JP5348482B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池および改質部を断熱のため覆う断熱材料で形成された断熱壁を有する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system having a heat insulating wall formed of a heat insulating material that covers a fuel cell and a reforming portion for heat insulation.
燃料電池システムは、燃焼火炎で加熱され改質水を水蒸気化させる蒸発部と、蒸発部で生成された水蒸気により燃料原料を水蒸気改質させる改質部と、改質部で生成されたアノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池と、蒸発部に改質水を供給する改質水供給配管と、水蒸気改質される燃料原料を蒸発部を介して改質部に供給する燃料原料供給配管と、燃料電池および改質部の外側を断熱のため覆う断熱材料で形成された断熱壁とを有する(特許文献1)。 The fuel cell system includes an evaporation unit that is heated by a combustion flame to vaporize reformed water, a reforming unit that steam-reforms a fuel raw material with water vapor generated by the evaporation unit, and an anode gas generated by the reforming unit A fuel cell that generates electricity with the cathode gas, a reforming water supply pipe that supplies reforming water to the evaporation section, and a fuel raw material supply pipe that supplies the fuel raw material to be steam reformed to the reforming section via the evaporation section And a heat insulating wall formed of a heat insulating material that covers the outside of the fuel cell and the reforming portion for heat insulation (Patent Document 1).
しかしながら上記したシステムといえども、寒冷地や冬季などにおいては、燃料電池の発電停止後において改質水供給配管に改質水が残留している場合、残留している改質水が凍結するおそれがある。この場合、燃料電池の次回の起動に支障をきたすおそれがある。 However, even in the above-described system, in cold districts and winter seasons, if the reformed water remains in the reformed water supply pipe after the power generation of the fuel cell is stopped, the remaining reformed water may freeze. There is. In this case, there is a risk of hindering the next start-up of the fuel cell.
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、寒冷地や冬季などにおいて、改質水供給配管に改質水が残留しているとき、残留している改質水が凍結するおそれを低減させるのに有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in the cold districts and winter seasons, when the reformed water remains in the reformed water supply pipe, there is a risk that the remaining reformed water will freeze. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that is advantageous for reduction.
本発明に係る燃料電池システムは、(i)燃焼火炎で加熱され改質水を水蒸気化させる蒸発部と、(ii)蒸発部に連通するように且つ燃焼火炎で加熱されるように設けられ、蒸発部で生成された水蒸気により燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる改質部と、(iii)改質部で生成されたアノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池と、(iv)蒸発部に改質水を供給する改質水供給配管と、(v)水蒸気改質される燃料原料を改質部に供給する燃料原料供給配管と、(vi)少なくとも燃料電池および改質部の外側を断熱のため覆う断熱材料で形成され内側表面および内側表面に背向する外側表面を有する断熱壁とを具備しており、(vii)断熱壁は、断熱壁の内側表面および外側表面に改質水供給配管を並走させつつ断熱壁の内部に埋設しており且つ発電運転停止時において断熱壁の余熱により改質水供給配管を保温する。 The fuel cell system according to the present invention is provided with (i) an evaporation section that is heated by a combustion flame to vaporize the reformed water, and (ii) communicates with the evaporation section and is heated by the combustion flame. (Iii) a fuel cell that generates electric power from the anode gas and the cathode gas generated in the reforming unit, and (iv) a reforming unit that reforms the fuel raw material with water vapor generated in the evaporation unit to generate an anode gas; ) A reforming water supply pipe for supplying reforming water to the evaporation section; (v) a fuel raw material supply pipe for supplying a fuel raw material to be reformed with steam to the reforming section; and (vi) at least a fuel cell and a reforming section. And (vii) the heat insulation wall is formed on the inner surface and the outer surface of the heat insulation wall. Running reformed water supply pipes in parallel Incubating the reforming water supply pipe by residual heat of the heat insulating wall during and power shutdown is embedded inside the insulating wall.
蒸発部は、水蒸気を発生できる温度に燃焼火炎で加熱される。改質部は、燃焼火炎で加熱されるように設けられており、蒸発部で生成された水蒸気により燃料原料を水蒸気改質させてアノードガスを生成させる。改質部を加熱させる燃焼火炎の燃焼元は、蒸発部を加熱する燃焼火炎と同じであっても良いし、異なっていても良い。燃焼火炎は改質部および蒸発部を加熱させる加熱要素として機能できる。改質部で生成された改質水供給配管は、蒸発部に改質水を供給する改質水供給通路を形成する。燃料原料供給配管は、水蒸気改質される燃料原料を改質部に直接または間接的に供給する燃料原料供給通路を形成する。 The evaporating section is heated with a combustion flame to a temperature at which water vapor can be generated. The reforming section is provided to be heated by the combustion flame, and steam reforms the fuel material with the steam generated in the evaporation section to generate anode gas. The combustion source of the combustion flame that heats the reforming part may be the same as or different from the combustion flame that heats the evaporation part. The combustion flame can function as a heating element for heating the reforming section and the evaporation section. The reforming water supply pipe generated in the reforming unit forms a reforming water supply passage for supplying the reforming water to the evaporation unit. The fuel material supply pipe forms a fuel material supply passage for directly or indirectly supplying the fuel material to be reformed with steam to the reforming unit.
さて、燃料電池が発電運転しているときには、燃料電池および改質部の温度は外気に対して高温である。断熱壁は、燃料電池および改質部の温度を外気などに対して断熱状態を維持している。ここで、燃料電池の発電運転が停止されたときには、燃料電池の発電運転時の温度から次第に低下する。しかし、断熱壁は高い断熱性を有するため、燃料電池および改質部の温度を長時間にわたり維持することができる。この場合、断熱壁の温度も発電運転時の温度から次第に低下するものの、断熱壁の温度は外気温度よりも高い状態が長い間維持される。 Now, when the fuel cell is in a power generation operation, the temperature of the fuel cell and the reformer is high with respect to the outside air. The heat insulation wall maintains the heat insulation state of the fuel cell and the reforming section with respect to the outside air. Here, when the power generation operation of the fuel cell is stopped, the temperature gradually decreases from the temperature during the power generation operation of the fuel cell. However, since the heat insulating wall has high heat insulating properties, the temperature of the fuel cell and the reforming section can be maintained for a long time. In this case, although the temperature of the heat insulation wall gradually decreases from the temperature during the power generation operation, the temperature of the heat insulation wall is maintained higher than the outside air temperature for a long time.
ここで、改質水供給配管は、断熱壁の内側表面および外側表面に並走されつつ、断熱壁の内部に埋設されている。このため、燃料電池の発電停止後であったとしても、断熱壁の余熱により改質水供給配管を凍結開始温度以上に長時間にわたり維持することができる。よって、寒冷地または冬季等においても改質水供給配管の過剰凍結を抑制することができる。並走とは、断熱壁の内側表面および外側表面の面が延びている方向に沿って改質水供給配管が配置されつつ、断熱壁の内部に埋設されていることをいう。好ましくは、断熱壁の内側表面および外側表面の面が延びている方向に沿って改質水供給配管がほぼ平行に配置されつつ、断熱壁の内部に埋設されていることをいう。 Here, the reforming water supply pipe is embedded in the heat insulation wall while running parallel to the inner surface and the outer surface of the heat insulation wall. For this reason, even after the power generation of the fuel cell is stopped, the reformed water supply pipe can be maintained over the freezing start temperature for a long time due to the residual heat of the heat insulating wall. Therefore, excessive freezing of the reforming water supply pipe can be suppressed even in cold regions or in winter. Parallel running means that the reforming water supply piping is arranged along the direction in which the inner surface and the outer surface of the heat insulating wall extend, and is embedded in the heat insulating wall. Preferably, it means that the reforming water supply pipe is embedded in the heat insulation wall while being arranged substantially in parallel along the direction in which the inner surface and the outer surface of the heat insulation wall extend.
