JP4815140B2 - Reformer and fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、改質器及び燃料電池システムに関し、特に、水平方向に設置される改質器において、改質触媒の上方に形成される吹き抜け流路を遮ることにより、未改質の改質用燃料の吹き抜けを防止する改質器及び燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a reformer and a fuel cell system, and in particular, in a reformer installed in a horizontal direction, an unreformed reforming unit is formed by blocking a blow-through channel formed above a reforming catalyst. The present invention relates to a reformer and a fuel cell system that prevent fuel blow-through.
固体酸化物形燃料電池システム(適宜、SOFC(Solid Oxide FUEL CELL)システムと略称する。)は、固体電解質(安定化ジルコニア)の両側に燃料極と空気極を配設したセル(単電池)を集合させたスタック又はバンドルを備え、スタック又はバンドルに水素リッチな改質ガスと空気等の酸化剤ガスを供給し、電気化学的に反応させて酸素イオンを空気極から燃料極に移動させることにより発電する。このSOFCシステムは、燃料電池の作動温度が約700〜1000℃の高温となることから、発電効率が高く、高温スチームを回収できるなどといった長所を有している。 A solid oxide fuel cell system (hereinafter abbreviated as SOFC (Solid Oxide FUEL CELL) system) is a cell (single cell) in which a fuel electrode and an air electrode are arranged on both sides of a solid electrolyte (stabilized zirconia). By providing an assembled stack or bundle, supplying a hydrogen-rich reformed gas and an oxidant gas such as air to the stack or bundle, and electrochemically reacting them to move oxygen ions from the air electrode to the fuel electrode Generate electricity. This SOFC system has the advantages that the operating temperature of the fuel cell is as high as about 700 to 1000 ° C., so that the power generation efficiency is high and high temperature steam can be recovered.
(従来例)
図7は、従来例に係る固体酸化物形燃料電池システムの、基本的な構成を説明するための概略ブロック図を示している。
同図において、SOFCシステム100は、灯油等の石油系燃料を原燃料とした固体酸化物形燃料電池システムであり、水を約200℃の水蒸気とする加熱手段110と、灯油を約200℃にて脱硫する脱硫器111と、水蒸気及び脱硫された灯油を混合するとともに気化させる気化器112と、気化された改質用燃料を約700〜800℃で改質反応させ、水素リッチな改質ガスを生成する改質器140と、改質ガス及び空気等の酸化剤ガスを電気化学反応させる燃料電池130と、改質器140と燃料電池130を収納する燃焼室120と、燃料電池130にて発生した直流(DC)電力を交流(AC)電力に変換するインバータ113を備えている。
(Conventional example)
FIG. 7 is a schematic block diagram for explaining a basic configuration of a solid oxide fuel cell system according to a conventional example.
In the figure, an SOFC
改質器140は、図8に示すように、燃料電池130の上方に設けられた、箱状の反応容器であり、粒状の改質触媒142が、通気孔(図示せず)を有する支持板141によって挟まれた状態で充填されている。このようにすると、作動温度が約700〜1000℃の高温となる燃料電池130を、改質器140の熱源として有効利用することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
また、改質器140は、一般的に、水平方向に設置され、容器内部を改質用燃料ガスがほぼ水平方向に流れる構成としてあり、燃焼室120のスペースを有効利用することができる。
なお、燃料電池130は、複数のセル(図示せず)が内蔵されているが、セルの型(たとえば、平板型セルや円筒縦縞型セルなど)やセルを集合させたスタック,バンドルの構成等について、特に限定されるものではない。また、支持板141として、多数の通気孔が穿設された金属板や多孔質のセラミック板などが用いられる。
As shown in FIG. 8, the
The
The
ところで、燃料電池130の作動温度が約700〜1000℃の高温となることは、構成部材の熱的劣化,材料選択の自由度などの観点からすると、逆に短所となることから、燃料電池130を冷却する技術が様々提案されてきた。
By the way, since the operating temperature of the
たとえば、炭化水素燃料ガスの水蒸気改質を行う、薄型箱形状をなす改質器と、改質ガスを燃料極に沿って流して発電を行うセルを積層してなり、改質器が、改質触媒を充填した触媒充填流路と、触媒充填流路に沿って配置されてセルの燃料極とともに燃料極側流路を形成する燃料極側流路形成溝を備え、改質器の水蒸気改質反応による吸熱量分布と、セルの発電反応による発熱量分布とをほぼ一致させた固体電解質型燃料電池の技術が開示されている(特許文献1参照)。
この技術によれば、セル全体を過不足なくほぼ均一に冷却して、セルの信頼性および耐久性の向上を実現するとともに、高出力化および高効率化をも実現し、加えて、自動車搭載時に要求される小型化にも対応することができる。
According to this technology, the entire cell is cooled almost uniformly without excess or deficiency, improving the reliability and durability of the cell, achieving higher output and higher efficiency, and in addition to mounting on automobiles. It is possible to cope with the downsizing that is sometimes required.
