JP4359079B2 - Insulation structure of gas filler - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は水素やヘリウム等のガスが充填されたガス充填体の外側を断熱する断熱構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、都市ガス等の原燃料から生成した水素と酸素を反応させて発電する燃料電池が開発されている。この燃料電池には、脱硫した原燃料に水蒸気を加えて反応させることにより水素を生成する改質器と、該改質器で得られた水素を利用して発電するセルスタックとが設けられているが、これらは約700℃の高温になるため、断熱構造が採用されている。断熱構造としては、断熱材のほか、真空断熱構造が考えられる。
【0003】
燃料電池のセルスタックの少なくとも一部を真空断熱容器で覆うものが提案されている(例えば、特許文献1参照)し、また燃料電池本体の周囲に配置される断熱材層の少なくとも一部に真空断熱層を設けるものも提案されている(例えば、特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平8−138721号公報
【特許文献2】
特開2002−280041号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述のような真空断熱構造は、改質器やセルスタックから遊離する水素が真空断熱構造の壁を透過して内部に浸入し、内圧を上げて断熱性を低下させるという問題がある。このような問題は、燃料電池だけでなく、大型水素タンク(球形)の外表面に配設される断熱パネルにおいても生じている。
【0006】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたもので、真空断熱構造の断熱性を低下させることなくガス充填体を断熱することができるガス充填体の断熱構造を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、内部に水素が封入されたガス充填体の外側に真空二重構造の断熱体を配設し、該断熱体と前記ガス充填体との間の隙間に多孔性材料からなる通気層を介在させ、ガス充填体から遊離する水素を前記通気層を介して外部に排出するものである。
【0008】
ここで、ガス充填体は、燃料電池の改質器やセルスタックのような水素を取り扱う機器のほか、球形タンクのような容器、ガス配管を含む。断熱体は、有底筒状の容器、板状のパネルを含む。通気層は、ガスが通過する隙間や空間、あるいはその隙間に配置された多孔性材料を含む概念である。
【0009】
前記構成により、ガス充填体から遊離するガスは、通気層で拡散して濃度と温度が低下し、該通気層を通って外部に排出されるので、真空二重構造の断熱体の内部にはほとんど浸入しない。したがって、断熱体の断熱性は維持される。
【0010】
この場合、前記ガス充填体と前記多孔性材料との間にガラス板を介在させてもよい。
【0011】
前記多孔性材料は、セラミックボードとすることが好ましい。また、前記ガラス板は石英ガラスとすることが好ましい。
【0012】
前記断熱体の内側部材と外側部材はステンレス鋼とすることができる。
【0013】
前記断熱体の内側部材と外側部材はガラスとすることもできる。この場合、前記ガラスは石英ガラスまたはホウ珪酸ガラスであることが好ましい。
【0014】
前記断熱体の内側部材と外側部材の間にゲッターを設置することができる。
【0015】
前記断熱体は有底筒状の容器であり、該容器の中に前記ガス充填体を挿入することができる。この場合、前記容器の上端開口縁の上方に前記通気層と連通する隙間を設けることが好ましい。
【0016】
前記断熱体は板状のパネルであり、前記ガス充填体は球形であってその外側に前記パネルを複数配設することができる。この場合、前記複数のパネルの相互間に前記通気層と連通する隙間を設けることが好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【0018】
図1は、参考例のガス充填体の断熱構造を示す。1は、ガス充填体であり、具体的には燃料電池の改質器の一部である。ガス充填体1の内部には約700℃の高温の水素2が充填されている。ガス充填体1は断熱体3により通気層4を介して断熱されている。断熱体3は、ステンレス鋼等の金属からなる内側部材5と外側部材6との間の空間を真空引きしてなる真空二重構造を有し、有底筒状の容器である。通気層4は、断熱体3の内側部材5と、断熱体3内に挿入されるガス充填体1との間に存在する隙間7からなっている。断熱体3の上端開口縁8とガス充填体1の間にも隙間9が形成されている。
【0019】
この参考例では、ガス充填体1から遊離する水素2は通気層4に入り、ここで拡散して濃度と温度が低下し、該通気層4を上方に流動して断熱体3の上端開口縁8の上方の隙間9から外部に排出されるので、断熱体3の真空層10にはほとんど浸入しない。したがって、断熱体3の断熱性は維持される。
【0020】
以下の実施形態において、前記参考例と同一の部材には同一の符号を附して説明を省略する。
【0021】
図2は、本発明の第1実施形態によるガス充填体1の断熱構造を示す。ガス充填体1と断熱体3の間には、内容器11が挿入されている。この内容器11は、多孔性材料であるセラミックボードからなり、有底筒状に形成されるとともに、上端開口縁12にフランジ13が形成されている。ガス充填体1は断熱体3により内容器11を介して断熱されている。
【0022】