本発明によれば、燃料電池の発電停止後であったとしても、断熱壁の余熱により改質水供給配管を凍結開始温度以上に維持することができる。このため改質水供給配管の凍結さらには過剰凍結を抑制することができる。従って、燃料電池の再起動を良好に実施することができる。 According to the present invention, even after the power generation of the fuel cell is stopped, the reformed water supply pipe can be maintained at the freezing start temperature or higher due to the residual heat of the heat insulating wall. For this reason, freezing and further freezing of the reforming water supply pipe can be suppressed. Therefore, the fuel cell can be restarted satisfactorily.
本発明によれば、燃料電池の作動温度は70℃以上、または、200℃以上が好ましい。殊に、500℃以上が好ましい。燃料電池としては固体酸化物形、リン酸形、溶融炭酸塩形、固体高分子形が挙げられる。作動温度の上限は1200℃、1000℃、900℃が例示される。作動温度とは、燃料電池が定格発電運転するときにおける電解質の温度をいう。好ましい形態によれば、断熱壁は、断熱壁の内側表面および外側表面に燃料原料供給配管を並走させつつ断熱壁の内部に埋設している。燃料原料供給配管に水分が付着しているときであっても、断熱壁の余熱が長時間にわたり維持されるため、燃料原料供給配管の凍結も抑制される。 According to the present invention, the operating temperature of the fuel cell is preferably 70 ° C. or higher, or 200 ° C. or higher. In particular, 500 ° C. or higher is preferable. Examples of the fuel cell include a solid oxide form, a phosphoric acid form, a molten carbonate form, and a solid polymer form. Examples of the upper limit of the operating temperature are 1200 ° C, 1000 ° C, and 900 ° C. The operating temperature refers to the temperature of the electrolyte when the fuel cell performs rated power generation operation. According to a preferred embodiment, the heat insulating wall is embedded in the heat insulating wall while the fuel material supply pipes run parallel to the inner surface and the outer surface of the heat insulating wall. Even when moisture is adhering to the fuel raw material supply pipe, the remaining heat of the heat insulating wall is maintained for a long time, so that freezing of the fuel raw material supply pipe is also suppressed.
好ましい形態によれば、燃料電池の起動時において燃料原料を酸化させて酸化熱を生成させる空気を燃料電池に供給する空気配管が設けられている。断熱壁は、断熱壁の内側表面および外側表面に空気配管を並走させつつ断熱壁に埋設している。空気配管に水分が付着しているときであっても、断熱壁の余熱により、空気配管の凍結も抑制される。好ましい形態によれば、燃料電池、蒸発部改質部および断熱壁を収容する外箱が設けられている。この場合、外箱は、燃料電池、蒸発部および改質部を収容すると共に燃料電池、蒸発部および改質部からの放熱を受ける第1室と、燃料電池の発電運転に関連する補機を収容すると共に発電運転停止時において第1室よりも温度が低くなる第2室と、第1室および第2室を仕切る仕切壁とを有する。第1室は第2室よりも高温となりがちであり、第2室は第1室よりも低温となりがちである。このため寒冷地または冬季などでは、燃料電池が発電停止状態である場合、第2室における補機は凍結するおそれがある。 According to a preferred embodiment, an air pipe is provided for supplying the fuel cell with air that oxidizes the fuel material and generates heat of oxidation when the fuel cell is started. The heat insulating wall is embedded in the heat insulating wall while air pipes run parallel to the inner surface and the outer surface of the heat insulating wall. Even when moisture is attached to the air pipe, freezing of the air pipe is also suppressed due to the residual heat of the heat insulating wall. According to a preferred embodiment, an outer box that houses the fuel cell, the evaporation portion reforming portion, and the heat insulating wall is provided. In this case, the outer box accommodates the fuel cell, the evaporation unit, and the reforming unit, and receives a first chamber that receives heat from the fuel cell, the evaporation unit, and the reforming unit, and auxiliary equipment related to the power generation operation of the fuel cell. A second chamber that is housed and has a temperature lower than that of the first chamber when the power generation operation is stopped, and a partition wall that partitions the first chamber and the second chamber. The first chamber tends to be hotter than the second chamber, and the second chamber tends to be cooler than the first chamber. For this reason, in a cold district or winter, when the fuel cell is in a power generation stop state, the auxiliary machine in the second chamber may freeze.
そこで好ましい形態によれば、断熱壁は、第1室から第2室に進入して第2室に露出すると共に余熱を第2室に放出させる進入断熱壁を有する。進入断熱壁は第2室に露出しており、熱を第2室に放出させる。この場合、燃料電池の発電運転が停止しているときであっても、第2室の温度を高め、第2室における補機の凍結を抑制させるのに有利となる。進入断熱壁は改質水供給配管を埋設していることが好ましい。この場合、改質水供給配管の凍結抑制に一層有利である。 Therefore, according to a preferred embodiment, the heat insulation wall has an entry heat insulation wall that enters the second chamber from the first chamber, is exposed to the second chamber, and releases residual heat to the second chamber. The insulative heat insulating wall is exposed to the second chamber and releases heat to the second chamber. In this case, even when the power generation operation of the fuel cell is stopped, it is advantageous for increasing the temperature of the second chamber and suppressing the freezing of the auxiliary machine in the second chamber. It is preferable that the approach heat insulating wall embeds the reforming water supply pipe. In this case, it is more advantageous for suppressing freezing of the reforming water supply pipe.