しかしながら、上記従来例の改質器140や特許文献1に記載された改質器は、ほぼ水平方向に設置されるので、図9に示すように、改質触媒142の上部に隙間(吹き抜け流路)143が発生する。この隙間143は、通常、縦置きの状態で改質触媒142を密に充填した改質器140を横置きにすると発生する。また、これを防止するために、たとえば、支持板141を中央側に強く押し付けて、改質触媒142をさらに密に充填したとしても、長時間の運転によって、改質触媒142や改質器140が熱伸縮すると、改質触媒142の一部が粉化などするので、隙間143の発生を防止することは不可能である。この隙間143が発生すると、供給されたガス状の改質用燃料が、流路抵抗の小さい隙間143を優先的に流れ(隙間143を吹き抜けてしまい)、改質されずに燃料電池130へ供給され、発電効率が低下するといった問題があった。
However, since the
また、原燃料が、石油系燃料や都市ガスなどの炭素数が2以上の炭化水素を含む場合には、上述したように、改質用燃料が、改質されずに隙間143を吹き抜けてしまうと、燃料電池130内のセルの燃料極がコーキングし劣化してしまい、発電効率が著しく低下するといった深刻な問題があった。
さらに、隙間143及びその近傍の改質触媒142におけるコーキングや、改質器140と燃料電池130の間に設けられた配管や熱交換器等の機器におけるコーキングによる閉塞トラブルなどが発生するといった問題があった。
Further, when the raw fuel contains hydrocarbons having 2 or more carbon atoms such as petroleum-based fuel and city gas, the reforming fuel blows through the gap 143 without being reformed as described above. Then, there has been a serious problem that the fuel electrode of the cell in the
Further, there are problems such as coking in the reforming
本発明は、上記問題を解決するために提案されたものであり、水平方向に設置される改質器において、改質触媒の上方に形成される吹き抜け流路を遮ることにより、未改質の改質用燃料の吹き抜けを防止する改質器及び燃料電池システムの提供を目的とする。 The present invention has been proposed in order to solve the above problem, and in a reformer installed in a horizontal direction, an unreformed water is formed by blocking a blow-through channel formed above a reforming catalyst. An object of the present invention is to provide a reformer and a fuel cell system that prevent blow-through of reforming fuel.
上記目的を達成するため、本発明の改質器は、改質用燃料から改質ガスを生成し、該改質ガスを燃料電池に供給する、改質触媒が充填された改質器であって、前記改質用燃料が下方から上方に流れる、前記改質触媒が密に充填された上方向流路と、前記改質用燃料が上方から下方に流れる、前記改質触媒が密に充填された下方向流路と、前記上方向流路と下方向流路を上部又は下部で連通させる連通流路と、を具備する構成としてある。
このようにすると、充填された改質触媒の上部に隙間が形成されても、改質器に供給された改質用燃料が上記隙間を吹き抜けて、未改質の改質用燃料が燃料電池に供給されるといった不具合を防止することができる。
In order to achieve the above object, a reformer of the present invention is a reformer filled with a reforming catalyst that generates a reformed gas from a reforming fuel and supplies the reformed gas to a fuel cell. The reforming fuel flows from the lower side to the upper side, the reforming catalyst is densely filled, and the reforming fuel flows from the upper side to the lower side. The reforming catalyst is densely filled. And a communication channel that allows the upper channel and the lower channel to communicate with each other at the upper part or the lower part.
In this way, even if a gap is formed in the upper part of the charged reforming catalyst, the reforming fuel supplied to the reformer blows through the gap, and the unreformed reforming fuel becomes a fuel cell. It is possible to prevent problems such as being supplied to the printer.
