JP5908746B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料ガスとして炭化水素系燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system that generates power using a hydrocarbon fuel gas as a fuel gas.

燃料電池システムとして、固体酸化物形セルを複数積層したセルスタックを用いたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この固体酸化物形セルでは、酸素イオンを伝導する固体電解質の片側に燃料極が設けられ、その他側に空気極が設けられ、電解質の材料として、一般的にイットリアをドープしたジルコニアが用いられている。このようなセルスタックでは、600〜1000℃の高温で、燃料ガス中の水素、一酸化炭素、炭化水素と酸化材中の酸素を電気化学反応させて発電が行われる。固体酸化物形の燃料電池システムは、他の形態の燃料電池システムやガスエンジンなどに比べて、高発電効率での発電が可能なことから、有望な発電技術として開発が行われている。   As a fuel cell system, one using a cell stack in which a plurality of solid oxide cells are stacked is known (for example, see Patent Document 1). In this solid oxide cell, a fuel electrode is provided on one side of a solid electrolyte that conducts oxygen ions, an air electrode is provided on the other side, and zirconia doped with yttria is generally used as an electrolyte material. Yes. In such a cell stack, electric power is generated by causing an electrochemical reaction between hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons in the fuel gas and oxygen in the oxidant at a high temperature of 600 to 1000 ° C. Solid oxide fuel cell systems have been developed as promising power generation technologies because they can generate power with higher power generation efficiency than other types of fuel cell systems and gas engines.

このセルスタックは、セラミックス製のセルの集合体から構成され、信頼性確保(換言すると、割れないようにすること)を第一に優先して設計されている。セルスタックの信頼性が高い(即ち、タフである)と、セルスタックにおける温度分布、温度変化速度などの制約が少なくなり、この制約が少なければ、燃料電池システムにおける発熱部及び吸熱部を複合化してセルスタックを格納する高温部からの放熱を抑制することができ、小容量でも高発電効率のものが実現しやすくなる。また、大きな温度変化速度に対応できれば、燃料電池システムの起動停止、負荷変動に有利に稼働させることができる。   This cell stack is composed of a collection of ceramic cells and is designed with priority given to ensuring reliability (in other words, avoiding cracking). When the reliability of the cell stack is high (that is, it is tough), there are less restrictions on the temperature distribution and temperature change rate in the cell stack, and if there are few restrictions, the heat generating part and the heat absorbing part in the fuel cell system are combined. Therefore, it is possible to suppress the heat radiation from the high temperature part storing the cell stack, and it is easy to realize a high power generation efficiency even with a small capacity. Moreover, if it can cope with a large temperature change rate, it can be operated advantageously to start / stop of the fuel cell system and load fluctuation.

一般に、セラミックスは基本サイズが小さいほど壊れ難く、信頼性が確保しやすいという基本的な性質を有しており、このようなことから、固体酸化物形のセルスタックでは、基本サイズが小さいセルを用いたものの開発が進められてきている。リン酸形燃料電池や溶融炭酸塩形燃料電池では、その大きさが1m角レベル、即ちセル一つの大きさ(面積)が数千〜1万cm2であるのに対し、固体酸化物形のセルスタックでは、セル一つの大きさ(面積)が数十〜数百cm2として開発されている。そのため、固体酸化物形燃料電池システムでは、単一のセルスタックでの発電容量が小さくならざるをえない。この発電容量を大きくするためにセル一つの面積を大きくすると、セルの信頼性が下がったり、製造歩留まりが下がったりする問題が発生する。このようなことから、限定された出力の固体酸化物形のセルスタックを複数用いて所望の発電容量を得る技術の必要性が強く望まれている。 In general, ceramics have the basic property that the smaller the basic size, the more difficult it is to break and the easier it is to ensure reliability. Development of the ones used has been promoted. In phosphoric acid fuel cells and molten carbonate fuel cells, the size is 1 m square, that is, the size (area) of one cell is several thousand to 10,000 cm 2 , whereas the solid oxide type In the cell stack, the size (area) of one cell is developed as several tens to several hundreds cm 2 . Therefore, in the solid oxide fuel cell system, the power generation capacity in a single cell stack must be reduced. If the area of one cell is increased in order to increase the power generation capacity, there arises a problem that the reliability of the cell decreases and the manufacturing yield decreases. For this reason, there is a strong demand for a technique for obtaining a desired power generation capacity using a plurality of solid oxide cell stacks with limited outputs.

このような要望を満たすために、例えば、図12に示すように、所望の発電容量を得るための燃料電池モジュール集合体としてN個(図示では4個)の燃料電池モジュールAから構成し、燃料ガス供給系として、各燃料電池モジュールAに対応してN系統の燃料ガス供給ラインBを設け、また改質水供給系として、各燃料電池モジュールAに対応してN系統の水供給ラインCを設け、各燃料ガス供給ラインBからの燃料ガス及び各水供給ラインCからの改質水を対応する燃料電池モジュールAの改質器Pに送給するように構成することも考えられる。本明細書全体を通して、燃料ヘッダとセルスタックを備えたものを「燃料電池モジュール」として表現し、一つの燃料ヘッダを備えた燃料電池モジュールを一つの燃料電池モジュールとして表現しており、例えば一つの燃料ヘッダに一つのセルスタックが設けられているもの、一つの燃料ヘッダに二つ以上のセルスタックを備えているものは、いずれも、一つの燃料電池モジュールの概念に含まれる。このような構成では、各燃料ガス供給ラインBに燃料ガスポンプD及びガス流量センサEを設け、また各水供給ラインCに水ポンプF及び水流量センサGを設け、燃料電池モジュールA毎に燃料ガスポンプD及び水ポンプFを制御するようになる。   In order to satisfy such a demand, for example, as shown in FIG. 12, a fuel cell module assembly for obtaining a desired power generation capacity is composed of N (in the figure, four) fuel cell modules A, and fuel As a gas supply system, an N-system fuel gas supply line B is provided corresponding to each fuel cell module A, and as a reformed water supply system, an N-system water supply line C is provided corresponding to each fuel cell module A. It is also conceivable that the fuel gas from each fuel gas supply line B and the reformed water from each water supply line C are supplied to the corresponding reformer P of the fuel cell module A. Throughout this specification, the fuel header and the cell stack are expressed as “fuel cell module”, and the fuel cell module with one fuel header is expressed as one fuel cell module. A fuel header provided with one cell stack and a fuel header provided with two or more cell stacks are all included in the concept of one fuel cell module. In such a configuration, each fuel gas supply line B is provided with a fuel gas pump D and a gas flow sensor E, each water supply line C is provided with a water pump F and a water flow sensor G, and a fuel gas pump is provided for each fuel cell module A. D and the water pump F are controlled.

また、上述した構成に代えて、例えば、図13に示すように、所望の発電容量を得るための燃料電池モジュール集合体としてN個(図示では4個)の燃料電池モジュールAから構成し、燃料ガス供給系として共通の燃料ガス供給ラインHを設け、また改質水供給系として共通の水供給ラインIを設けるように構成することも考えられる。このような構成では、燃料ガス供給ラインHに燃料ガスポンプJ及びガス流量センサKを設け、燃料ガス供給ラインHからの燃料ガスをガス分配室Lで分配してガス送給分岐ラインMを介して各燃料電池モジュールAの改質器Pに送給するようになる。また、水供給ラインIに水ポンプN及び水流量センサOを設け、水供給ラインIからの改質水を水分配室Qで分配して水送給分岐ラインRを介して改質器Pに送給するようになる。尚、この場合、燃料電池モジュール集合体(N個の燃料電池モジュールA)に供給する燃料ガス及び改質水の供給量を一つの燃料ガスポンプJ及び水ポンプNで制御するようになる。   Further, instead of the above-described configuration, for example, as shown in FIG. 13, a fuel cell module assembly for obtaining a desired power generation capacity is configured by N (four in the drawing) fuel cell modules A, and the fuel It is also conceivable that a common fuel gas supply line H is provided as the gas supply system, and a common water supply line I is provided as the reforming water supply system. In such a configuration, the fuel gas supply line H is provided with the fuel gas pump J and the gas flow rate sensor K, the fuel gas from the fuel gas supply line H is distributed in the gas distribution chamber L, and the gas supply branch line M is connected. The fuel cell module A is fed to the reformer P of each fuel cell module A. Further, a water pump N and a water flow sensor O are provided in the water supply line I, the reformed water from the water supply line I is distributed in the water distribution chamber Q, and is supplied to the reformer P through the water supply branch line R. It comes to send. In this case, the supply amount of fuel gas and reforming water supplied to the fuel cell module assembly (N fuel cell modules A) is controlled by one fuel gas pump J and water pump N.

特開2008−243589号公報JP 2008-243589 A

しかしながら、上述の燃料電池システムでは、次の通りの解決すべき問題がある。図12に示す燃料電池システムでは、燃料電池モジュールA毎に燃料ガスポンプD、ガス流量センサE、水供給ポンプF及び水流量センサGが必要となるために構造が複雑になるとともに、その製作コストが高価になる。また、これらの制御も燃料電池モジュールA毎に行う必要があるために、その制御も複雑になる。   However, the above-described fuel cell system has the following problems to be solved. The fuel cell system shown in FIG. 12 requires a fuel gas pump D, a gas flow rate sensor E, a water supply pump F, and a water flow rate sensor G for each fuel cell module A, so that the structure is complicated and the manufacturing cost is low. It becomes expensive. In addition, since these controls need to be performed for each fuel cell module A, the controls are complicated.