この第1実施形態では、ガス充填体1から遊離する水素2は破線矢印で示すようにセラミックボードの内容器11に入り、ここで拡散して濃度と温度が低下し、該内容器11内を拡散して上方に流動し、フランジ13から外部に排出されるので、断熱体3の真空層10にはほとんど浸入しない。したがって、断熱体3の断熱性は維持される。
【0023】
図3は、本発明の第2実施形態によるガス充填体の断熱構造を示す。ガス充填体1と断熱体3の間には、内容器14が挿入されている。この内容器14は、多孔性材料であるセラミックボードからなる内層15と石英ガラス板からなる外層16とで、有底筒状に形成されるとともに、上端開口縁17にフランジ18が形成されている。ガス充填体1は断熱体3により内容器14を介して断熱されている。
【0024】
この第2実施形態では、ガス充填体1から遊離する水素2は破線矢印で示すように内容器14のセラミックボードからなる内層15に入り、ここで拡散して濃度と温度が低下し、該内層15内を拡散して上方に流動し、フランジ18から外部に排出されるので、断熱体3の真空層10にはほとんど浸入しない。一般にガラスは金属に比べて水素透過が少ないので、石英ガラス板からなる外層16は、水素透過の障壁となる。したがって、断熱体3の断熱性は維持される。また、石英ガラスはホウ珪酸ガラスに比べて高温にも耐える。
【0025】
図4は、本発明の第3実施形態によるガス充填体の断熱構造を示す。ガス充填体1と断熱体3の間には、内容器19が挿入されている。この内容器19は、多孔性材料であるセラミックボードからなる内層20と、石英ガラス板からなる中間層21と、多孔性材料であるセラミックボードからなる外層22とで、有底筒状に形成されるとともに、上端開口縁23にフランジ24が形成されている。ガス充填体1は断熱体3により内容器19を介して断熱されている。
【0026】
この第3実施形態では、ガス充填体1から遊離する水素2は内容器19のセラミックボードからなる内層20に入り、ここで拡散して濃度と温度が低下し、該内層20内を拡散して上方に流動し、フランジ24から外部に排出されるので、断熱体3の真空層10にはほとんど浸入しない。また、石英ガラス板からなる中間層21は、水素透過の障壁となる。水素が内層20および中間層21を透過したとしても、さらに外層22で拡散してフランジ24から排出される。したがって、断熱体3の断熱性は維持される。
【0027】
なお、前記図1の参考例、図2〜図4の第1、第2、第3実施形態において、断熱体3の内側部材5と外側部材6の間にゲッターを配設して、水素が少しでも浸入すれば当該ゲッターで吸着するようにしてもよい。
【0028】
図5の他の参考例、図6から図8の第4、第5、第6実施形態は、それぞれ前記参考例、前記第1、第2、第3実施形態に対応しており、断熱体25の内側部材26と外側部材27がステンレス鋼等の金属ではなくてガラスである点、断熱体25の内側部材26と外側部材27の内部にゲッター28を配設した点が相違する。
【0029】
断熱体25の内側部材26と外側部材27のガラス材料は、具体的には、石英ガラスまたはホウ珪酸ガラスである。ゲッター28は少しでも浸入した水素ガスを吸着し、真空度を上げる働きをする。
【0030】
これらの他の参考例、第4、第5、第6実施形態では、ガス充填体1から遊離する水素2が破線矢印で示すように拡散して外部に排出される点は、前記参考例、第1、第2、第3実施形態と同様である。遊離した水素2の温度に合わせて、断熱体3として石英ガラスまたはホウ珪酸ガラス等のガラス材を使用することができる。
【0031】
以上の実施形態は、ガス充填体1が燃料電池の改質器の一部であり、断熱体3,25が容器形状の場合の例であるが、本発明はこれに限らず、図9に示すように、ガス充填体31が球形タンクであり、断熱体32が前記球形タンク31の外側に配設される板状のパネルである場合にも適用することができる。この第7実施形態では、ガス充填体31と断熱体32の間に通気層33を設け、断熱体32の相互間に前記通気層33と連通する隙間34を設ける。また、通気層33として、多孔性材料であるセラミックボード35のほか、単なる隙間としたり、セラミックボードと石英ガラス板との積層体、セラミックボードと石英ガラス板とセラミックボードの積層体を設けることができる。作用としては、前記実施形態と同様であるので説明を省略する。
【0032】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、内部に水素が封入されたガス充填体の外側に真空二重構造の断熱体を配設し、該断熱体とガス充填体との間に通気層を設けたので、ガス充填体から遊離した水素が当該通気層を介して拡散し外部に排出されて、真空二重構造の断熱体の内部への浸入量がきわめて少なくなる。したがって、断熱体の断熱性は維持され、ガス充填体を確実に断熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例の断熱構造の断面図。
【図2】 本発明の第1実施形態の断面図。
【図3】 本発明の第2実施形態の断面図。
【図4】 本発明の第3実施形態の断面図。
【図5】 他の参考例の断熱構造の断面図。
【図6】 本発明の第4実施形態の断面図。
【図7】 本発明の第5実施形態の断面図。
【図8】 本発明の第6実施形態の断面図。
【図9】 本発明の第7実施形態の一部断面図。
【符号の説明】
1 ガス充填体
2 水素
3 断熱体
4 通気層
5 内側部材
6 外側部材
7 隙間
8 上端開口縁
9 隙間
10 真空層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat insulating structure that insulates the outside of a gas filling body filled with a gas such as hydrogen or helium.
