JP4942292B2 - Power generator - Google Patents

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Description

本発明は、固体酸化物を利用する燃料電池によって発電する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for generating electricity by a fuel cell using a solid oxide.

固体酸化物を利用する燃料電池は効率が高く、数キロワットから数十キロワットの発電装置に適しているものと期待されている。
固体酸化物を利用する燃料電池は、800℃程度の高温環境下で効率よく発電することから、燃料電池セル群を収容する室内の温度を800℃程度の高温に維持することが重要である。セル群収容室の温度が低下すると発電効率が落ちてしまう。
固体酸化物を利用する燃料電池は、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン等の炭化水素を含む燃料ガスを利用する。これらの炭化水素系の燃料ガスを、改質することによって、一酸化炭素と水素に分解する。固体酸化物型の燃料電池セルは、水素と一酸化炭素を含む改質ガスを有酸素ガス(例えば空気)と反応させて発電する。燃料ガスの改質反応は吸熱反応であり、改質反応を持続させるには改質器を加熱し続ける必要がある。
燃料電池セル群を800℃程度の発電適温に維持し、改質器を同程度に高温の改質適温に維持するために、燃料電池セル群と改質器を同じ室に収容する技術が提案されており、特許文献1に開示されている。ただし特許文献1はまだ公開されていない。
A fuel cell using a solid oxide has high efficiency and is expected to be suitable for a power generation apparatus of several kilowatts to several tens of kilowatts.
Since a fuel cell using a solid oxide efficiently generates power in a high temperature environment of about 800 ° C., it is important to maintain the temperature of the room containing the fuel cell group at a high temperature of about 800 ° C. When the temperature of the cell group storage chamber decreases, the power generation efficiency decreases.
A fuel cell using a solid oxide uses a fuel gas containing hydrocarbons such as methane, ethane, ethylene, propane and butane. These hydrocarbon fuel gases are decomposed into carbon monoxide and hydrogen. Solid oxide fuel cells generate electricity by reacting a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide with an aerobic gas (for example, air). The reforming reaction of the fuel gas is an endothermic reaction, and it is necessary to continue heating the reformer in order to maintain the reforming reaction.
In order to maintain the fuel cell group at an appropriate power generation temperature of about 800 ° C. and to maintain the reformer at an appropriately high temperature reforming temperature, a technology for accommodating the fuel cell group and the reformer in the same room is proposed. This is disclosed in Patent Document 1. However, Patent Document 1 has not been disclosed yet.

セル群収容室に送り込まれた改質ガスと有酸素ガスは、反応することによって発電する。その反応は発熱反応であり、その発熱を利用することによって、燃料電池セル群と改質器を加熱することができる。
燃料電池セルは、その特性上、送り込まれた改質ガスの全部を消費することができず、燃料電池セルを通過してしまう改質ガス(オフガス)の量をゼロにはできない。ゼロにはできないオフガスを燃焼させれば燃焼熱を得ることができ、その燃焼熱を利用することによって、燃料電池セル群と改質器を加熱することができる。
The reformed gas and the aerobic gas sent into the cell group accommodation chamber generate electricity by reacting. The reaction is an exothermic reaction, and the fuel cell group and the reformer can be heated by utilizing the exothermic reaction.
Due to its characteristics, the fuel cell cannot consume all of the reformed gas fed in, and the amount of reformed gas (off-gas) that passes through the fuel cell cannot be reduced to zero. Combustion heat can be obtained by burning off-gas that cannot be reduced to zero, and the fuel cell group and the reformer can be heated by using the combustion heat.

特許文献1の技術では、複数個の燃料電池セルを直線状に整列することによってセルスタックを構成する。特許文献1の技術では、複数本のセルスタックを利用する。各セルスタックの先端から、ゼロにはできないオフガスが吹出るようになっており、そこにオフガス燃焼器が形成されている。複数本のセルスタックは、相互に間隔をおいて略平行に配置されている。このとき、セルスタックの先端に設けられているオフガス燃焼器群がほぼ同一平面内に位置するように配置されている。
改質器は、オフガス燃焼器群が位置する平面と略平行となるように、配置されている。
In the technique of Patent Document 1, a cell stack is configured by aligning a plurality of fuel cells in a straight line. In the technique of Patent Document 1, a plurality of cell stacks are used. Off-gas that cannot be reduced to zero is blown out from the tip of each cell stack, and an off-gas combustor is formed there. The plurality of cell stacks are arranged substantially parallel to each other at intervals. At this time, the off-gas combustor group provided at the front end of the cell stack is arranged so as to be located in substantially the same plane.
The reformer is disposed so as to be substantially parallel to the plane on which the off-gas combustor group is located.

特許文献1の技術によると、ゼロにはすることができないオフガスの燃焼熱を、改質器の加熱に効率的に利用することができる。また、発電反応に伴って発生する発電熱とオフガスの燃焼熱を、セルスタック群の加熱に効率的に利用することができる。
発電反応に伴う発電熱とゼロにはすることができないオフガスの燃焼熱だけで、セルスタック群を発電適温に加熱し、改質器を改質適温に加熱することができ、加熱のためだけの燃料を必要としないことを「熱自立」するという。特許文献1の発電装置では、発電反応に伴う発電熱とオフガスの燃焼熱を効率的に利用することによって、熱自立することに成功している。
According to the technique of Patent Document 1, the combustion heat of off-gas that cannot be reduced to zero can be efficiently used for heating the reformer. Further, the heat generated by the power generation reaction and the combustion heat of the off gas can be efficiently used for heating the cell stack group.
With only the heat generated by the power generation reaction and the off-gas combustion heat that cannot be reduced to zero, the cell stack group can be heated to a suitable temperature for power generation and the reformer can be heated to a suitable temperature for reforming. The fact that fuel is not needed is called “thermal independence”. The power generation device of Patent Document 1 has succeeded in making heat self-sustained by efficiently using the heat generated by the power generation reaction and the combustion heat of off-gas.

特願2004−41937号Japanese Patent Application No. 2004-41937

特許文献1の発電装置は、熱効率が高く、熱自立することに成功している。しかしながら、改質器の温度分布が均一になりにくいという問題があることがわかってきた。
改質器は、オフガス燃焼器群に向い合う表面を備えている。その表面が、オフガスの燃焼熱で加熱される。加熱される表面側と加熱されない裏面側の温度差が小さくなるように、表面と裏面の間隔は小さく設定されている。改質器は、扁平箱状に形成されており、広い加熱面と扁平性を利用して、加熱される表面側と加熱されない裏面側の温度差が小さくなるように設計されている。
しかしながら、それでも、加熱される表面側と加熱されない裏面側の温度差を十分に小さくすることが難しい。表面側を改質適温に調整すると裏面側では温度不足となって改質効率が低下し、裏面側を改質適温に調整すると表面側では過熱状態となって改質効率が低下する。
本発明は、オフガス燃焼器群に向い合う改質器の温度分布を均質化することを目的とする。
The power generation device of Patent Document 1 has high thermal efficiency and succeeds in thermal independence. However, it has been found that there is a problem that the temperature distribution of the reformer is difficult to be uniform.
The reformer has a surface facing the off-gas combustor group. The surface is heated with off-gas combustion heat. The distance between the front surface and the back surface is set small so that the temperature difference between the heated front surface side and the unheated back surface side becomes small. The reformer is formed in a flat box shape, and is designed so as to reduce the temperature difference between the heated front side and the unheated back side by utilizing a wide heating surface and flatness.
However, it is still difficult to sufficiently reduce the temperature difference between the heated front side and the unheated back side. If the front side is adjusted to an appropriate temperature for reforming, the reforming efficiency is lowered due to insufficient temperature on the back side, and if the rear side is adjusted to the proper reforming temperature, the surface side is overheated and the reforming efficiency is lowered.
An object of the present invention is to homogenize the temperature distribution of the reformer facing the off-gas combustor group.