また、図13に示す燃料電池システムでは、燃料電池モジュール集合体(N個の燃料電池モジュールA)として燃料ガスポンプJ、ガス流量センサK、水供給ポンプN及び水流量センサOを一つ用いるのみであるので構造が簡単になるが、各燃料電池モジュールA(換言すると、改質器P)へ送給する燃料ガスの分岐精度が改質水の気化に伴う圧力変動の影響を受けやすくなるという問題がある。改質器Pの気化部では水を滴下しており、滴下周期・蒸発に伴う体積膨張によって圧力変動が生じる。また、燃料電池モジュールAを負荷変動に追従して稼働させる場合、燃料電池モジュールAの上端部(所謂、燃焼室)での燃焼状態によって、改質器Pの気化部での圧力がさらに変動する。改質器Pの気化部における圧力変動がN系列の燃料ガス送給分岐ラインMで起こるため、燃料ガスの分配のずれが生じ、過渡的には燃料ガスの分配量が少なくなる燃料電池モジュールAが生じやすくなる。また、長期的な運用では、改質器Pの改質触媒が割れ、改質触媒部の充填状態が変わり、改質器Pの改質部の圧力損失が大きくなる。このような改質器Pの改質部において圧力損失特性が経時変化すると、各燃料電池モジュールAに供給される燃料ガスの送給量の分配比率が変化し、燃料電池モジュール集合体の複数の燃料電池モジュールの一部が運転不能に陥るおそれが生じる。   In the fuel cell system shown in FIG. 13, only one fuel gas pump J, gas flow sensor K, water supply pump N, and water flow sensor O are used as a fuel cell module assembly (N fuel cell modules A). However, there is a problem that the structure is simple, but the branching accuracy of the fuel gas supplied to each fuel cell module A (in other words, the reformer P) is easily affected by pressure fluctuations accompanying the vaporization of the reforming water. There is. Water is dripped in the vaporizing section of the reformer P, and pressure fluctuation occurs due to the volume expansion accompanying the dripping cycle and evaporation. Further, when the fuel cell module A is operated following the load fluctuation, the pressure in the vaporization section of the reformer P further varies depending on the combustion state in the upper end portion (so-called combustion chamber) of the fuel cell module A. . Since the pressure fluctuation in the vaporization section of the reformer P occurs in the N-series fuel gas supply / branch line M, the fuel gas distribution shifts, and the fuel cell module A in which the fuel gas distribution amount becomes transiently small. Is likely to occur. Further, in long-term operation, the reforming catalyst of the reformer P is cracked, the charging state of the reforming catalyst section is changed, and the pressure loss of the reforming section of the reformer P becomes large. When the pressure loss characteristics change with time in the reforming section of such a reformer P, the distribution ratio of the amount of fuel gas supplied to each fuel cell module A changes, and a plurality of fuel cell module assemblies There is a risk that part of the fuel cell module may become inoperable.

本発明の目的は、比較的小さい発電出力の燃料電池モジュールを複数用いて比較的大きい発電出力を得るに適した燃料電池システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system suitable for obtaining a relatively large power generation output by using a plurality of fuel cell modules having a relatively small power generation output.

本発明の請求項1に記載の燃料電池システムは、炭化水素系燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、水蒸気改質に用いる水を供給するための改質水供給手段と、前記改質水供給手段からの改質水を気化させる気化器と、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスを前記気化器からの水蒸気を用いて水蒸気改質する改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元により発電を行う複数の燃料電池モジュールから構成された燃料電池モジュール集合体と、発電に寄与しない余剰燃料ガスを燃焼させるために前記複数の燃料電池モジュールの各々の上端部又は直上部に設けられた燃焼室と、を備えており、
前記改質器は前記複数の燃料電池モジュールの各々の前記燃焼室に対応して配設された複数の改質室部を有し、前記複数の燃料電池モジュールの各々の前記燃焼室の燃焼排気ガスを利用して対応する改質室部が加熱され、
また、前記気化器は、前記燃料電池モジュール集合体の前記複数の燃料電池モジュールに囲まれた領域に配置され、前記燃料電池モジュール集合体の前記複数の燃料電池モジュールの各々の前記燃焼室からの燃焼排気ガスは前記気化器を通して流れ、前記改質水供給手段からの改質水は、前記気化器にて前記複数の燃料電池モジュールの各々の前記燃焼室からの燃焼排気ガスを利用して気化され、
更に、前記燃料ガス供給手段と前記改質器の前記複数の改質室部との間には、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスと前記気化器からの改質用水蒸気とを混合する第1混合ハウジングが設けられ、更に、前記改質器の前記複数の改質室部と前記燃料電池モジュール集合体の前記複数の燃料電池モジュールとの間には、前記改質器の前記複数の改質室部で水蒸気改質された改質燃料ガスを混合する第2混合ハウジングが設けられ、
前記第1混合ハウジングにて混合された改質用水蒸気と燃料ガスとは、前記改質器の前記複数の改質室部に分岐して送給され、そして、前記改質器の前記複数の改質室部にて水蒸気改質された改質燃料ガスは、前記第2混合ハウジングにて混合された後に前記燃料電池モジュール集合体の前記複数の燃料電池モジュールに分岐して送給されることを特徴とする。
The fuel cell system according to claim 1 of the present invention includes a fuel gas supply means for supplying hydrocarbon fuel gas, a reforming water supply means for supplying water used for steam reforming, and the modified A vaporizer for vaporizing the reformed water from the quality water supply means; a reformer for steam reforming the fuel gas from the fuel gas supply means using the steam from the vaporizer; and the reformer A fuel cell module assembly composed of a plurality of fuel cell modules that generate power by oxidation and reduction of the reformed reformed fuel gas and oxidant, and the plurality of fuel cells to burn excess fuel gas that does not contribute to power generation A combustion chamber provided at the upper end or directly above each of the fuel cell modules,
The reformer has a plurality of reforming chamber portions disposed corresponding to the combustion chambers of the plurality of fuel cell modules, and combustion exhaust of the combustion chambers of the plurality of fuel cell modules. The corresponding reforming chamber is heated using gas,
The carburetor is disposed in a region of the fuel cell module assembly surrounded by the plurality of fuel cell modules, and is disposed from the combustion chamber of each of the plurality of fuel cell modules of the fuel cell module assembly. Combustion exhaust gas flows through the vaporizer, and reformed water from the reforming water supply means is vaporized using the combustion exhaust gas from the combustion chambers of each of the plurality of fuel cell modules in the vaporizer. And
Further, the fuel gas from the fuel gas supply means and the reforming steam from the vaporizer are mixed between the fuel gas supply means and the plurality of reforming chambers of the reformer . A mixing housing is provided, and further, the plurality of reformers of the reformer are disposed between the plurality of reforming chamber portions of the reformer and the plurality of fuel cell modules of the fuel cell module assembly. A second mixing housing is provided for mixing the reformed fuel gas that has been steam-reformed in the mass chamber;
The reforming steam and the fuel gas mixed in the first mixing housing are branched and supplied to the plurality of reforming chambers of the reformer, and the plurality of reformers of the reformer The reformed fuel gas that has undergone steam reforming in the reforming chamber is mixed in the second mixing housing, and then branched and fed to the plurality of fuel cell modules of the fuel cell module assembly. It is characterized by.

また、本発明の請求項に記載の燃料電池システムでは、前記気化器には、前記複数の燃料電池モジュールの各々の前記燃焼室からの燃焼排気ガスが流れる排気ガス排出流路が設けられ、前記排気ガス排出流路に燃焼触媒が設けられ、前記排気ガス排出流路を流れる燃焼排気ガスを利用して改質水が気化されることを特徴とする。 Further, in the fuel cell system according to claim 2 of the present invention, the carburetor is provided with an exhaust gas discharge passage through which combustion exhaust gas from each of the combustion chambers of the plurality of fuel cell modules flows. A combustion catalyst is provided in the exhaust gas discharge passage, and the reformed water is vaporized using the combustion exhaust gas flowing through the exhaust gas discharge passage.

また、本発明の請求項に記載の燃料電池システムでは、前記気化器は、改質水を気化する気化室を規定する気化ハウジングを備え、前記気化ハウジングが前記第1混合ハウジングとして機能することを特徴とする。 In the fuel cell system according to claim 3 of the present invention, the vaporizer includes a vaporization housing that defines a vaporization chamber for vaporizing reformed water, and the vaporization housing functions as the first mixing housing. It is characterized by.

また、本発明の請求項に記載の燃料電池システムでは、前記気化器は、改質水を気化する気化室を規定する気化ハウジングを備え、前記気化ハウジング内に前記排気ガス排出流路を規定する流路部材が装着され、前記流路部材の内周面に前記燃焼触媒が設けられ、前記流路部材は、前記気化ハウジングに設けられた挿入開口を通して挿入及び取出し自在に構成されていることを特徴とする。 In the fuel cell system according to claim 4 of the present invention, the vaporizer includes a vaporization housing that defines a vaporization chamber for vaporizing reformed water, and the exhaust gas discharge passage is defined in the vaporization housing. A flow path member is mounted, the combustion catalyst is provided on an inner peripheral surface of the flow path member, and the flow path member is configured to be inserted and removed through an insertion opening provided in the vaporization housing . It is characterized by.

更に、本発明の請求項に記載の燃料電池システムでは、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスが前記気化器に供給され、前記気化器にて気化された改質用水蒸気に燃料ガスが混合され、前記排気ガス排出流路に関連して、前記複数の燃料電池モジュールを起動させるための起動用点火手段が設けられていることを特徴とする。 Further, in the fuel cell system according to claim 5 of the present invention, the fuel gas from the fuel gas supply means is supplied to the vaporizer, and the fuel gas is mixed with the reforming vapor vaporized by the vaporizer. In addition, a starting ignition means for starting the plurality of fuel cell modules is provided in association with the exhaust gas discharge flow path.

