JP6185328B2 - Fuel cell device - Google Patents

Fuel cell device Download PDF

Info

Publication number
JP6185328B2
JP6185328B2 JP2013157847A JP2013157847A JP6185328B2 JP 6185328 B2 JP6185328 B2 JP 6185328B2 JP 2013157847 A JP2013157847 A JP 2013157847A JP 2013157847 A JP2013157847 A JP 2013157847A JP 6185328 B2 JP6185328 B2 JP 6185328B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inner shell
exhaust gas
fuel cell
outer shell
cell device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013157847A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015028863A (en
Inventor
暁 山本
暁 山本
水野 康
康 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2013157847A priority Critical patent/JP6185328B2/en
Publication of JP2015028863A publication Critical patent/JP2015028863A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6185328B2 publication Critical patent/JP6185328B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、燃料電池装置に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell device.

燃料電池の発電方式にはいくつかの種類が知られているが、近年では、高い発電効率の達成が可能な固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:SOFC)が注目されている。   Several types of power generation systems for fuel cells are known, but in recent years, solid oxide fuel cells (SOFC) capable of achieving high power generation efficiency have attracted attention.

固体酸化物形燃料電池システム(以下、適宜SOFCシステムと称する)の主な構成要素は、燃料電池装置である。燃料電池装置は主に、水素リッチガス(純水素を含む)と酸化剤(一般に空気)との電気化学的反応によって発電を行う複数の燃料電池セルの集合体であるセルスタック(燃料電池スタック)と、セルスタックにおいて発電に用いられなかった水素リッチガス及び酸化剤(以下、オフガスという)を燃焼させてセルスタックを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、セルスタック及びオフガス燃焼部を取り囲む容器と、を含んで構成される。   A main component of a solid oxide fuel cell system (hereinafter referred to as an SOFC system as appropriate) is a fuel cell device. A fuel cell device mainly includes a cell stack (fuel cell stack) that is an assembly of a plurality of fuel cell cells that generate power by an electrochemical reaction between a hydrogen-rich gas (including pure hydrogen) and an oxidant (generally air). An off-gas combustion section for burning a hydrogen-rich gas and an oxidant (hereinafter referred to as off-gas) that has not been used for power generation in the cell stack to maintain the cell stack at a high temperature, and a vessel surrounding the cell stack and the off-gas combustion section. Consists of including.

容器には、外殻、外殻に内包される内殻、及び内殻を内包する隔壁を備えるものがある。外殻は、セルスタックの側面部に対向する側壁を少なくとも有し、セルスタック及びオフガス燃焼部を内包する上部開放の内殻と、内殻の側壁の外側に配置される側壁を少なくとも有し内殻の側壁との間に排ガス流路を形成する隔壁と、を内側に含んで構成される。排ガス流路は、オフガスの燃焼による排ガスを上から下へ流通させる。また、外殻と隔壁との間は、酸化剤流路が形成される。酸化剤流路は、酸化剤を下から上へ流通させる。このような容器を備える燃料電池装置は、特許文献1〜4に開示されている。   Some containers include an outer shell, an inner shell enclosed in the outer shell, and a partition wall containing the inner shell. The outer shell has at least a side wall facing the side surface portion of the cell stack, and has at least an inner shell with an open top that encloses the cell stack and the off-gas combustion unit, and a side wall disposed outside the side wall of the inner shell. A partition wall that forms an exhaust gas flow path between the shell and the side wall of the shell is included inside. The exhaust gas flow channel distributes exhaust gas from off-gas combustion from top to bottom. In addition, an oxidant flow path is formed between the outer shell and the partition wall. The oxidant channel allows the oxidant to flow from the bottom to the top. The fuel cell apparatus provided with such a container is disclosed by patent documents 1-4.

また、燃料電池装置は、安定的な発電を行うためのセンサ類、オフガス燃焼部に着火するための着火装置、発電した電力を取り出すための電極などの部品(以下、挿入部品)を備える。特許文献2〜4には、排ガス流路、及び酸化剤流路を横断して配置される挿入部品が開示されている。   In addition, the fuel cell device includes components (hereinafter referred to as insertion components) such as sensors for performing stable power generation, an ignition device for igniting the off-gas combustion unit, and an electrode for taking out the generated electric power. Patent Documents 2 to 4 disclose an insertion part disposed across the exhaust gas flow path and the oxidant flow path.

特開2010−49969号公報JP 2010-49969 A 特開2010−44992号公報JP 2010-44992 A 特開2011−29201号公報JP2011-29201A 特開2007−59377号公報JP 2007-59377 A

上記の通り、排ガス流路及び酸化剤流路を横断して挿入部品を配置した場合には、燃料電池装置の作動中には、セルスタックの発熱及び/又はオフガス燃焼部の燃焼熱によって、挿入部品の一部が高温に加熱されることになる。このため、挿入部品が高温化することによる破損等の劣化が生じ得る。この課題に対して耐熱性の高い挿入部材を用いることも考えられるが、挿入部品、ひいては燃料電池装置の製造コストの上昇につながる。   As described above, when the insertion part is arranged across the exhaust gas flow path and the oxidant flow path, the fuel cell apparatus is inserted due to the heat generated by the cell stack and / or the combustion heat of the off-gas combustion section. A part of the component is heated to a high temperature. For this reason, deterioration such as breakage due to the high temperature of the inserted part may occur. Although it is conceivable to use an insert member having high heat resistance for this problem, this leads to an increase in the manufacturing cost of the insert part and consequently the fuel cell device.

そこで本発明は、上記の課題を解決することを目的とし、高温下における挿入部品の劣化を抑制することができる燃料電池装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell device that can suppress the above-described problem and suppress deterioration of an insertion part at a high temperature.

本発明の第1の態様に従えば、セルスタック、及び前記セルスタックを内部に収容する容器を備える燃料電池装置であって、
前記容器は、外殻、前記外殻の内側に配置される内殻、及び前記内殻の内側に配置される排ガス隔壁を有し、
前記内殻と前記排ガス隔壁の間に、前記容器内のセルスタックから発生する排ガスを前記容器の外部に導出するための排ガス流路が画成されており、
前記外殻、前記内殻、前記排ガス隔壁を貫通して前記容器の内部に至る挿入部品をさらに備え、
前記挿入部品が前記外殻、前記内殻、前記排ガス隔壁を貫通している前記容器の貫通部において、前記貫通部を取り囲むように、前記内殻と前記排ガス隔壁が接触していることを特徴とする燃料電池装置が提供される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell device comprising a cell stack and a container that accommodates the cell stack therein,
The container has an outer shell, an inner shell arranged inside the outer shell, and an exhaust gas partition wall arranged inside the inner shell,
Between the inner shell and the exhaust gas partition wall, an exhaust gas passage for deriving the exhaust gas generated from the cell stack in the container to the outside of the container is defined,
Further comprising an insertion part that penetrates the outer shell, the inner shell, and the exhaust gas partition wall to reach the inside of the container,
The inner shell and the exhaust gas partition are in contact with each other so as to surround the penetrating part in the penetrating part of the container through which the insertion part passes through the outer shell, the inner shell, and the exhaust gas partitioning wall. A fuel cell device is provided.

本発明の燃料電池装置では、高温の排ガスと挿入部品との直接的な接触を解消することにより、高温の排ガスから挿入部品への熱伝達量が低減されており、挿入部品の加熱が抑制されている。   In the fuel cell device of the present invention, by eliminating the direct contact between the high temperature exhaust gas and the insertion part, the amount of heat transfer from the high temperature exhaust gas to the insertion part is reduced, and the heating of the insertion part is suppressed. ing.

本発明の燃料電池装置において、前記貫通部において、前記外殻が平坦に構成されていてもよい。このような構成とすれば、外殻を加工する必要がなく、また、容器の外表面に断熱材を配置する場合や、燃料電池装置のユニット化において製造コストが低下し、製造作業性が向上する。   In the fuel cell device of the present invention, the outer shell may be configured to be flat in the penetrating portion. With such a configuration, it is not necessary to process the outer shell, and when a heat insulating material is disposed on the outer surface of the container or when the fuel cell device is unitized, the manufacturing cost is reduced and the manufacturing workability is improved. To do.