また、本発明の改質器は、前記上方向流路と下方向流路及び連通流路を、箱状の容器内の下面から上方に向かって突設され、上面との間に隙間を形成する上向き仕切り板,又は,前記容器内の上面から下方に向かって突設され、下面との間に隙間を形成する下向き仕切り板によって構成してある。
このようにすると、構造を単純化でき、また、たとえば、各仕切り板を改質器本体に溶接することにより、容易に製造することができる。
In the reformer of the present invention, the upward flow channel, the downward flow channel, and the communication flow channel are projected upward from the lower surface in the box-shaped container, and a gap is formed between the upper surface and the upper surface. Or an upward partition plate protruding downward from the upper surface in the container and forming a gap between the lower surface and the lower surface.
If it does in this way, a structure can be simplified and it can manufacture easily by welding each partition plate to a reformer main body, for example.
また、本発明の改質器は、前記上向き仕切り板と下向き仕切り板を交互に複数突設し、前記上方向流路と下方向流路及び連通流路を複数連続して設けた構成としてある。
このようにすると、改質用燃料が改質触媒の上部に形成される隙間を吹き抜けて、未改質の改質用燃料が燃料電池に供給されるといった不具合をより確実に防止することができる。
Further, the reformer of the present invention has a configuration in which a plurality of the upward partition plates and the downward partition plates are alternately provided, and a plurality of the upward channel, the downward channel, and the communication channel are continuously provided. .
In this way, it is possible to more reliably prevent the problem that the reforming fuel blows through the gap formed in the upper part of the reforming catalyst and the unreformed reforming fuel is supplied to the fuel cell. .
また、本発明の改質器は、横向きのらせん状に成形された管によって、前記上方向流路,連通流路及び下方向流路を一以上形成した構成としてある。
このようにしても、構造を単純化でき、また、たとえば、管を曲げ加工することにより、容易に製造することができる。
Further, the reformer of the present invention has a configuration in which one or more of the upper flow path, the communication flow path, and the lower flow path are formed by a tube formed in a horizontal spiral shape.
Even if it does in this way, a structure can be simplified and it can manufacture easily, for example by bending a pipe | tube.
また、本発明の改質器は、縦断面ほぼU字状の流路部材を形成し、該縦断面U字状の流路部材の一側縦流路を前記上方向流路とし、他側縦流路を前記下方向流路とし、かつ、前記両縦流路の接合部分を前記連通流路とした構成としてある。
このようにしても、構造を単純化でき、また、たとえば、プレス加工又は一体成形された上板と下板を接合することにより、容易に製造することができる。
Further, the reformer of the present invention forms a substantially U-shaped channel member in the longitudinal section, the one side longitudinal channel of the U-shaped channel member as the upper channel, and the other side The vertical flow path is the downward flow path, and the joint portion of the two vertical flow paths is the communication flow path.
Even if it does in this way, a structure can be simplified and it can manufacture easily by joining the upper board and lower board which were press-processed or integrally molded, for example.
また、本発明の改質器は、前記流路部材を、前記流路が上下方向において交互に連続するように接続して、前記上方向流路と下方向流路及び連通流路を複数設けた構成としてある。
このようにすると、縦断面ほぼU字状の上板及び下板が波型に成形されることにより、受熱面積が増加するので伝熱効率を向上させることができる。
In the reformer of the present invention, the flow path member is connected so that the flow paths are alternately continuous in the vertical direction, and a plurality of the upper flow path, the lower flow path, and the communication flow path are provided. As a configuration.
If it does in this way, since a heat receiving area will increase by shape | molding an upper board and lower board with a substantially U-shaped longitudinal cross-section into a waveform, heat transfer efficiency can be improved.
また、本発明の改質器は、前記改質触媒が充填される容器と、前記容器内の上部又は下部に設けられる縦断面山形状の仕切り部材を備え、前記仕切り部材の両斜面によって、前記上方向流路及と下方向流路を形成し、かつ、前記仕切り部材の両斜面の交線部分に、前記連通流路を形成した構成としてある。
このようにしても、構造を単純化でき、また、たとえば、容器と仕切り部材を、別個に製造し組み立てることにより、容易に製造することができる。
Further, the reformer of the present invention includes a container filled with the reforming catalyst, and a partition member having a mountain-shaped cross section provided at an upper part or a lower part in the container, and the both slopes of the partition member An upper flow path and a lower flow path are formed, and the communication flow path is formed at the intersection of both slopes of the partition member.
Even if it does in this way, a structure can be simplified and it can manufacture easily, for example by manufacturing and assembling a container and a partition member separately.