本発明の請求項1に記載の燃料電池システムによれば、改質器は燃料電池モジュール集合体の複数の燃料電池モジュールの各々の上端部又は直上部に設けられた燃焼室に対応して配設された複数の改質室部を有し、燃料ガス供給手段と改質器の複数の改質室部との間に第1混合ハウジングが設けられ、燃料ガス供給手段からの燃料ガスと気化器からの水蒸気が第1混合ハウジングで混合され、かく混合された後に改質器の複数の改質室部に分岐して送給されるので、改質器の各改質室部に送給される燃料ガス及び水蒸気の混合比率及び送給量が実質上均一になり、これによって、各改質室部において水蒸気改質反応が同様に起こり、ほぼ同様の成分の改質燃料ガスを生成することができる。また、改質器の複数の改質室部と燃料電池モジュール集合体の複数の燃料電池モジュールとの間に第2混合ハウジングが設けられているので、改質器の複数の改質室部にて水蒸気改質された改質燃料ガスは、この第2混合ハウジングにて混合された後に分岐されて各燃料電池モジュールに送給され、これによって、各燃料電池モジュールに送給される改質燃料ガスの成分及び送給量をより均一な状態にして送給することができ、その結果、各燃料電池モジュールにおける実質の燃料利用率が一定となり、比較的簡単な構成及び制御でもって所望の発電出力を安定して得ることができる。
また、燃料電池モジュール集合体の複数の燃料電池モジュールの燃焼室からの燃焼排気ガスが気化器を通して流れ、この燃焼排気ガスを利用して改質水が気化されるので、複数の燃料電池モジュールに必要とされる水蒸気をこれら燃料電池モジュールの燃焼排気ガスの熱を利用して気化することができる。更に、気化器が燃料電池モジュール集合体の複数の燃料電池モジュールに囲まれた領域に配置されているので、複数の燃料電池モジュールからの燃焼排気ガスが気化器にスムースに流れ、また気化器を高温状態に保ちやすくなる。
According to the fuel cell system of the first aspect of the present invention, the reformer is arranged corresponding to the combustion chamber provided at the upper end portion or immediately above each of the plurality of fuel cell modules of the fuel cell module assembly. A plurality of reforming chambers provided, and a first mixing housing is provided between the fuel gas supply means and the reformer chambers of the reformer, and the fuel gas from the fuel gas supply means is vaporized. The steam from the reactor is mixed in the first mixing housing, and after being mixed, it is branched and sent to a plurality of reforming chambers of the reformer. The mixing ratio and the supply amount of the fuel gas and steam to be made substantially uniform, whereby the steam reforming reaction similarly occurs in each reforming chamber, and reformed fuel gas having substantially the same components is generated. be able to. Further, since the second mixing housing is provided between the plurality of reforming chamber portions of the reformer and the plurality of fuel cell modules of the fuel cell module assembly, the plurality of reforming chamber portions of the reformer are provided with the second mixing housing. The reformed fuel gas that has been steam reformed after being mixed in the second mixing housing is branched and fed to each fuel cell module, whereby the reformed fuel that is fed to each fuel cell module The gas components and the supply amount can be supplied in a more uniform state. As a result, the actual fuel utilization rate in each fuel cell module is constant, and the desired power generation can be achieved with a relatively simple configuration and control. Output can be obtained stably.
Further, the combustion exhaust gas from the combustion chambers of the plurality of fuel cell modules in the fuel cell module assembly flows through the vaporizer, and the reformed water is vaporized using the combustion exhaust gas. The required water vapor can be vaporized using the heat of the combustion exhaust gas of these fuel cell modules. Further, since the carburetor is arranged in a region surrounded by the plurality of fuel cell modules of the fuel cell module assembly, the combustion exhaust gas from the plurality of fuel cell modules flows smoothly to the carburetor, and the carburetor is It becomes easy to keep at high temperature.

また、本発明の請求項に記載の燃料電池システムによれば、気化器に排気ガス排出流路が設けられ、この排気ガス排出流路に燃焼触媒が設けられているので、燃焼排気ガス中に残留する燃料ガスをこの気化器にて燃焼させて改質水の気化に利用することができる。 In the fuel cell system according to claim 2 of the present invention, the exhaust gas discharge passage is provided in the carburetor, and the combustion catalyst is provided in the exhaust gas discharge passage. The fuel gas remaining in the gas can be burned by this vaporizer and used for vaporizing reformed water.

また、本発明の請求項に記載の燃料電池システムによれば、気化器の気化ハウジングが第1混合ハウジングとして機能するので、この気化ハウジングの気化室にて気化された改質用水蒸気と燃料ガスとを混合して均一にすることができ、気化器及び第1混合ハウジングに関連する構成を簡単にすることができる。 According to the fuel cell system of the third aspect of the present invention, the vaporizing housing of the vaporizer functions as the first mixing housing. Therefore, the reforming vapor and fuel vaporized in the vaporizing chamber of the vaporizing housing The gas can be mixed and made uniform, and the configuration associated with the vaporizer and the first mixing housing can be simplified.

また、本発明の請求項に記載の燃料電池システムによれば、気化器の流路部材の内周面に燃焼触媒が設けられているので、複数の燃料電池モジュールからの燃焼排気ガスがこの流路部材内を流れる間に燃焼排気ガスに残留する燃料ガスを燃焼させることができる。また、流路部材は気化ハウジングに設けた挿入開口を通して挿入及び取出し自在に構成されているので、燃焼触媒が劣化した時などにおいては、この挿入開口を通して流路部材を容易に交換することができる。 In the fuel cell system according to claim 4 of the present invention, since the combustion catalyst is provided on the inner peripheral surface of the flow path member of the carburetor, the combustion exhaust gas from the plurality of fuel cell modules The fuel gas remaining in the combustion exhaust gas can be burned while flowing in the flow path member. Further, since the flow path member is configured to be freely inserted and removed through the insertion opening provided in the vaporization housing , the flow path member can be easily replaced through the insertion opening when the combustion catalyst is deteriorated. .

更に、本発明の請求項に記載の燃料電池システムによれば、気化器の排気ガス排出流路に起動用点火手段が設けられているので、起動時においては気化器の排気ガス排出流路を流れる燃料ガス(燃料電池モジュールが稼働していないので、供給された燃料ガスがそのまま排気ガス排出流路を流れるようになる)に起動用点火手段が点火し、この点火燃焼の燃焼熱を利用して気化器が加熱されて燃料ガスの加熱及び改質水の気化が行われ、起動用点火手段を一つ設けるという簡単な構成でもって複数の燃料電池モジュールを起動させることができる。尚、起動用点火手段として、一般的なヒータを用いることができるが、スパーク着火装置又はレーザー点火装置などを用いるようにしてもよい。 Furthermore, according to the fuel cell system of the fifth aspect of the present invention, since the starting ignition means is provided in the exhaust gas discharge passage of the carburetor, the exhaust gas discharge passage of the carburetor at the time of startup. The starting ignition means ignites the fuel gas flowing through the fuel gas (the fuel cell module is not in operation, so the supplied fuel gas flows through the exhaust gas discharge passage), and the combustion heat of this ignition combustion is used. Thus, the vaporizer is heated to heat the fuel gas and the reformed water, and a plurality of fuel cell modules can be activated with a simple configuration in which one activation ignition means is provided. A general heater can be used as the starting ignition means, but a spark ignition device, a laser ignition device, or the like may be used.

本発明に従う燃料電池システムの一実施形態の要部を示す斜視図。The perspective view which shows the principal part of one Embodiment of the fuel cell system according to this invention. 図1の燃料電池システムを示す背面図。The rear view which shows the fuel cell system of FIG. 図1の燃料電池システムにおける燃焼排気ガスの流れを示す図。The figure which shows the flow of the combustion exhaust gas in the fuel cell system of FIG. 図1の燃料電池システムを斜め上方から見た斜視図。The perspective view which looked at the fuel cell system of FIG. 1 from diagonally upward. 図1の燃料電池システムにおける気化器を簡略的に示す側面図。The side view which shows simply the vaporizer | carburetor in the fuel cell system of FIG. 図5におけるVI−VI線による断面図。Sectional drawing by the VI-VI line in FIG. 図6におけるVII−VII線による断面図。Sectional drawing by the VII-VII line in FIG. 気化器の他の形態を示す平面図。The top view which shows the other form of a vaporizer | carburetor. 図8におけるIX−IX線による断面図。Sectional drawing by the IX-IX line in FIG. 図8におけるX−X線による断面図。Sectional drawing by the XX line in FIG. 本発明に従う燃料電池システムの他の実施形態の要部を示す斜視図。The perspective view which shows the principal part of other embodiment of the fuel cell system according to this invention. 従来技術に基づき考えられる燃料電池システムの第1形態を示す概略図。Schematic which shows the 1st form of the fuel cell system considered based on a prior art. 従来技術に基づき考えられる燃料電池システムの第2形態を示す概略図。Schematic which shows the 2nd form of the fuel cell system considered based on a prior art.

以下、添付図面を参照して、本発明に従う燃料電池システムの一実施形態について説明する。図1及び図2において、図示の燃料電池システムは、複数(図示の形態では、4つ)の燃料電池モジュール2から構成される燃料電池モジュール集合体4を備えている。複数の燃料電池モジュール2は実質上同一の構成であり、以下、それらの一つについて説明する。   Hereinafter, an embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 and 2, the illustrated fuel cell system includes a fuel cell module assembly 4 including a plurality (four in the illustrated form) of fuel cell modules 2. The plurality of fuel cell modules 2 have substantially the same configuration, and one of them will be described below.

図示の燃料電池モジュール2(2a,2b)は、固体酸化物形セルが積層されたセルスタック6を二つ備え、これら二つのセルスタック6が燃料ヘッダ8の上面に取り付けられている。このような固体酸化物形セルでは、酸素イオンを伝導する固体電解質として例えばイットリアをドープしたジルコニアが用いられ、その固体電解質の片側に改質燃料ガスを酸化するための燃料極が設けられ、その他側に空気中の酸素を還元する空気極が設けられ、このようなセルを多数積層してセルスタック6が構成される。この形態では、後述する如くして燃料ヘッダ8に送給された改質燃料ガスは、この燃料ヘッダ8を通して一対のセルスタック6の多数のセルの燃料極側に送給され、また酸化材としての空気は、燃料電池モジュール2のセルスタック6の周囲を通して燃料ヘッダ8側に流れ、セルスタック6の下端部から空気極側に送給される。   The illustrated fuel cell module 2 (2 a, 2 b) includes two cell stacks 6 in which solid oxide cells are stacked, and these two cell stacks 6 are attached to the upper surface of the fuel header 8. In such a solid oxide cell, for example, yttria-doped zirconia is used as a solid electrolyte that conducts oxygen ions, and a fuel electrode for oxidizing the reformed fuel gas is provided on one side of the solid electrolyte. An air electrode for reducing oxygen in the air is provided on the side, and a cell stack 6 is configured by stacking a large number of such cells. In this embodiment, as will be described later, the reformed fuel gas fed to the fuel header 8 is fed to the fuel electrode side of a large number of cells of the pair of cell stacks 6 through the fuel header 8, and as an oxidizing material. The air flows through the periphery of the cell stack 6 of the fuel cell module 2 toward the fuel header 8 and is fed from the lower end of the cell stack 6 to the air electrode side.