本発明の発電装置は固体酸化物型の燃料電池を利用して発電する。本発明では、1個の燃料電池セルを直線状に形成するか、複数個の燃料電池セルを直線状に整列することによって、セルスタックを構成する。各セルスタックの先端には、オフガス燃焼器が形成されている。そのセルスタックの複数本を利用する。複数本のセルスタックは、相互に間隔をおいて略平行に配置されている。このとき、各セルスタックの先端に設けられているオフガス燃焼器群が、ほぼ同一平面内に位置するように配置する。改質器は、オフガス燃焼器群が位置する平面と略平行に配置されており、オフガス燃焼器群によって加熱される。燃焼ガスが改質器の裏面側に回り込んで裏面側からも加熱されるように、改質器には、オフガス燃焼器群に対向する面からその反対側の面(即ち裏面)に貫通する、燃焼ガス通路が形成されている。
オフガス燃焼器群に対向する表面から裏面に貫通する燃焼ガス通路が形成されていると、オフガスの燃焼ガスが改質器の裏面側に回り込んで裏面側からも改質器を加熱する。表面側と裏面側の温度差を十分に小さくすることができ、改質器の温度分布を均質化することができる。改質器の全体を改質適温に維持することが可能となる。
The power generator of the present invention generates power using a solid oxide fuel cell. In the present invention, a cell stack is formed by forming one fuel cell in a straight line or arranging a plurality of fuel cells in a straight line. An off-gas combustor is formed at the tip of each cell stack. Use multiple cell stacks. The plurality of cell stacks are arranged substantially parallel to each other at intervals. At this time, it arrange | positions so that the off-gas combustor group provided in the front-end | tip of each cell stack may be located in the substantially same plane. The reformer is disposed substantially parallel to the plane on which the off-gas combustor group is located, and is heated by the off-gas combustor group. The reformer penetrates from the surface facing the off-gas combustor group to the opposite surface (that is, the back surface) so that the combustion gas circulates to the back surface side of the reformer and is also heated from the back surface side. A combustion gas passage is formed.
When a combustion gas passage that penetrates from the front surface facing the off-gas combustor group to the back surface is formed, the off-gas combustion gas enters the back surface side of the reformer and heats the reformer also from the back surface side. The temperature difference between the front side and the back side can be made sufficiently small, and the temperature distribution of the reformer can be homogenized. It becomes possible to maintain the entire reformer at a suitable reforming temperature.

本発明の発電装置では、さらに各セルスタックが水平に伸びるように配置されており、長手方向から見たときに、複数本のセルスタックが、水平方向と垂直方向に間隔をおいた行列状に配置されている。また、改質器に、垂直方向に伸びる燃焼ガス通路形成されている
上記の構成によれば、温度分布が均質化されるのみならず、加熱効率も向上する。
In the power generation device of the present invention, the cell stacks are further arranged to extend horizontally, and when viewed from the longitudinal direction, the plurality of cell stacks are arranged in a matrix with intervals in the horizontal and vertical directions. Has been placed . Further , a combustion gas passage extending in the vertical direction is formed in the reformer.
According to the above configuration, not only the temperature distribution is homogenized, but also the heating efficiency is improved.

上記の発電装置では、改質器が扁平箱状であり、燃焼ガス通路が改質器の扁平表面から扁平裏面に貫通するように形成されていることが好ましい
上記の構成によれば、改質器オフガス燃焼器群に対向させて用いるときに、燃焼ガスが裏面に回りこんで裏面からも加熱され、温度分布を均質化しやすい。
In the above power generation device is a reformer flat box shape, it is preferable that the combustion gas passage is formed to penetrate the flat rear surface from the flat surface of the reformer.
According to the arrangement, when used in the reformer is opposed to the off-gas combustor group, is also heated from the back surface in the combustion gas is crowded around on the back, it is readily possible to obtain a homogeneous temperature distribution.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
(形態1)改質器は、上下に隔てて水平に伸びる上管と下管と、両者を連通する複数本の縦管で構成されている。
(形態2)複数本のセルスタックが間隔をおいて水平面内に配置されている。改質器には縦方向に伸びる燃焼ガス通路が複数本形成されている。複数本のセルスタックのうちの一部のオフガス燃焼器は燃焼ガス通路に対向し、残部のオフガス燃焼器は改質器に対向している。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
(Embodiment 1) The reformer is composed of an upper pipe and a lower pipe that are horizontally spaced apart from each other and a plurality of vertical pipes that communicate with each other.
(Mode 2) A plurality of cell stacks are arranged in a horizontal plane at intervals. A plurality of combustion gas passages extending in the vertical direction are formed in the reformer. Some off-gas combustors of the plurality of cell stacks face the combustion gas passage, and the remaining off-gas combustors face the reformer.

本発明を具現化した発電装置の実施例を、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施例に係る発電装置の縦断面図であり、図2は図1のII−II線断面図であり、図3は図1のIII−III断面図であり、図4は第1室44内の配管系を模式的に示す図である。図1〜図3に示すように、発電装置はユニット化されている。
図1〜図4に示すように、発電ユニット10は、内側から外側に向かって、第1室44、第2室46、第3室48からなる3重構造となっており、中心部の第1室44とその外側の第2室46を仕切る内仕切壁36と、第2室46とその外側の第3室48を仕切る外仕切壁38と、第3室48と外部を仕切る外壁40を有している。外壁40は断熱部材42で覆われている。
発電ユニット10の中心部の第1室44内には、複数個の燃料電池セル12が直線状に整列することによって構成されているセルスタック14が収容されている。各セルスタック14は、略水平面内を伸びるように配列されており、7本のセルスタック14が同一水平面内を伸びており、それが垂直方向に5段に設けられている。7本で1グループのセルスタック群14を上段から順に、添字a、b、c、d、eをつけて現すことにする。図3から明らかに、合計35本のセルスタック14が、水平方向に7本で垂直方向に5本の行列状に配置されている。図1と2から明らかなように、合計35本のセルスタック14が、左右一対となっており、合計70本のセルスタック14が第1室44内に収容されている。左側の35本のセルスタック群を14Lといい、右側の35本のセルスタック群を14Rということにする。
以下では左側の部材には添字Lをつけて現し、右側の部材には添字Rをつけて現し、上段から順に、添字a、b、c、d、eをつけて現すことにする。共通の事象については、添字を省略して共通に説明する。
第1室44の左側の半分には、行列状に配置された35本の左側のセルスタック群14Lと、燃料ガスを水素や一酸化炭素等に改質する左側の改質器18Lと、改質された燃料ガスを35本の左側のセルスタック群14Lに分配するマニホールド24Lと、35本の左側のセルスタック群14Lの外表面に空気(有酸素ガスの一例)を供給する空気供給系50La,50Lb,16La,16Lb,16Lc,16Ld,16Le等が収容されている。
第1室44の右側の半分には、行列状に配置された35本の右側のセルスタック群14Rと、燃料ガスを水素や一酸化炭素等に改質する右側の改質器18Rと、改質された燃料ガスを35本の右側のセルスタック群14Rに分配するマニホールド24Rと、35本の右側のセルスタック群14Rの外表面に空気を供給する空気供給系50Ra,50Rb,16Ra,16Rb,16Rc,16Rd,16Re等が収容されている。
An embodiment of a power generator embodying the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a longitudinal sectional view of a power generator according to the present embodiment, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 3 is a diagram schematically showing a piping system in a first chamber 44. FIG. As shown in FIGS. 1-3, the electric power generating apparatus is unitized.
As shown in FIGS. 1 to 4, the power generation unit 10 has a triple structure including a first chamber 44, a second chamber 46, and a third chamber 48 from the inner side toward the outer side. An inner partition wall 36 that partitions the first chamber 44 and the outer second chamber 46, an outer partition wall 38 that partitions the second chamber 46 and the outer third chamber 48, and an outer wall 40 that partitions the third chamber 48 from the outside. Have. The outer wall 40 is covered with a heat insulating member 42.
In the first chamber 44 in the central portion of the power generation unit 10, a cell stack 14 configured by aligning a plurality of fuel cells 12 in a straight line is accommodated. Each cell stack 14 is arranged so as to extend substantially in a horizontal plane, and seven cell stacks 14 extend in the same horizontal plane, and are provided in five stages in the vertical direction. Seven cell stack groups 14 are shown in order from the top, with suffixes a, b, c, d, and e. As apparent from FIG. 3, a total of 35 cell stacks 14 are arranged in a matrix of 7 in the horizontal direction and 5 in the vertical direction. As is clear from FIGS. 1 and 2, a total of 35 cell stacks 14 are paired on the left and right sides, and a total of 70 cell stacks 14 are accommodated in the first chamber 44. The left 35 cell stack group is referred to as 14L, and the right 35 cell stack group is referred to as 14R.
In the following, the left member is shown with a subscript L, the right member is shown with a subscript R, and the subscripts a, b, c, d, and e are added in order from the top. Common events are described in common with the subscripts omitted.
In the left half of the first chamber 44, there are 35 left cell stack groups 14L arranged in a matrix, a left reformer 18L that reforms the fuel gas into hydrogen, carbon monoxide, and the like. A manifold 24L that distributes the refined fuel gas to the 35 left cell stack groups 14L, and an air supply system 50La that supplies air (an example of an aerobic gas) to the outer surface of the 35 left cell stack groups 14L , 50Lb, 16La, 16Lb, 16Lc, 16Ld, 16Le, and the like.
In the right half of the first chamber 44, there are 35 right cell stack groups 14R arranged in a matrix, a right reformer 18R that reforms the fuel gas into hydrogen, carbon monoxide, and the like. A manifold 24R that distributes the refined fuel gas to the 35 right cell stack groups 14R, and air supply systems 50Ra, 50Rb, 16Ra, 16Rb that supply air to the outer surfaces of the 35 right cell stack groups 14R, 16Rc, 16Rd, 16Re, etc. are accommodated.