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池システムは、改質用燃料から改質ガスを生成し、該改質ガスを燃料電池に供給する改質器を備えた燃料電池システムであって、上記請求項1〜7に記載した改質器を備えた構成としてある。
このようにすると、改質器を小型化できるとともに、改質器の熱効率を向上させることができるので、燃料電池の発電効率を向上させることができ、また、製造原価のコストダウンを図ることができる。
To achieve the above object, a fuel cell system of the present invention is a fuel cell system including a reformer that generates reformed gas from reforming fuel and supplies the reformed gas to the fuel cell, It is set as the structure provided with the reformer described in the said Claims 1-7.
In this way, the reformer can be reduced in size and the thermal efficiency of the reformer can be improved, so that the power generation efficiency of the fuel cell can be improved and the manufacturing cost can be reduced. it can.
また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池が、固体酸化物形燃料電池システムであり、かつ、前記改質器が、前記燃料電池の上部及び/又は内部に配置された構成としてある。
このようにすると、改質器が、燃料電池を熱源とするので、エネルギー効率を向上させることができる。
In the fuel cell system of the present invention, the fuel cell is a solid oxide fuel cell system, and the reformer is arranged above and / or inside the fuel cell.
If it does in this way, since a reformer uses a fuel cell as a heat source, energy efficiency can be improved.
以上のように、本発明の改質器によれば、改質器が横置きとされ、改質触媒の上部に隙間が形成されても、改質器に供給された改質用燃料が上記隙間を吹き抜けて、未改質の改質用燃料が燃料電池に供給されるといった不具合を防止することができる。さらに、改質器の設計の自由度を高め、改質器の小型化及び熱効率の向上を図ることができる。
また、本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池の発電効率を向上させることができるとともに、製造原価のコストダウンを図ることができる。
As described above, according to the reformer of the present invention, even when the reformer is placed horizontally and a gap is formed above the reforming catalyst, the reforming fuel supplied to the reformer is It is possible to prevent a problem that the unreformed reforming fuel is supplied to the fuel cell through the gap. Furthermore, the degree of freedom in designing the reformer can be increased, and the size of the reformer can be reduced and the thermal efficiency can be improved.
Moreover, according to the fuel cell system of the present invention, the power generation efficiency of the fuel cell can be improved and the manufacturing cost can be reduced.
[改質器の第一実施形態]
図1は、本発明の第一実施形態に係る改質器の概略図であり、(a)は平面図を、(b)は正面図を、(c)はA−A断面図を示している。
同図において、改質器4は、ほぼ長方体状の容器41と、容器41の両側にそれぞれ設けられた供給配管421及び排出配管422と、容器41内部に設けられた複数の上向き仕切り板413及び下向き仕切り板414と、容器41に充填された改質触媒142と、改質触媒142を容器41内に閉じ込める支持板141を備えた構成としてある。
なお、改質器4は、上記従来例の改質器140と比較して、複数の上向き仕切り板413及び下向き仕切り板414を設けた点が相違する。他の構成要素はほぼ改質器140と同様としてある。したがって、図1において、図8と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
[First embodiment of reformer]
FIG. 1 is a schematic view of a reformer according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view, (b) is a front view, and (c) is a cross-sectional view taken along line AA. Yes.
In the figure, the
The
容器41は、下板の無い矩形箱状の上部容器411と、上板の無い矩形箱状の下部容器412を接合した、気密性を有する触媒容器である。また、改質器4は、上部容器411の両側面4112の下方に、改質触媒142を容器41内に閉じ込める支持板141が設けられている。
なお、本実施形態では、耐熱性を有する金属板を溶接して製作してあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、金属板をプレス加工したり、あるいは、セラミック等の耐熱材料を用いて一体成形により製作してもよい。
The
In this embodiment, the heat-resistant metal plate is manufactured by welding. However, the present invention is not limited to this. For example, the metal plate is pressed or a heat-resistant material such as ceramic is used. And may be manufactured by integral molding.