この燃料電池システムでは、燃料電池モジュール集合体4の上流側に、燃料ガスを改質するための改質器9が設けられている。この実施形態では、図1及び図2において左側に一対の燃料電池モジュール2aが配設され、これら燃料電池モジュール2aに対向して右側に一対の燃料電池モジュール2bが配設され、改質器9は、これら燃料電池モジュール2a,2bに対応して配設された改質室部10(10a、10b)を有している。燃料電池モジュール2(2a,2b)の上端部又は直上部には燃焼室12が設けられ、この燃焼室12の上方に改質器9の改質室部10(10a,10b)が配設されている。各改質室部10(10a,10b)は細長いコ字状の室部ハウジング14(14a,14b)を備え、この室部ハウジング14内に改質触媒(図示せず)が充填されている。   In this fuel cell system, a reformer 9 for reforming fuel gas is provided upstream of the fuel cell module assembly 4. In this embodiment, a pair of fuel cell modules 2a are disposed on the left side in FIGS. 1 and 2, and a pair of fuel cell modules 2b are disposed on the right side to face the fuel cell modules 2a. Has reforming chambers 10 (10a, 10b) arranged corresponding to these fuel cell modules 2a, 2b. A combustion chamber 12 is provided at the upper end portion or immediately above the fuel cell module 2 (2a, 2b), and the reforming chamber portion 10 (10a, 10b) of the reformer 9 is disposed above the combustion chamber 12. ing. Each reforming chamber 10 (10a, 10b) includes an elongated U-shaped chamber housing 14 (14a, 14b), and the chamber housing 14 is filled with a reforming catalyst (not shown).

図4も参照して、この形態では、左側の改質室部10aにおいては、室部ハウジング14aは、内側に位置する第1室部16aと、外側に位置する第2室部16bと、外側端部(図1及び図2において左側端部)において第1及び第2室部16a,16bを接続する接続室部16cを有している。改質室部10aの第1室部16aは、燃料電池モジュール2aの内側のセルスタック6の上方に配設され、この内側のセルスタック6の燃焼室18からの燃焼排気ガスによって加熱され、また第2室部16bは、外側のセルスタック6の上方に配設され、この外側のセルスタック6の燃焼室20からの燃焼排気ガスによって加熱される。   Referring also to FIG. 4, in this embodiment, in the left reforming chamber portion 10a, the chamber housing 14a includes a first chamber portion 16a located on the inner side, a second chamber portion 16b located on the outer side, and an outer side. A connection chamber portion 16c for connecting the first and second chamber portions 16a and 16b is provided at the end portion (the left end portion in FIGS. 1 and 2). The first chamber portion 16a of the reforming chamber portion 10a is disposed above the cell stack 6 inside the fuel cell module 2a, heated by the combustion exhaust gas from the combustion chamber 18 of the inner cell stack 6, and The second chamber portion 16 b is disposed above the outer cell stack 6 and is heated by the combustion exhaust gas from the combustion chamber 20 of the outer cell stack 6.

また、右側の改質室部10bにおいては、室部ハウジング14bは、内側に位置する第1室部22aと、外側に位置する第2室部22bと、外側端部(図1及び図2において右側端部)において第1及び第2室部22a,22bを接続する接続室部22cを有している。改質室部10aの第1室部22aは、燃料電池モジュール2bの内側のセルスタック6の上方に配設され、この内側のセルスタック6の燃焼室18からの燃焼排気ガスによって加熱され、また第2室部22bは、外側のセルスタック6の上方に配設され、この外側セルスタック6の燃焼室20からの燃焼排気ガスによって加熱される。   Further, in the right reforming chamber portion 10b, the chamber housing 14b includes a first chamber portion 22a positioned on the inner side, a second chamber portion 22b positioned on the outer side, and an outer end portion (in FIGS. 1 and 2). In the right end portion, a connection chamber portion 22c for connecting the first and second chamber portions 22a and 22b is provided. The first chamber portion 22a of the reforming chamber portion 10a is disposed above the cell stack 6 inside the fuel cell module 2b, heated by the combustion exhaust gas from the combustion chamber 18 of the inner cell stack 6, and The second chamber portion 22 b is disposed above the outer cell stack 6 and is heated by the combustion exhaust gas from the combustion chamber 20 of the outer cell stack 6.

改質器9の上流側に、改質水を気化するための気化器24が配設されている。この実施形態では、気化器24は左側の一対の燃料電池モジュール2aと右側の一対の燃料電池モジュール2bとに囲まれた中央領域(図1及び図2において左右方向中央領域)に配設され、このように構成することによって、複数の燃料電池モジュール2(2a,2b)にて発生する熱を改質水の気化に利用することができるとともに、気化器24を高温状態に保つことができる。   A vaporizer 24 for vaporizing the reforming water is disposed on the upstream side of the reformer 9. In this embodiment, the carburetor 24 is disposed in a central region (a lateral central region in FIGS. 1 and 2) surrounded by the left pair of fuel cell modules 2a and the right pair of fuel cell modules 2b. With this configuration, the heat generated in the plurality of fuel cell modules 2 (2a, 2b) can be used for vaporizing the reforming water, and the vaporizer 24 can be kept at a high temperature.

燃料ガスとして炭化水素系燃料ガス(例えば、都市ガス、LPガスなど)が用いられ、燃料ガス供給源26(図5参照)(例えば、埋設管、ガスタンクなど)からの炭化水素系燃料ガスが燃料ガス供給ライン28を介して気化器24に供給される(必要に応じて、脱硫処理された後に気化器24に供給される)。燃料ガス供給ライン28には、燃料ガス供給源26からの燃料ガスを燃料ガス供給ライン28を通して気化器24に供給するための燃料ガスポンプ(図示せず)が配設され、燃料ガス供給源26、燃料ガス供給ライン28及び燃料ガスポンプが燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段30(図5参照)を構成する。   Hydrocarbon fuel gas (for example, city gas, LP gas, etc.) is used as the fuel gas, and hydrocarbon fuel gas from the fuel gas supply source 26 (see FIG. 5) (for example, buried pipe, gas tank, etc.) is used as fuel. It is supplied to the vaporizer 24 through the gas supply line 28 (if necessary, it is supplied to the vaporizer 24 after being desulfurized). The fuel gas supply line 28 is provided with a fuel gas pump (not shown) for supplying the fuel gas from the fuel gas supply source 26 to the carburetor 24 through the fuel gas supply line 28. The fuel gas supply line 30 and the fuel gas pump constitute fuel gas supply means 30 (see FIG. 5) for supplying fuel gas.

また、改質水供給源32(図5参照)(例えば、水タンクなど)からの改質水(例えば、純水)が改質水供給ライン34を介して気化器24に供給される。改質水供給ライン34には、改質水供給源32からの改質水を改質水供給ライン34を通して気化器24供給するための水ポンプ(図示せず)が配設され、改質水供給源32、改質水供給ライン34及び水ポンプが改質水を供給するための改質水供給手段36(図5参照)を構成する。   Further, reforming water (for example, pure water) from a reforming water supply source 32 (see FIG. 5) (for example, a water tank or the like) is supplied to the vaporizer 24 via the reforming water supply line 34. The reforming water supply line 34 is provided with a water pump (not shown) for supplying the reforming water from the reforming water supply source 32 through the reforming water supply line 34 to the vaporizer 24. The supply source 32, the reforming water supply line 34, and the water pump constitute the reforming water supply means 36 (see FIG. 5) for supplying the reforming water.

次に、図1〜図7、主として図5〜図7を参照して、図示の気化器24について説明する。この気化器24は、改質水を気化する気化室38を規定する気化ハウジング40を備え、この気化ハウジング40を囲むように装置ハウジング42が設けられ、この装置ハウジング42と気化ハウジング40との間に排気ガス流路44が規定されている。燃料ガス供給ライン28及び改質水供給ライン34は、この装置ハウジング42、排気ガス流路44及び気化ハウジング40を通して気化室38内に延びている。   Next, the illustrated vaporizer 24 will be described with reference to FIGS. 1 to 7, mainly FIGS. 5 to 7. The vaporizer 24 includes a vaporization housing 40 that defines a vaporization chamber 38 that vaporizes reformed water, and a device housing 42 is provided so as to surround the vaporization housing 40, and between the device housing 42 and the vaporization housing 40. An exhaust gas flow path 44 is defined. The fuel gas supply line 28 and the reforming water supply line 34 extend into the vaporization chamber 38 through the apparatus housing 42, the exhaust gas passage 44 and the vaporization housing 40.

具体的には、同心状に配設された内側管(図示せず)及び外側管45から構成される二重管部材46が用いられ、この二重管部材46が装置ハウジング42及び気化ハウジング40を貫通して気化室38に延び、この気化ハウジング40内を下方にその底部まで延びている。二重管部材46の内側空間(内側管の内側に規定される空間)は、改質水供給ライン34として機能し、この内側空間を通して気化室38に改質水が送給され、またその外側空間(内側管と外側管45との間に規定される環状空間)は、燃料ガス供給ライン28として機能し、この外側空間を通して気化室38に燃料ガスが送給される。   Specifically, a double tube member 46 composed of an inner tube (not shown) and an outer tube 45 arranged concentrically is used, and the double tube member 46 is composed of an apparatus housing 42 and a vaporization housing 40. The vaporization chamber 38 extends through the vaporization housing 40 and extends downward in the vaporization housing 40 to the bottom thereof. The inner space of the double pipe member 46 (the space defined inside the inner tube) functions as the reforming water supply line 34, and reforming water is supplied to the vaporizing chamber 38 through the inner space, and the outer side thereof. The space (the annular space defined between the inner tube and the outer tube 45) functions as the fuel gas supply line 28, and the fuel gas is supplied to the vaporizing chamber 38 through the outer space.