本発明の燃料電池装置において、前記外殻と前記内殻との間に前記セルスタックに供給する酸化剤を流通させる酸化剤流路が画成されており、前記挿入部品は、前記貫通部において、さらに前記酸化剤流路を貫通して配置されており、前記貫通部において、前記外殻と前記内殻が接触しないように前記外殻が前記内殻に向けて突出していてもよく、さらに前記外殻の前記内殻に向けての突出量は、前記内殻の突出量より大きくてもよい。このような構造とすることで、酸化剤によって効率よく挿入部品を冷却することができる。   In the fuel cell device of the present invention, an oxidant flow path for allowing an oxidant to be supplied to the cell stack to flow is defined between the outer shell and the inner shell. The outer shell may protrude toward the inner shell so that the outer shell and the inner shell are not in contact with each other in the penetrating portion. The protruding amount of the outer shell toward the inner shell may be larger than the protruding amount of the inner shell. By setting it as such a structure, an insertion part can be efficiently cooled with an oxidizing agent.

本発明の燃料電池装置において、前記外殻と前記内殻の間に前記セルスタックに供給する酸化剤を流通させる酸化剤流路が画成されており、前記酸化剤流路の、前記貫通部に関して下流側において、前記外殻が前記内殻から離れる方向に突出するように構成されているか、又は前記内殻が前記排ガス隔壁に向けて突出するように構成されているかの何れかの構成であってもよい。このような構成により、酸化剤による挿入部品の冷却を効率よく行うことができる。   In the fuel cell device according to the present invention, an oxidant flow path for flowing an oxidant supplied to the cell stack is defined between the outer shell and the inner shell, and the penetrating portion of the oxidant flow path With respect to the downstream side, the outer shell is configured to protrude in a direction away from the inner shell, or the inner shell is configured to protrude toward the exhaust gas partition wall. There may be. With such a configuration, the insertion part can be efficiently cooled by the oxidizing agent.

本発明の燃料電池装置において、前記挿入部品は、温度測定部、点火装置、及び電流取り出し部の少なくとも一種であってもよい。   In the fuel cell device of the present invention, the insertion part may be at least one of a temperature measurement unit, an ignition device, and a current extraction unit.

本発明の燃料電池装置によれば、排ガス流路を流れる排ガスに曝されることによる挿入部品の熱劣化を抑制することができる。よって、挿入部品ひいては燃料電池装置の寿命を延ばし、それらの製造コストを低減することができる。   According to the fuel cell device of the present invention, it is possible to suppress thermal deterioration of the insertion part due to exposure to the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage. Therefore, it is possible to extend the life of the inserted parts and thus the fuel cell device, and to reduce their manufacturing costs.

図1(A)は、本発明が適用される燃料電池装置の概略断面図、図1(B)は、図1(A)のX−X線に沿った概略断面図である。1A is a schematic cross-sectional view of a fuel cell device to which the present invention is applied, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line XX of FIG. 1A. 図2(A)(B)は、本発明の第1実施形態に係る容器の貫通部近傍の断面図である。2A and 2B are cross-sectional views in the vicinity of the penetrating portion of the container according to the first embodiment of the present invention. 図3(A)(B)は、本発明の第1実施形態の変形例に係る容器の貫通部近傍の断面図である。3A and 3B are cross-sectional views in the vicinity of the penetrating portion of the container according to the modification of the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第1実施形態の他の変形例に係る容器の貫通部近傍の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the vicinity of the penetrating portion of the container according to another modification of the first embodiment of the present invention. 図5は、燃料電池装置の概略を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing an outline of the fuel cell device.

<第1実施形態>
図1(A)(B)及び図5に、一般に知られる燃料電池装置900の概念図を示す。一般に知られる燃料電池装置900は、固体酸化物形燃料電池(SOFC)であり、容器9と、その内部に配置された改質部16、複数の燃料電池セル10、及びオフガス燃焼エリア14を備える。なお、図1(A)において手前側及び奥側を、燃料電池装置900、容器9の前側及び後側とする。また、図1(A)において左側、右側を燃料電池装置900、容器9の左側、右側とし、図1(A)において上側、下側を、燃料電池装置900、容器9の上側、下側とする。
<First Embodiment>
1A, 1B, and 5 are conceptual diagrams of a generally known fuel cell device 900. FIG. A generally known fuel cell device 900 is a solid oxide fuel cell (SOFC), and includes a container 9, a reforming unit 16 disposed in the container 9, a plurality of fuel cells 10, and an off-gas combustion area 14. . In FIG. 1A, the front side and the back side are the fuel cell device 900 and the front side and rear side of the container 9, respectively. In FIG. 1A, the left and right sides are the left and right sides of the fuel cell device 900 and the container 9, and the upper and lower sides in FIG. 1A are the upper and lower sides of the fuel cell device 900 and the container 9, respectively. To do.

図5に示すとおり、燃料電池セル10は、燃料極11、電解質12、酸化剤極13を備えている。電解質12は、高温下で酸化物イオンを伝導する。燃料極11は、酸化物イオンと燃料中の水素とを反応させて電子及び水を発生させる。酸化剤極13では、下記(1)式の電極反応、燃料極11では下記(2)の電極反応がそれぞれ起こり、発電がなされる。
酸化剤極: 1/2O+2e→O2−(電解質) ・・・(1)
燃料極: O2−(電解質)+H→HO+2e ・・・(2)
燃料電池装置900には、上記のような燃料電池セル10が多数備えられ、これらは電気的に直列(及び並列)に接続されて、燃料電池セル10の集合体であるセルスタック(燃料電池スタック)6を構成している。燃料電池セル10は、筒状または平板状など、公知のものを選択することができる。また、燃料電池セル10の配列も任意に選択することができるため、図1中のセルスタック6は、それらを省略して概略的に示したものである。また、水素リッチガス及び酸化剤の供給形態は、セルスタック6の形状に応じて設計されるものである。よって、水素リッチガス供給部材42及び酸化剤供給部材52の配置及び数は、図1(A)(B)で示す形態に限定されないことは言うまでもない。
As shown in FIG. 5, the fuel cell 10 includes a fuel electrode 11, an electrolyte 12, and an oxidant electrode 13. The electrolyte 12 conducts oxide ions at high temperatures. The fuel electrode 11 generates electrons and water by reacting oxide ions with hydrogen in the fuel. The electrode reaction of the following formula (1) occurs at the oxidant electrode 13 and the electrode reaction of the following (2) occurs at the fuel electrode 11 to generate power.
Oxidant electrode: 1 / 2O 2 + 2e → O 2− (electrolyte) (1)
Fuel electrode: O 2− (electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e (2)
The fuel cell device 900 includes a large number of fuel cells 10 as described above, and these are electrically connected in series (and in parallel) to form a cell stack (fuel cell stack) that is an assembly of the fuel cells 10. ) 6. As the fuel cell 10, a known one such as a cylindrical shape or a flat plate shape can be selected. In addition, since the arrangement of the fuel cells 10 can be arbitrarily selected, the cell stack 6 in FIG. 1 is schematically shown by omitting them. The supply form of the hydrogen rich gas and the oxidizing agent is designed according to the shape of the cell stack 6. Therefore, it goes without saying that the arrangement and number of the hydrogen-rich gas supply member 42 and the oxidant supply member 52 are not limited to the forms shown in FIGS.