上部容器411は、改質用燃料の全体的な流れ方向に対して直角方向に内部を三等分に仕切る、二枚の下向き仕切り板414が、上部容器411の上板4111から突設されている。また、下部容器412は、改質用燃料の全体的な流れ方向に対して直角方向に、上記三等分に仕切られたスペースをさらに二等分に仕切る、三枚の上向き仕切り板413が、下部容器412の下板4121から突設されている。なお、下向き仕切り板414の下部先端は、下部容器412の下板4121まで到達せず、上向き仕切り板413の上部先端は、上板4111まで到達しない構造としてある。
これにより、改質器4は、改質用燃料が上方から下方向に流れる下方向流路431と、下方向流路431を流れてきた改質用燃料が上方向に流れる上方向流路432と、下方向流路431と上方向流路432を下部で連通させる連通流路433が形成される。また、改質用燃料が下方から上方向に流れる上方向流路432と、上方向流路432を流れてきた改質用燃料が下方向に流れる下方向流路431と、上方向流路432と下方向流路431を上部で連通させる連通流路434が形成される。
このようにすると、充填された改質触媒142の上部に隙間144が形成されても、改質器4に供給された改質用燃料が上記隙間144を吹き抜けて、未改質の改質用燃料が燃料電池130に供給されるといった不具合を防止することができる。
The
Thereby, the
In this way, even if the
また、改質器4は、改質用燃料を全体としてほぼ水平方向に流す構成としてあるので、改質器4を横置きとした場合であっても、未改質の改質用燃料が燃料電池130に供給されるといった不具合を防止することができ、改質器4の設計の自由度を高め、改質器4の小型化及び熱効率の向上を図ることができる。
なお、改質器4は、改質用燃料を全体としてほぼ水平方向かつ直線的に(左側から右側に)流す構成としてあるが、全体的な流れ方向は直線的に流れる場合に限定されるものではなく、たとえば、改質用燃料を全体としてほぼ水平方向かつ曲線的に(たとえば、U字状、円弧状など)流す構成としてもよい。このようにすると、様々な構成の燃料電池130に容易に対応でき、かつ、熱効率を向上させることができる。
Further, since the
The
このように、本実施形態の改質器4によれば、上向き仕切り板413及び下向き仕切り板414を設けて、下方向流路431,連通流路433及び上方向流路432、並びに、上方向流路432,連通流路434及び下方向流路431を形成しているので、構造を単純化でき、また、たとえば、各仕切り板413,414を容器41に溶接することにより、容易に製造することができる。
なお、本実施形態では、上部容器411の両側板4112と上向き仕切り板413によって形成される流路を含めると、三つの上方向流路432,連通流路434及び下方向流路431と、二つの下方向流路431,連通流路433及び上方向流路432を交互に連結した構成としてあるが、各流路の数は上記の数に限定されるものではない。たとえば、一つ以上の上方向流路432,連通流路434及び下方向流路431、又は、下方向流路431,連通流路433及び上方向流路432を有することにより、本発明の効果を発揮することができる。
Thus, according to the
In the present embodiment, if the flow path formed by the both side plates 4112 and the
[改質器の第二実施形態]
図2は、本発明の第二実施形態に係る改質器の要部の概略図であり、(a)は上面図を、(b)はB−B断面図を示している。
同図において、改質器4aは、第一実施形態と比較して、容器41の代わりに、水平方向にらせん状に成形した管41aを使用した点が相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様としてある。
したがって、図2において、図1と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
[Second embodiment of reformer]
2A and 2B are schematic views of a main part of the reformer according to the second embodiment of the present invention, in which FIG. 2A shows a top view and FIG. 2B shows a BB cross-sectional view.
In the figure, the
Therefore, in FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
改質器4aは、円管41aを側面から見ると円状にほぼ隙間無く巻いた構造としてあり、内部に改質触媒142が充填されている。このようにすると、同図(b)に示すように、右側半分の管41aの内部に、改質用燃料が下方から上方向に流れる上方向流路432aが形成され、左側半分の管41aの内部に、上方向流路432aを流れてきた改質用燃料が下方向に流れる下方向流路431aが形成され、上方向流路432aと下方向流路431aを上部で連通する連通流路434aが形成される。なお、上方向流路432a及び下方向流路431aは、改質触媒142が密に充填されている。
このようにすると、充填された改質触媒142の上部に隙間144が形成されても、改質器4aに供給された改質用燃料が上記隙間144を吹き抜けて、未改質の改質用燃料が燃料電池130に供給されるといった不具合を防止することができる。
The
In this way, even if the
このように、本実施形態の改質器4aによれば、管41aを曲げ加工することにより、容易に製造することができる。また、構造が単純化されているので、製造原価のコストダウンを図ることができる。さらに、改質器4aを一時的に縦置きとすると、改質触媒142を重力落下によりスムースかつ密に(空きスペースが発生しない状態で)充填することができる。
なお、本実施形態では、金属製の円管41aを六回巻きした構造としてあるが、上記流路432a,434a及び431aが形成されていればよく、この構造(たとえば、巻き数,材質,スパイラルの径,管41aの断面形状および太さ等)に限定されるものではない。たとえば、矩形管を側面方向から見ると三角形状に巻いた構造としてもよい。さらに、複数の容器41aを並列に並べて板状に集合させた構成としてもよい。
Thus, according to the
In this embodiment, the metal circular pipe 41a is wound six times. However, the flow paths 432a, 434a and 431a may be formed, and this structure (for example, the number of turns, material, spiral Are not limited to the diameter, the cross-sectional shape and the thickness of the tube 41a. For example, a rectangular tube may be wound in a triangular shape when viewed from the side. Furthermore, it is good also as a structure which arranged the some container 41a in parallel and assembled in plate shape.