図5に示すように、燃料電池セル12の断面は楕円形状であり、楕円柱形状に形成された燃料極12aの周面の半分強が固体電解質層12bで覆われ、残りの周面がインターコネクタ12dで覆われ、固体電解質層12bの外側を酸素極12cが覆っている。燃料極12aの内部には長手方向に貫通する5本の改質ガス通路20が並列に形成されている。
燃料極12aは多孔質であり、ニッケル(Ni)を主成分とするニッケル/YSZサーメット(混合焼結体)からなる。固体電解質層12bは緻密質であり、ジルコニア(ZrO2)にイットリア(Y2O3)を加えた混合物からなる。酸素極12cは多孔質であり、ペロブスカイト型酸化物であるLSM(La1−xSrxMnO3)からなる。インターコネクタ12dは導電性セラミックからなる。
隣り合う燃料電池セル12の一方のセル12の酸素極12cと他方のセル12のインターコネクタ12dとの間に、集電部材22が介装されている。集電部材22は、蛇腹状に折畳まれた導電性金属部材である。一方のセル12の酸素極は、集電部材22とインターコネクタを介して、他方のセル12の燃料極に電気的に接続されている。多数個のセル12が直列に接続されてセルスタック14が形成されている。蛇腹状の集電部材22は、図3における上下方向および紙面の垂直方向に空気が通過することを禁止しない。
As shown in FIG. 5, the cross section of the fuel battery cell 12 is elliptical, and a little more than half of the circumferential surface of the fuel electrode 12a formed in the elliptical cylinder shape is covered with the solid electrolyte layer 12b, and the remaining circumferential surface is interfacing. Covered with a connector 12d, the oxygen electrode 12c covers the outside of the solid electrolyte layer 12b. Five reformed gas passages 20 penetrating in the longitudinal direction are formed in parallel inside the fuel electrode 12a.
The fuel electrode 12a is porous and is made of nickel / YSZ cermet (mixed sintered body) whose main component is nickel (Ni). The solid electrolyte layer 12b is dense and is made of a mixture obtained by adding yttria (Y2O3) to zirconia (ZrO2). The oxygen electrode 12c is porous and is made of LSM (La1-xSrxMnO3) which is a perovskite oxide. The interconnector 12d is made of a conductive ceramic.
A current collecting member 22 is interposed between the oxygen electrode 12 c of one cell 12 of the adjacent fuel battery cells 12 and the interconnector 12 d of the other cell 12. The current collecting member 22 is a conductive metal member folded in a bellows shape. The oxygen electrode of one cell 12 is electrically connected to the fuel electrode of the other cell 12 via the current collector 22 and the interconnector. A large number of cells 12 are connected in series to form a cell stack 14. The bellows-like current collecting member 22 does not prohibit the passage of air in the vertical direction in FIG.

図4に模式的に示すように、第1室44の左端部には、左改質器18Lが収容されている。図1と図2に示すように、左側のセルスタック14Lと右側のセルスタック14Rの間隙に、左右一対のマニホールド24L,24Rが伸びている。正確には、図4に示すように、左右一対の垂直マニホールド29L,29Rが配置されている。左側の改質器18Lと左側の垂直マニホールド29Lは、左側の改質ガス供給管25Lで接続されている。左側の垂直マニホールドからは、5本の左側の水平マニホールド24La,24Lb,24Lc,24Ld,24Leが伸びている。水平マニホールド24Laは、セルスタック群14Laに改質ガスを分配する。以下添え字bからeについても同様である。図4では、図示の明瞭化のために、セルスタック群14Laの一部のみを示し、他を省略している。
第1室の右端部には、右改質器18Rが収容されている。右側の改質器18Rと右側の垂直マニホールド29Rは、右側の改質ガス供給管25Rで接続されている。右側の垂直マニホールド29Rからは、5本の右側の水平マニホールド24Ra,24Rb,24Rc,24Rd,24Reが伸びている。水平マニホールド24Raは、セルスタック群14Raに改質ガスを分配する。以下添え字bからeについても同様である。図4では、図示の明瞭化のために、右側の水平マニホールドと右側のセルスタック群の図示を省略している。
右側のセルスタック群14Rの下方には、昇温蒸発混合器130が配置されている。昇温蒸発混合器130には、燃料ガス供給器132から燃料ガスが供給され、水供給器134から水が供給される。昇温蒸発混合器130に供給された水は蒸発して水蒸気となり、燃料ガスと混合される。燃料ガスと水蒸気の混合ガスは、昇温蒸発混合器130を通過する間に予熱される。予熱された混合ガスは、左側の混合ガス供給管27Lから、左側の改質器18Lに供給され、右側の混合ガス供給管27Rから、右側の改質器18Lに供給される。昇温蒸発混合器130は、高温の排気ガスが通過する第2室46に収容されている(図1参照)。
As schematically shown in FIG. 4, the left reformer 18 </ b> L is accommodated in the left end portion of the first chamber 44. As shown in FIGS. 1 and 2, a pair of left and right manifolds 24L and 24R extend in the gap between the left cell stack 14L and the right cell stack 14R. More precisely, as shown in FIG. 4, a pair of left and right vertical manifolds 29L and 29R are arranged. The left reformer 18L and the left vertical manifold 29L are connected by a left reformed gas supply pipe 25L. Five left horizontal manifolds 24La, 24Lb, 24Lc, 24Ld, 24Le extend from the left vertical manifold. The horizontal manifold 24La distributes the reformed gas to the cell stack group 14La. The same applies to the subscripts b to e. In FIG. 4, only part of the cell stack group 14La is shown and others are omitted for clarity of illustration.
A right reformer 18R is accommodated at the right end of the first chamber. The right reformer 18R and the right vertical manifold 29R are connected by a right reformed gas supply pipe 25R. Five right horizontal manifolds 24Ra, 24Rb, 24Rc, 24Rd, and 24Re extend from the right vertical manifold 29R. The horizontal manifold 24Ra distributes the reformed gas to the cell stack group 14Ra. The same applies to the subscripts b to e. In FIG. 4, for the sake of clarity of illustration, the right horizontal manifold and the right cell stack group are not shown.
Below the right cell stack group 14R, a temperature-evaporating mixer 130 is arranged. The temperature rising evaporation mixer 130 is supplied with fuel gas from the fuel gas supply device 132 and water is supplied from the water supply device 134. The water supplied to the temperature rising evaporator 130 is evaporated to become water vapor and mixed with the fuel gas. The mixed gas of fuel gas and water vapor is preheated while passing through the temperature rising evaporating mixer 130. The preheated mixed gas is supplied from the left mixed gas supply pipe 27L to the left reformer 18L, and is supplied from the right mixed gas supply pipe 27R to the right reformer 18L. The temperature rising evaporator 130 is accommodated in the second chamber 46 through which the high-temperature exhaust gas passes (see FIG. 1).