改質部16は、改質触媒を用いた改質反応により、水素含有燃料を改質して、水素リッチガスを生成する。水素含有燃料としては、例えば炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物(酵素等、他の元素を含んでいてもよい)もしくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。なお、水素含有燃料が硫黄を含有する場合は、例えば脱硫部(図示せず)によって硫黄を除去してから改質部16に供給することが好ましい。改質部16における改質方式は特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他公知の改質方式を単独または組み合わせて実施することができる。図5では、水蒸気改質方式を例示する。   The reforming unit 16 reforms the hydrogen-containing fuel by a reforming reaction using a reforming catalyst to generate a hydrogen rich gas. As the hydrogen-containing fuel, for example, a hydrocarbon fuel is used. As the hydrocarbon fuel, a compound containing carbon and hydrogen in a molecule (which may contain other elements such as an enzyme) or a mixture thereof is used. Examples of hydrocarbon fuels include hydrocarbons, alcohols, ethers, and biofuels. These hydrocarbon fuels are derived from conventional fossil fuels such as petroleum and coal, and synthetic systems such as synthesis gas. Those derived from fuel and those derived from biomass can be used as appropriate. Specific examples of hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, town gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil. Examples of alcohols include methanol and ethanol. Examples of ethers include dimethyl ether. Examples of biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet. When the hydrogen-containing fuel contains sulfur, it is preferable to supply the reforming unit 16 after removing sulfur by, for example, a desulfurization unit (not shown). The reforming method in the reforming unit 16 is not particularly limited, and for example, steam reforming, partial oxidation reforming, autothermal reforming, and other known reforming methods can be performed alone or in combination. FIG. 5 illustrates a steam reforming method.

改質部16で生成された水素リッチガスは、セルスタック6を構成する燃料電池セル10の燃料極11側へ供給される。一方で、燃料電池セル10の酸化剤極13側へは空気などの酸化剤が供給される。燃料極11と酸化剤極13の間には、電解質12が配置されている。燃料電池セル10は、供給された水素リッチガスと酸化剤とによる電気化学的反応によって発電を行う。   The hydrogen-rich gas generated in the reforming unit 16 is supplied to the fuel electrode 11 side of the fuel cell 10 constituting the cell stack 6. On the other hand, an oxidant such as air is supplied to the oxidant electrode 13 side of the fuel cell 10. An electrolyte 12 is disposed between the fuel electrode 11 and the oxidant electrode 13. The fuel cell 10 generates power by an electrochemical reaction between the supplied hydrogen-rich gas and the oxidant.

燃料極11及び酸化剤極13で発電に供されなかったガスは、オフガス燃焼エリア14で燃焼させる。このときの燃焼熱は、改質部16、燃料電池セル10、酸化剤極13に供給される前の酸化剤の加熱に利用される。   Gas that has not been used for power generation at the fuel electrode 11 and the oxidant electrode 13 is burned in the off-gas combustion area 14. The combustion heat at this time is used for heating the oxidant before being supplied to the reforming unit 16, the fuel cell 10, and the oxidant electrode 13.

容器9は、外殻2と、外殻2に内包される内殻3、及び内殻3に内包される排ガス隔壁4を備える。外殻2は、6面体の箱形状であり、正面視で左右一対の左側壁2a及び右側壁2bと、天板2cと、底板2dとを有する。内殻3は、正面視で左右一対の左側壁3a及び右側壁3bと、天板3cと、底板3dとを有する。排ガス隔壁4は、正面視で左右一対の左側壁4aと右側壁4bと底板4dとを有し、上部開放のチャンネル状、または上部開放のU溝状に形成されている。この排ガス隔壁4内に、複数の燃料電池セル10の集合体であるセルスタック6、オフガス燃焼エリア14、改質部16、及び酸化剤供給流路52が配置される。   The container 9 includes an outer shell 2, an inner shell 3 included in the outer shell 2, and an exhaust gas partition wall 4 included in the inner shell 3. The outer shell 2 has a hexahedral box shape and includes a pair of left and right left and right side walls 2a, 2b, a top plate 2c, and a bottom plate 2d in a front view. The inner shell 3 has a pair of left and right left side walls 3a and 3b, a top plate 3c, and a bottom plate 3d in front view. The exhaust gas partition wall 4 has a pair of left and right left side walls 4a, 4b, and a bottom plate 4d in a front view, and is formed in a channel shape with an open top or a U groove shape with an open top. In the exhaust gas partition wall 4, a cell stack 6, an off-gas combustion area 14, a reforming unit 16, and an oxidant supply channel 52, which are aggregates of a plurality of fuel cells 10, are disposed.

外殻2と内殻3によって、酸化剤が流通する酸化剤流路51が形成される。内殻3と排ガス隔壁4によって、排ガス流路61が形成される。外殻2の底板2dに開口された酸化剤入口50から取り込まれた酸化剤は酸化剤流路51を下方から上方に向かって流通し、内殻3の上壁3cに接続された酸化剤供給部材52を通じてセルスタック6の酸化剤極13に供給される。一方、改質部16で生成された水素リッチガスは、水素リッチガス供給流路42を通じてセルスタック6の燃料極11に供給される。セルスタック6で発電に供されなかった余剰の水素リッチガス及び酸化剤は、オフガス燃焼エリア14で燃焼された後、排ガス流路61を上方から下方に流通して、内殻3の底板3dに開口された排ガス出口60から燃料電池装置900の外部に導出される。燃料電池装置900の通常発電時の動作中においては、酸化剤流路51を120〜450℃程度の酸化剤が継続的に流通し、排ガス流路61を、250〜480℃程度の排ガスが継続的に流通する。なお、図1〜図3において、黒丸の外周を円で囲った記号は、紙面の裏から表に向かうガスの流れを示し、バツ印を丸で囲った記号は、紙面の表から裏に向かうガスの流れを示す。   The outer shell 2 and the inner shell 3 form an oxidant channel 51 through which the oxidant flows. An exhaust gas flow path 61 is formed by the inner shell 3 and the exhaust gas partition wall 4. The oxidant taken in from the oxidant inlet 50 opened in the bottom plate 2d of the outer shell 2 flows from the lower side to the upper side through the oxidant channel 51, and is supplied with the oxidant connected to the upper wall 3c of the inner shell 3. It is supplied to the oxidant electrode 13 of the cell stack 6 through the member 52. On the other hand, the hydrogen-rich gas generated in the reforming unit 16 is supplied to the fuel electrode 11 of the cell stack 6 through the hydrogen-rich gas supply channel 42. Excess hydrogen-rich gas and oxidant that have not been used for power generation in the cell stack 6 are combusted in the off-gas combustion area 14, and then flow through the exhaust gas flow channel 61 downward from above to open to the bottom plate 3 d of the inner shell 3. The exhaust gas outlet 60 is led out of the fuel cell device 900. During operation of the fuel cell device 900 during normal power generation, an oxidant of about 120 to 450 ° C. continuously flows through the oxidant channel 51, and an exhaust gas of about 250 to 480 ° C. continues through the exhaust gas channel 61. In circulation. In FIG. 1 to FIG. 3, a symbol surrounded by a circle around the outer periphery of the black circle indicates a gas flow from the back of the paper to the front, and a symbol surrounded by a circle indicates the back from the front of the paper. The flow of gas is shown.

また、燃料電池装置900は、外殻2の左側壁2a、内殻3の左側壁3a、排ガス隔壁4の左側壁4aを貫通して配置される挿入部材を備える。挿入部材は、例えば、オフガス燃焼エリア14に着火するための着火装置、セルスタックの温度やオフガス燃焼エリア14の火炎温度を測定するための温度計、発電した電力を取り出すための電流取り出し部等の部品が挙げられる。図1では、オフガス燃焼エリア14の火炎温度を測定する温度測定部7を例示する。   In addition, the fuel cell device 900 includes an insertion member disposed through the left side wall 2 a of the outer shell 2, the left side wall 3 a of the inner shell 3, and the left side wall 4 a of the exhaust gas partition wall 4. The insertion member includes, for example, an ignition device for igniting the off-gas combustion area 14, a thermometer for measuring the temperature of the cell stack and the flame temperature of the off-gas combustion area 14, and a current extraction unit for taking out the generated electric power. Parts. In FIG. 1, the temperature measurement part 7 which measures the flame temperature of the off-gas combustion area 14 is illustrated.