(実施形態1)
図1〜図3は実施形態1を示す。本実施形態に係る燃料電池システムは、(i)改質水を水蒸気化させる蒸発部20と、(ii)蒸発部20に連通するように設けられ、蒸発部20で生成された水蒸気により燃料原料を水蒸気改質させてアノードガスを生成させる改質部22と、(iii)改質部22で生成されたアノードガスとカソードガスとで発電する固体酸化物形の燃料電池で形成されたスタック1と、(iv)蒸発部20に改質水を供給する改質水供給通路41を形成する改質水供給配管410と、(v)水蒸気改質される燃料原料を蒸発部20を介して改質部22に供給する燃料原料供給通路51を形成する燃料原料供給配管510と、(vi)スタック1、および蒸発部20の外側を断熱のため覆う断熱材料で形成された断熱壁30とを有する。図1は、便宜上、改質水供給通路41を形成する改質水供給配管410を示すものの、他の配管を示さない。
(Embodiment 1)
1 to 3 show a first embodiment. The fuel cell system according to the present embodiment is provided with (i) an
断熱壁30、スタック1、改質部22および蒸発部20は、一体的に組み付けられており、ユニット化されており、燃料電池モジュールとも呼ばれる。改質部22は、改質触媒を担持するセラミックス担体で形成されている。断熱壁30は、断面で、断熱材料で形成されている壁部30a,30b,30c,30dを有しており、図示されない他面にも壁部をもつ。断熱壁30の壁部30aは、スタック1、蒸発部20および改質部22に対向する内側表面31と、内側表面31に背向する外側表面33とを有する。内側表面31は、スタック1を収容する収容室34を有形成する。断熱材料は石綿、セラミックス等の耐火材料で形成されている。耐火材料は煉瓦であっても良い。
The
ここで、改質水供給配管410の外径サイズをDとすると、改質水供給配管410の外周面と燃料原料供給配管510の外周面との間の距離LMが寸法3×D以内または2×D以内となるように、改質水供給配管410および燃料原料供給配管510は、断熱壁30の内部において並走していることが好ましい。この場合、改質水供給配管410および燃料原料供給配管510は、互いに接近して熱交換可能に維持されることが好ましい。但し、これに限定されず、改質水供給配管410および燃料原料供給配管510は、互いに実質的に熱交換しないように互いに離間されていても良い。
Here, when the outer diameter size of the reforming
スタック1、蒸発部20、改質部22および断熱壁30を収容する外箱200が設けられている。外箱200は、(i)スタック1、蒸発部20、改質部22および断熱壁30を収容すると共にスタック1、蒸発部20、改質部22および断熱壁30からの放熱を受ける上室として機能する第1室201と、(ii)スタック1の発電運転に関連する補機を収容すると共に発電運転停止時において第1室201よりも温度が低くなる下室として機能する第2室202と、第1室201および第2室202を仕切る仕切壁203とを有する。なお、断熱壁30は仕切壁203に脚30kを介して載せられている。補機は、スタック1の発電運転において必要されるスタック1以外の部品であり、スタック1の発電運転時において一般的には100℃以下に保持されている部品である。補機としては、例えば、ポンプ42,55、バルブ類、水精製器40、タンク44等が挙げられる。
An
スタック1の発電運転時には、燃料原料ポンプ55が駆動し、燃料原料が燃料原料供給通路51を介して改質器2の蒸発部20に供給され、蒸発部20を介して改質部22に供給される。また改質水ポンプ42が駆動し、貯水タンク44の改質水が改質水通路41を介して蒸発部20に供給される。ここで、蒸発部20は改質水を水蒸気化させる。水蒸気は改質部22に供給される。改質部22は燃料原料を水蒸気改質させ、アノードガスを生成させる。生成されたアノードガスは、アノードガス通路14およびアノードガスマニホルド13を介して、スタック1を構成する燃料電池1cのアノード11に供給されて発電に使用される。またカソードガスポンプ62が駆動しているため、カソードガスとしてカソードガス供給通路60を介してスタック1のカソード12に供給される。これによりスタック1は発電する。図1および図2ではスタック1は模式化されて図示されている。図3に示すように、スタック1は、複数の燃料電池1cを通路1xを介して並設して形成されている。カソードガスは通路1xに沿って流れて燃料電池1cのカソードに供給される。燃料電池1c同士は図略の集電部材により電気的に接続されている。
During the power generation operation of the
発電反応後のアノードオフガスおよびカソードオフガスは、スタック1の上方の燃焼部23に排出され、燃焼火炎24を燃焼部23において形成する。燃焼した後のアノードオフガスおよびカソードオフガスは、燃焼排気ガスとなり、図略の熱交換器を経て排気通路から外部に放出される。燃焼排気ガスに含まれる水分が凝縮した凝縮水は、熱交換器から導出される凝縮水通路(図略)から水精製器40に供給され、水精製器40で精製される。精製された水は、貯水タンク44に改質水として貯留される。
The anode off-gas and cathode off-gas after the power generation reaction are discharged to the
断熱壁30の壁部30aは、互いに実質的に平行な延設されている内側表面31および外側表面33を有する。断熱壁30としては、繊維状、面状またはブロック状の断熱材料を被覆させて形成しても良く、要するに断熱性を有すれば良い。断熱壁30の壁部30aにおいて、内側表面31および外側表面33にほぼ平行に沿うように、改質水供給配管410が並走されている。この結果、図1から理解できるように、改質水供給配管410は、断熱壁30の下面部30uから壁部30aに直状に進入しつつ、壁部30aの上部において蒸発部20に向けて曲成配管410pとして曲成されている。なお、改質水供給配管410のうち、断熱壁30の内側表面31および外側表面33に沿って並走されている並走部分を並走配管410mとして示す。燃料原料配管供給配管510のうち、内側表面31および外側表面33に沿って並走されている並走部分を並走配管510mとして示す。空気配管29のうち、内側表面31および外側表面33に沿って並走されている並走部分を並走配管29mとして示す。並走配管29m,410m,510mは断熱壁30の内部において互いに並走されている。
The
スタック1が発電運転を停止したとき、スタック1および改質部22の温度は、発電運転時の高温状態(例えば500〜900℃の範囲内)から次第に低下する。しかし断熱壁30は高い断熱性を有するため、スタック1および改質部22の温度を発電運転時の温度よりも低下するものの、高温状態(例えば凍結開始温度以上)に長時間(システムの種類によるが、例えば、1時間〜240時間の範囲内、3時間〜100時間の範囲内、3時間〜10時間の範囲内)にわたり維持することができる。この場合、スタック1の発電運転が停止されているときにおいて、断熱壁30の温度も発電運転時の温度から次第に低下するものの、断熱壁30の温度は外気温度よりも高い状態が長い間維持される。ここで、前述したように、改質水供給配管410(殊に改質水供給配管410のうち蒸発部20に近い側の第1室201に存在する配管部分)は、基本的には、断熱壁30の内側表面31および外側表面33に並走されつつ、断熱壁30の壁部30aの内部に埋設されている。
When the
このため、スタック1の発電停止から長時間経過したとしても、断熱壁30は余熱を有する。この余熱により、断熱壁30に埋設されている改質水供給配管410を凍結開始温度以上に長時間にわたり維持することができる。例えば、夜間においてスタック1の発電運転を停止させたときであっても、翌朝の次回の起動時まで、断熱壁30の余熱により、改質水供給配管410を凍結開始温度以上に長時間にわたり保温することができる。このため改質水供給配管410に改質水が残留する場合においても、寒冷地または冬季などにおいて、改質水供給配管410に残留する改質水の凍結を長時間にわたり抑制することができ、スタック1の次回の起動を良好に実施できる。更に本実施形態によれば、図1に示されるように、断熱壁30の内側表面31および外側表面33に燃料原料供給配管510が並走されつつ、燃料原料供給配管510が断熱壁30の内部に埋設されている。燃料原料供給配管510は、断熱壁30の下面部30uから壁部30aに直状に進入しつつ、壁部30aの上部において蒸発部20に向けられている。このため、燃料原料供給配管510の内壁面または外壁面に水分が付着しているときであっても、断熱壁30の余熱により、燃料原料供給配管510の凍結も抑制される。
For this reason, even if it passes for a long time since the electric power generation stop of the