[改質器の第三実施形態]
図3は、本発明の第三実施形態に係る改質器の概略図であり、(a)は平面図を、(b)は正面図を、(c)はC−C断面図を示している。
同図において、改質器4bは、第一実施形態と比較して、上部容器411b及び下部容器412bをほぼU字状にプレス成形し、斜め下方向に改質用燃料を流す下方向流路431bと、下方向流路431bを流れてきた改質用燃料を斜め上方向に流す上方向流路432bと、下方向流路431bと上方向流路432bを下部で連通させる連通流路433bが形成され、さらに、斜め上方に改質用燃料を流す上方向流路432bと、上方向流路432bを流れてきた改質用燃料を斜め下方向に流す下方向流路431bと、上方向流路432bと下方向流路431bを上部で連通させる連通流路434bを設けた点が相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様としてある。
したがって、図3において、図1と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
[Third embodiment of reformer]
FIG. 3 is a schematic view of a reformer according to the third embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view, (b) is a front view, and (c) is a CC cross-sectional view. Yes.
In the figure, the
Therefore, in FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
容器41bは、矩形平板に、下方に突出した仕切り部414bと上方に突出した流路外周部415bを交互に三つずつ並設した上部容器411bと、矩形平板に、下方に突出した流路外周部416bと上方に突出した仕切り部413bを交互に三つずつ並設した下部容器412bを接合した、気密性を有する触媒容器である。
また、流路外周部415b及び仕切り部413bは、改質用燃料の全体的な流れ方向に対して直角方向に峰状に形成され、流路外周部416b及び仕切り部414bは、改質用燃料の全体的な流れ方向に対して直角方向に溝状に形成されている。さらに、容器41bは、流路外周部416bのほぼ中央部に仕切り部414bが装入され、流路外周部415bのほぼ中央部に仕切り部413bが装入される構造としてある。
The container 41b includes a rectangular flat plate, an
Further, the flow path outer peripheral portion 415b and the partition portion 413b are formed in a ridge shape in a direction perpendicular to the overall flow direction of the reforming fuel, and the flow passage outer peripheral portion 416b and the partition portion 414b are formed as the reforming fuel. Is formed in a groove shape in a direction perpendicular to the overall flow direction. Further, the container 41b has a structure in which the partition portion 414b is inserted in a substantially central portion of the flow path outer peripheral portion 416b, and the partition portion 413b is inserted in a substantially central portion of the flow passage outer peripheral portion 415b.
改質器4bは、上述した下方向流路431bと、上方向流路432bと、連通流路433bが形成され、さらに、上方向流路432bと、下方向流路431bと、連通流路434bが形成される。このようにすると、充填された改質触媒142の上部に隙間144が形成されても、改質器4bに供給された改質用燃料が上記隙間144を吹き抜けて、未改質の改質用燃料が燃料電池130に供給されるといった不具合を防止することができる。
In the
また、改質器4bは、下方向流路431b,上方向流路432b,連通流路433b及び連通流路434bによって形成される流路が波型となるので、改質触媒142を充填する際、改質器4bを一時的に縦置きにすると、改質触媒142をスムースかつ隙間無く充填することができる。
さらに、下部容器412bの表面積が増加するので伝熱効率が向上し、燃料電池130からの熱を効率よく吸収することができ、熱効率を向上させることができる。
In the
Furthermore, since the surface area of the
このように、本実施形態の改質器4bは、縦断面U字状に成形された上部容器411b及び下部容器412bを用いることにより、構造を単純化でき、容易に製造することができる。
なお、本実施形態では、耐熱性を有する金属板をプレス成形した後溶接して製作してあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、セラミック等の耐熱材料を用いて一体成形した上部容器と下部容器を接合して製作してもよい。また、流路外周部415b,416b及び仕切り部413b,414bは、ほぼ縦断面U字状であればよく、たとえば、三角屋根状の形状としてもよい。
Thus, the
In this embodiment, the heat-resistant metal plate is press-molded and then welded. However, the present invention is not limited to this. For example, the upper part is integrally formed using a heat-resistant material such as ceramic. You may manufacture by joining a container and a lower container. Moreover, the flow path outer peripheral parts 415b and 416b and the partition parts 413b and 414b should just have a substantially vertical U-shape, for example, may be a triangular roof shape.