次に、本実施形態の燃料電池装置100の容器1において、温度測定部7が容器1を貫通している容器1の部分、即ち貫通部における容器1の流路構造について、図2(A)、(B)を参照しながら説明する。図1〜図4においては、温度測定部7が外殻2、内殻3、排ガス隔壁4をそれぞれ貫通する部分(貫通部)を含む領域を領域Pとして示している。なお、容器1は、貫通部を含む領域の構造を除いて容器9と同様である。容器1について、容器9と同じ構造及び要素については、容器9で用いたものと同じ符号を付し、説明を省略する。図2(A)は、容器1を貫通部において前後方向に直交する面で切断し、前側から見た左側の部分断面図である。図2(B)は、容器1を貫通部において上下方向に直交する面で切断し、上側から見た左側の部分断面図である。セルスタック6は、図2(A)、(B)中において、温度測定部7の右側に配置されている。   Next, in the container 1 of the fuel cell device 100 of the present embodiment, the portion of the container 1 where the temperature measuring unit 7 penetrates the container 1, that is, the flow path structure of the container 1 in the penetrating part is shown in FIG. , (B) will be described. 1 to 4, a region including a portion (penetrating portion) in which the temperature measuring unit 7 penetrates the outer shell 2, the inner shell 3, and the exhaust gas partition wall 4 is illustrated as a region P. The container 1 is the same as the container 9 except for the structure of the region including the penetrating portion. About the container 1, about the same structure and element as the container 9, the same code | symbol as what was used with the container 9 is attached | subjected, and description is abbreviate | omitted. FIG. 2A is a partial cross-sectional view of the left side of the container 1 as viewed from the front side when the container 1 is cut along a plane perpendicular to the front-rear direction at the penetrating portion. FIG. 2B is a partial cross-sectional view of the left side when the container 1 is cut along a plane perpendicular to the vertical direction at the penetrating portion and viewed from above. The cell stack 6 is disposed on the right side of the temperature measuring unit 7 in FIGS. 2 (A) and 2 (B).

本実施形態においては、この貫通部の周囲において、貫通部(挿入部材)を取り囲むように内殻3の左側壁3aが排ガス隔壁4の左側壁4aに向かって円錐台状の突出部31として突出し、その突出部31の頂面32が排ガス隔壁4の左側壁4aに接触して密着している。即ち、貫通部とその周囲においては、排ガス流路61が内殻3の左側壁3aによって閉塞されており、内殻3の左側壁3aと排ガス隔壁4の左側壁4aとの間に、排ガス流路61は画成されていない(排ガス流路61の幅がゼロとなっている)。   In the present embodiment, the left side wall 3a of the inner shell 3 protrudes as a frustoconical protrusion 31 toward the left side wall 4a of the exhaust gas partition 4 so as to surround the through part (insertion member) around the through part. The top surface 32 of the projecting portion 31 is in contact with and in close contact with the left side wall 4a of the exhaust gas partition wall 4. That is, the exhaust gas flow path 61 is blocked by the left side wall 3 a of the inner shell 3 in the through portion and the periphery thereof, and the exhaust gas flow is between the left side wall 3 a of the inner shell 3 and the left side wall 4 a of the exhaust gas partition wall 4. The passage 61 is not defined (the width of the exhaust gas passage 61 is zero).

貫通部において、内殻3の左側壁3aをこのような形状として排ガス流路61を閉塞することで、高温の排ガスは貫通部を通過せず、そこを迂回して流通することとなり、排ガスが温度測定部7と直接に接触することが防止される。よって、高温の排ガスとの接触により温度測定部7が加熱されることが抑制される。   By closing the exhaust gas passage 61 with the left side wall 3a of the inner shell 3 having such a shape in the penetrating portion, the high-temperature exhaust gas does not pass through the penetrating portion and circulates around there, so that the exhaust gas flows. Direct contact with the temperature measuring unit 7 is prevented. Therefore, it is suppressed that the temperature measurement part 7 is heated by contact with high temperature exhaust gas.

頂面32の前後方向の寸法及び上下方向の寸法、即ち、排ガス流路61が画成されていない領域(排ガス流路61が閉塞されている領域、排ガス流路61の幅がゼロとなっている領域)の前後方向及び上下方向の寸法は任意である。なお、突出部31は円錐台状に限らず、円柱状、各柱状、角錐台状、三角錐台状等任意の形状でよく、頂面32の形状は、円形に限らず、矩形、三角形、台形等任意の形状でよい。また、図2(A)、(B)においては、内殻3の左側壁3aの突出部31は鈍角に折れ曲がって突出するように描かれているが、曲線状に曲がって突出する態様であってもよい。   The dimension of the top surface 32 in the front-rear direction and the vertical dimension, that is, the region where the exhaust gas flow channel 61 is not defined (the region where the exhaust gas flow channel 61 is closed, the width of the exhaust gas flow channel 61 becomes zero. The dimensions in the front-rear direction and the vertical direction of the area) are arbitrary. The protruding portion 31 is not limited to the truncated cone shape, and may be any shape such as a columnar shape, each columnar shape, a truncated pyramid shape, or a triangular truncated cone shape. The shape of the top surface 32 is not limited to a circle, but a rectangle, a triangle, Any shape such as a trapezoid may be used. 2 (A) and 2 (B), the protruding portion 31 of the left side wall 3a of the inner shell 3 is drawn so as to be bent at an obtuse angle, but it is an aspect that is bent and protruded in a curved shape. May be.

また、本実施形態においては、貫通部の周囲において、外殻2の左側壁2aは、内殻3の左側壁3aに向かって円錐台状の突出部21として突出し、その突出部21の頂面22は、内殻3の左側壁3aの突出部31の頂面32と幅wo2を有して略平行に延在している。ここで、突出部21の突出量は、突出部31の突出量よりも大きくなっている。よって、幅wo2は、温度測定部7が配置されている貫通部とは異なる部分(以下、非貫通部と呼ぶ)における外殻2の左側壁2aと内殻3の左側壁3aとの間の幅wo1よりも小さくなっている。すなわち、酸化剤流路51の左右方向の幅は、貫通部において、非貫通部よりも小さくなっている。(wo2<wo1)。   In the present embodiment, the left side wall 2a of the outer shell 2 projects as a frustoconical projecting portion 21 toward the left side wall 3a of the inner shell 3 around the penetrating portion, and the top surface of the projecting portion 21 22 has a top surface 32 of the protruding portion 31 of the left side wall 3a of the inner shell 3 and a width wo2 and extends substantially in parallel. Here, the protruding amount of the protruding portion 21 is larger than the protruding amount of the protruding portion 31. Therefore, the width wo2 is between the left side wall 2a of the outer shell 2 and the left side wall 3a of the inner shell 3 in a portion (hereinafter referred to as a non-penetrating portion) different from the through portion where the temperature measuring unit 7 is disposed. It is smaller than the width wo1. That is, the width of the oxidant channel 51 in the left-right direction is smaller in the penetrating portion than in the non-penetrating portion. (Wo2 <wo1).

貫通部の周囲において、外殻2の左側壁2aをこのような形状として、貫通部における酸化剤流路51の左右方向の幅wo2を、非貫通部における酸化剤流路51の左右方向の幅wo1よりも小さくすることによって、貫通部に配置された温度測定部7の周囲を流れる酸化剤の流速を上昇させることができる。一般に、気体と固体が接触する境界においては、所定の厚さの境膜が形成される。この境膜は気体の流速が大きくなるほど薄く、小さくなるほど厚くなる。さらに、境膜が薄くなると気体と固体との間の熱伝達量は大きくなり、境膜が厚くなるほど気体と固体との間の熱伝達量は小さくなる。ここで、燃料電池装置の通常発電時の動作中においては、温度測定部7の外表面が約350〜450℃程度に達しうるのに対し、酸化剤は約200〜250℃と低温である。よって、酸化剤は温度測定部7に対して冷却媒体として作用することができる。よって、酸化剤により温度測定部7を効率よく冷却することができる。   The left side wall 2a of the outer shell 2 is formed in such a shape around the penetrating part, and the width wo2 of the oxidant channel 51 in the penetrating part is set as the width wo2 in the horizontal direction of the oxidant channel 51 in the non-penetrating part. By making it smaller than wo1, it is possible to increase the flow rate of the oxidant flowing around the temperature measuring unit 7 disposed in the penetrating part. In general, a boundary film having a predetermined thickness is formed at the boundary between the gas and the solid. This boundary film becomes thinner as the gas flow rate increases, and becomes thicker as it decreases. Furthermore, as the film becomes thinner, the amount of heat transfer between the gas and the solid increases, and as the film becomes thicker, the amount of heat transfer between the gas and the solid decreases. Here, during the normal power generation operation of the fuel cell device, the outer surface of the temperature measuring unit 7 can reach about 350 to 450 ° C., whereas the oxidant is as low as about 200 to 250 ° C. Therefore, the oxidizing agent can act as a cooling medium for the temperature measuring unit 7. Therefore, the temperature measuring unit 7 can be efficiently cooled by the oxidizing agent.