ところでスタック1が発電運転するときには、燃料原料供給配管510を介して燃料原料が改質部22に供給されている。同様に、スタック1が発電運転するときには、改質水供給配管410を介して改質水が蒸発部20に供給されている。スタック1の発電条件や外部環境の条件などの如何によっては、スタック1の温度や燃焼火炎24の熱影響を受け、改質水供給配管410を流れる改質水が過剰に加熱されるおそれがある。この場合、改質水供給配管410を流れる改質水が改質水供給配管410において過剰に沸騰するおそれがあり、好ましくない。この点本実施形態によれば、図2に示されるように、断熱壁30の内部において、断熱壁30の厚み方向である矢印ta方向において、改質水供給配管410は、燃料原料供給配管510および空気配管29よりも外側表面33の側に寄せて設けられている。
By the way, when the
すなわち、改質水供給配管410は、発電運転において高温となるスタック1および燃焼火炎24に対して、燃料原料供給配管510および空気配管29よりも遠ざけられている。従って、スタック1および燃焼火炎24の熱に対して、改質水供給配管410は燃料原料供給配管510および空気配管29よりも遠ざけられている。従って、スタック1の発電運転中において、改質水供給配管410を流れる改質水が蒸発部20に流入する前において過剰に沸騰されることは、抑制される。なお、空気配管29は起動時において燃料原料を空気の酸素で部分酸化改質により酸化させて酸化熱を利用するための空気を供給するものである。このため、スタック1の起動形態によっては、空気配管29を廃止させることもできる(以下の実施形態でも同様)。部分酸化改質は次の反応式により示され、反応発熱を利用して起動時間を早めることができる。CH4+1/2O2→2H2+CO
このように生成された水素は燃焼部23で燃焼される。未反応の酸素は燃焼部23に供給されて支燃ガスとして使用される。本実施形態によれば、改質水供給配管410および燃料原料供給配管510は、断熱壁30の内部において互いに熱交換可能に接近しつつ並走していることが好ましい。この場合、スタック1の発電運転中において、改質水供給配管410を流れる改質水の温度が高いときには、燃料原料供給配管510を流れるガス状の燃料原料と改質水供給配管410の改質水との熱交換を期待することができる。故に、改質水供給配管410を流れる改質水が蒸発部20に流れる前に、改質水供給配管410において過剰に沸騰することを抑制させるのに有利である。
That is, the reforming
The hydrogen generated in this way is burned in the
更に図2に示されるように、スタック1の起動時において燃料原料を酸化させて酸化熱を生成させる空気をスタック1に供給する空気配管29が設けられている。空気配管29は、断熱壁30の下面部30uから壁部30aに直状に進入しつつ、壁部30aの上部において蒸発部20に向けられている。ここで、スタック1の起動時のみ空気配管29には空気が供給される。スタック1が通常に発電運転しているときには、空気配管29には空気が供給されない。ここで、図1に示されるように、断熱壁30の内側表面31および外側表面33に保浦平行に空気配管29が並走されるように、空気配管29が断熱壁30の内部に埋設されている。このため発電停止後においても、空気配管29の温度も長時間にわたり凍結可能温度以上に維持される。故に、空気配管29に水分が付着しているときであっても、断熱壁30の余熱により空気配管29の凍結も抑制される。なお本実施形態によれば、空気配管29,改質水供給配管410および燃料原料供給配管510の合流領域XPは、断熱壁30の壁部30aの内部とされている。但し、これに限らず、場合によっては、空気配管29,改質水供給配管410および燃料原料供給配管510は壁部30aで合流せずに、蒸発部20において合流する方式としても良い。場合によっては、改質水供給配管410および燃料原料供給配管510は、断熱壁30の内部において互いに熱交換可能に接近せずに、所定距離離間していても良い。
Further, as shown in FIG. 2, an
(実施形態2)
図4は実施形態2を示す。本実施形態は前記した実施形態と共通する構成および共通する作用効果を有する。並走配管29m,410m,510mは断熱壁30の内部において互いに並走されている。断熱壁30の厚み方向(矢印ta方向)において、内側表面31から外側表面33に向けて、燃料原料供給配管510の並走配管510m、改質水供給配管410の並走配管410m、空気配管29の並走配管29mの順に配置されている。この場合、改質水供給配管410の並走配管410mは実施形態1の場合よりも内側表面31に近づいている。このため、スタック1の発電運転が停止されたときであっても、スタック1から受熱し、改質水供給配管410の保温性が確保され、寒冷地または冬季などにおいても、改質水供給配管410における凍結が抑制されている。このため、スタック1の発電停止から長時間経過したとしても、断熱壁30の余熱により、改質水供給配管410を凍結開始温度以上に長時間にわたり保温することができる。例えば、夜間においてスタック1の発電運転を停止させたときであっても、翌朝の次回の起動時まで、断熱壁30の余熱により、改質水供給配管410を凍結開始温度以上に長時間にわたり保温することができる。このため改質水供給配管410に改質水が残留する場合においても、寒冷地または冬季などにおいて、改質水供給配管410に残留する改質水の凍結を長時間にわたり抑制することができ、スタック1の次回の起動を良好に実施できる。
(Embodiment 2)
FIG. 4 shows a second embodiment. This embodiment has the same configuration and the same function and effect as the above-described embodiment. The
さらに図4に示されるように、断熱壁30の厚み方向(矢印ta方向)において、改質水供給配管410は、断熱壁30の内部において燃料原料供給配管510および空気配管29に隣設されている。すなわち、改質水供給配管410および燃料原料供給配管510は、断熱壁30の内部において互いに熱交換可能に接近しつつ、互いに並走している。このため、スタック1の発電運転において、改質水供給配管410を流れる改質水の温度が高いときには、燃料原料供給配管510を流れるガス状の燃料原料と改質水供給配管410を流れる改質水との熱交換を期待できる。故に、スタック1の発電運転において、改質水供給配管410を流れる改質水が蒸発部20に流れる前に、改質水供給配管410において過剰に沸騰することを抑制させるのに有利である。
Further, as shown in FIG. 4, the reforming
(実施形態3)
図5は実施形態3を示す。本実施形態は前記した実施形態と共通する構成および共通する作用効果を有する。並走配管29m,410m,510mは断熱壁30の内部において互いに並走されている。改質水供給配管410は断熱壁30の内部において、改質水供給配管410の並走配管410mは、金属等の伝熱材料で形成されている伝熱部材350を介して燃料原料供給配管510の並走配管510mおよび空気配管29の並走配管29mに隣設されている。伝熱材料としては、伝熱性が良好な金属またはセラミックス(例えば窒化アルミニウム,炭化珪素、アルミナ)が好ましい。伝熱部材350は、断熱壁30の内部において改質水供給配管410の並走方向に沿って延設されている。この場合、改質水供給配管410、燃料原料供給配管510および空気配管29の熱伝達面積が確保される。燃焼火炎34の火力が強いときであっても、改質水供給配管410における改質水の沸騰を抑制するのに有利である。この場合、スタック1の発電運転中において、燃料原料供給配管510にガス状の燃料原料が流れると、改質水供給配管410を流れる改質水と熱交換できる。故に、スタック1の発電運転中において、燃料原料供給配管510を流れるガス状の燃料原料を蒸発部20の上流において予熱できるばかりか、改質水供給配管410を流れる改質水が蒸発部20に流れる前に改質水供給配管410において過剰に沸騰することを抑制させるのに有利である。
(Embodiment 3)
FIG. 5 shows a third embodiment. This embodiment has the same configuration and the same function and effect as the above-described embodiment. The
(実施形態4)
図6は実施形態4を示す。本実施形態は前記した実施形態と共通する構成および共通する作用効果を有する。改質水供給配管410は断熱壁30の内部において、断熱壁30の厚み方向(矢印ta方向)と交差する方向(矢印tc方向,内側表面31および外側表面33と平行な方向)において、改質水供給配管410は燃料原料供給配管510および空気配管29に隣設されている。この場合、図6から理解できるように、断熱壁30の厚みを抑制させるのに有利である。ここで、燃料原料供給配管510と改質水供給配管410とは互いに熱交換可能となるように隣設しつつ接近している。このため、燃料原料供給配管510にガス状の燃料原料が流れると、改質水供給配管410を流れる改質水と熱交換できる。故に、スタック1の発電運転において、改質水供給配管410を流れる改質水が蒸発部20に流れる前に改質水供給配管410において過剰に沸騰することを抑制させるのに有利である。
