JP6140497B2 - 燃料電池装置及び燃料電池システム - Google Patents
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Description
また、従来、空気導入部材の両端面を閉塞し、ガス流速を速め、その部分での熱交換を促進させ、温度分布を均一化することも考えられるものの、全体的な圧力損失が増大するという問題が生じる。
図1は本発明の一実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図、図2は同上の燃料電池装置の概略側面図である。
カソード: 1/2O2+2e−→O2−(電解質) ・・・(1)
アノード: O2−(電解質)+H2→H2O+2e− ・・・(2)
また、本実施形態の燃料改質器7は、酸化剤供給部材9のレイアウトのため、間隔をあけて平行に配置される2つの筒形燃料改質器により構成される。この場合、2つの筒形燃料改質器は燃料が並列に流れるように接続してもよいし、折り返して直列に流れるように接続してもよい。
燃料改質器7の出口側からは、生成された改質燃料の供給管(図示せず)が導出され、燃料電池スタック3の台座(燃料分配部)4に接続されている。
本構造例1では、酸化剤供給部材9内の上部の横方向両端部に、左右一対の集束用ガイド片21、22を設ける。
尚、集束用ガイド片21、22は、燃料電池スタック3との関係では、燃料電池スタック3の上端部とほぼ同じ高さ位置に設ける。
本構造例2では、集束用ガイド片21、22を横方向中央部に向かって斜め下向きに傾斜させている。
本構造例3では、集束用ガイド片21、22の傾斜部(図4)に上側に凸の湾曲を持たせている。
本構造例4では、集束用ガイド片21、22の傾斜部(図4)に上側に凹の湾曲を持たせている。
尚、第1の課題については構造例1〜4と同じ構造(集束用ガイド片21、22)により解決することとし、第2の課題を解決するための構造(以下に説明する分散用ガイド片23)を付け加える構成としている。
本構造例5では、酸化剤供給部材9内の集束用ガイド片21、22(図3)の下流側、詳しくは集束用ガイド片21、22間の酸化剤通過部の下流側に、分散用ガイド片23を設けている。
尚、分散用ガイド片23は、燃料電池スタック3との関係では、燃料電池スタック3の中央部とほぼ同じ高さ位置に設ける。
本構造例6では、分散用ガイド片23を上に凹の屈曲形状(V字形状)としている。
また、本構造例6では、分散用ガイド片23を構造例2(図4)に示した傾斜型の集束用ガイド片21、22と組み合わせた。これにより、傾斜型の集束用ガイド21、22を用いる場合に生じるデッドスペースの温度上昇を図ることができる。この場合、分散用ガイド片23の跳ね上げ角度は、集束用ガイド片21、22の傾斜角度との関係で、適宜設定することが望ましい(跳ね上げ角度>傾斜角度、跳ね上げ角度≒傾斜角度、又は、跳ね上げ角度<傾斜角度)。但し、これに限るものではなく、本構造例6の分散用ガイド片23を構造例1、3、4(図3、図5、図6)に示した集束用ガイド片21、22と組み合わせてもよい。
本構造例7では、分散用ガイド片23を左右一対の上に凹の屈曲形状(V字形状)、従って全体ではW字形状としている。また、分散用ガイド片23の横方向中央部、より具体的には左右一対の上に凹の屈曲形状の間に、上方からの酸化剤の一部を下方へ通過させる隙間部(分断部)24を設けている。
また、分散用ガイド片23の中央部に隙間部(分断部)24を設けることにより、次のような効果が得られる。燃料電池スタック3の横方向(セル配列方向)に配置された複数の酸化剤噴出口11からの供給比を均一化すること(偏流抑制)ができ、燃料電池スタック3の発電効率向上につながる。しかも、空気分配の均一化により、供給空気量に対してロバスト性が向上する。また、隙間部24を設けることで、圧力損失の増加を抑制できる。圧力損失が増加すると、補機の消費電力が増加し、同じDC発電効率の燃料電池装置を使用しても、燃料電池システム全体としてのAC発電効率が低下するが、圧力損失の増加抑制により、燃料電池システムとしてのAC発電効率の向上につながる。
本構造例8では、分散用ガイド片23を左右一対の上に凹の湾曲形状としている。また、分散用ガイド片23の横方向中央部、より具体的には左右一対の上に凹の湾曲形状の間に、上方からの酸化剤の一部を下方へ通過させる隙間部(分断部)24を設けている。
図11はガイド片の形成例を示す酸化剤供給部材の要部断面図である。
その上で、貼り合わせ前に、2枚の板材91、92を外側の面からプレスして、内側への凸部91a、92aを形成しておき、貼り合わせと同時に、凸部91a、92aの先端間を溶着し、これらの凸部91a、92aによって、ガイド片21、22又は23を形成する。
但し、ガイド片21、22又は23の形成手法は、これに限るものではなく、ガイド片となる板材を溶接により固着するなどしてもよいことは言うまでもない。