外殻2の左側壁2aの突出部21の頂面22の前後方向の寸法及び上下方向の寸法は任意に設定でき、内殻3の左側壁3aの突出部31の頂面32の前後方向の寸法及び上下方向の寸法よりも小さい範囲内に設定することが好ましい。なお、突出部21は円錐台状に限らず、円柱状、多角柱状、角錐台状、三角錐台状等任意の形状でよく、頂面21の形状は円形に限られず、矩形、三角形、台形等任意の形状でよい。また、図2(A)、(B)においては、外殻2の左側壁2aの突出部21は鈍角に折れ曲がって突出するように描かれているが、曲線状に曲がって突出する態様であってもよい。   The longitudinal and vertical dimensions of the top surface 22 of the protruding portion 21 of the left side wall 2a of the outer shell 2 can be arbitrarily set, and the longitudinal direction of the top surface 32 of the protruding portion 31 of the left side wall 3a of the inner shell 3 can be set. It is preferable to set within a range smaller than the dimension and the dimension in the vertical direction. The projecting portion 21 is not limited to a truncated cone shape, and may be an arbitrary shape such as a columnar shape, a polygonal column shape, a truncated pyramid shape, or a triangular truncated cone shape. The shape of the top surface 21 is not limited to a circle, and is rectangular, triangular, trapezoidal. Or any other shape. 2 (A) and 2 (B), the protruding portion 21 of the left side wall 2a of the outer shell 2 is drawn so as to be bent at an obtuse angle, but it is an aspect that protrudes in a curved shape. May be.

上記で説明した貫通部の構造は、次のように作製することができる。まず、容器1の組立前に、外殻2の左側壁2a、内殻3の左側壁3aにプレス加工で突出部21及び突出部31を形成する。次に、頂面22、頂面32、及び、排ガス隔壁4の左側壁4aに、レーザにより温度測定部7を貫通させるための開口を形成する。容器1の組み立て時においては、内殻3の左側壁3aに形成した突出部31の頂面32を、排ガス隔壁4の左側壁4aに、スポット溶接等により密着させる。そして、容器1の組み立て後に、開口に温度測定部7を挿入する。このとき、外殻2の左側壁2a及び内殻3の左側壁3aと温度測定部7との隙間は、シール材(不図示)等によって封止する。これにより、容器1内の気体が容器1外に漏れることを抑制し、また、酸化剤流路51に排ガスが流入すること、または、排ガス流路61に酸化剤が流入することを抑制する。   The structure of the penetration part demonstrated above can be produced as follows. First, before the container 1 is assembled, the protruding portion 21 and the protruding portion 31 are formed on the left side wall 2a of the outer shell 2 and the left side wall 3a of the inner shell 3 by pressing. Next, the top surface 22, the top surface 32, and the left side wall 4a of the exhaust gas partition wall 4 are formed with openings for allowing the temperature measuring unit 7 to penetrate therethrough. When the container 1 is assembled, the top surface 32 of the protrusion 31 formed on the left side wall 3a of the inner shell 3 is brought into close contact with the left side wall 4a of the exhaust gas partition wall 4 by spot welding or the like. Then, after assembling the container 1, the temperature measuring unit 7 is inserted into the opening. At this time, the gaps between the left side wall 2a of the outer shell 2 and the left side wall 3a of the inner shell 3 and the temperature measuring unit 7 are sealed with a sealing material (not shown) or the like. Thereby, the gas in the container 1 is prevented from leaking outside the container 1, and the exhaust gas flows into the oxidant flow path 51 or the oxidant flows into the exhaust gas flow path 61.

以上、本実施形態における貫通部周辺の構造について、容器1の外殻2の左側壁2a、内殻3の左側壁3a、及び、排ガス隔壁4の左側壁4aを貫通して温度測定部7を配置する場合を例として説明したが、容器1の外殻2の右側壁2b、内殻3の右側壁3b、及び、排ガス隔壁4の右側壁4bを貫通して温度測定部7を配置する場合も同様である。また、容器1が前後方向の側面においても、外殻2、内殻3、排ガス隔壁4を有し、外殻2と内殻3の間に酸化剤流路51、内殻3と排ガス隔壁4の間に排ガス流路61を備える構造において前後方向の側面を貫通して温度測定部7を配置する場合においても、同様に本実施形態における貫通部周辺の構造を採用し得る。また、貫通部を容器1の外表面(外殻2の表面)のいかなる位置に設けるかも任意である。なお、挿入部品としてオフガス燃焼エリア14の火炎温度を測定する温度測定部7を例に挙げて貫通部周辺の構造を説明したが、挿入部品は、オフガス燃焼エリアの点火装置(例えば、点火ヒータ、点火プラグ)、セルスタック6の温度測定部、電流取り出し部等、燃料電池装置100の運転に必要な各種挿入部品に置き換えることができる。このとき、突出部21、31は、各種挿入部品の用途に応じて適した位置に形成すればよい。   As described above, with respect to the structure around the penetration portion in the present embodiment, the temperature measurement unit 7 is penetrated through the left side wall 2a of the outer shell 2 of the container 1, the left side wall 3a of the inner shell 3, and the left side wall 4a of the exhaust gas partition wall 4. Although the case where it arrange | positions was demonstrated as an example, the case where the temperature measurement part 7 is arrange | positioned through the right side wall 2b of the outer shell 2 of the container 1, the right side wall 3b of the inner shell 3, and the right side wall 4b of the exhaust gas partition 4 Is the same. The container 1 also has an outer shell 2, an inner shell 3, and an exhaust gas partition wall 4 on the side surface in the front-rear direction, and an oxidant channel 51, an inner shell 3 and an exhaust gas partition wall 4 between the outer shell 2 and the inner shell 3. In the case where the temperature measuring unit 7 is disposed through the side surface in the front-rear direction in the structure including the exhaust gas flow channel 61 between them, the structure around the through part in the present embodiment can be similarly adopted. Further, it is optional to provide the penetrating portion at any position on the outer surface of the container 1 (the surface of the outer shell 2). Although the structure around the penetration portion has been described by taking the temperature measuring unit 7 that measures the flame temperature of the off-gas combustion area 14 as an example of the insert part, the insert part is an ignition device (for example, an ignition heater, It can be replaced with various insertion parts necessary for the operation of the fuel cell device 100, such as a spark plug), a temperature measuring unit of the cell stack 6, and a current extracting unit. At this time, the protrusions 21 and 31 may be formed at positions suitable for the use of various insertion parts.

本実施形態に従う本発明の効果をまとめると、次の通りである。   The effects of the present invention according to the present embodiment are summarized as follows.

本実施形態の燃料電池装置100によれば、高温の排ガスと挿入部品との直接的な接触を解消することにより、排ガスから挿入部品への熱伝達量が減少し、挿入部品の熱劣化が抑制されている。よって、温度測定部7、点火装置、電流取り出し部等の挿入部品の寿命を延ばすことが可能になるとともに、それらを高い耐熱性を有する材料を用いずに作製することが可能となる。この点は、製造コストの面においても有利である。   According to the fuel cell device 100 of the present embodiment, by eliminating direct contact between the high-temperature exhaust gas and the insertion part, the amount of heat transferred from the exhaust gas to the insertion part is reduced, and thermal deterioration of the insertion part is suppressed. Has been. Therefore, it is possible to extend the lifetime of the insertion parts such as the temperature measurement unit 7, the ignition device, and the current extraction unit, and it is possible to manufacture them without using a material having high heat resistance. This point is also advantageous in terms of manufacturing cost.