(Embodiment 4)
FIG. 6 shows a fourth embodiment. This embodiment has the same configuration and the same function and effect as the above-described embodiment. The reforming
図6に示すように、断熱壁30の壁部30aは厚み方向(矢印ta方向)に2分割されており、内側表面31をもつ内側層30fと、外側表面33をもつ外側層30sとを接合して形成されている。内側層30fは、配管410,510,29等を嵌合させる断面半円形状をなす溝300xをもつことができる。外側層30sは、配管410,510等を嵌合させる断面半円形状をなす溝300xをもつことができる。但しこれに限らず、断熱壁30の壁部30aは一体構造でも良い。なお、図6においては図示しないものの、改質水供給配管410は断熱壁30の内部において、改質水供給配管410は、金属等の伝熱材料で形成されている伝熱部材を介して互いに熱交換可能に燃料原料供給配管510および空気配管29に隣設されていても良い。
As shown in FIG. 6, the
(実施形態5)
図7は実施形態5を示す。本実施形態は前記した実施形態と共通する構成および共通する作用効果を有する。断熱壁30の厚み方向(矢印ta方向)において、内側表面31から外側表面33に向けて、改質水供給配管410、燃料原料供給配管510、空気配管29の順に配置されている。この場合、改質水供給配管410は断熱壁30の内側表面31に近づいている。このため、スタック1の発電運転が停止されたときであっても、改質水供給配管410は高温状態のスタック1および燃焼部23からの放熱を受ける。故に、寒冷地や冬季等においても、スタック1の発電運転が停止されている場合であっても、改質水供給配管410の温度および保温性が長時間にわたり確保され、故に、改質水供給配管410に残留する改質水の凍結抑制に貢献できる。この場合においても、スタック1の発電運転中において、燃料原料供給配管510にガス状の燃料原料が流れると、改質水供給配管410を流れる改質水との熱交換を期待できる。故に、スタック1の発電運転において、改質水供給配管410を流れる改質水が蒸発部20に流れる前に改質水供給配管410において過剰に沸騰することを抑制させるのに有利である。
(Embodiment 5)
FIG. 7 shows a fifth embodiment. This embodiment has the same configuration and the same function and effect as the above-described embodiment. In the thickness direction of the heat insulating wall 30 (arrow ta direction), the reforming
(実施形態6)
図8は実施形態6を示す。本実施形態は前記した実施形態と共通する構成および共通する作用効果を有する。断熱壁30の厚み方向(矢印ta方向)において、内側表面31から外側表面33に向けて、燃料原料供給配管510、改質水供給配管410、空気配管29の順に配置されている。この場合、実施形態1の場合に比較して、改質水供給配管410は断熱壁30の内側表面31に近づいている。このため、スタック1の発電運転が停止されたときであっても、改質水供給配管410はスタック1および燃焼部23からの放熱を受けることができる。故に、改質水供給配管410の保温性が長時間にわたり確保され、改質水供給配管410に残留する改質水の凍結抑制に貢献できる。
(Embodiment 6)
FIG. 8 shows a sixth embodiment. This embodiment has the same configuration and the same function and effect as the above-described embodiment. In the thickness direction (arrow ta direction) of the
この場合においても、スタック1の発電運転中において燃料原料供給配管510にガス状の燃料原料が流れると、改質水供給配管410を流れる改質水との熱交換を期待できる。故に、スタック1の発電運転において、改質水供給配管410を流れる改質水が蒸発部20に流れる前に改質水供給配管410において過剰に沸騰することを抑制させるのに有利である。殊に図8に示すように、断熱壁30の壁部30aにおいて、改質水供給配管410の内側には燃料原料供給配管510が配置されているため 、燃料原料供給配管510が遮熱作用を果たす。故に改質水供給配管410の過剰昇温化を抑制できる。
Even in this case, when a gaseous fuel material flows through the fuel
(実施形態7)
図9は実施形態7を示す。本実施形態は前記した実施形態と共通する構成および共通する作用効果を有する。スタック1、蒸発部20、改質部および断熱壁30を収容する外箱200が設けられている。外箱200は、(i)スタック1、蒸発部20、改質部22および断熱壁30を収容すると共にスタック1、蒸発部20、改質部22および断熱壁30からの放熱を受ける上室として機能する第1室201と、(ii)スタック1の発電運転に関連する補機(例えば水精製器40およびタンク44)を収容すると共に発電運転停止時において第1室201よりも温度が低くなる下室として機能する第2室202と、(iii)第1室201および第2室202を仕切る仕切壁203とを有する。
(Embodiment 7)
FIG. 9 shows a seventh embodiment. This embodiment has the same configuration and the same function and effect as the above-described embodiment. An
スタック1の発電運転時およびスタック1の発電運転の停止時において、スタック1が収容されている第1室201は、第2室202よりも高温となりがちである。第2室202は第1室201よりも低温となりがちである。このため寒冷地または冬季などでは、スタック1の発電が停止されている状態である場合、第2室202における補機(例えば水精製器40およびタンク44)は凍結するおそれがある。そこで本実施形態によれば、図9に示されるように、断熱壁30は進入断熱壁300を有する。進入断熱壁300は、断熱壁30に繋がるため、断熱壁30から受熱する。進入断熱壁300は、第1室201から第2室202に進入して第2室202に露出すると共に、断熱壁30および進入断熱壁300の余熱を第2室202に放出させることができる。ここで、進入断熱壁300は、断熱壁30の下部から重力方向の下方に延設されるように、断熱壁30の下面部30uに隣設されており、第2室202に向けて露出している。
During the power generation operation of the
スタック1が運転停止されているときであっても、断熱壁30は高温状態に維持されており、ひいては進入断熱壁300の熱を第2室202にゆっくりと放出させることができる。故に、進入断熱壁30が第2室202に進入していない場合に比較して、第2室202の温度を高め、第2室202における補機(例えば水精製器40およびタンク44)の凍結を抑制させるのに有利となる。本実施形態によれば、進入断熱壁30には改質水供給配管410が埋設されているため、寒冷地や冬季などにおいてスタック1の発電運転が停止されているとしても、改質水供給配管410の温度を凍結開始温度以上に維持でき、改質水供給配管410の凍結を抑制させることができる。
Even when the
(実施形態8)
図10は実施形態8を示す。本実施形態は前記した実施形態と共通する構成および共通する作用効果を有する。図10に示されるように、改質水供給配管410および燃料原料供給配管510は二重巻二重管構造とされている。二重巻二重管構造において、改質水供給配管410は内側に同心的に配置されており、燃料原料供給配管510は外側に同心的に配置されている。このためスタック1の発電運転において、燃料原料供給配管510にガス状の燃料原料が流れると、改質水供給配管410を流れる改質水と効率よく熱交換することができる。故に、スタック1が発電運転しているとき、改質水供給配管410を流れる改質水が蒸発部20に流れる前に改質水供給配管410において過剰に沸騰することを抑制させるのに有利である。更に燃料原料供給配管510を流れるガス状の燃料原料を予熱させることも期待できる。
(Embodiment 8)
FIG. 10 shows an eighth embodiment. This embodiment has the same configuration and the same function and effect as the above-described embodiment. As shown in FIG. 10, the reforming