装置ハウジング42の両側面(図1及び図2において左右方向の側面であって、左右の燃料電池モジュール2a,2bに対向する側面)の上端部に流入開口48(48a,48b)(図7参照)が設けられている。流入開口48は前後方向(図1において左下から右上の方向、図2において紙面に垂直な方向)に細長く、片方の流入開口48aは、片側の一対の燃料電池モジュール2a間に設けられ、他方の流入開口48bは、他側の一対の燃料電池モジュール2b間に設けられている。これら流入開口48(48a,48b)は、改質器9の改質室部10a,10bよりも上側に設けられ、このように構成することによって、複数の燃料電池モジュール2a,2bの燃焼室18,20からの燃焼排気ガスは、改質器9の改質室部10a,10bの周囲を流れ、その後これら流入開口48(48a,48b)を通して気化器24の排気ガス流路44に流れるようになる。   Inflow openings 48 (48a, 48b) (see FIG. 7) at the upper ends of both side surfaces of the device housing 42 (the side surfaces in the left-right direction in FIGS. 1 and 2 and facing the left and right fuel cell modules 2a, 2b). ) Is provided. The inflow opening 48 is elongated in the front-rear direction (the direction from the lower left to the upper right in FIG. 1, the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 2), and one inflow opening 48a is provided between the pair of fuel cell modules 2a on one side, The inflow opening 48b is provided between the pair of fuel cell modules 2b on the other side. These inflow openings 48 (48a, 48b) are provided above the reforming chamber portions 10a, 10b of the reformer 9, and thus configured, the combustion chambers 18 of the plurality of fuel cell modules 2a, 2b. , 20 flows around the reforming chambers 10a, 10b of the reformer 9, and then flows into the exhaust gas flow path 44 of the carburetor 24 through the inflow openings 48 (48a, 48b). Become.

また、気化ハウジング40の気化室38の略中央部に筒状の流路部材50が配設されている。流路部材50の下端部は気化室38を通して、即ち気化ハウジング40の底壁を貫通して排気ガス流路44に連通され、燃焼排気ガスを排出する排気ガス排出流路52を規定する。このように構成されているので、片側の一対の燃料電池モジュール2aの燃焼室18,20から改質器9の改質室部10aの周囲を流れた燃焼排気ガスは、装置ハウジング42の片側面の流入開口48aを通して装置ハウジング42内の排気ガス排出流路52に流入し、また他側の一対の燃料電池モジュール2bの燃焼室18,20から改質器9の改質室部10bの周囲を流れた燃焼排気ガスは、装置ハウジング42の他側面の流入開口48bを通して装置ハウジング42内の排気ガス排出流路52に流入する。このように流入した燃焼排気ガスは、排気ガス流路44を下方に流れた後に排気ガス排出流路52(流路部材50内)を流れて矢印54(図5及び図7参照)で示すように上方に排出される。   In addition, a cylindrical flow path member 50 is disposed at a substantially central portion of the vaporizing chamber 38 of the vaporizing housing 40. The lower end portion of the flow path member 50 is communicated with the exhaust gas flow path 44 through the vaporization chamber 38, that is, through the bottom wall of the vaporization housing 40, and defines an exhaust gas discharge flow path 52 that discharges combustion exhaust gas. Since it is configured in this manner, the combustion exhaust gas that flows from the combustion chambers 18 and 20 of the pair of fuel cell modules 2a on one side to the periphery of the reforming chamber portion 10a of the reformer 9 is Flows into the exhaust gas discharge passage 52 in the device housing 42 through the inflow opening 48a of the fuel cell module 2 and from the combustion chambers 18 and 20 of the other pair of fuel cell modules 2b around the reforming chamber portion 10b of the reformer 9. The flowing combustion exhaust gas flows into the exhaust gas discharge passage 52 in the device housing 42 through the inflow opening 48 b on the other side surface of the device housing 42. The combustion exhaust gas that has flowed in this way flows down the exhaust gas passage 44 and then flows through the exhaust gas discharge passage 52 (in the passage member 50), as indicated by the arrow 54 (see FIGS. 5 and 7). Is discharged upward.

この気化器24においては、気化ハウジング40が、燃料ガス供給手段30からの燃料ガスと改質水供給手段36からの改質水が気化した水蒸気とを混合する第1混合ハウジングとして機能する。即ち、この気化器24では、排気ガス流路44及び排気ガス排出流路52を流れる燃焼排気ガスからの熱が気化室38に作用し、かかる熱を利用して改質水供給手段36からの改質水が気化されるとともに、燃料ガス供給手段30からの燃料ガスが加熱され、この気化室38内において水蒸気と燃料ガスが均一に混合される。   In the vaporizer 24, the vaporization housing 40 functions as a first mixing housing that mixes the fuel gas from the fuel gas supply unit 30 and the water vapor obtained by vaporizing the reforming water from the reforming water supply unit 36. That is, in the carburetor 24, heat from the combustion exhaust gas flowing through the exhaust gas passage 44 and the exhaust gas discharge passage 52 acts on the vaporization chamber 38, and the heat is supplied from the reforming water supply means 36 using the heat. As the reformed water is vaporized, the fuel gas from the fuel gas supply means 30 is heated, and the water vapor and the fuel gas are uniformly mixed in the vaporization chamber 38.

この気化器24には、改質器9の各改質室部10(10a,10b)に対応して流出部56(56a,56b)が設けられている。左側の燃料電池モジュール2aに対応して流出部56aが設けられ、かかる流出部56aの一端部は、装置ハウジング42、排気ガス流路44及び気化ハウジング40を貫通して気化室38内に連通し、それらの他端部は、改質器9の対応する改質室部10aの第1室部16aに接続されている。また、右側の燃料電池モジュール2bに対応して流出部56bが設けられ、かかる流出部5baの一端部は、装置ハウジング42、排気ガス流路44及び気化ハウジング40を貫通して気化室38内に連通し、それらの他端部は、改質器9の対応する改質室部10bの第1室部22aに接続されている。   The vaporizer 24 is provided with outflow portions 56 (56a, 56b) corresponding to the reforming chamber portions 10 (10a, 10b) of the reformer 9. An outflow portion 56a is provided corresponding to the left fuel cell module 2a, and one end portion of the outflow portion 56a communicates with the inside of the vaporization chamber 38 through the device housing 42, the exhaust gas passage 44 and the vaporization housing 40. These other end portions are connected to the first chamber portion 16 a of the reforming chamber portion 10 a corresponding to the reformer 9. Also, an outflow portion 56b is provided corresponding to the right fuel cell module 2b, and one end portion of the outflow portion 5ba passes through the apparatus housing 42, the exhaust gas passage 44 and the vaporization housing 40 and enters the vaporization chamber 38. These other ends are connected to the first chamber portion 22 a of the reforming chamber portion 10 b corresponding to the reformer 9.

このように構成されているので、気化ハウジング40(第1混合ハウジングとして機能する)の気化室38で均一に混合された燃料ガス及び水蒸気がこれら流出部56a,56bを通して分岐されて改質器9の改質室部10a,10bに送給される。従って、改質器9の各改質室部10a,10bには、燃料ガスと水蒸気との混合比率がほぼ同じ混合ガスが送給され、また混合ガスの送給量もほぼ等しく、その結果、各改質室部10a,10bでの水蒸気改質がほぼ同じ条件でもって行なわれるようになる。尚、各改質室部10(10a,10b)への混合ガスの送給量を均一にするために、これら流出部56(56a,56b)を気化室38内に前後方向及び左右方向に対称となるように配置するのが好ましい。   With this configuration, the fuel gas and water vapor uniformly mixed in the vaporizing chamber 38 of the vaporizing housing 40 (functioning as the first mixing housing) are branched through the outflow portions 56a and 56b to be reformer 9. To the reforming chambers 10a and 10b. Therefore, the reformed chambers 10a and 10b of the reformer 9 are supplied with a mixed gas having substantially the same mixing ratio of the fuel gas and the water vapor, and the feed amount of the mixed gas is substantially equal. Steam reforming in the reforming chambers 10a and 10b is performed under substantially the same conditions. In order to make the amount of the mixed gas fed to each reforming chamber 10 (10a, 10b) uniform, these outflow portions 56 (56a, 56b) are symmetrical in the vaporizing chamber 38 in the front-rear direction and the left-right direction. It is preferable to arrange so that.

この気化器24においては、流路部材50の内周面に燃焼触媒58を設けるのが好ましい。気化器24の排気ガス流路44に流入する燃焼排気ガスには、未燃焼の燃料ガス及び空気(酸素を含んでいる)が含まれており、このように燃焼触媒58を設けることによって、燃焼排気ガス中に残留する燃料ガスが燃焼され、この燃焼熱を改質水の気化に利用することができる。尚、この燃焼触媒58は、装置ハウジング42の内面及び/又は気化ハウジング40の外面に設けるようにしてもよい。   In the vaporizer 24, it is preferable to provide a combustion catalyst 58 on the inner peripheral surface of the flow path member 50. The combustion exhaust gas flowing into the exhaust gas flow path 44 of the carburetor 24 contains unburned fuel gas and air (containing oxygen). By providing the combustion catalyst 58 in this way, combustion is performed. The fuel gas remaining in the exhaust gas is burned, and this combustion heat can be used for vaporizing the reforming water. The combustion catalyst 58 may be provided on the inner surface of the device housing 42 and / or the outer surface of the vaporization housing 40.

気化器24の上方には空気用熱交換器60(図3参照)が配設され、気化器24の流路部材50を通して矢印54で示す如く排出された燃焼排気ガスは、この空気用熱交換器60を通して矢印62で示すように排出される。一方、燃料電池モジュール集合体4の各燃料電池モジュール2(2a,2b)に供給される空気は、この空気用熱交換器60を通して送給され、この熱交換器60において燃焼排気ガスと空気との間で熱交換が行われ、この熱交換により加熱された空気が各燃料電池モジュール2(2a,2b)の空気極側に送給される。   An air heat exchanger 60 (see FIG. 3) is disposed above the carburetor 24, and the combustion exhaust gas discharged through the flow path member 50 of the carburetor 24 as indicated by an arrow 54 is used for this heat exchange for air. It is discharged through the vessel 60 as shown by arrow 62. On the other hand, the air supplied to each fuel cell module 2 (2a, 2b) of the fuel cell module assembly 4 is supplied through the air heat exchanger 60, and in this heat exchanger 60, combustion exhaust gas, air, Heat exchange is performed between the two, and air heated by this heat exchange is supplied to the air electrode side of each fuel cell module 2 (2a, 2b).