左側のセルスタック14Lの右側端部から、左側の改質器18Lで改質された改質ガスが送り込まれる。左側の各セルスタック14Lの左側の端部では、改質ガス通路20が開放されており、発電のために消費されなかった改質ガス(オフガス)が放出される。各セルスタック14Lの左側端部から放出されたオフガスはそこで燃焼する。左側のセルスタック14Lのそれぞれの左側端部には、燃焼器17Lが設けられている。左側の燃焼器群17Lは、左側の改質器18Lの表面18Lsに対向している。
右側のセルスタック14Rの左側端部から、右側の改質器18Rで改質された改質ガスが送り込まれる。右側の各セルスタック14Rの右側の端部では、改質ガス通路20が開放されており、発電のために消費されなかった改質ガス(オフガス)が放出される。各セルスタック14Rの右側端部から放出されたオフガスはそこで燃焼する。右側のセルスタック14Rのそれぞれの右側端部には、燃焼器17Rが設けられている。左側の燃焼器群17Rは、右側の改質器18Rの表面18Rsに対向している。
The reformed gas reformed by the left reformer 18L is fed from the right end of the left cell stack 14L. At the left end of each left cell stack 14L, the reformed gas passage 20 is opened, and the reformed gas (off gas) that has not been consumed for power generation is released. The off-gas discharged from the left end of each cell stack 14L burns there. A combustor 17L is provided at each left end of the left cell stack 14L. The left combustor group 17L faces the surface 18Ls of the left reformer 18L.
The reformed gas reformed by the right reformer 18R is fed from the left end of the right cell stack 14R. At the right end of each cell stack 14R on the right side, the reformed gas passage 20 is opened, and the reformed gas (off gas) that has not been consumed for power generation is released. The off-gas released from the right end of each cell stack 14R burns there. A combustor 17R is provided at each right end of the right cell stack 14R. The left combustor group 17R faces the surface 18Rs of the right reformer 18R.

一対の改質器18L、18Rは、基本的に同一構成を備えている。添字L,Rを省略して共通に説明する。改質器18は、金属製の扁平な箱形状のケーシングに、上下方向に伸びるスリット状の燃焼ガス通路80a、80b、80c、80dが形成されている。図4によく示されているように、高い位置を水平に伸びる上管18m(図4では左右の別を示すために18Rmで示されている。以下同じ)と、低い位置を水平に伸びる下管18nと、両者18m、18nを連通する複数本の縦管18a,18b,18c,18d,18eで構成されている。改質器18は、全体としては扁平箱状であり、扁平表面18sから扁平裏面18tに貫通する燃焼ガス経路80a、80b、80c、80dが形成されている。
改質器18内部には、縦管18a,18b,18c,18d,18eに分流する経路が形成されており、この経路内に改質触媒が充填されている。昇温蒸発混合器130から送り出された燃料ガスと水蒸気の混合ガスは、下管18nに入り、縦管18a,18b,18c,18d,18eのいづれかを経由して上管18mに入り、その過程で水素と一酸化炭素からなる改質ガスに改質される。改質された改質ガスは、改質ガス供給管25からマニホールド24を経て、セルスタック群14の改質ガス通路20に送り込まれる。一対の改質器18L、18Rは、上部の渡り配管28によって接続されており、渡り配管28によって左右の出口圧力の均衡が確保されている。
The pair of reformers 18L and 18R basically have the same configuration. Subscripts L and R will be omitted for common explanation. In the reformer 18, slit-like combustion gas passages 80a, 80b, 80c, and 80d extending in the vertical direction are formed in a flat box-shaped casing made of metal. As shown well in FIG. 4, an upper pipe 18m extending horizontally at a high position (in FIG. 4, it is indicated by 18Rm to indicate left and right, the same applies hereinafter) and a lower pipe extending horizontally at a lower position. The pipe 18n is composed of a plurality of vertical pipes 18a, 18b, 18c, 18d, and 18e communicating with both pipes 18m and 18n. The reformer 18 has a flat box shape as a whole, and combustion gas paths 80a, 80b, 80c, and 80d that penetrate from the flat surface 18s to the flat back surface 18t are formed.
Inside the reformer 18, a path for diverting to the vertical pipes 18a, 18b, 18c, 18d, and 18e is formed, and the reforming catalyst is filled in the path. The mixed gas of fuel gas and water vapor sent out from the temperature rising evaporator 130 enters the lower pipe 18n, enters the upper pipe 18m via any of the vertical pipes 18a, 18b, 18c, 18d, and 18e, and the process The reformed gas is made of hydrogen and carbon monoxide. The reformed reformed gas is sent from the reformed gas supply pipe 25 to the reformed gas passage 20 of the cell stack group 14 through the manifold 24. The pair of reformers 18L and 18R are connected by an upper crossover pipe 28, and the crossover pipe 28 ensures a balance between the left and right outlet pressures.

図1〜図3に示すように、空気供給部材16(左側のセルスタック群14のために上下方向に5枚が存在し、右側にも上下方向に5枚が存在するが、全部共通するために、左右を示す添字L,Rと段数を示す添字a〜eを省略して説明することがある)は、浅い箱形状の部材であり、上面に複数の空気供給口16fが形成されている。空気供給部材16a、16b、16c、16d、16eは、セルスタック群14a、14b、14c、14d、14eのそれぞれの下方に配設されている。空気供給部材16のマニホールド24側の側面には略水平に伸びる邪魔板52aが形成されている。邪魔板52aは、上段のセルスタック14の上流側(マニホールド側)に向けて水平に取付けられており、左右の空気供給部材16を連結している。空気供給部材16の改質器18側の側面には、略水平に伸びる邪魔板52bが形成されている。邪魔板52bは、上段のセルスタック14の下流側(改質器側)に向けて取付けられており、改質器18の近くまで伸びている。各空気供給部材16の両端部は、図2と図3に示されているように、空気供給管50a、50bに連通している。空気供給管50は、金属製であり、図1と3に示すように、上下方向に伸びており、上端は第3室48に開口している。第3室48の下方は、空気導入管34と連通しており、空気導入管34によって外部から導入された空気は、第3室48を通過して一対の空気供給管50a、50bのいずれかに流入し、上下5段の空気供給部材16a、16b、16c、16d、16eのいずれかの上面から、直近上部のセルスタック14a、14b、14c、14d、14eに空気を供給する。
上下5段の空気供給部材16は、両端が空気供給管50a、50bによって支持されており、強度が高い。
図2に示すように、各セルスタック14は左右方向に伸びており、空気供給部材16は図示の上下方向に伸びている。両持ち状の空気供給部材16と、片持ち状のセルスタック群14が交差する位置関係におかれている。
片持ち状のセルスタック群14は、両持ち状の空気供給部材16に対してパッキンを介して載置されており、片持ち状のセルスタック14が水平に伸びる姿勢で安定的に支持されている。片持ち状のセルスタック14が不用意に傾くことはない。
As shown in FIGS. 1 to 3, there are five air supply members 16 (upper and lower for the cell stack group 14 on the left side and five on the right side and up and down. The subscripts L and R indicating left and right and the subscripts a to e indicating the number of steps may be omitted) are shallow box-shaped members, and a plurality of air supply ports 16f are formed on the upper surface. . The air supply members 16a, 16b, 16c, 16d, and 16e are disposed below the cell stack groups 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e, respectively. A baffle plate 52a extending substantially horizontally is formed on the side surface of the air supply member 16 on the manifold 24 side. The baffle plate 52a is mounted horizontally toward the upstream side (manifold side) of the upper cell stack 14, and connects the left and right air supply members 16. A baffle plate 52b extending substantially horizontally is formed on the side surface of the air supply member 16 on the reformer 18 side. The baffle plate 52b is attached toward the downstream side (reformer side) of the upper cell stack 14, and extends to the vicinity of the reformer 18. Both ends of each air supply member 16 communicate with the air supply pipes 50a and 50b as shown in FIGS. The air supply pipe 50 is made of metal and extends in the vertical direction as shown in FIGS. 1 and 3, and the upper end opens into the third chamber 48. The lower part of the third chamber 48 communicates with the air introduction pipe 34, and the air introduced from the outside by the air introduction pipe 34 passes through the third chamber 48 and is one of the pair of air supply pipes 50 a and 50 b. The air is supplied to the cell stacks 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e at the uppermost part from the upper surface of any one of the upper and lower five-stage air supply members 16a, 16b, 16c, 16d, and 16e.
The upper and lower five-stage air supply members 16 are supported at both ends by air supply pipes 50a and 50b, and have high strength.
As shown in FIG. 2, each cell stack 14 extends in the left-right direction, and the air supply member 16 extends in the illustrated vertical direction. Both the cantilevered air supply members 16 and the cantilevered cell stack group 14 are in a positional relationship.
The cantilevered cell stack group 14 is mounted on the both-sided air supply member 16 via a packing, and the cantilevered cell stack 14 is stably supported in a horizontally extending posture. Yes. The cantilever cell stack 14 does not inadvertently tilt.