また、本実施形態の燃料電池装置100は、貫通部に配置された挿入部品の周囲において酸化剤の流速を上昇させる構造となっている。したがって、挿入部品は酸化剤により効果的に冷却される。酸化剤による挿入部品の冷却が効果的に行われるため、温度測定部7、点火装置、電流取り出し部等の挿入部品の寿命を延ばすことが可能になるとともに、それらを高い耐熱性を有する材料を用いずに作製することが可能となる。この点は、製造コストの面においても有利である。   In addition, the fuel cell device 100 of the present embodiment has a structure in which the flow rate of the oxidant is increased around the insertion part arranged in the through portion. Thus, the insert is effectively cooled by the oxidant. Since the insertion part is effectively cooled by the oxidant, it is possible to extend the life of the insertion part such as the temperature measurement unit 7, the ignition device, the current extraction unit, and the like. It can be produced without using it. This point is also advantageous in terms of manufacturing cost.

また、本実施形態の燃料電池装置100によれば、上記の通り、高温の排ガスと挿入部品との直接的な接触が解消されており、排ガスからの熱伝導による加熱は抑制されている。さらに、酸化剤による挿入部品の冷却が効率よく行われており、挿入部品内部における熱伝達も抑制されているため、容器1内部から外部への挿入部品を介した放熱量を低減することができる。   Moreover, according to the fuel cell device 100 of the present embodiment, as described above, the direct contact between the high-temperature exhaust gas and the insertion part is eliminated, and heating by heat conduction from the exhaust gas is suppressed. Furthermore, since the insertion part is efficiently cooled by the oxidant and heat transfer inside the insertion part is also suppressed, the amount of heat released from the inside of the container 1 to the outside through the insertion part can be reduced. .

また、本実施形態の燃料電池装置100においては、上記の通り、排ガスから挿入部品への熱伝導による加熱が抑制されており、かつ、酸化剤による挿入部品の冷却が効果的に行われているため、温度測定部7、点火装置、電流取り出し部等の挿入部品が有する電気的接続部の高温化も防止することが可能である。   Further, in the fuel cell device 100 of the present embodiment, as described above, heating by heat conduction from the exhaust gas to the insertion part is suppressed, and cooling of the insertion part by the oxidant is effectively performed. For this reason, it is possible to prevent the temperature of the electrical connection portion of the insertion part such as the temperature measurement unit 7, the ignition device, and the current extraction unit from being increased.

また、本実施形態の燃料電池装置100は、容器1を構成する外殻2、内殻3、排ガス隔壁4に、プレス加工、レーザ加工、溶接加工等の簡易な加工を施すのみで上記の効果を奏することが可能であり、製造コストの面において有利である。   In addition, the fuel cell device 100 of the present embodiment has the above-described effect only by performing simple processing such as press processing, laser processing, and welding processing on the outer shell 2, the inner shell 3, and the exhaust gas partition 4 constituting the container 1. This is advantageous in terms of manufacturing cost.

次に、本実施形態の燃料電池装置100の変形例を説明する。以下の変形例の説明において、上記実施形態と同じ構成については、その説明を省略する。
[変形例1]
図3(A)、(B)に、変形例1にかかる燃料電池装置100の断面図を示す。図3(A)は、容器1を貫通部において前後方向に直交する面で切断し、前側から見た左側の部分断面図である。図3(B)は、容器1を貫通部において上下方向に直交する面で切断し、上側から見た左側の部分断面図である。本変形例の燃料電池装置100においては、上記実施形態の燃料電池装置100とは異なり、容器1の外殻2の左側壁2aを内壁3の左側壁3aに向けて突出させた突出部21を設けなかった以外は、上記実施形態と同様の貫通部の構造を有する。
Next, a modification of the fuel cell device 100 of the present embodiment will be described. In the following description of the modified examples, the description of the same configuration as the above embodiment is omitted.
[Modification 1]
3A and 3B are cross-sectional views of the fuel cell device 100 according to the first modification. FIG. 3A is a partial cross-sectional view of the left side of the container 1 as viewed from the front side when the container 1 is cut along a plane perpendicular to the front-rear direction at the penetrating portion. FIG. 3B is a partial cross-sectional view of the left side when the container 1 is cut along a plane perpendicular to the vertical direction at the penetrating portion and viewed from above. In the fuel cell device 100 of the present modification, unlike the fuel cell device 100 of the above-described embodiment, the protruding portion 21 that protrudes the left side wall 2a of the outer shell 2 of the container 1 toward the left side wall 3a of the inner wall 3 is provided. Except not having provided, it has the structure of the penetration part similar to the said embodiment.

本変形例では、貫通部の周辺において排ガス流路61が封止されているため、温度測定部7の排ガスとの接触が防止されている。同時に、容器1を構成する外殻2の左側壁2aに突出部21が設けられていないため、容器1は、従来どおりの外観を維持している。容器1の外表面である外殻2の左側壁2a等に凹凸が少ないことは、外殻2を加工する必要がないことの他、容器1の外表面に断熱材を配置する場合や、燃料電池装置100のユニット化において製造コスト、製造作業性に寄与する点でもさらに有利である。   In the present modification, the exhaust gas flow path 61 is sealed around the penetrating portion, so that contact with the exhaust gas of the temperature measuring unit 7 is prevented. At the same time, since the protruding portion 21 is not provided on the left side wall 2a of the outer shell 2 constituting the container 1, the container 1 maintains the conventional appearance. The fact that the left side wall 2a of the outer shell 2 which is the outer surface of the container 1 is less uneven means that the outer shell 2 does not need to be processed, and that a heat insulating material is disposed on the outer surface of the container 1, or fuel It is further advantageous in that the unitization of the battery device 100 contributes to manufacturing cost and manufacturing workability.

[変形例2]
図4は、変形例2にかかる燃料電池装置100の容器1を貫通部において前後方向に直交する面で切断し、前側から見た左側の部分断面図である。本変形例においては、上記実施形態とは異なり、酸化剤流路51の貫通部より下流側において、外殻2の左側壁2aが容器1の外側に向けて(内殻3から離れる方向に向けて)突出しており、外殻2の左側壁2aと内殻3の左側壁3aとの間の幅wo4が、貫通部における酸化剤流路51の左右方向の幅wo3よりも大きくなっている。なお、酸化剤流路51の貫通部より下流側において、内殻3の左側壁3aを排ガス隔壁4の左側壁4aに向けて突出させることにより、外殻2の左側壁2aと内殻3の左側壁3aとの間の幅wo4を、貫通部における酸化剤流路51の左右方向の幅wo3より大きくしてもよい。
[Modification 2]
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the left side of the container 1 of the fuel cell device 100 according to Modification 2 cut along a plane perpendicular to the front-rear direction at the penetrating portion and viewed from the front side. In the present modification, unlike the above embodiment, the left side wall 2a of the outer shell 2 faces the outside of the container 1 (in a direction away from the inner shell 3) on the downstream side of the penetrating portion of the oxidant channel 51. The width wo4 between the left side wall 2a of the outer shell 2 and the left side wall 3a of the inner shell 3 is larger than the width wo3 in the left-right direction of the oxidant channel 51 in the penetrating portion. In addition, the left side wall 3a of the inner shell 3 protrudes toward the left side wall 4a of the exhaust gas partition wall 4 on the downstream side from the penetrating portion of the oxidant channel 51, whereby the left side wall 2a of the outer shell 2 and the inner shell 3 The width wo4 between the left side wall 3a and the width wo3 in the left-right direction of the oxidant channel 51 in the penetrating portion may be made larger.

このように、挿入部品の貫通部より下流側に位置する部分において酸化剤流路51の左右方向の幅wo4を、貫通部における酸化剤流路51の左右方向の幅wo3よりも大きくすることで、酸化剤流路51の貫通部より下流側において、酸化剤の圧力を急激に低下させ、貫通部の上流側と下流側の圧力差により、貫通部における酸化剤の流速を上昇させることができる。本変形例においても、上記実施形態と同様に、排ガスからの熱伝導による挿入部品の高温化を防止するとともに、酸化剤による挿入部品の冷却を効率よく行うことができる。   Thus, by making the width wo4 in the left-right direction of the oxidant flow path 51 in the portion located downstream from the penetration part of the insertion part larger than the width wo3 in the left-right direction of the oxidant flow path 51 in the penetration part. The pressure of the oxidant can be drastically reduced downstream from the penetrating part of the oxidant channel 51, and the flow rate of the oxidant in the penetrating part can be increased by the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the penetrating part. . Also in this modified example, similarly to the above-described embodiment, it is possible to prevent the inserted part from being heated to a high temperature due to heat conduction from the exhaust gas, and to efficiently cool the inserted part using the oxidizing agent.