(実施形態9)
図11は実施形態9を示す。本実施形態は、固体酸化物形の燃料電池システムに適用している。図11は固体酸化物形の燃料電池システムの概念を示す。本実施形態は、空気配管(図示せず),改質水供給配管410および燃料原料供給配管510は壁部30aで合流せずに、蒸発部20において合流する方式を採用している。燃料電池システムは、図11に示すように、基本的には、固体酸化物形のスタック1と、改質器2と、制御部100と、筐体9とを有する。更に、燃料電池システムは、筐体9の内部において、改質水系4と、燃料原料供給系5、カソードガス供給糸6、貯湯系7とを有する。
(Embodiment 9)
FIG. 11 shows a ninth embodiment. This embodiment is applied to a solid oxide fuel cell system. FIG. 11 shows the concept of a solid oxide fuel cell system. The present embodiment employs a method in which the air pipe (not shown), the reforming
図11に示すように、スタック1は、アノードガスが供給される燃料極として機能するアノードと、カソードガスが供給される酸化剤極として機能するカソードと、アノードおよびカソードで挟まれた固体酸化物を母材とする電解質膜(図略)とを有する。固体酸化物は、酸素イオン(O2−)を伝導させる性質性をもつものであり、YSZ等のジルコニア系、ランタンガレート系が例示される。アノードは、ニッケル−セリア系サーメットが例示される。カソードは、サマリウムコバルタイト、ランタンマンガナイトが例示される。材質は上記に限定されるものではない。なお、スタック1の下部には、アノードガスをスタック1の入口に案内するアノードガスマニホルド13が配置されている。なお、スタック1の温度を検知する第1温度センサ101の信号は制御部100に入力される。
As shown in FIG. 11, the
図11に示すように、改質器2は、蒸発部20と、燃料原料が供給される改質部22とを備えている。蒸発部20は、改質水系4から蒸発部20に供給される液相状の改質水を水蒸気化させる。改質部22は蒸発部20の下流に設けられており、蒸発部20で生成された水蒸気で燃料原料を水蒸気改質させてアノードガスを生成させる。アノードガスは水素ガスまたは水素含有ガスである。外箱として機能する筐体9は、収容室91と、収容室91と外気とを連通させる外気取込口92をもつ
燃料電池モジュール3は、外箱として機能する筐体9の内部に収容されており、断熱材で形成された容器状の断熱壁30を有しており、断熱壁30の内部にスタック1および改質器2を燃焼部23を介して収容して形成されている。断熱壁30は殻状をなしており、壁部30a,30b,30c,30dを有する。断熱壁30としては、繊維状、面状またはブロック状の断熱材料を被覆させて形成しても良く、要するに断熱性を有すれば良い。
As shown in FIG. 11, the
燃料電池モジュール3では、スタック1の上側には改質器2(改質部22および蒸発部20)が配置されている。燃料電池モジュール3では、スタック1と改質器2(改質部22および蒸発部20)との間には、燃焼部23が形成されている。殊に、スタック1の上部と改質器2(改質部22および蒸発部20)の下部との間には、燃焼部23が形成されている。スタック1のアノード11から発電反応後のアノードオフガスが燃焼部23に排出される。スタック1のカソード12から発電反応後のカソードオフガスが燃焼部23に排出される。アノードオフガスはアノードガスを発電させた後のガスであり、未反応の水素(可燃成分)を含有して燃焼可能である。カソードオフガスはカソードガスを発電させた後のガスであり、未反応の酸素を含有している。燃焼部23に排出されたアノードオフガスは、カソードオフガス(燃焼用空気に相当)により燃焼され、燃焼火炎24を燃焼部23において形成する。燃焼部23において燃焼火炎24を形成したアノードオフガスおよびカソードオフガスは、燃焼排気ガスとなる。燃焼部23における燃焼火炎24は改質部22および蒸発部20の双方を加熱させ、改質部22の温度を改質反応温度領域に維持させる。
In the
図11に示すように、改質水系4は、改質部22における水蒸気改質において水蒸気として消費される改質水を改質部22に供給するものであり、水精製器40と改質器2とを結ぶ改質水通路41と、改質水ポンプ42(改質水搬送源)と、給水バルブ43とを有する。水精製器40は、水を浄化させ得るイオン交換樹脂等の水精製材40aを有する。改質水通路41には、貯水タンク44、改質水ポンプ42、給水バルブ43が設けられている。
As shown in FIG. 11, the reforming water system 4 supplies reforming water that is consumed as steam in steam reforming in the reforming
図11に示すように、燃料原料供給系5は、炭化水素系の燃料原料を改質器2に供給させるために燃料源50に繋がる燃料原料供給通路51と、入口バルブ52と、流量計53、脱硫器54と、燃料原料ポンプ55(燃料原料搬送源)とを有する。燃料原料供給通路51には、入口バルブ52、流量計53、脱硫器54および燃料原料ポンプ55が設けられている。カソードガス供給糸6は、空気であるカソードガスをスタック1のカソード12に供給するカソードガス供給通路60と、除塵フィルタ61と、カソードガスポンプ62(カソードガス搬送源)と、流量計63とを有する。カソードガス供給通路60には、除塵フィルタ61、カソードガスポンプ62および流量計63が配置されている。除塵フィルタ61は、筐体9の収容室91に配置されている。
As shown in FIG. 11, the fuel raw
カソードガスポンプ62が駆動すると、外気は外気取込口92から収容室91に流入し、除塵フィルタ61およびカソードガス供給通路60を介してカソードガスとしてスタック1の入口からカソード12に供給される。外気取込口92から取り込まれる外気(カソードガス)の温度を検知する第2温度センサ102が、筐体9の外気取込口92付近において設けられている。第2温度センサ102は、スタック1のカソード12に供給される前のカソードガスの温度を検知しており、実質的には筐体9の外部の外気温度を検知する。第2温度センサ102の信号は制御部100に入力される。
When the
図11に示すように、貯湯系7は、熱交換器74および貯湯タンク70を循環する循環通路71と、循環通路71に設けられた貯湯ポンプ72(貯湯用水の搬送源)とを有する。貯湯ポンプ72が作動すると、貯湯タンク72の水は、循環通路71から熱交換器74に供給され、熱交換器64における燃焼排気ガスとの熱交換により加熱される。加熱された水は貯湯タンク70に戻る。これにより貯湯タンク70は温水を貯留させる。燃料電池モジュール3の近傍には熱交換器64が設けられている。熱交換器74は、燃料電池モジュール3から排出される燃焼排気ガスが通過するガス通路74gと、貯湯系7の循環通路71の水が通過する水通路74wとをもつ。そして、熱交換器74を流れる燃焼排気ガスの熱は、貯湯系7の循環通路71の水に伝達される。熱交換器74のガス通路74gから排気通路75が筐体9の排気口76に向けて延設されており、燃焼排気ガスは排気通路75を介して排気口76から排出される。熱交換器74のガス通路74gから凝縮水通路77が水精製器40に向けて延設されている。従って燃焼排気ガスに含まれている気相状の水分は、熱交換器74において冷却されて凝縮水を生成する。凝縮水は凝縮水通路77から水精製器40に供給される。
As shown in FIG. 11, the hot water storage system 7 includes a
さて、スタック1の発電運転の開始前には、燃料原料ポンプ55が駆動し、燃料原料が脱硫器54、燃料原料供給通路51、蒸発部20および改質部22を経てスタック1に供給され、スタック1を介して燃焼部23に供給される。またカソードガスポンプ62が駆動するため、カソードガス(空気)がスタック1のカソード12を介して燃焼部23に供給される。これにより可燃性の燃料原料が燃焼部23においてカソードガス(空気)により燃焼され、燃焼火炎24を燃焼部23において形成する。燃焼火炎24は改質部22および蒸発部20を高温に加熱させ、改質反応可能とさせる。
Before starting the power generation operation of the
次に、スタック1の発電運転時には、燃料原料ポンプ55が駆動し、燃料原料が燃料原料供給通路51を介して改質器2の蒸発部20に供給される。また改質水ポンプ42が駆動し、貯水タンク44の改質水が改質水通路41を介して蒸発部20に供給される。ここで、蒸発部20は加熱されているため、蒸発部20は改質水を水蒸気化させる。水蒸気は改質部22に供給される。改質部22は燃料原料を水蒸気改質させ、アノードガスを生成させる。燃料原料がメタン系である場合には、水蒸気改質ではアノードガスの生成は、次の(1)式に基づくと考えられている。固体酸化物形のスタック1では、H2他にCOも燃料となりうる。