第3室48と第2室46を仕切る外仕切壁38の4つの外周面には、図2に示すフィン54が取付けられている。フィン54は横方向に長尺な金属製板部材を略蛇腹形状に折畳んで形成されている。外側は外壁40の内面に接触しており、内側は外仕切壁38の外面に接触している(図1〜3ではフィン54の形状を明瞭にするため、フィン54と壁面を離して示している)。なお、放熱を防止するために、フィン54と外壁40の内面が、断熱材を介して接触する構成であってもよい。図1と図3に示すように、外仕切壁38の4つの外周面には、複数のフィン54が上下方向に取付けられて外周面を覆っている。図示はしていないが、上下のフィン54は、ピッチを半分ずらして取付けられている。このようにフィン54が取付けられているため、外仕切壁38とフィン54と外壁40によって、外仕切壁38の4つの外周面と外壁40の内面との間の全体に亘って、上下方向に伸びる細い角柱形状の通路が複数本形成される。
図2に示すように、外仕切壁38の4つの内周面にも、フィン54と同様にフィン56が取付けられている。フィン56の形状もフィン54と同様である。このようにフィン56が取付けられているため、外仕切壁38とフィン56と内仕切壁36によって、外仕切壁38の4つの内周面と内仕切壁36の外面との間の全体に亘って、上下方向(図2の紙面垂直方向)に伸びる細い角柱形状の通路が複数本形成される。フィン54は第3室48のサイズを規定し、フィン56は第2室46のサイズを規定する。
Fins 54 shown in FIG. 2 are attached to four outer peripheral surfaces of the outer partition wall 38 that partitions the third chamber 48 and the second chamber 46. The fins 54 are formed by folding a long metal plate member in a lateral direction into a substantially bellows shape. The outer side is in contact with the inner surface of the outer wall 40, and the inner side is in contact with the outer surface of the outer partition wall 38 (in FIGS. 1 to 3, the fin 54 and the wall surface are shown apart from each other in order to clarify the shape of the fin 54. ) In addition, in order to prevent heat dissipation, the structure which the inner surface of the fin 54 and the outer wall 40 contacts via a heat insulating material may be sufficient. As shown in FIGS. 1 and 3, a plurality of fins 54 are vertically attached to the four outer peripheral surfaces of the outer partition wall 38 to cover the outer peripheral surface. Although not shown, the upper and lower fins 54 are attached with a pitch shifted by half. Since the fins 54 are attached in this way, the outer partition wall 38, the fins 54, and the outer wall 40 extend vertically between the four outer peripheral surfaces of the outer partition wall 38 and the inner surface of the outer wall 40. A plurality of elongated prismatic passages are formed.
As shown in FIG. 2, the fins 56 are attached to the four inner peripheral surfaces of the outer partition wall 38 in the same manner as the fins 54. The shape of the fin 56 is the same as that of the fin 54. Since the fins 56 are attached in this manner, the outer partition wall 38, the fins 56, and the inner partition wall 36 span the entire area between the four inner peripheral surfaces of the outer partition wall 38 and the outer surface of the inner partition wall 36. Thus, a plurality of thin prismatic passages extending in the vertical direction (the direction perpendicular to the plane of FIG. 2) are formed. The fins 54 define the size of the third chamber 48, and the fins 56 define the size of the second chamber 46.

図1と図3に示すように、外仕切壁38は、第2室46の底板46bよりも下方に伸びる固定用壁38aによって外壁40の底板40bに固定されている。固定用壁38aには複数個の穴38bが形成されており、空気の流通が自在となっている。内仕切壁36も、第1室の底板の44b下端から下方に伸びる固定用壁36aによって、第2室46の底板46bから持ち上げられている。第1室44の底板44bは第2室46の底板46bから持ち上げられている。固定用壁36aにも複数個の穴36bが形成されており、排気ガスの流通が自在となっている。第1室44の底板44bと第2室46の底板46bの間隙は第2室46の一部を構成する。第1室44の底板44bと第2室46の底板46bの間隙(第2室46の一部)には昇温蒸発混合器130が配設されている。昇温蒸発混合器130には燃料ガス供給装置132から燃料ガスが供給され、改質用水供給装置134から水が供給される。昇温蒸発混合器130は高温の排気ガスによって加熱され、燃料ガスと水蒸気を混合して加熱する。加熱された混合ガスが、混合ガス供給管27から改質器18に供給される。第1室44の底板44bと第2室46の底板46bの間は、第2室46の一部であり、そこに排気通路58が連通している。
外壁40の底板40bと第2室46の底板46bの間は、第3室48の一部であり、そこに空気導入管34が連通している。昇温蒸発混合器130の下側には第3室48が位置している。
As shown in FIGS. 1 and 3, the outer partition wall 38 is fixed to the bottom plate 40 b of the outer wall 40 by a fixing wall 38 a that extends downward from the bottom plate 46 b of the second chamber 46. A plurality of holes 38b are formed in the fixing wall 38a so that air can freely flow. The inner partition wall 36 is also lifted from the bottom plate 46b of the second chamber 46 by a fixing wall 36a extending downward from the lower end of the bottom plate 44b of the first chamber. The bottom plate 44 b of the first chamber 44 is lifted from the bottom plate 46 b of the second chamber 46. A plurality of holes 36b are also formed in the fixing wall 36a so that the exhaust gas can freely flow. A gap between the bottom plate 44 b of the first chamber 44 and the bottom plate 46 b of the second chamber 46 constitutes a part of the second chamber 46. In the gap between the bottom plate 44b of the first chamber 44 and the bottom plate 46b of the second chamber 46 (a part of the second chamber 46), a temperature rising evaporator mixer 130 is disposed. The temperature rising evaporation mixer 130 is supplied with fuel gas from the fuel gas supply device 132 and water is supplied from the reforming water supply device 134. The temperature rising evaporator 130 is heated by the high-temperature exhaust gas, and mixes and heats the fuel gas and water vapor. The heated mixed gas is supplied from the mixed gas supply pipe 27 to the reformer 18. Between the bottom plate 44b of the first chamber 44 and the bottom plate 46b of the second chamber 46 is a part of the second chamber 46, and an exhaust passage 58 communicates therewith.
Between the bottom plate 40b of the outer wall 40 and the bottom plate 46b of the second chamber 46 is a part of the third chamber 48, and the air introduction pipe 34 communicates therewith. A third chamber 48 is located below the temperature rising evaporator 130.