[改質器の第四実施形態]
図4は、本発明の第四実施形態に係る改質器の要部の概略図であり、(a)は平面図を、(b)は正面図を、(c)はD−D断面図を示している。
同図において、改質器4bは、第一実施形態と比較して、容器41に上向き仕切り板413及び下向き仕切り板414を設ける代わりに、容器41内の下部に仕切り部材452を設けた点が相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様としてある。
したがって、図4において、図1と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
[Fourth embodiment of reformer]
FIG. 4 is a schematic view of the main part of the reformer according to the fourth embodiment of the present invention, where (a) is a plan view, (b) is a front view, and (c) is a DD cross-sectional view. Is shown.
In the figure, the
Therefore, in FIG. 4, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
仕切り部材452は、縦断面山形状としてあり、両斜面4521,4522によって、斜め上方に改質用燃料を流す上方向流路432cと、上方向流路432cを流れてきた改質用燃料を斜め下方向に流す下方向流路431cを形成し、かつ、仕切り部材452の両斜面の交線部分に、上方向流路432cと下方向流路431cを上部で連通させる連通流路434cを形成してある。このようにすると、充填された改質触媒142の上部に隙間144が形成されても、改質器4cに供給された改質用燃料が上記隙間144を吹き抜けて、未改質の改質用燃料が燃料電池130に供給されるといった不具合を防止することができる。
The partition member 452 has a mountain shape in the vertical cross section, and the slant surfaces 4521 and 4522 obliquely feed the reforming fuel flowing through the upper flow path 432c and the upper flow path 432c flowing the reforming fuel diagonally upward. A downward flow path 431c that flows downward is formed, and a communication flow path 434c that connects the upward flow path 432c and the downward flow path 431c at the upper part is formed at the intersection of both slopes of the partition member 452. It is. In this way, even if the
また、仕切り部材452は、容器41の両側上部に収納される、断面が直角三角形状の三角柱451,451と、この三角柱451,451を連結する三枚の整流板453を備えている。このように整流板453を設けることにより、改質用燃料の全体的な流れを安定させることができる。また、三角柱451,451を設けることにより、改質用燃料が通過しない角部に改質触媒142が充填されることを防止することができ、さらに、斜面4511,4512によって、改質用燃料の流れを安定させることができる。
In addition, the partition member 452 includes
このように、本実施形態の改質器4cは、セラミックなどの耐熱性材料を一体成形することにより、仕切り部材452を容易に製作することができる。さらに、気密性を要する仕切り部材452と単純な形状の容器41を、別個に製造し組み立てることにより、容易に製造することができる。すなわち、高温に対する耐久性を向上させるとともに、製造原価のコストダウンを図ることができる。
Thus, the
[固体酸化物形燃料電池システム]
図5は、本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの、基本的な構成を説明するための概略ブロック図を示している。
同図において、SOFCシステム1は、従来例のSOFCシステム100と比較して、改質器140の代わりに、上記改質器4(又は,4a,4b,4c,4d)を設けた点が相違する。他の構成要素は従来例と同様としてある。
したがって、図5において、図7と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
[Solid oxide fuel cell system]
FIG. 5: has shown the schematic block diagram for demonstrating the basic composition of the solid oxide fuel cell system which concerns on one Embodiment of this invention.