Next, during the power generation operation of the
(1)…CH4+2H2O→4H2+CO2
CH4+H2O→3H2+CO
生成されたアノードガスは、アノードガス通路14およびアノードガスマニホルド13を介して、スタック1のアノード11の入口に供給されて発電に使用される。またカソードガスポンプ62が駆動しているため、筐体9の外部の外気がカソードガスとして除塵フィルタ61およびカソードガス供給通路60を介してスタック1のカソード12の入口に供給される。これによりスタック1は発電する。
(1) ... CH 4 + 2H 2 O → 4H 2 + CO 2
CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO
The generated anode gas is supplied to the inlet of the anode 11 of the
発電反応においては、水素含有ガスで供給されるアノード11では基本的には(2)の反応が発生すると考えられている。酸素が供給されるカソード12では基本的には(3)の反応が発生すると考えられている。カソード12において発生した酸素イオン(O2−)がカソード12からアノード11に向けて電解質を伝導する。 In the power generation reaction, it is considered that the reaction (2) basically occurs at the anode 11 supplied with the hydrogen-containing gas. It is considered that the reaction (3) basically occurs at the cathode 12 to which oxygen is supplied. Oxygen ions (O 2− ) generated at the cathode 12 conduct the electrolyte from the cathode 12 toward the anode 11.
(2)…H2+O2−→H2O+2e−
COが含まれている場合には、CO+O2−→CO2+2e−
(3)…1/2O2+2e−→O2−
発電反応後のアノードオフガスおよびカソードオフガスは、スタック1の上方の燃焼部23に排出され、燃焼火炎24を燃焼部23において形成する。燃焼した後のアノードオフガスおよびカソードオフガスは、燃焼排気ガスとなり、熱交換器74および逃がし弁78を経て排気通路75の先端の排気口76から筐体9の外部に放出される。燃焼排気ガスに含まれる水分が凝縮した凝縮水は、熱交換器74から導出される凝縮水通路77から水精製器40に供給され、水精製器40で精製される。精製された水は、貯水タンク44に改質水44wとして貯留される。
(2) ... H 2 + O 2− → H 2 O + 2e −
When CO is contained, CO + O 2− → CO 2 + 2e −
(3)... 1 / 2O 2 + 2e − → O 2−
The anode off-gas and cathode off-gas after the power generation reaction are discharged to the
上記したようにスタック1のアノード11の上部からアノードオフガスが燃焼部23に吐出され、カソード12から吐出されたカソードオフガスが燃焼部23に吐出され、アノードオフガスがカソードオフガスにより燃焼されて燃焼火炎24を形成し、改質部22および蒸発部20を加熱させる。
As described above, the anode off-gas is discharged from the upper part of the anode 11 of the
従って、アノードガス(燃料原料)の流量としては、スタック1のアノード11における発電反応で使用される流量と、燃焼部23においてアノードオフガスが燃焼火炎24を形成する流量とを加算した流量が設定されている。カソードガスの流量の流量としては、スタック1のカソード12における発電反応で使用される流量と、燃焼部23においてカソードオフガスが燃焼用空気として燃焼火炎24を形成する流量と、余裕流量とを加算した流量が設定されている。
Accordingly, the flow rate of the anode gas (fuel material) is set to a flow rate obtained by adding the flow rate used in the power generation reaction in the anode 11 of the
なお、固体酸化物形のスタック1を搭載するシステムによれば、定格運転におけるスタック1の作動温度は400〜1100℃の範囲内、500〜800℃の範囲内である。
According to the system in which the
本実施形態においても、スタック1の発電停止から長時間経過したとしても、断熱壁30の余熱により、改質水供給配管410を凍結開始温度以上に長時間にわたり保温することができる。例えば、夜間においてスタック1の発電運転を停止させたときであっても、翌朝の次回の起動時まで、断熱壁30の余熱により、改質水供給配管410を凍結開始温度以上に長時間にわたり保温することができる。このため改質水供給配管410に改質水が残留する場合においても、寒冷地または冬季などにおいて、改質水供給配管410に残留する改質水の凍結を長時間にわたり抑制することができ、スタック1の次回の起動を良好に実施できる。
Also in this embodiment, even if a long time has elapsed since the power generation stop of the
(その他)
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。スタック1は平板のアノード、カソードを組み付けて形成された平板積層構造であるが、これに限らず、チューブ型でも良い。燃料電池の電解質は固体酸化物形に限定されず、リン酸形、溶融炭酸塩形でも良い。上記した記載から次の技術的思想を把握できる。
(Other)
The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and can be implemented with appropriate modifications within the scope not departing from the gist. The
[付記項1]加熱要素で加熱され改質水を水蒸気化させる蒸発部と、蒸発部に連通するように且つ加熱要素で加熱されるように設けられ、蒸発部で生成された水蒸気により前記燃料原料を水蒸気改質させてアノードガスを生成させる改質部と、改質部で生成されたアノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池と、蒸発部に改質水を供給する改質水供給配管と、水蒸気改質される燃料原料を改質部に供給する燃料原料供給配管と、少なくとも燃料電池および改質部の外側を断熱のため覆う断熱材料で形成され内側表面および内側表面に背向する外側表面を有する断熱壁とを具備する燃料電池システム。燃料電池からの放熱が抑制される。 [Additional Item 1] An evaporation section that is heated by a heating element to vaporize the reforming water, and is provided so as to communicate with the evaporation section and to be heated by the heating element. A reforming unit that reforms the raw material with steam to generate anode gas, a fuel cell that generates electricity with the anode gas and cathode gas generated in the reforming unit, and a reforming water supply that supplies reforming water to the evaporation unit Formed with piping, fuel material supply piping for supplying steam reformed fuel material to the reforming section, and at least the outside of the fuel cell and reforming section for heat insulation And a heat insulation wall having an outer surface. Heat dissipation from the fuel cell is suppressed.