第3室48は、発電ユニット10の6面(4側面と上面と底面)において、第2室46を取り囲んでおり、第2室46は、発電ユニット10の6面(4側面と上面と底面)において、第1室44を取り囲んでいる。
第3室48は、外部から取り込まれた空気が通過する。第2室46は、第1室44で生成された排気ガスが通過する。第1室44は燃料電池セル群14と改質器18の収容室として利用される。
第1室44は最も高温であり、第2室46は2番目に高温であり、第3室48が3番目に高温である。最も高温な第1室44を、2番目に高温な第2室46で取り囲み、その外側を3番目に高温な第3室48で取り囲む構造となっている。最も高温に維持する必要がある第1室44を最も内側に配置することによって、セルスタック群14と改質器18を収納する第1室44を最も高温に維持しやすい最適な構造となっている。
The third chamber 48 surrounds the second chamber 46 on the six surfaces (four side surfaces, top surface, and bottom surface) of the power generation unit 10, and the second chamber 46 includes six surfaces (four side surfaces, top surface, and bottom surface) of the power generation unit 10. ) Surrounds the first chamber 44.
Air taken from outside passes through the third chamber 48. The exhaust gas generated in the first chamber 44 passes through the second chamber 46. The first chamber 44 is used as a storage chamber for the fuel cell group 14 and the reformer 18.
The first chamber 44 has the highest temperature, the second chamber 46 has the second highest temperature, and the third chamber 48 has the third highest temperature. The highest temperature first chamber 44 is surrounded by the second highest temperature second chamber 46, and the outside is surrounded by the third highest temperature third chamber 48. By arranging the first chamber 44 that needs to be maintained at the highest temperature on the innermost side, the first chamber 44 that accommodates the cell stack group 14 and the reformer 18 is easily maintained at the highest temperature. Yes.

発電ユニット10内の動作を説明する。共通の事象については、左右を示す添字L,Rと段数を示す添字a〜eを省略して説明する。
水供給装置134から送り込まれた水は昇温蒸発混合器130内で予熱され、水蒸気となる。燃料ガス供給装置132から送り込まれた燃料ガスと水蒸気は、昇温蒸発混合器130内で混合されて予熱され、混合ガス供給管27から改質器18に送られる。改質器18に送られた混合ガスは、改質器18内で、水素と一酸化炭素を含む改質ガスに改質され、各マニホールド24から、各セルスタック14の改質ガス通路20に送られる。
空気導入管34から送り込まれた空気は、第3室48に送られ、フィン54の間をすり抜けて上部に達し、外壁40の上面の下側を流れた後に、第3室48に開口している空気供給管50a、50b内に流入する。空気は、この間に、高温の排気ガスによって予熱される。空気供給管50へ流入した予熱空気は下方へ移動し、空気供給部材16a、16b、16c、16d、16eのいずれかに送られる。空気供給部材16へ送られた空気は、上面の空気供給口16fからから、直近上部のセルスタック14a、14b、14c、14d、14eの外周面に吹き付けられる。
空気供給口16fから流出する空気は、上方向、若しくは斜め上方向に上昇し、すぐ上のセルスタック14の下側全体に分散される。酸素は、イオン化して固体電解質を通過して燃料極に至り、水素または一酸化炭素と反応し、酸素極と燃料極の間に電位差を発生させる。すなわち、発電する。
The operation in the power generation unit 10 will be described. The common phenomenon will be described by omitting the subscripts L and R indicating left and right and the subscripts a to e indicating the number of stages.
The water fed from the water supply device 134 is preheated in the temperature rising evaporation mixer 130 and becomes steam. The fuel gas and water vapor sent from the fuel gas supply device 132 are mixed and preheated in the temperature rising evaporator mixer 130 and sent to the reformer 18 from the mixed gas supply pipe 27. The mixed gas sent to the reformer 18 is reformed into a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide in the reformer 18, and from each manifold 24 to the reformed gas passage 20 of each cell stack 14. Sent.
The air sent from the air introduction pipe 34 is sent to the third chamber 48, passes through the fins 54, reaches the upper portion, flows below the upper surface of the outer wall 40, and then opens to the third chamber 48. Flows into the air supply pipes 50a and 50b. During this time, the air is preheated by the hot exhaust gas. The preheated air that has flowed into the air supply pipe 50 moves downward and is sent to one of the air supply members 16a, 16b, 16c, 16d, and 16e. The air sent to the air supply member 16 is blown from the air supply port 16f on the upper surface to the outer peripheral surfaces of the cell stacks 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e in the immediate upper part.
The air flowing out from the air supply port 16f rises upward or obliquely upward and is distributed over the entire lower side of the cell stack 14 immediately above. Oxygen ionizes, passes through the solid electrolyte, reaches the fuel electrode, reacts with hydrogen or carbon monoxide, and generates a potential difference between the oxygen electrode and the fuel electrode. That is, it generates electricity.

セルスタック14に供給された改質ガスの例えば80%が発電に利用される場合、発電に利用されなかった20%の改質ガス(オフガス)は、改質ガス通路20を通過して先端から流出する。また、セルスタック14に供給された空気の例えば20%が発電に利用される場合、発電に利用されなかった80%の空気は、セルスタック14の集電部材22の隙間をすり抜ける。この空気は邪魔板52bに沿ってセルスタック14の先端側に誘導される。
各セルスタック14の先端近傍には夫々スパーク電極が配設されている。スパーク電極が火花放電することによって、各セルスタック14の先端から流出するオフガスが、各セルスタック14の先端側に誘導される空気によって燃焼する。
各セルスタック14の先端には、燃焼器17が形成されている。35本の左側のセルスタック14に対応して35個の燃焼器群17Lが形成されており、35本の右側のセルスタック14に対応して35個の燃焼器群17Rが形成されている。35個の燃焼器群17Lは略同一平面内に位置しており、その平面と改質器18Lの表面18Lsは近接して平行となっている。35個の燃焼器群17Rは略同一平面内に位置しており、その平面と改質器18Rの表面18Rsは近接して平行となっている。燃焼器群17と改質器18が近接していることから、オフガスの燃焼熱によって効率よく改質反応に伴う吸熱を補償するができる。
When, for example, 80% of the reformed gas supplied to the cell stack 14 is used for power generation, 20% of the reformed gas (off-gas) that has not been used for power generation passes through the reformed gas passage 20 from the tip. leak. Further, when, for example, 20% of the air supplied to the cell stack 14 is used for power generation, 80% of the air that is not used for power generation passes through the gap of the current collecting member 22 of the cell stack 14. This air is guided along the baffle plate 52b to the tip side of the cell stack 14.
A spark electrode is disposed near the tip of each cell stack 14. As the spark electrode sparks, the off-gas flowing out from the tip of each cell stack 14 is burned by the air induced to the tip side of each cell stack 14.
A combustor 17 is formed at the tip of each cell stack 14. 35 combustor groups 17L are formed corresponding to the 35 left cell stacks 14, and 35 combustor groups 17R are formed corresponding to the 35 right cell stacks 14. The 35 combustor groups 17L are located in substantially the same plane, and the plane and the surface 18Ls of the reformer 18L are close to each other and parallel to each other. The 35 combustor groups 17R are located in substantially the same plane, and the plane and the surface 18Rs of the reformer 18R are close to each other and parallel to each other. Since the combustor group 17 and the reformer 18 are close to each other, the endotherm accompanying the reforming reaction can be efficiently compensated by the combustion heat of the off gas.

