JP3191025U - 流体加熱装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本考案の第1実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す。尚、図1示す破線は電力供給ラインを示す。図2は、本実施形態における燃料電池装置の概略構成を示す。
尚、本実施形態では、コジェネレーションシステムとして燃料電池システムを用いて説明するが、コジェネレーションシステムはこれに限らない。ここで、コジェネレーションシステムとは、ガスタービン、ディーゼルエンジン、又は燃料電池等による発電を行う際に発生する排熱(廃熱)を回収して動力源や熱源として再利用するシステムを意味する。
尚、本実施形態では、熱交換器2にて排ガスの熱を回収する水(第1の流体)を、以下、「熱回収媒体」を称して説明する。
また、図2では、原燃料の供給通路21及び改質用水の供給通路27を個別に図示しているが、これらを予め合流させてから改質器12に接続させてもよい。このようにすることで、筐体10を貫通する配管数を減らすことができる。また、改質器12に充填する改質触媒の種類に応じて、改質器12に接続させる配管の種類を変更してもよい。具体的には、酸化反応による改質を行わない場合は、図示しない改質用空気の供給通路と、改質用空気の供給量制御手段であるブロワ(図示せず)とを省略することができる。
従って、燃料電池セル14の各々において、カソードにて、下記(1)式の電極反応が生起され、アノードにて、下記(2)式の電極反応が生起されて、発電がなされる。
カソード: 1/2O2+2e−→O2−(電解質) ・・・(1)
アノード: O2−(電解質)+H2→H2O+2e− ・・・(2)
尚、排ガス通路41の途中には、オフガス燃焼部15からの排ガスを浄化する排ガス処理部(図示せず)が設けられている。この排ガス処理部では、排ガス中に含まれる一酸化炭素や水素などの成分が浄化処理される。また、排ガス処理部で処理された後の排ガスは水蒸気を含有する。
貯湯槽3は、熱交換器2にて加熱された熱回収媒体を貯留する。また、貯湯槽3は、貯留された熱回収媒体を給湯負荷に対して供給可能に構成され得る。
高温流体通路51の上部に形成された入口51aは、前述の排ガス通路41の下流側端部に接続されている。高温流体通路51の下部に形成された出口51bは、後述する排ガス通路42の上流側端部に接続されている。
循環通路61bのうち、低温流体通路52の出口52bと循環用のポンプ62との間の部分には、熱交換器2の出口での熱回収媒体の温度Tを検出するための温度センサ53が設けられている。この温度センサ53からの温度検出信号(温度Tに対応する信号)は、図示しない信号線を介して、制御部5に伝達される。
凝縮水の回収通路43は、排ガス通路42の途中(分岐部44)にて下方に向かって分岐して、水タンク28まで延びている。
水タンク28に貯留された水は、前述のポンプ29により吸引され、改質用水の供給通路27を通って、改質器12に導入される。
制御部5による発電電力の制御は、ポンプ22、29、及び改質用空気の供給用のブロワ(図示せず)を介して改質器12への原燃料、改質用水、改質用空気の供給量を制御して、セルスタック13への改質ガスの供給量を制御し、また、ブロワ32を介してセルスタック13への酸化剤ガスの供給量を制御することによって、行う。
従って、制御部5は、電力負荷81の需要電力に応じて、定格最大発電電力の範囲内で、セルスタック13の発電電力目標値を設定し、これに従って(発電電力目標値を得るように)、燃料、水、及び空気の供給量を制御することにより、セルスタック13の発電電力を制御する。
また、制御部5は、系統電源82の停電時又は非停電時に、セルスタック13の発電電力が電力負荷81の需要電力を上回って、余剰電力が発生した場合に、系統電源82への逆潮流防止のため、余剰電力を電気ヒータ70に供給して当該余剰電力を消費するように、電気ヒータ70の通電制御を行う。
図3は熱交換器2の斜視図である。図4は熱交換器2の断面図である。尚、図3及び図4に示すように、便宜上、上下・前後・左右を規定して、以下説明する。
従って、熱交換器2は、仕切壁57を介して排ガスと熱回収媒体とが熱交換を行う向流式の熱交換器である。
電気ヒータ70は、前側の室56の前面(外面)に設けられている。換言すれば、電気ヒータ70は、低温流体通路52の前面52s(外面)に設けられている。尚、本実施形態では、低温流体通路52の前面52sのうち電気ヒータ70が設けられる部分は平面状である。
シート状部材71は熱伝導性及び柔軟性を有する。シート状部材71は、熱交換器2の本体部54及び電気ヒータ70よりも、硬度が低い。また、シート状部材71は弾性を有し得る。シート状部材71は、カーボンシートであることが好ましい。ここで、カーボンシートは、例えば、カーボン結晶を積層させて形成される。また、シート状部材71は、シリコーンゴムシートであってもよい。