本発明は例えば定置用、車両用、電子機器用、電気機器用の燃料電池システムに利用することができる。 The present invention can be used in, for example, fuel cell systems for stationary use, vehicles, electronic equipment, and electrical equipment.
1はスタック、2は改質器、20は蒸発部、22は改質部、23は燃焼部、24は燃焼火炎、29は空気配管、3は燃料電池モジュール、30は断熱壁、31は内側表面、33は外側表面、4は改質水系、40は水精製器(補機)、41は改質水供給通路、410は改質水供給配管、410mは並走配管、42は改質水ポンプ、44は給水タンク(補機)、5は燃料原料供給系、51は燃料原料供給通路、510は燃料原料供給配管、55は燃料原料ポンプ、6はカソードガス供給系、60はカソードガス供給通路、62はカソードガスポンプ、7は貯湯系、70は貯湯タンク、71は循環通路、72は貯湯ポンプ、74は熱交換器、75は排気通路、76は排気口、92は外気取込口、100は制御部、200は外箱、201は第1室、202は第2室、203は仕切壁、300は進入断熱壁を示す。 1 is a stack, 2 is a reformer, 20 is an evaporation section, 22 is a reforming section, 23 is a combustion section, 24 is a combustion flame, 29 is an air pipe, 3 is a fuel cell module, 30 is a heat insulation wall, and 31 is an inner side Surface, 33 is an outer surface, 4 is a reforming water system, 40 is a water purifier (auxiliary machine), 41 is a reforming water supply passage, 410 is a reforming water supply pipe, 410m is a parallel running pipe, and 42 is reforming water. Pump, 44 is a water supply tank (auxiliary machine), 5 is a fuel material supply system, 51 is a fuel material supply passage, 510 is a fuel material supply pipe, 55 is a fuel material pump, 6 is a cathode gas supply system, and 60 is a cathode gas supply The passage, 62 is a cathode gas pump, 7 is a hot water storage system, 70 is a hot water storage tank, 71 is a circulation passage, 72 is a hot water storage pump, 74 is a heat exchanger, 75 is an exhaust passage, 76 is an exhaust port, 92 is an outside air intake port, 100 is the control unit, 200 is the outer box, 201 is the first chamber, 2 2 is a second chamber, 203 partitioning wall, 300 denotes ingress insulating wall.
Claims (4)
前記蒸発部に連通するように且つ燃焼火炎で加熱されるように設けられ、前記蒸発部で生成された水蒸気により前記燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる改質部と、
前記改質部で生成されたアノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池と、
前記蒸発部に改質水を供給する改質水供給配管と、
水蒸気改質される前記燃料原料を前記改質部に供給する燃料原料供給配管と、
少なくとも前記燃料電池および前記改質部の外側を断熱のため覆う断熱材料で形成され内側表面および前記内側表面に背向する外側表面を有する断熱壁とを具備しており、
前記断熱壁は、前記断熱壁の前記内側表面および前記外側表面に前記改質水供給配管を並走させつつ前記断熱壁の内部に埋設しており且つ発電運転停止時において前記断熱壁の余熱により前記改質水供給配管を保温する燃料電池システムであって、
前記燃料電池、前記蒸発部、前記改質部および前記断熱壁を収容する外箱が設けられており、
前記外箱は、前記燃料電池、前記蒸発部、前記改質部および前記断熱壁を収容すると共に前記燃料電池、前記蒸発部、前記改質部および前記断熱壁からの放熱を受ける第1室と、前記燃料電池の発電運転に関連する補機を収容すると共に発電運転停止時において前記第1室よりも温度が低くなる第2室と、前記第1室および前記第2室を仕切る仕切壁とを有しており、
前記断熱壁は、前記第1室から前記第2室に進入して前記第2室に露出すると共に余熱を前記第2室に放出させる進入断熱壁を有する燃料電池システム。 An evaporation section that is heated by a combustion flame and steams the reformed water;
A reforming unit provided to communicate with the evaporation unit and to be heated by a combustion flame, and reforming the fuel material with water vapor generated in the evaporation unit to generate an anode gas;
A fuel cell that generates electricity with the anode gas and the cathode gas generated in the reforming section;
A reforming water supply pipe for supplying reforming water to the evaporation section;
A fuel material supply pipe for supplying the fuel material to be reformed with steam to the reforming unit;
A heat insulating wall that is formed of a heat insulating material that covers at least the outside of the fuel cell and the reforming part for heat insulation, and has an inner surface and an outer surface facing away from the inner surface;
The heat insulating wall is embedded in the heat insulating wall while running the reforming water supply pipes side by side on the inner surface and the outer surface of the heat insulating wall, and due to residual heat of the heat insulating wall when the power generation operation is stopped. A fuel cell system for keeping the reformed water supply pipe warm ,
An outer box that houses the fuel cell, the evaporation section, the reforming section and the heat insulating wall is provided;
The outer box houses the fuel cell, the evaporation unit, the reforming unit, and the heat insulation wall, and receives a heat radiation from the fuel cell, the evaporation unit, the reforming unit, and the heat insulation wall; A second chamber that houses auxiliary equipment related to the power generation operation of the fuel cell and has a temperature lower than that of the first chamber when the power generation operation is stopped; and a partition wall that partitions the first chamber and the second chamber Have
The heat insulating wall includes a heat insulating wall that enters the second chamber from the first chamber, is exposed to the second chamber, and discharges residual heat to the second chamber.
前記断熱壁は、前記断熱壁の前記内側表面および前記外側表面に前記空気配管を並走させつつ前記断熱壁に埋設している燃料電池システム。 In any 1 paragraph of Claims 1-3 , the air piping which supplies the fuel cell with the air which oxidizes the fuel material at the time of starting of the fuel cell and generates oxidation heat is provided,
The said heat insulation wall is a fuel cell system which is embed | buried in the said heat insulation wall, making the said air piping run along the said inner surface and the said outer surface of the said heat insulation wall.
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