なお、本実施形態では、排ガス隔壁4側に向けて内殻3に突出部31を形成して排ガス流路61を閉塞するものとしたが、反対に、内殻3側に向けて排ガス隔壁4に突出部及び突出部頂面を形成し、突出部頂面を内殻3に接触させることによって、排ガス流路61を閉塞することもできる。また、排ガス隔壁4側に向けて内殻3に突出部及び突出部頂面を形成すると共に、内殻3側に向けて排ガス隔壁4に突出部及び突出部頂面を形成し、両突出部頂面を接触させることにより、排ガス流路61を閉塞してもよい。   In the present embodiment, the projecting portion 31 is formed on the inner shell 3 toward the exhaust gas partition wall 4 so as to close the exhaust gas flow path 61. On the contrary, the exhaust gas partition wall 4 is directed toward the inner shell 3 side. The exhaust gas flow path 61 can also be closed by forming a protrusion and a protrusion top surface in contact with the inner shell 3. Further, a protrusion and a protrusion top surface are formed on the inner shell 3 toward the exhaust gas partition wall 4 side, and a protrusion and a protrusion top surface are formed on the exhaust gas partition wall 4 toward the inner shell 3 side. The exhaust gas flow channel 61 may be closed by bringing the top surface into contact.

なお、本実施形態において、さらに外殻2の左側壁2aの突出部21の頂面22を、内殻3の突出部に接触させ、酸化剤流路51をも閉塞する構造としてもよい。また、貫通部においても酸化剤流路51の左右方向の幅が非貫通部と同じとなるように外殻2を加工してもよい。また、燃料電池装置100は、変形例1と変形例2の特徴をともに有してもよい。   In the present embodiment, the top surface 22 of the protruding portion 21 of the left side wall 2a of the outer shell 2 may be brought into contact with the protruding portion of the inner shell 3 so that the oxidant channel 51 is also closed. Further, the outer shell 2 may be processed so that the width in the left-right direction of the oxidant channel 51 is the same as that of the non-penetrating portion in the penetrating portion. Further, the fuel cell device 100 may have the characteristics of the first modification and the second modification.

以上、本発明の燃料電池装置を実施形態で説明してきたが、本発明はこれらの具体例に限定されず、本発明の範囲内で改変することができる。   As mentioned above, although the fuel cell device of the present invention has been described in the embodiment, the present invention is not limited to these specific examples and can be modified within the scope of the present invention.

例えば、上記の実施形態においては、挿入部品として温度測定部7の貫通部周辺の構造を例に説明したが、挿入部品として、オフガス燃焼エリアの点火装置(例えば、点火ヒータ、点火プラグ)、セルスタックの温度測定部、電流取り出し部に置き換えることができる。このとき、突出部21、31は、前述の挿入部品の設置に適した位置に形成すればよい。   For example, in the above-described embodiment, the structure around the penetration portion of the temperature measuring unit 7 has been described as an example of the insertion part. However, as the insertion part, an ignition device (for example, an ignition heater, an ignition plug), a cell in an off-gas combustion area It can be replaced with a temperature measuring unit and a current extracting unit of the stack. At this time, the protrusions 21 and 31 may be formed at positions suitable for installation of the above-described insertion parts.

また、上記の実施形態においては、容器1の左右方向の側面において、外殻2、内殻3、排ガス隔壁4を有し、外殻2と内殻3の間に酸化剤流路51、内殻3と排ガス隔壁4の間に排ガス流路61を備える構造を例に説明したが、容器1が前後方向の壁面または上下方向の壁面においても、外殻2、内殻3、排ガス隔壁4を有し、外殻2と内殻3の間に酸化剤流路51、内殻3と排ガス隔壁4の間に排ガス流路61を備える構造において前後方向の側面を貫通して温度測定部7を配置する場合においても、同様に本実施形態における貫通部周辺の構造を採用し得る。   Further, in the above embodiment, the container 1 has the outer shell 2, the inner shell 3, and the exhaust gas partition wall 4 on the side surface in the left-right direction, and the oxidant flow path 51, the inner shell 3 is disposed between the outer shell 2 and the inner shell 3. The structure having the exhaust gas flow path 61 between the shell 3 and the exhaust gas partition wall 4 has been described as an example. However, the outer shell 2, the inner shell 3, and the exhaust gas partition wall 4 are also provided on the wall surface in the front-rear direction or the vertical wall surface. A temperature measuring unit 7 that penetrates the side surface in the front-rear direction in a structure including an oxidant channel 51 between the outer shell 2 and the inner shell 3 and an exhaust gas channel 61 between the inner shell 3 and the exhaust gas partition wall 4. In the case of arrangement, the structure around the through portion in the present embodiment can be similarly adopted.

また、本発明における排ガスとは、オフガス燃焼エリア14における燃焼排ガスに限定されない。改質部16や起動時のセルスタック6をヒータ等で加熱する装置構成を採用する燃料電池装置である場合には、容器1の内部にオフガス燃焼エリア14を備えない場合がある。そのような形態においても、高温で動作するセルスタック6の発熱によって加熱されたオフガスに曝されることによる挿入部品の熱劣化を抑制する効果を得ることができる。このことからも、上記実施形態においては、オフガス燃焼エリア14としてセルスタック6の上端でオフガスを燃焼する形態を例示したが、オフガス燃焼エリア14の配置はこれに限らない。内殻3の内側に燃焼バーナを備え、配管等によりオフガスを回収し、オフガス配管を燃焼バーナに接続してオフガス燃焼エリア14としてもよい。さらには、オフガス燃焼エリア14を、セルスタック6の上方に配置する形態を例示したが、これに限らない。例えば、内殻3の底板3dと排ガス隔壁4の底板4dとの間に改質部16を配置してもよい。   Further, the exhaust gas in the present invention is not limited to the combustion exhaust gas in the off-gas combustion area 14. In the case of a fuel cell device that employs a device configuration that heats the reforming unit 16 or the cell stack 6 at startup with a heater or the like, the off-gas combustion area 14 may not be provided inside the container 1. Even in such a configuration, it is possible to obtain an effect of suppressing thermal deterioration of the insertion part due to exposure to off-gas heated by the heat generated by the cell stack 6 operating at a high temperature. For this reason, in the above embodiment, the off gas combustion area 14 is exemplified as the off gas combustion area 14 at the upper end of the cell stack 6, but the arrangement of the off gas combustion area 14 is not limited to this. It is also possible to provide a combustion burner inside the inner shell 3, collect off-gas by piping or the like, and connect the off-gas piping to the combustion burner to form the off-gas combustion area 14. Furthermore, although the form which arrange | positions the off-gas combustion area 14 above the cell stack 6 was illustrated, it is not restricted to this. For example, the reforming unit 16 may be disposed between the bottom plate 3 d of the inner shell 3 and the bottom plate 4 d of the exhaust gas partition wall 4.