燃焼器17でオフガスが燃焼した燃焼ガスは、改質器18を加熱する。本実施例では、改質器18にスリット状の燃焼ガス通路80を設けてあるため、燃焼ガスは改質器18の裏面18t側にも回り込み、表面18sと裏面18tの両面から加熱する。改質器18の表裏を通過する燃焼ガスによって、改質器18は一様に温められ、改質器18内の温度むらを抑制できる。
図2に明瞭に示されているように、燃焼器17aは縦管18aの表面を直接加熱する。燃焼器17bと17cは縦管18bの側面を専ら加熱する。燃焼器17dは縦管18cの表面を直接加熱する。燃焼器17eと17fは縦管18dの側面を専ら加熱する。燃焼器17gは縦管18eの表面を直接加熱する。即ち、縦管18aは表面が直接加熱され、縦管18bは側面から加熱され、縦管18cは表面が直接加熱され、縦管18dは側面から加熱され、縦管18eは表面が直接加熱される。表面を直接加熱する縦管と、側面を加熱する縦管を交互に配置すると、改質器18の表面側を流れる燃焼ガスと、改質器18の裏面側を流れる燃焼ガスのバランスが確保され、改質器18の表面側と裏面側の温度が均質化される。
The combustion gas obtained by burning off-gas in the combustor 17 heats the reformer 18. In this embodiment, since the reformer 18 is provided with the slit-like combustion gas passage 80, the combustion gas also enters the back surface 18t side of the reformer 18, and is heated from both the front surface 18s and the back surface 18t. The combustion gas passing through the front and back of the reformer 18 warms the reformer 18 uniformly, and the temperature unevenness in the reformer 18 can be suppressed.
As clearly shown in FIG. 2, the combustor 17a directly heats the surface of the vertical tube 18a. The combustors 17b and 17c exclusively heat the side surface of the vertical tube 18b. The combustor 17d directly heats the surface of the vertical tube 18c. The combustors 17e and 17f exclusively heat the side surface of the vertical tube 18d. The combustor 17g directly heats the surface of the vertical tube 18e. That is, the surface of the vertical tube 18a is directly heated, the vertical tube 18b is heated from the side, the surface of the vertical tube 18c is directly heated, the vertical tube 18d is heated from the side, and the surface of the vertical tube 18e is directly heated. . If the vertical tubes that directly heat the surface and the vertical tubes that heat the side surfaces are alternately arranged, a balance between the combustion gas flowing on the front surface side of the reformer 18 and the combustion gas flowing on the rear surface side of the reformer 18 is secured. The temperatures on the front and back sides of the reformer 18 are homogenized.

燃焼ガスは極めて高温であり、そのままでは熱交換器に投入しがたい。それほどの高温に耐えられる熱交換器の材質が限られ、高価である。本実施例では、燃焼熱でまず改質器18を加熱する。改質反応は吸熱反応であり、燃焼熱が改質反応に伴う吸熱を補償するために利用される。燃焼熱で改質反応の吸熱を補償するために、燃焼ガスの温度は低下する。第2室46を流れる燃焼ガスの温度は適度に冷却されており、仕切り壁36、38に特別の材料を使わなくてもすむ。   The combustion gas is extremely hot and is difficult to put into the heat exchanger as it is. The material of heat exchangers that can withstand such high temperatures is limited and expensive. In this embodiment, the reformer 18 is first heated with combustion heat. The reforming reaction is an endothermic reaction, and the heat of combustion is used to compensate for the endotherm accompanying the reforming reaction. In order to compensate the endothermic reaction of the reforming reaction with the combustion heat, the temperature of the combustion gas decreases. The temperature of the combustion gas flowing through the second chamber 46 is appropriately cooled, and it is not necessary to use a special material for the partition walls 36 and 38.

燃料電池セル12の電気化学反応が効率よく進行する環境温度は約800℃の高温である。この環境温度が低下すれば、発電効率は低下する。従って、約800℃の環境温度が得られるようにセルスタック群14に供給する空気を予熱しておく必要がある。
第1室44内を上昇した排気ガスは、第1室44の上面に沿って流れて第2室46に流入する。第2室46内に流入した排気ガスは、上下方向に伸びる複数の細い角柱形状の通路を下方向に通過して第2室46の下部に流入し、排気ガス通路58から外部に導出される。
このとき、空気導入管34から導入された空気は第3室48内に流入し、上下方向に伸びる複数の細い角柱形状の通路を上方向に通過する。第2室46を通過する排気ガスと、第3室48を通過する空気との間で熱交換が行われる。外仕切板38の両面に取付けられたフィン54、56によって、熱交換率は更に高められる。この熱交換によって、セルスタック群14に供給する空気を約650℃まで予熱しておくことができる。約650℃まで予熱した空気をセルスタック群14に供給することができるために、セルスタック群14を発電適温に維持することができる。
空気を予熱することによって排気ガスは冷却される。昇温蒸発混合器130の周囲を通過するときの排気ガスは、400℃弱になっている。この温度の排気ガスは、燃料ガスと水蒸気の混合ガスを予熱するには十分であり、燃料ガスから炭素を析出させる程には高温でない。改質器18に予熱された混合ガスを供給すること、改質器18の近傍でオフガスを燃焼させること、改質器18に燃焼ガス通路80を形成することによって改質器18の裏面にも燃焼ガスを回りこむようにしていることによって、改質器18の全体が改質適温に維持することができる。
本実施例の発電ユニットは、熱自立することができている。
The environmental temperature at which the electrochemical reaction of the fuel cell 12 proceeds efficiently is a high temperature of about 800 ° C. If this environmental temperature decreases, the power generation efficiency decreases. Accordingly, it is necessary to preheat the air supplied to the cell stack group 14 so that an environmental temperature of about 800 ° C. can be obtained.
The exhaust gas rising in the first chamber 44 flows along the upper surface of the first chamber 44 and flows into the second chamber 46. The exhaust gas flowing into the second chamber 46 passes through a plurality of thin prismatic passages extending in the vertical direction downward, flows into the lower portion of the second chamber 46, and is led out from the exhaust gas passage 58 to the outside. .
At this time, the air introduced from the air introduction pipe 34 flows into the third chamber 48 and passes upward through a plurality of thin prismatic passages extending in the vertical direction. Heat exchange is performed between the exhaust gas passing through the second chamber 46 and the air passing through the third chamber 48. The heat exchange rate is further increased by the fins 54 and 56 attached to both surfaces of the outer partition plate 38. The air supplied to the cell stack group 14 can be preheated to about 650 ° C. by this heat exchange. Since the air preheated to about 650 ° C. can be supplied to the cell stack group 14, the cell stack group 14 can be maintained at an appropriate power generation temperature.
The exhaust gas is cooled by preheating the air. The exhaust gas passing through the temperature-evaporating mixer 130 is slightly less than 400 ° C. The exhaust gas at this temperature is sufficient to preheat the mixed gas of fuel gas and water vapor and is not so hot as to deposit carbon from the fuel gas. By supplying the preheated mixed gas to the reformer 18, burning off-gas in the vicinity of the reformer 18, and forming the combustion gas passage 80 in the reformer 18, the rear surface of the reformer 18 is also formed. By surrounding the combustion gas, the entire reformer 18 can be maintained at an appropriate reforming temperature.
The power generation unit of the present embodiment can be heat independent.

本実施例では、左右の空気供給材16L,16Rの間に、邪魔板52aを配置し、左右の空気供給材16L,16Rを連結しており、下段のセルスタックで発生した発電熱が上段のセルスタックに伝達されないようにしている。邪魔板52bは、改質器18の極近くまで伸びており、燃焼ガスがそのまま上方に流動しないようにしている。邪魔板52bを改質器18の近くまで伸ばすことによって、改質器18の裏側に燃焼ガスを回すことに寄与している。   In this embodiment, baffle plates 52a are arranged between the left and right air supply members 16L and 16R, and the left and right air supply members 16L and 16R are connected, and the generated heat generated in the lower cell stack is in the upper stage. It is not transmitted to the cell stack. The baffle plate 52b extends close to the reformer 18 so that the combustion gas does not flow upward as it is. By extending the baffle plate 52 b to the vicinity of the reformer 18, it contributes to turning the combustion gas to the back side of the reformer 18.