図1〜図4に戻って、この燃料電池システムでは、更に、改質器9(即ち、その改質室部10)と燃料電池モジュール集合体4(即ち、複数の燃料電池モジュール2)との間に第2混合ハウジング64が設けられている。第2混合ハウジング64は、気化器24の下側(即ち、左側の燃料電池モジュール2aと右側の燃料電池モジュール2bとに囲まれた中央領域)に配設され、これら燃料電池モジュール2a,2bからの熱がこの第2混合ハウジング64に伝わるように構成されている。   1 to 4, in this fuel cell system, the reformer 9 (that is, the reforming chamber portion 10) and the fuel cell module assembly 4 (that is, a plurality of fuel cell modules 2) are further connected. A second mixing housing 64 is provided therebetween. The second mixing housing 64 is disposed on the lower side of the carburetor 24 (that is, the central region surrounded by the left fuel cell module 2a and the right fuel cell module 2b). The heat is transferred to the second mixing housing 64.

この形態では、第2混合ハウジング64は、前後方向(図1において左下から右上の方向、図2において紙面に垂直な方向、図4において上下方向)に細長く、前側の燃料電池モジュール2(2a,2b)の前端部から後側の燃料電池モジュール2(2a,2b)の後端部にわたって延びている。   In this embodiment, the second mixing housing 64 is elongated in the front-rear direction (the direction from the lower left to the upper right in FIG. 1, the direction perpendicular to the paper in FIG. 2, the vertical direction in FIG. 4), and the front fuel cell module 2 (2a, 2a, 2b) extends from the front end of the fuel cell module 2 (2a, 2b) on the rear side.

気化器24及び第2混合ハウジング64を挟んで対向する前側の燃料電池モジュール2a,2bに関して、改質器9の前側の改質室部10a,10bのうち左側の改質室部10aの第2室部16b(外側に位置する室部)に流出接続部66aが設けられ、また右側の改質室部10bの第2室部22b(外側に位置する室部)に流出接続部66bが設けられ、これら流出接続部66a,66bがT字形の連結接続管68を介して第2混合ハウジング64の前部に接続されている(図1及び図4参照)。また、改質器9の後側の改質室部10a,10bのうち左側の改質室部10aの第2室部16bに流出接続部66aが設けられ、また右側の改質室部10bの第2室部22bに流出接続部66bが設けられ、これら流出接続部66a,66bがT字形の連結接続管70を介して第2混合ハウジング64の後部に接続されている(図2参照)。   Regarding the front fuel cell modules 2a and 2b facing each other with the vaporizer 24 and the second mixing housing 64 in between, the second reforming chamber portion 10a on the left side of the reforming chamber portions 10a and 10b on the left side of the reformer 9 is provided. The outflow connection portion 66a is provided in the chamber portion 16b (outside chamber portion), and the outflow connection portion 66b is provided in the second chamber portion 22b (outside chamber portion) of the right reforming chamber portion 10b. These outflow connection portions 66a and 66b are connected to the front portion of the second mixing housing 64 via a T-shaped connecting connection pipe 68 (see FIGS. 1 and 4). An outflow connection 66a is provided in the second chamber 16b of the left reforming chamber 10a among the reforming chambers 10a and 10b on the rear side of the reformer 9, and the right reforming chamber 10b The outflow connection portion 66b is provided in the second chamber portion 22b, and the outflow connection portions 66a and 66b are connected to the rear portion of the second mixing housing 64 via a T-shaped connecting connection pipe 70 (see FIG. 2).

また、第2混合ハウジング64の4角部には接続管72が設けられ、第2混合ハウジング64の前側の接続管72の一方が、左側の燃料電池モジュール2aの燃料ヘッダ8の前右角部に接続され、前側の接続管72の他方が、右側の燃料電池モジュール2bの燃料ヘッダ8の前左角部に接続されている(図1及び図4参照)。また、第2混合ハウジング64の後側の接続管72の一方が、左側の燃料電池モジュール2aの燃料ヘッダ8の後右角部に接続され、後側の接続管72の他方が、右側の燃料電池モジュール2bの燃料ヘッダ8の後左角部に接続されている(図2参照)。   Further, connecting pipes 72 are provided at the four corners of the second mixing housing 64, and one of the front connecting pipes 72 of the second mixing housing 64 is at the front right corner of the fuel header 8 of the left fuel cell module 2a. The other of the front connection pipes 72 is connected to the front left corner of the fuel header 8 of the right fuel cell module 2b (see FIGS. 1 and 4). In addition, one of the rear connection pipes 72 of the second mixing housing 64 is connected to the rear right corner of the fuel header 8 of the left fuel cell module 2a, and the other of the rear connection pipes 72 is connected to the right fuel cell. It is connected to the rear left corner of the fuel header 8 of the module 2b (see FIG. 2).

このように構成されているので、改質器9の前側の改質室部10a,10bで水蒸気改質された改質燃料ガスは、流出接続部66a,66b及び連結接続管68を介して第2混合ハウジング64の前部内に送給され、またその後側の改質室部10a,10bで水蒸気改質された改質燃料ガスは、流出接続部66a,66b及び連結接続管70を介して第2混合ハウジング64の後部内に送給され、このようにして流入した改質燃料ガスは、この第2混合ハウジング64内で均一に混合される。各改質室部10a,10bにおける水蒸気改質反応による改質燃料ガスの組成が幾分変動したとしても、第2混合ハウジング64内にてこれらが混合されるために、改質燃料ガスの組成を均一にすることができる。そして、第2混合ハウジング64内で均一になった改質燃料ガスが、接続管72を介して対応する燃料電池モジュール2(2a,2b)の燃料ヘッダ8に供給される。従って、燃料電池モジュール集合体4の各燃料電池モジュール2a,2bのセルスタック6には、組成の均一な改質燃料ガスが燃料ヘッダ8を介して送給され、またその送給量もほぼ等しくなり、その結果、各燃料電池モジュール2a,2bのセルスタック6における電気化学反応がほぼ同じ条件でもって行なわれるようになり、各セルスタック6での発電を安定して行うことができる。尚、各燃料電池モジュール2(2a,2b)(この形態では、各燃料ヘッダ8)へ改質燃料ガスの送給量をより均一にするために、これら接続管72を第2混合ハウジング64に前後方向及び左右方向に対称となるように設けるのが好ましい。   Since it is configured in this way, the reformed fuel gas that has been steam reformed in the reforming chambers 10a and 10b on the front side of the reformer 9 passes through the outflow connection parts 66a and 66b and the connecting connection pipe 68. The reformed fuel gas fed into the front part of the two mixing housing 64 and steam reformed in the reforming chambers 10a, 10b on the rear side is supplied through the outflow connection parts 66a, 66b and the connecting connection pipe 70. The reformed fuel gas fed into the rear portion of the two mixing housing 64 and thus flowing in is mixed uniformly in the second mixing housing 64. Even if the composition of the reformed fuel gas due to the steam reforming reaction in the reforming chambers 10a and 10b varies somewhat, the reformed fuel gas composition is mixed in the second mixing housing 64. Can be made uniform. Then, the reformed fuel gas that has become uniform in the second mixing housing 64 is supplied to the fuel header 8 of the corresponding fuel cell module 2 (2a, 2b) via the connection pipe 72. Therefore, the reformed fuel gas having a uniform composition is fed to the cell stack 6 of each fuel cell module 2a, 2b of the fuel cell module assembly 4 via the fuel header 8, and the amount of the fuel is almost equal. As a result, the electrochemical reaction in the cell stack 6 of each fuel cell module 2a, 2b is performed under substantially the same conditions, and power generation in each cell stack 6 can be performed stably. In order to make the supply amount of the reformed fuel gas to each fuel cell module 2 (2a, 2b) (in this embodiment, each fuel header 8) more uniform, these connection pipes 72 are connected to the second mixing housing 64. It is preferable to provide it symmetrically in the front-rear direction and the left-right direction.

この燃料電池システムにおいては、起動用点火手段(図示せず)は、気化器24の排気ガス排出流路52(この排気ガス排出流路52に燃焼触媒58を設ける場合、この燃焼触媒58の配設部位)に関連して設けられる。一般的に、この起動用点火手段は、燃料電池モジュール2a,2bのスタック6の上端部などに設けられるが、このような構成では、各燃料電池モジュール2a,2bのセルスタック6毎に一つの駆動用点火手段を設ける必要が生じる。これに対して、気化器24の排気ガス排出流路52(又は燃焼触媒58の配設部位)に関連して設けるようにすると、一つの起動用点火手段でもって全ての燃料電池モジュール2a,2bを起動させることができ、起動用点火手段に関連する構成を簡単にすることができる。   In this fuel cell system, the starting ignition means (not shown) is provided with the exhaust gas discharge passage 52 of the carburetor 24 (when the combustion catalyst 58 is provided in the exhaust gas discharge passage 52, the combustion catalyst 58 is arranged. It is provided in relation to the installation site). In general, the starting ignition means is provided at the upper end of the stack 6 of the fuel cell modules 2a and 2b. In such a configuration, one ignition means is provided for each cell stack 6 of each fuel cell module 2a and 2b. It is necessary to provide driving ignition means. In contrast, if the exhaust gas discharge passage 52 (or the location where the combustion catalyst 58 is disposed) of the carburetor 24 is provided, all the fuel cell modules 2a, 2b are provided with a single starting ignition means. Can be activated, and the configuration related to the ignition means for activation can be simplified.

この燃料電池システムでは、燃料ガス供給手段30からの燃料ガス及び改質水供給手段36からの改質水は、二重管部材46を通して気化器24の気化ハウジング40(第1混合ハウジング)内に送給される。燃料電池モジュール集合体4の燃料電池モジュール2a,2bから改質器9の各改質室部10a,10bの周囲を流れた燃焼排気ガスは、気化器24の流入開口48a,48bから流入して排気ガス流路44及び排気ガス排出流路52を通して流れ、かく流れる間に、燃焼排気ガスとの熱交換により、改質水が気化して水蒸気になるとともに燃料ガスが加熱される。このとき、気化器24は一つの室から構成されているので、燃料ガス及び発生した水蒸気は均一な状態の混合ガスとなる。   In this fuel cell system, the fuel gas from the fuel gas supply means 30 and the reformed water from the reformed water supply means 36 pass through the double pipe member 46 into the vaporization housing 40 (first mixing housing) of the vaporizer 24. Be sent. Combustion exhaust gas flowing from the fuel cell modules 2a and 2b of the fuel cell module assembly 4 around the reforming chambers 10a and 10b of the reformer 9 flows in from the inflow openings 48a and 48b of the carburetor 24. While flowing through the exhaust gas flow path 44 and the exhaust gas discharge flow path 52, the heat exchange with the combustion exhaust gas causes the reformed water to evaporate into steam and the fuel gas to be heated. At this time, since the vaporizer 24 is composed of one chamber, the fuel gas and the generated water vapor become a mixed gas in a uniform state.