In the figure, the
Therefore, in FIG. 5, the same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
SOFCシステム1は、固体酸化物形燃料電池システムであり、かつ、改質器4が、燃料電池130の上部に配置された構成としてある。このようにすると、改質器4が、燃料電池130を熱源とするので、エネルギー効率を向上させることができる。
なお、改質器4は、燃料電池130の上部に設けられる構成に限定されるものではなく、たとえば、燃料電池130が平板型セルの場合、積層されるセル又はスタックの間に設けられる構成としてもよい。
The
The
このように、本実施形態のSOFCシステム1は、改質器4を小型化できるとともに、改質器4の熱効率を向上させることができるので、燃料電池としての発電効率を向上させることができ、また、製造原価のコストダウンを図ることができる。
また、原燃料として、全国において流通システムが確立されており入手しやすく、比較的取扱いが容易である灯油を使用することができ、この場合には、使い勝手がよく、普及しやすい燃料電池を提供することができる。
Thus, since the
In addition, kerosene, which has a distribution system established nationwide and is easy to obtain and relatively easy to handle, can be used as raw fuel. In this case, a fuel cell that is easy to use and easy to spread is provided. can do.
以上、本発明の改質器及び燃料電池システムについて、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る改質器及び燃料電池システムは、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、改質器4,4a,4b,4c,4dのサイズや材質は、特に限定されるものではなく、また、使用される燃料電池のタイプも限定されるものではない。さらに、原燃料は、灯油などの液体炭化水素に限らず、都市ガスなど、微量の炭素数が2以上の炭化水素を含むガス体燃料にも適用することができる。
As described above, the reformer and the fuel cell system of the present invention have been described with reference to preferred embodiments, but the reformer and the fuel cell system according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, It goes without saying that various modifications can be made within the scope of the present invention.
For example, the size and material of the
また、本発明の改質器は、上記各実施形態の改質器4,4a,4b,4cの各要素を組み合わせた構成としてもよい。たとえば、図6に示すように、斜め下方に設けられた下向き仕切り板414dが突設された上部容器411dと、ほぼ縦断面U字状に形成された下部容器412dとからなる容器41dを備え、上方向流路432d,下方向流路431d及び連通流路434dが形成される改質器4dとしてもよい。このようにすると、構造が大幅に単純化されるとともに、水平方向の流速成分を有効活用することにより、改質用燃料が通過しない改質触媒142の領域を低減することができ、改質触媒142を有効利用することができる。
In addition, the reformer of the present invention may be configured by combining the elements of the
以上説明したように、本発明の改質器及び燃料電池システムは、すでに開発された、あるいは、これから開発される様々な構成の燃料電池(セル,スタック又はバンドルを含む)に広く有効に適用することができる。 As described above, the reformer and the fuel cell system of the present invention are widely and effectively applied to fuel cells (including cells, stacks or bundles) of various configurations that have already been developed or will be developed in the future. be able to.
1,100 SOFCシステム
4,4a,4b,4c,4d 改質器
41,41b,41d 容器
41a 管
110 加熱手段
111 脱硫器
112 気化器
113 インバータ
120 燃焼室
130 燃料電池
140 改質器
141 支持板
142 改質触媒
143 隙間(吹き抜け流路)
144 隙間
411,411b,411d 上部容器
412,412b,412d 下部容器
413 上向き仕切り板
413b 仕切り部
414,414d 下向き仕切り板
414b 仕切り部
415b 流路外周部
416b 流路外周部
421 供給配管
422 排出配管
431,431a,431b,431c,431d 下方向流路
432,432a,432b,432c,432d 上方向流路
433,433b 連通流路
434,434a,434b,434c,434d 連通流路
451 三角柱
452 仕切り部材
453 整流板
4111 上板
4112 側板
4121 下板
4511,4512,4521,4522 斜面
1,100
144
Claims (3)
前記改質器の容器を、横向きのらせん状に成形された円管によって形成し、前記円管の左右位置の一側半分に、改質用燃料が下方から上方に流れる前記改質触媒が密に充填された上方向流路を形成し、
前記円管の左右位置の他側半分に、前記改質用燃料が上方から下方に流れる前記改質触媒が密に充填された下方向流路を形成し、
さらに、前記円管の上部と下部に、前記上方向流路と前記下方向流路を連通する連通流路を形成した
ことを特徴とする改質器。 In a reformer that uses a reforming catalyst as a reformed gas by a reforming catalyst and supplies the reformed gas
A container of the reformer is formed by a circular tube formed in a horizontal spiral shape, and the reforming catalyst in which the reforming fuel flows from the lower side to the upper side is densely disposed on one side half of the left and right positions of the circular tube. Forming an upward flow path filled with
Formed in the other half of the left and right positions of the circular pipe is a downward flow path in which the reforming catalyst flows densely from above to flow downward.
Furthermore, the reformer characterized by forming the communication flow path which connects the said upper direction flow path and the said lower direction flow path in the upper part and the lower part of the said circular pipe .
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