図12は本発明の他の実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図である。
本実施形態では、酸化剤供給部材9は、2つに分けて設けられ、複数の燃料電池セルの集合体である燃料電池スタック3を挟むように、その左右両方の側面部に沿って配置されている。
このような配置の場合も、各酸化剤供給部材9の内部に上記の集束用ガイド片21、22、更には、分散用ガイド片23を設けることで、同様の効果が得られる。
図13について説明すると、燃料電池装置100は、既に説明したように、燃料電池スタック3、オフガス燃焼部5、燃料改質器7を備えている。この例では、燃料改質器7は内部に水気化部を備えている。但し、燃料改質器7とは別に水気化部を設けてもよい。
原料供給装置200は、燃料電池装置100に燃料、酸化剤、改質用の水を供給する装置である。
パワーコンディショナー(PCS)300は、燃料電池装置100(燃料電池スタック3)の発電電力を取り出し、直流電力を交流電力に変換して、外部負荷に供給する機能を有している。
従って、燃料電池システムは、燃料電池装置100と、燃料電池装置100へ燃料及び酸化剤を供給する原料供給装置200と、燃料電池装置100の発電電力を取り出すパワーコンディショナー300とを含んで構成される。また、ここでは省略したが、燃料電池システムは、コジェネレーションシステムとして、燃料電池装置にて副次的に発生する熱を利用する給湯ユニット等を含んでいてもよい。
2 燃焼室区画部材
3 燃料電池スタック(複数の燃料電池セルの集合体)
3A、3B セルグループ
4 台座
5 オフガス燃焼部
6 排気出口
7 燃料改質器
9 酸化剤供給部材
10 酸化剤導入口
11 酸化剤噴出口
21、22 集束用ガイド片
23 分散用ガイド片
24 隙間部
100 燃料電池装置
200 原料供給装置
300 パワーコンディショナー
Claims (10)
- 水素富化燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う複数の燃料電池セルの集合体である燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの上端部から排出されるオフガスを燃焼させて前記燃料電池スタックを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、
前記燃料電池スタックに酸化剤を供給するため、前記燃料電池スタック若しくはその一部を構成するセルグループの横長の側面部に沿って配置される中空板状の酸化剤供給部材と、を含んで構成され、
前記中空板状の酸化剤供給部材は、上端部側に酸化剤導入口を有し、下端部側に酸化剤噴出口を有する、燃料電池装置であって、
前記酸化剤供給部材内の上部の横方向両端部に、横方向に延在し、前記酸化剤供給部材内の上部での酸化剤の流れを横方向中央部へ集中させる左右一対の集束用ガイド片を設け、該集束用ガイド片は、横方向中央部に向かって斜め下向きに傾斜していることを特徴とする、燃料電池装置。 - 前記集束用ガイド片の傾斜部は、上側に凸の湾曲をなしていることを特徴とする、請求項1記載の燃料電池装置。
- 前記集束用ガイド片の傾斜部は、上側に凹の湾曲をなしていることを特徴とする、請求項1記載の燃料電池装置。
- 更に、前記酸化剤供給部材内で、前記集束用ガイド片より下側位置の横方向中央部に、横方向に延在し、上方からの酸化剤の流れを受け止めて、横方向両端部へ分散させる分散用ガイド片を設けたことを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の燃料電池装置。
- 前記分散用ガイド片は、上側に凹の屈曲若しくは湾曲形状であることを特徴とする、請求項4記載の燃料電池装置。
- 前記分散用ガイド片は、左右一対の上側に凹の屈曲若しくは湾曲形状であることを特徴とする、請求項4記載の燃料電池装置。
- 前記分散用ガイド片は、その横方向中央部に上方からの酸化剤の一部を下方へ通過させる隙間部を有することを特徴とする、請求項4〜請求項6のいずれか1つに記載の燃料電
池装置。 - 前記燃料電池スタックは、複数のセルグループに分割されており、前記酸化剤供給部材は、セルグループ間に配置されることを特徴とする、請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の燃料電池装置。
- 前記酸化剤供給部材は、前記燃料電池スタックを挟むように、複数配置されることを特徴とする、請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の燃料電池装置。
- 請求項1〜請求項9のいずれか1つに記載の燃料電池装置と、前記燃料電池装置に前記燃料及び前記酸化剤を供給する原料供給装置と、前記燃料電池装置の発電電力を取り出すパワーコンディショナーと、を含んで構成される、燃料電池システム。
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