本実施例では、最も高温な第1室44を2番目に高温な第2室46で取り囲み、その外側を3番目に高温な第3室48で取り囲む構造となっているために、第1室44を高温に維持しやすい。そのために、発電に伴って発生する熱と、オフガスの燃焼熱だけで、燃料電池セル群14と改質器18を収容する第1室44内の温度を、発電適温である800〜850℃に維持することができる。熱自立することができる。   In the present embodiment, the first chamber 44 is surrounded by the second chamber 46 having the second highest temperature and the third chamber 48 having the third highest temperature is surrounded by the second chamber 46. It is easy to maintain 44 at high temperature. Therefore, the temperature in the first chamber 44 that accommodates the fuel cell group 14 and the reformer 18 is only set to 800 to 850 ° C., which is the optimum temperature for power generation, by only the heat generated with power generation and the combustion heat of off-gas. Can be maintained. Can heat independent.

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、改質器18の縦管18a〜18eを、上管18mと下管18nとは別のパイプ材で形成することができる。パイプ材を隙間を置いて併設すれば、その隙間によって燃焼ガス通路を確保することができる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, the vertical pipes 18a to 18e of the reformer 18 can be formed of a pipe material different from the upper pipe 18m and the lower pipe 18n. If the pipe material is provided with a gap, the combustion gas passage can be secured by the gap.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. The technology illustrated in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

発電ユニット10の縦断面を示す図。The figure which shows the longitudinal cross-section of the electric power generation unit 10. FIG. 発電ユニット10の横断面を示す図。The figure which shows the cross section of the electric power generation unit. 発電ユニット10の別の縦断面を示す図。The figure which shows another vertical cross section of the electric power generation unit. 第1室44内の配管系を模式的に示す図。The figure which shows the piping system in the 1st chamber 44 typically. 燃料電池セル12の断面を模式的に示す図。The figure which shows the cross section of the fuel battery cell 12 typically.

符号の説明Explanation of symbols

10・・・・発電ユニット
12・・・・燃料電池セル
12a・・・燃料極
12b・・・固体電解質層
12c・・・酸素極
12d・・・インターコネクタ
14・・・・セルスタックまたはセルスタック群
16・・・・空気供給部材
18・・・・改質器
20・・・・改質ガス通路
22・・・・集電部材
24・・・・マニホールド
25・・・・改質ガス供給管
27・・・・混合ガス供給管
29・・・・垂直マニホールド
34・・・・空気導入管
36・・・・内仕切壁
38・・・・外仕切壁
40・・・・外壁
42・・・・断熱部材
44・・・・第1室
46・・・・第2室
48・・・・第3室
50・・・・空気供給管
52a・・・邪魔板
52b・・・邪魔板
54、56・フィン
58・・・・排気ガス通路
80・・・・燃焼ガス通路
130・・・昇温蒸発混合器
132・・・燃料ガス供給装置
134・・・水供給器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Power generation unit 12 ... Fuel cell 12a ... Fuel electrode 12b ... Solid electrolyte layer 12c ... Oxygen electrode 12d ... Interconnector 14 ... Cell stack or cell stack Group 16 ... Air supply member 18 ... Reformer 20 ... Reformed gas passage 22 ... Current collecting member 24 ... Manifold 25 ... Reformed gas supply pipe 27 ... Mixed gas supply pipe 29 ... Vertical manifold 34 ... Air inlet pipe 36 ... Inner partition wall 38 ... Outer partition wall 40 ... Outer wall 42 ...・ Heat insulation member 44 ・ ・ ・ ・ first chamber 46 ・ ・ ・ ・ second chamber 48 ・ ・ ・ ・ third chamber 50 ・ ・ ・ ・ air supply pipe 52 a ・ baffle plate 52 b ・ baffle plates 54 and 56・ Fin 58... Exhaust gas passage 80... Combustion gas passage 130. Engager 132 ... fuel gas supply device 134 ... Water supply

Claims (2)

固体酸化物型の燃料電池を用いる発電装置であり、
改質器と複数本のセルスタックを備えており、
各々のセルスタックの先端に形成されているオフガス燃焼器群がほぼ同一平面内に位置するように、複数本のセルスタックが相互に間隔をおいて略平行に配置されており、
改質器は、オフガス燃焼器群が位置する平面と略平行に配置されており、
改質器には、オフガス燃焼器群に対向する面からその反対側の面に貫通する、燃焼ガス通路が形成されており、
各セルスタックは水平に伸びるように配置されており、
複数本のセルスタックが、水平方向と垂直方向に間隔をおいて行列状に配置されており、
改質器には、垂直方向に伸びる燃焼ガス通路が形成されていることを特徴とする発電装置。
A power generation device using a solid oxide fuel cell;
It has a reformer and multiple cell stacks.
A plurality of cell stacks are arranged substantially parallel to each other at intervals so that the off-gas combustor group formed at the tip of each cell stack is located in substantially the same plane,
The reformer is disposed substantially parallel to the plane on which the off-gas combustor group is located,
The reformer is formed with a combustion gas passage penetrating from the surface facing the off-gas combustor group to the opposite surface .
Each cell stack is arranged to extend horizontally,
A plurality of cell stacks are arranged in a matrix at intervals in the horizontal direction and the vertical direction,
The reformer is formed with a combustion gas passage extending in a vertical direction .
前記改質器が、扁平箱状であり、The reformer has a flat box shape;
前記燃焼ガス通路が、改質器の扁平表面から扁平裏面に貫通するように形成されていることを特徴とする請求項1の発電装置。The power generator according to claim 1, wherein the combustion gas passage is formed so as to penetrate from a flat surface of the reformer to a flat back surface.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4805736B2 (en) * 2006-06-29 2011-11-02 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Indirect internal reforming type solid oxide fuel cell
JP4805735B2 (en) * 2006-06-29 2011-11-02 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Indirect internal reforming type solid oxide fuel cell
JP5245372B2 (en) * 2007-11-23 2013-07-24 Toto株式会社 Fuel cell module and fuel cell including the same
JP2010049943A (en) * 2008-08-22 2010-03-04 Toto Ltd Fuel battery module
JP5368057B2 (en) * 2008-10-30 2013-12-18 リンナイ株式会社 Reformer and power generator
JP2010108826A (en) * 2008-10-31 2010-05-13 Toto Ltd Fuel cell module
JP2018045937A (en) * 2016-09-16 2018-03-22 Toto株式会社 Fuel cell module

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3327586B2 (en) * 1992-08-31 2002-09-24 三菱重工業株式会社 Cylindrical solid electrolyte fuel cell module
JP3364069B2 (en) * 1995-10-30 2003-01-08 三菱重工業株式会社 Solid oxide fuel cell module
JPH1012258A (en) * 1996-06-21 1998-01-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Internal reforming type solid electrolyte fuel cell module
JP2002151127A (en) * 2000-11-16 2002-05-24 Ngk Insulators Ltd Cogeneration power plant
JP2002289244A (en) * 2001-03-27 2002-10-04 Toto Ltd Fuel cell system
JP3764693B2 (en) * 2002-03-19 2006-04-12 京セラ株式会社 Fuel cell
JP2003282113A (en) * 2002-03-26 2003-10-03 Toto Ltd Solid oxide fuel cell system
JP4645876B2 (en) * 2002-04-26 2011-03-09 日産自動車株式会社 Solid oxide fuel cell
JP4991087B2 (en) * 2003-11-26 2012-08-01 京セラ株式会社 Fuel cell assembly
JP4778198B2 (en) * 2004-02-18 2011-09-21 東京瓦斯株式会社 Power generator

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