[0002]
[Prior art]
In recent years, fuel cells that generate electricity by reacting hydrogen and oxygen generated from raw fuel such as city gas have been developed. This fuel cell is provided with a reformer that generates hydrogen by reacting steam with desulfurized raw fuel and a cell stack that generates electric power using the hydrogen obtained by the reformer. However, since these have a high temperature of about 700 ° C., a heat insulating structure is adopted. As the heat insulating structure, a vacuum heat insulating structure can be considered in addition to the heat insulating material.
[0003]
There has been proposed a structure in which at least a part of a cell stack of a fuel cell is covered with a vacuum heat insulating container (see, for example, Patent Document 1), and at least a part of a heat insulating material layer disposed around the fuel cell body is vacuum Providing a heat insulating layer has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-138721 [Patent Document 2]
JP 2002-280041 A
[Problems to be solved by the invention]
However, the vacuum heat insulating structure as described above has a problem that hydrogen liberated from the reformer and the cell stack permeates through the walls of the vacuum heat insulating structure and enters the inside, thereby increasing the internal pressure and reducing the heat insulating property. Such a problem occurs not only in the fuel cell but also in a heat insulating panel disposed on the outer surface of a large hydrogen tank (spherical shape).
[0006]
This invention is made | formed in view of the said problem, and makes it a subject to provide the heat insulation structure of the gas filling body which can insulate the gas filling body, without reducing the heat insulation of a vacuum heat insulation structure.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a vacuum double-structured heat insulator outside a gas filling body in which hydrogen is sealed, and a gap between the heat insulating body and the gas filling body. A gas-permeable layer made of a porous material is interposed between the gas and the hydrogen released from the gas filler, and the hydrogen is discharged to the outside through the gas-permeable layer.
[0008]
Here, the gas filling body includes a container such as a spherical tank and a gas pipe, in addition to a hydrogen handling device such as a fuel cell reformer and a cell stack. The heat insulator includes a bottomed cylindrical container and a plate-like panel. The ventilation layer is a concept including a gap or space through which gas passes, or a porous material disposed in the gap.
[0009]
With the above configuration, the gas liberated from the gas filling body diffuses in the ventilation layer and decreases in concentration and temperature and is discharged to the outside through the ventilation layer. Almost no penetration. Therefore, the heat insulating property of the heat insulating body is maintained.
[0010]
In this case, a glass plate may be interposed between the gas filler and the porous material.
[0011]
The porous material is preferably a ceramic board. The glass plate is preferably made of quartz glass.
[0012]
The inner member and the outer member of the heat insulator can be stainless steel.
[0013]
The inner member and the outer member of the heat insulator may be glass. In this case, the glass is preferably quartz glass or borosilicate glass.
[0014]
A getter can be installed between the inner member and the outer member of the heat insulator.
[0015]
The heat insulator is a bottomed cylindrical container, and the gas filling body can be inserted into the container. In this case, it is preferable to provide a gap communicating with the ventilation layer above the upper end opening edge of the container.
[0016]
The heat insulator is a plate-like panel, and the gas filler is spherical, and a plurality of the panels can be disposed outside the gas filler. In this case, it is preferable to provide a gap communicating with the ventilation layer between the plurality of panels.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0018]
FIG. 1 shows a heat insulating structure of a gas filling body of a reference example .
[0019]
In this reference example ,
[0020]
In the following embodiments, the same members as those in the reference example are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0021]
FIG. 2 shows a heat insulating structure of the
[0022]
In this first embodiment, the
[0023]
FIG. 3 shows a heat insulating structure of a gas filling body according to a second embodiment of the present invention. An
[0024]
In this second embodiment, the
[0025]
FIG. 4 shows a heat insulating structure of a gas filling body according to a third embodiment of the present invention. An
[0026]
In this third embodiment, the
[0027]
Incidentally, reference example of FIG. 1, in the first, second, third implementation form of FIGS. 2-4, by disposing the getter between the
[0028]
Another reference example of FIG. 5, the fourth, fifth, sixth embodiment of FIGS. 6-8, the reference example, respectively, said first, second, corresponds to the third implementation mode, insulation The difference is that the
[0029]
Specifically, the glass material of the
[0030]
In these other reference examples, the fourth, fifth and sixth embodiments , the
[0031]
The above embodiment is an example in which the
[0032]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, a vacuum double-structured heat insulator is disposed outside the gas filling body in which hydrogen is enclosed, and the heat insulating body and the gas filling body are disposed between the heat filling body and the gas filling body. Since the vent layer is provided in the gas, hydrogen released from the gas filling body diffuses through the vent layer and is discharged to the outside, so that the amount of intrusion into the heat insulating body having the vacuum double structure is extremely reduced. Therefore, the heat insulation of the heat insulator is maintained, and the gas filler can be reliably insulated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a heat insulating structure of a reference example .
FIG. 2 is a cross-sectional view of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a heat insulating structure of another reference example .
FIG. 6 is a sectional view of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of a seventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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