気化ハウジング40(第1混合ハウジング)内の混合ガスは、流出部56a,56bを通して改質器9の対応する改質室部10に流れ、各改質室部10a,10b内を流れる間に、対応する燃料電池モジュール2a,2bの燃料室18,20の燃料排気ガスの熱を利用して水蒸気改質が行われる。改質器9の改質室部10a,10b内で水蒸気改質された改質燃料ガスは、接続管66a,66b及び連結接続管68,70を介して第2混合ハウジング64に送給され、この第2混合ハウジング64内で混合されて均一な状態になり、この均一な改質燃料ガスが接続管72を介して燃料電池モジュール2(2a,2b)の燃料ヘッダ8に供給される。このように比較的簡単な構成でもって、改質器9の各改質室部10a,10bにおける水蒸気改質反応を実質上同一条件に保つことができ、また燃料電池モジュール集合体4の各燃料電池モジュール2a,2bにおける燃料電池反応も実質上同一条件に保つことができ、実質の燃料利用率も一定に保つことができる。   The mixed gas in the vaporization housing 40 (first mixing housing) flows into the corresponding reforming chamber 10 of the reformer 9 through the outflow portions 56a and 56b, and flows through the reforming chambers 10a and 10b. Steam reforming is performed using the heat of the fuel exhaust gas in the fuel chambers 18 and 20 of the corresponding fuel cell modules 2a and 2b. The reformed fuel gas steam-reformed in the reforming chambers 10a and 10b of the reformer 9 is supplied to the second mixing housing 64 via the connection pipes 66a and 66b and the connection connection pipes 68 and 70. The mixed gas is mixed in the second mixing housing 64 to be in a uniform state, and the uniform reformed fuel gas is supplied to the fuel header 8 of the fuel cell module 2 (2a, 2b) through the connection pipe 72. With such a relatively simple configuration, the steam reforming reaction in the reforming chambers 10a and 10b of the reformer 9 can be maintained under substantially the same conditions, and each fuel of the fuel cell module assembly 4 can be maintained. The fuel cell reactions in the battery modules 2a and 2b can also be maintained under substantially the same conditions, and the actual fuel utilization rate can also be maintained constant.

図8〜図10は、気化器の他の形態を示している。この形態の気化器では、気化室と第1混合ハウジングとが別個に構成されている。尚、上述した実施形態と実質上同一の部材には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。   8-10 has shown the other form of the vaporizer | carburetor. In this form of vaporizer, the vaporization chamber and the first mixing housing are configured separately. In addition, the same reference number is attached | subjected to the member substantially the same as embodiment mentioned above, and the description is abbreviate | omitted.

図8〜図10において、この変形形態の気化器24Aは、図8及び図10において左右方向に間隔をおいて配設された三つの気化ハウジング38A,38B,38Cを備え、これら三つの気化ハウジング38A,38B,38Cはそれぞれ気化室を規定する。これら気化ハウジング38A,38B,38Cを囲むように装置ハウジング42Aが設けられ、この装置ハウジング42Aの上端部には、燃焼排気ガスが流入する流入開口48A,48Bが設けられている。装置ハウジング42Aと気化ハウジング38A,38B,38Cとの間には、排気ガス流路44Aが規定され、流入開口48A,48Bから流入した燃焼排気ガスは、排気ガス流路44Aを通して流出開口73から排出される。   8 to 10, the carburetor 24A of this modification includes three vaporization housings 38A, 38B, and 38C that are spaced apart in the left-right direction in FIGS. 8 and 10, and these three vaporization housings. 38A, 38B, and 38C each define a vaporization chamber. An apparatus housing 42A is provided so as to surround these vaporization housings 38A, 38B, 38C, and inflow openings 48A, 48B into which combustion exhaust gas flows are provided at the upper end of the apparatus housing 42A. An exhaust gas passage 44A is defined between the apparatus housing 42A and the vaporization housings 38A, 38B, 38C, and the combustion exhaust gas flowing in from the inflow openings 48A, 48B is discharged from the outflow opening 73 through the exhaust gas passage 44A. Is done.

燃料ガス供給手段(図示せず)からの燃料ガスは、燃料ガス供給ライン28Aを通して分配ヘッダ74に送給され、また改質水供給手段36からの改質水は、改質水供給ライン34を通して分配ヘッダ74に送給され、分配ヘッダ74によって三つの分岐二重管46A,46C,46Cに分配されて対応する気化ハウジング38A,38B,38C内に送給される。分岐二重管46A(46B,46C)は、内側管76及び外側管78を有し、分配ヘッダ74で分配された改質水は、分岐二重管46A(46B,46C)の内側管76の内側空間を通して送給され、分配ヘッダ74で分配された燃料ガスは、分岐二重管46A(46B,46C)の内側管76と外側管78との間の環状空間を通して送給される。   Fuel gas from a fuel gas supply means (not shown) is fed to the distribution header 74 through the fuel gas supply line 28A, and reformed water from the reformed water supply means 36 passes through the reformed water supply line 34. It is fed to the distribution header 74, distributed by the distribution header 74 to the three branch double tubes 46A, 46C, 46C and fed into the corresponding vaporizing housings 38A, 38B, 38C. The branch double pipe 46A (46B, 46C) has an inner pipe 76 and an outer pipe 78, and the reformed water distributed by the distribution header 74 is supplied to the inner pipe 76 of the branch double pipe 46A (46B, 46C). The fuel gas fed through the inner space and distributed by the distribution header 74 is fed through the annular space between the inner pipe 76 and the outer pipe 78 of the branch double pipe 46A (46B, 46C).

分岐二重管46A(又は46B,46C)は、装置ハウジング42Aの上方を気化ハウジング38A(又は38B,38C)まで延び、装置ハウジング42A、排ガス流路44A及び気化ハウジング38A(又は33B,38C)を貫通して気化室(図示せず)の下方に延びている。三つの気化ハウジング38A,38B,38Cの一端側(図8において上端側)には、気化混合ハウジング76(第1混合ハウジングを構成する)が設けられ、気化ハウジング38A,38B,38Cの上端部がこの気化混合ハウジング76に連通され、気化ハウジング38A,38B,38Cにて気化された水蒸気及び加熱された燃料ガスがこの気化混合ハウジング76内で混合されて均一な状態になる。そして、このように均一に混合された混合ガスが気化混合ハウジング76から矢印77で示すように改質器の改質室部(図示せず)に送給される。   The branch double pipe 46A (or 46B, 46C) extends above the apparatus housing 42A to the vaporizing housing 38A (or 38B, 38C), and connects the apparatus housing 42A, the exhaust gas passage 44A and the vaporizing housing 38A (or 33B, 38C). It penetrates and extends below the vaporization chamber (not shown). One end side (the upper end side in FIG. 8) of the three vaporization housings 38A, 38B, and 38C is provided with a vaporization mixing housing 76 (constituting the first mixing housing), and the upper end portions of the vaporization housings 38A, 38B, and 38C are The water vapor and the heated fuel gas that are communicated with the vaporizing housing 76 and vaporized in the vaporizing housings 38A, 38B, and 38C are mixed in the vaporizing and mixing housing 76 to be in a uniform state. The mixed gas thus uniformly mixed is fed from the vaporizing and mixing housing 76 to a reforming chamber (not shown) of the reformer as indicated by an arrow 77.

このように複数の気化ハウジング38A,38B,38Cが設けられている場合、それらの下流側に気化混合ハウジング76(即ち、第1混合ハウジング)を設けて複数の気化ハウジング38A,38B,38Cからの水蒸気及び燃料ガスを混合することによって、下流側に配設される改質器の各改質室部に送給される混合ガスの組成を均一にすることができる。従って、改質器の各改質室部には、燃料ガスと水蒸気との混合比率がほぼ同じ混合ガスが送給され、またその送給量もほぼ等しくなり、その結果、上述したと同様に、各改質室部での水蒸気改質がほぼ同じ条件でもっておこなわれるようになる。   When a plurality of vaporization housings 38A, 38B, and 38C are provided in this manner, the vaporization mixing housing 76 (that is, the first mixing housing) is provided on the downstream side thereof, and the plurality of vaporization housings 38A, 38B, and 38C are provided. By mixing the water vapor and the fuel gas, the composition of the mixed gas fed to each reforming chamber of the reformer disposed on the downstream side can be made uniform. Therefore, a gas mixture with substantially the same mixing ratio of the fuel gas and steam is fed to each reforming chamber of the reformer, and the feeding amount is also almost equal. As a result, as described above, The steam reforming in each reforming chamber is performed under substantially the same conditions.

このような燃料電池システムは、発電出力が数百〜1000Wクラスの燃料電池モジュールを複数用いて数kWクラスのシステムにするのに好都合に適用することができ、また数kWクラスの燃料電池モジュールを用いて10kW以上のシステムにするのにも適用することができる。   Such a fuel cell system can be advantageously applied to a system of several kW class by using a plurality of fuel cell modules having a power generation output of several hundred to 1000 W class, and a fuel cell module of several kW class can be applied. It can be applied to a system of 10 kW or more.

以上、本発明に従う燃料電池モジュール集合体の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である、
例えば、図示の実施形態では、二つの燃料電池モジュールを片側に配設し、この二つの燃料電池モジュールに対向するように二つの燃料電池モジュールを他側に配設しているが、片側に例えば一つ又は三つ以上の燃料電池モジュール配設し、他側に例えば一つ又は三つ以上の燃料電池モジュールを配設するようにしてもよい(尚、他側のものは、片側のものに対向して配設する必要はない)。
As mentioned above, although the embodiment of the fuel cell module assembly according to the present invention has been described, the present invention is not limited to such an embodiment, and various changes or modifications can be made without departing from the scope of the present invention. ,
For example, in the illustrated embodiment, two fuel cell modules are arranged on one side, and two fuel cell modules are arranged on the other side so as to face the two fuel cell modules. One or three or more fuel cell modules may be arranged, and for example, one or three or more fuel cell modules may be arranged on the other side. It is not necessary to arrange them facing each other).