取付部材91は、金属板を折り曲げて形成される。取付部材91は、低温流体通路52の前面52sに溶接固定されて左右方向に延在する基部91aと、基部91aの下端部から前方に張り出す張り出し部91bと、張り出し部91bの前端部から下方に張り出すフランジ部91cとにより構成される。
フランジ部91cには、取付ボルト93の雄ねじ部93aが螺合する雌ねじ部91dが複数形成されている。
基部92aには、取付ボルト93の雄ねじ部93aを挿通可能な貫通孔92dが複数形成されている。
尚、本実施形態では、電気ヒータ70が、その上部及び下部にて、取付装置90を介して、低温流体通路52に固定されているが、電気ヒータ70の低温流体通路52への固定手法はこれに限らず、例えば、電気ヒータ70が、その左側部及び右側部にて、取付装置90を介して、低温流体通路52に固定されてもよい。
また本実施形態によれば、電気ヒータ70は平面部を有し、低温流体通路52(流体通路)の前面52s(前側の室56の外面)のうち電気ヒータ70が設けられる部分は平面状である。これにより、電気ヒータ70の発熱を、電気ヒータ70の平面部からシート状部材71を介して低温流体通路52の前面52sに良好に伝熱することができる。
また本実施形態によれば、熱回収媒体(流体)は水である。これにより、排ガスの熱を回収して温水を得ることができる。
図1〜図5に示した第1実施形態と異なる点について説明する。
尚、本実施形態では、管状部材161の断面形状が円形状であるが、断面形状はこれに限らず、例えば、矩形状であってもよい。
シート状部材71の外面側には、絶縁被覆した抵抗発熱体(電熱線)からなる電気ヒータ70’が、コイル状に巻き付けられている。
従って、シート状部材71では、その一方の面に管状部材161の外周面161sが接触し、他方の面(一方の面と反対側の面)に電気ヒータ70’が接触する。
図6に示した第2実施形態と異なる点について説明する。
従って、シート状部材71では、その一方の面に管状部材161の外周面161sが接触し、他方の面(一方の面と反対側の面)に電気ヒータ70”が接触する。
本実施形態では、図示しないバンド等の固縛手段により、電気ヒータ70”及びシート状部材71が管状部材161に着脱可能に固定され得る。
2 熱交換器(流体加熱装置)
3 貯湯槽
4 パワーコンディショナー(PCS)
5 制御部
10 筐体
11 燃料電池システム
12 改質器
13 セルスタック
14 燃料電池セル
15 オフガス燃焼部
21 原燃料の供給通路
22 ポンプ
27 改質用水の供給通路
28 水タンク
29 ポンプ
31 酸化剤ガスの供給通路
32 ブロワ
33 改質ガスの供給通路
41、42 排ガス通路
43 凝縮水の回収通路
44 分岐部
51 高温流体通路
51a 入口
51b 出口
52 低温流体通路
52a 入口
52b 出口
52s 前面(外面)
53 温度センサ
54 本体部
55、56 室
57 仕切壁
61a、61b 循環通路
62 ポンプ
70、70’、70” 電気ヒータ
71 シート状部材
81 電力負荷
82 系統電源
90 取付装置
91、92 取付部材
91a、92a 基部
91b、92b 張り出し部
91c、92c フランジ部
91d 雌ねじ部
92d 貫通孔
93 取付ボルト
93a 雄ねじ部
100、100’ 流体加熱装置
161 管状部材
161s 外周面
Claims (7)
- 流体が内部を流れる流体通路と、
前記流体の加熱に用いられる電気ヒータと、
熱伝導性及び柔軟性を有するシート状部材と、
を含んで構成され、
前記シート状部材は、前記流体通路の外面と前記電気ヒータとの間に介装される、流体加熱装置。 - 前記流体通路は管状である、請求項1に記載の流体加熱装置。
- 前記流体通路は箱状である、請求項1に記載の流体加熱装置。
- 前記電気ヒータは平面部を有し、前記外面のうち前記電気ヒータが設けられる部分は平面状である、請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の流体加熱装置。
- 前記電気ヒータは、シーズヒータを金属材の内部に鋳込んでなる鋳込みヒータである、請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の流体加熱装置。
- 前記シート状部材はカーボンシートである、請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載の流体加熱装置。
- 前記流体は水である、請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載の流体加熱装置。
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