covered with a heat insulating material to form a fuel cell module. can. Further, when a cylindrical or hollow flat plate type fuel cell stack is used, the fuel cell module can be obtained by storing the above-mentioned reforming unit and the fuel cell stack in the storage container. When a polymer electrolyte fuel cell stack is used, it may be stored in the outer case in an independent state. Further, by providing these fuel cell modules and auxiliary equipment (for example, pumps and sensors) for operating the fuel cell module, a fuel cell can be obtained.

以上、本実施形態について述べたが、これらは本開示の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
例えば、改質ユニット１００の設計自由度を高めるにあたり、側面視、平面視、正面視の少なくとも１つにおいて、気化部２００の幅および改質部３００の幅のうち、一方の幅が他方の幅よりも内側に位置するようにしてもよい。それにより、改質ユニット１００の構造がシンプルとなって、改質ユニット１００の周囲を囲む断熱材や収納容器等のサイズも小さくなることで、全体的にコンパクトとすることができる。なお、この場合において、混合ガス導管等は、上述した接続構造とすればよい。
また、１つの容器の内部にセルスタック及び改質ユニット１００を収納し、セルスタック上部におけるオフガスの燃焼により生じた排ガスが、改質部３００に設けられた穴を通り、改質部３００と熱交換した後、排ガス誘導室５００に流入するようにしてもよい。なお１つの容器として、例えば金属等で作製された容器が挙げられるが、これに限られず、セルスタックおよび改質ユニット１００を断熱材で覆った場合には、この断熱材を１つの容器とみなすこともできる。
さらに、改質部３００の上部に、所定の隙間を形成するように連結されることにより、排気ガス（及び空気）が流入可能である箱状の排気ガス導入部材（ガス溜り）を設け、断熱機能を持たせるようにしてもよい。 Although the present embodiment has been described above, these are examples of the present disclosure, and various configurations other than the above can be adopted.
For example, in order to increase the degree of freedom in designing the reforming unit 100, one of the width of the vaporizing portion 200 and the width of the reforming portion 300 is the width of the other in at least one of the side view, the plan view, and the front view. It may be located inside. As a result, the structure of the reforming unit 100 is simplified, and the size of the heat insulating material, the storage container, etc. surrounding the reforming unit 100 is also reduced, so that the overall size can be made compact. In this case, the mixed gas conduit or the like may have the above-mentioned connection structure.
Further, the cell stack and the reforming unit 100 are housed inside one container, and the exhaust gas generated by the combustion of off-gas in the upper part of the cell stack passes through the hole provided in the reforming section 300 and heats with the reforming section 300. After the replacement, the exhaust gas may flow into the exhaust gas induction chamber 500. As one container, for example, a container made of metal or the like can be mentioned, but the present invention is not limited to this, and when the cell stack and the reforming unit 100 are covered with a heat insulating material, this heat insulating material is regarded as one container. You can also do it.
Further, a box-shaped exhaust gas introduction member (gas reservoir) through which exhaust gas (and air) can flow in is provided in the upper part of the reforming portion 300 so as to form a predetermined gap to insulate. It may have a function.

１００ 改質ユニット、２００ 気化部、３００ 改質部、２３０ 混合ガス導管

100 reforming unit, 200 vaporizing part, 300 reforming part, 230 mixed gas conduit

Claims (6)

供給された水を気化させて水蒸気を生成し、前記水蒸気と原料ガスとが混合された混合ガスを送出する気化部と、
前記気化部の下方に設置され、前記気化部から送出された前記混合ガスを改質することにより、水素を含む改質ガスを生成する改質部と、
前記気化部と前記改質部とを接続する混合ガス導管と、
を備え、
前記混合ガス導管は、前記気化部の端部近傍から下方に延在し、前記改質部の端部近傍において前記改質部に接続されている、改質ユニット。 A vaporization unit that vaporizes the supplied water to generate steam and sends out a mixed gas in which the steam and the raw material gas are mixed.
A reforming unit installed below the vaporization unit and reforming the mixed gas sent from the vaporization unit to generate a reforming gas containing hydrogen, and a reforming unit.
A mixed gas conduit connecting the vaporizing part and the reforming part,
With
A reforming unit in which the mixed gas conduit extends downward from the vicinity of the end portion of the vaporization portion and is connected to the reforming portion in the vicinity of the end portion of the reforming portion. 前記改質部は、鉛直方向から平面視したときに穴が設けられた形状をなす請求項１に記載の改質ユニット。 The reforming unit according to claim 1, wherein the reforming portion has a shape in which a hole is provided when viewed in a plan view from the vertical direction. 燃料電池スタックから排出されたオフガスを燃焼するための燃焼部をさらに備え、
前記燃焼部で生じた排ガスが前記穴を通過する、請求項２に記載の改質ユニット。 It also has a combustion section for burning off-gas discharged from the fuel cell stack.
The reforming unit according to claim 2, wherein the exhaust gas generated in the combustion unit passes through the hole. 前記改質部において、前記混合ガス導管が接続される第１位置と、前記改質部から前記改質ガスが送出される改質ガス供給路が接続される第２位置とが近接し、前記第１位置から前記第２位置までの流路が前記穴の回りを周回する、請求項２または３に記載の改質ユニット。 In the reforming section, the first position to which the mixed gas conduit is connected and the second position to which the reforming gas supply path to which the reforming gas is sent from the reforming section are connected are close to each other. The reforming unit according to claim 2 or 3, wherein the flow path from the first position to the second position orbits around the hole. 前記改質部の上方に、外部より供給される酸素含有ガスが流通する酸素含有ガス流通路を備えている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の改質ユニット。 The reforming unit according to any one of claims 1 to 4, further comprising an oxygen-containing gas flow passage through which an oxygen-containing gas supplied from the outside flows above the reforming portion. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の改質ユニットを備える、燃料電池装置。

A fuel cell device comprising the reforming unit according to any one of claims 1 to 5.
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