また、図示の形態では、片側の燃料電池モジュールと他側の燃料電池モジュールとに囲まれた領域に気化器を配設しているが、このような構成に限定されず、複数の燃料電池モジュールを周方向に間隔をおいて放射状に配設し、これら燃料電池モジュールに囲まれた中央領域に気化器を配設するようにしてもよい。   In the illustrated embodiment, the carburetor is disposed in a region surrounded by the fuel cell module on one side and the fuel cell module on the other side. However, the present invention is not limited to such a configuration, and a plurality of fuel cell modules are provided. May be arranged radially at intervals in the circumferential direction, and a carburetor may be arranged in a central region surrounded by these fuel cell modules.

また、このような燃料電池システムでは、気化器の流路部材50に関連して、図11に示すように構成することもできる。図11において、この形態では、気化器24Bの装置ハウジング42Bの上壁80に、流路部材50の配設位置に対応して挿入開口(図示せず)が設けられ、この挿入開口に閉塞部材82が取外し可能に取り付けられている。そして、このことに関連して、流路部材50が例えば気化ハウジング40(図5参照)に着脱自在に装着される。尚、この閉塞部材82を気化ハウジング40に開閉自在に装着するようにしてもよい。   In addition, such a fuel cell system can be configured as shown in FIG. 11 in relation to the flow path member 50 of the vaporizer. In FIG. 11, in this embodiment, an insertion opening (not shown) is provided in the upper wall 80 of the device housing 42B of the vaporizer 24B corresponding to the arrangement position of the flow path member 50, and a closing member is provided in the insertion opening. 82 is removably attached. In relation to this, the flow path member 50 is detachably attached to the vaporizing housing 40 (see FIG. 5), for example. The closing member 82 may be attached to the vaporizing housing 40 so as to be freely opened and closed.

このように構成すると、例えば閉塞部材82を取り外すことによって挿入開口(図示せず)を開放することができ、このような開放状態において、この挿入開口を通して流路部材50を挿入することによって気化ハウジング40に取り付けることができ、またこの挿入開口を通して引き出すことによって気化ハウジング40から取り外すことができ、燃焼触媒が劣化したときなどにおいて流路部材50を容易に交換することができる。   If comprised in this way, an insertion opening (not shown) can be open | released, for example by removing the obstruction | occlusion member 82, and a vaporization housing is inserted by inserting the flow-path member 50 through this insertion opening in such an open state. 40, and can be removed from the vaporization housing 40 by being pulled out through the insertion opening, and the flow path member 50 can be easily replaced when the combustion catalyst is deteriorated.

2,2a,2b 燃料電池モジュール
4 燃料電池モジュール集合体
6 セルスタック
8 燃料ヘッダ
9 改質器
10,10a,10b 改質室部
24,24A,24B 気化器
30 燃料ガス供給手段
36 改質水供給手段
40 気化ハウジング(第1混合ハウジング)
50 流路部材
58 燃料触媒
64 第2混合ハウジング
76 気化混合ハウジング(第1混合ハウジング)





2, 2a, 2b Fuel cell module 4 Fuel cell module assembly 6 Cell stack 8 Fuel header 9 Reformer 10, 10a, 10b Reform chamber 24, 24A, 24B Vaporizer 30 Fuel gas supply means 36 Reform water supply 36 Means 40 Vaporization housing (first mixing housing)
50 Channel member 58 Fuel catalyst 64 Second mixing housing 76 Vaporization mixing housing (first mixing housing)





Claims (5)

炭化水素系燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、水蒸気改質に用いる水を供給するための改質水供給手段と、前記改質水供給手段からの改質水を気化させる気化器と、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスを前記気化器からの水蒸気を用いて水蒸気改質する改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元により発電を行う複数の燃料電池モジュールから構成された燃料電池モジュール集合体と、発電に寄与しない余剰燃料ガスを燃焼させるために前記複数の燃料電池モジュールの各々の上端部又は直上部に設けられた燃焼室と、を備えており、
前記改質器は前記複数の燃料電池モジュールの各々の前記燃焼室に対応して配設された複数の改質室部を有し、前記複数の燃料電池モジュールの各々の前記燃焼室の燃焼排気ガスを利用して対応する改質室部が加熱され、
また、前記気化器は、前記燃料電池モジュール集合体の前記複数の燃料電池モジュールに囲まれた領域に配置され、前記燃料電池モジュール集合体の前記複数の燃料電池モジュールの各々の前記燃焼室からの燃焼排気ガスは前記気化器を通して流れ、前記改質水供給手段からの改質水は、前記気化器にて前記複数の燃料電池モジュールの各々の前記燃焼室からの燃焼排気ガスを利用して気化され、
更に、前記燃料ガス供給手段と前記改質器の前記複数の改質室部との間には、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスと前記気化器からの改質用水蒸気とを混合する第1混合ハウジングが設けられ、更に、前記改質器の前記複数の改質室部と前記燃料電池モジュール集合体の前記複数の燃料電池モジュールとの間には、前記改質器の前記複数の改質室部で水蒸気改質された改質燃料ガスを混合する第2混合ハウジングが設けられ、
前記第1混合ハウジングにて混合された改質用水蒸気と燃料ガスとは、前記改質器の前記複数の改質室部に分岐して送給され、そして、前記改質器の前記複数の改質室部にて水蒸気改質された改質燃料ガスは、前記第2混合ハウジングにて混合された後に前記燃料電池モジュール集合体の前記複数の燃料電池モジュールに分岐して送給されることを特徴とする燃料電池システム。
Fuel gas supply means for supplying hydrocarbon fuel gas, reformed water supply means for supplying water used for steam reforming, and a vaporizer for vaporizing the reformed water from the reformed water supply means And a reformer for steam reforming the fuel gas from the fuel gas supply means using the steam from the vaporizer, oxidation of the reformed fuel gas and the oxidizing material reformed by the reformer, and A fuel cell module assembly composed of a plurality of fuel cell modules that generate power by reduction, and an upper end portion or a directly upper portion of each of the plurality of fuel cell modules for burning surplus fuel gas that does not contribute to power generation And a combustion chamber,
The reformer has a plurality of reforming chamber portions disposed corresponding to the combustion chambers of the plurality of fuel cell modules, and combustion exhaust of the combustion chambers of the plurality of fuel cell modules. The corresponding reforming chamber is heated using gas,
The carburetor is disposed in a region of the fuel cell module assembly surrounded by the plurality of fuel cell modules, and is disposed from the combustion chamber of each of the plurality of fuel cell modules of the fuel cell module assembly. Combustion exhaust gas flows through the vaporizer, and reformed water from the reforming water supply means is vaporized using the combustion exhaust gas from the combustion chambers of each of the plurality of fuel cell modules in the vaporizer. And
Further, the fuel gas from the fuel gas supply means and the reforming steam from the vaporizer are mixed between the fuel gas supply means and the plurality of reforming chambers of the reformer . A mixing housing is provided, and further, the plurality of reformers of the reformer are disposed between the plurality of reforming chamber portions of the reformer and the plurality of fuel cell modules of the fuel cell module assembly. A second mixing housing is provided for mixing the reformed fuel gas that has been steam-reformed in the mass chamber;
The reforming steam and the fuel gas mixed in the first mixing housing are branched and supplied to the plurality of reforming chambers of the reformer, and the plurality of reformers of the reformer The reformed fuel gas that has undergone steam reforming in the reforming chamber is mixed in the second mixing housing, and then branched and fed to the plurality of fuel cell modules of the fuel cell module assembly. A fuel cell system.
前記気化器には、前記複数の燃料電池モジュールの各々の前記燃焼室からの燃焼排気ガスが流れる排気ガス排出流路が設けられ、前記排気ガス排出流路に燃焼触媒が設けられ、前記排気ガス排出流路を流れる燃焼排気ガスを利用して改質水が気化されることを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。 The carburetor is provided with an exhaust gas exhaust passage through which combustion exhaust gas from the combustion chamber of each of the plurality of fuel cell modules flows, and a combustion catalyst is provided in the exhaust gas exhaust passage, and the exhaust gas The fuel cell system according to claim 1 , wherein the reformed water is vaporized using combustion exhaust gas flowing through the discharge passage. 前記気化器は、改質水を気化する気化室を規定する気化ハウジングを備え、前記気化ハウジングが前記第1混合ハウジングとして機能することを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2 , wherein the vaporizer includes a vaporization housing that defines a vaporization chamber that vaporizes reformed water, and the vaporization housing functions as the first mixing housing. 前記気化器は、改質水を気化する気化室を規定する気化ハウジングを備え、前記気化ハウジング内に前記排気ガス排出流路を規定する流路部材が装着され、前記流路部材の内周面に前記燃焼触媒が設けられ、前記流路部材は、前記気化ハウジングに設けられた挿入開口を通して挿入及び取出し自在に構成されていることを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。 The vaporizer includes a vaporization housing that defines a vaporization chamber that vaporizes reformed water, and a flow path member that defines the exhaust gas discharge flow path is mounted in the vaporization housing, and an inner peripheral surface of the flow path member The fuel cell system according to claim 2 , wherein the combustion catalyst is provided, and the flow path member is configured to be freely inserted and removed through an insertion opening provided in the vaporization housing . 前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスが前記気化器に供給され、前記気化器にて気化された改質用水蒸気に燃料ガスが混合され、前記排気ガス排出流路に関連して、前記複数の燃料電池モジュールを起動させるための起動用点火手段が設けられていることを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。 The fuel gas from the fuel gas supply means is supplied to the vaporizer, the fuel gas is mixed with the reforming vapor vaporized in the vaporizer, and the plurality of the exhaust gas discharge passages are associated with the plurality of The fuel cell system according to claim 2 , further comprising start ignition means for starting the fuel cell module.
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