また、上記実施形態においては、改質部16は、セルスタック6の上方かつオフガス燃焼エリア14の上方に配置する形態を例示したが、これに限らない。例えば、内殻3の底板3dと排ガス隔壁4の底板4dとの間に改質部16を配置してもよい。あるいは、改質部16の加熱をヒータにて行う構成を採用する燃料電池装置や、改質部16に充填された改質触媒が発熱反応であってオフガス燃焼熱を利用しなくてもよい場合には、改質部16をオフガス燃焼エリア14からの受熱を考慮しない位置、例えば、改質部16を容器1の外部に配置してもよい。さらに、水素含有燃料として有機ハイドライドを用いる場合は、改質部16を脱水素反応器に替えてもよい。水素リッチガスとして純水素を用いる場合には、改質部16自体を省略してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the reforming part 16 illustrated the form arrange | positioned above the cell stack 6 and the off-gas combustion area 14, it does not restrict to this. For example, the reforming unit 16 may be disposed between the bottom plate 3 d of the inner shell 3 and the bottom plate 4 d of the exhaust gas partition wall 4. Alternatively, a fuel cell device adopting a configuration in which the reforming unit 16 is heated by a heater, or a case where the reforming catalyst filled in the reforming unit 16 is an exothermic reaction and does not have to use off-gas combustion heat. Alternatively, the reforming unit 16 may be disposed outside the container 1 at a position that does not consider the heat received from the off-gas combustion area 14, for example. Furthermore, when using an organic hydride as the hydrogen-containing fuel, the reforming unit 16 may be replaced with a dehydrogenation reactor. When pure hydrogen is used as the hydrogen rich gas, the reforming unit 16 itself may be omitted.

本発明の燃料電池装置によれば、挿入部品の加熱、劣化を抑制することができ、挿入部品の寿命を延ばすことができる。また、挿入部品を、高い耐熱性を有さない材料(例えばPTFE製)によって形成することができる。よって、挿入部品や燃料電池装置の製造コストを低減することができる。   According to the fuel cell device of the present invention, heating and deterioration of the insertion part can be suppressed, and the life of the insertion part can be extended. Further, the insertion part can be formed of a material that does not have high heat resistance (for example, made of PTFE). Therefore, it is possible to reduce the manufacturing cost of the insertion part and the fuel cell device.

1 容器
2 外殻
3 内殻
4 排ガス隔壁
6 セルスタック
7 温度測定部
14 オフガス燃焼エリア
16 改質部
21 突出部
22 頂面
31 突出部
32 頂面
51 酸化剤流路
61 排ガス流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container 2 Outer shell 3 Inner shell 4 Exhaust gas partition 6 Cell stack 7 Temperature measurement part 14 Off-gas combustion area 16 Reforming part 21 Protrusion part 22 Top surface 31 Projection part 32 Top surface 51 Oxidant channel 61 Exhaust gas channel

Claims (8)

セルスタック、及び前記セルスタックを内部に収容する容器を備える燃料電池装置であって、
前記容器は、外殻、前記外殻の内側に配置される内殻、及び前記内殻の内側に配置される排ガス隔壁を有し、
前記内殻と前記排ガス隔壁の間に、前記容器内のセルスタックから発生する排ガスを前記容器の外部に導出するための排ガス流路が画成されており、
前記外殻、前記内殻、前記排ガス隔壁を貫通して前記容器の内部に至る挿入部品をさらに備え、
前記挿入部品が前記外殻、前記内殻、前記排ガス隔壁を貫通している前記容器の貫通部において、前記貫通部を取り囲むように、前記内殻と前記排ガス隔壁が接触していることを特徴とする燃料電池装置。
A fuel cell device comprising a cell stack and a container for accommodating the cell stack therein,
The container has an outer shell, an inner shell arranged inside the outer shell, and an exhaust gas partition wall arranged inside the inner shell,
Between the inner shell and the exhaust gas partition wall, an exhaust gas passage for deriving the exhaust gas generated from the cell stack in the container to the outside of the container is defined,
Further comprising an insertion part that penetrates the outer shell, the inner shell, and the exhaust gas partition wall to reach the inside of the container,
The inner shell and the exhaust gas partition are in contact with each other so as to surround the penetrating part in the penetrating part of the container through which the insertion part passes through the outer shell, the inner shell, and the exhaust gas partitioning wall. A fuel cell device.
前記内殻が前記排ガス隔壁に向けて突出して前記排ガス隔壁と接触するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置   2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the inner shell protrudes toward the exhaust gas partition wall and contacts the exhaust gas partition wall. 前記排ガス隔壁が前記内殻に向けて突出して前記内殻と接触するように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池装置   3. The fuel cell device according to claim 1, wherein the exhaust gas partition wall is configured to protrude toward the inner shell and come into contact with the inner shell. 前記貫通部において、前記外殻が平坦に構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池装置。   The fuel cell device according to any one of claims 1 to 3, wherein the outer shell is configured to be flat in the penetrating portion. 前記外殻と前記内殻との間に前記セルスタックに供給する酸化剤を流通させる酸化剤流路が画成されており、
前記挿入部品は、前記貫通部において、さらに前記酸化剤流路を貫通して配置されており、
前記貫通部において、前記外殻と前記内殻が接触しないように前記外殻が前記内殻に向けて突出するように構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
Between the outer shell and the inner shell, an oxidant flow path for flowing an oxidant supplied to the cell stack is defined,
The insertion part is further disposed through the oxidant flow path in the penetration portion,
The said penetration part is comprised so that the said outer shell may protrude toward the said inner shell so that the said outer shell and the said inner shell may not contact. The fuel cell device described in 1.
前記外殻と前記内殻の間に前記セルスタックに供給する酸化剤を流通させる酸化剤流路が画成されており、
前記挿入部品は、前記貫通部において、さらに前記酸化剤流路を貫通して配置されており、
前記貫通部において、前記外殻と前記内殻が接触しないように、前記外殻が前記内殻に向けて突出するように構成されており、前記外殻の突出の大きさは、前記内殻の突出の大きさより大きく構成されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の燃料電池装置。
An oxidant flow path is formed between the outer shell and the inner shell to flow an oxidant supplied to the cell stack,
The insertion part is further disposed through the oxidant flow path in the penetration portion,
In the penetrating portion, the outer shell is configured to protrude toward the inner shell so that the outer shell and the inner shell do not come into contact with each other. The fuel cell device according to claim 2, wherein the fuel cell device is configured to be larger than the size of the protrusion.
前記外殻と前記内殻の間に前記セルスタックに供給する酸化剤を流通させる酸化剤流路が画成されており、
前記酸化剤流路の、前記貫通部の下流側において、前記外殻が前記内殻から離れる方向に突出するように構成されている、又は前記内殻が前記排ガス隔壁に向けて突出するように構成されて、前記貫通部の下流側に位置する部分における前記酸化剤流路の左右方向の幅wo4が、前記貫通部における前記酸化剤流路の左右方向の幅wo3よりも大きくされていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
An oxidant flow path is formed between the outer shell and the inner shell to flow an oxidant supplied to the cell stack,
The outer shell is configured to protrude in a direction away from the inner shell on the downstream side of the penetrating portion of the oxidant flow path, or so that the inner shell protrudes toward the exhaust gas partition wall. The width wo4 in the left-right direction of the oxidant flow path in the portion located downstream of the through portion is configured to be larger than the width wo3 in the left-right direction of the oxidant flow path in the through portion. The fuel cell device according to any one of claims 1 to 6.
前記挿入部品は、温度測定部、点火装置、及び電流取り出し部の少なくとも一種であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
The fuel cell device according to claim 1, wherein the insertion part is at least one of a temperature measurement unit, an ignition device, and a current extraction unit.
JP2013157847A 2013-07-30 2013-07-30 Fuel cell device Active JP6185328B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013157847A JP6185328B2 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Fuel cell device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013157847A JP6185328B2 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Fuel cell device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015028863A JP2015028863A (en) 2015-02-12
JP6185328B2 true JP6185328B2 (en) 2017-08-23

Family

ID=52492468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013157847A Active JP6185328B2 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Fuel cell device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6185328B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024014365A1 (en) * 2022-07-15 2024-01-18 京セラ株式会社 Fuel cell module and fuel cell device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004196600A (en) * 2002-12-19 2004-07-15 Babcock Hitachi Kk Hydrogen generating apparatus to be used for fuel cell and starting method
JP4943037B2 (en) * 2005-07-27 2012-05-30 京セラ株式会社 Fuel cell module
JP5401781B2 (en) * 2007-11-21 2014-01-29 アイシン精機株式会社 Fuel cell system
JP5231897B2 (en) * 2008-08-22 2013-07-10 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell module
JP2011029201A (en) * 2010-10-04 2011-02-10 Kyocera Corp Fuel battery and method of operating the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015028863A (en) 2015-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6030547B2 (en) Fuel cell module
JP6280470B2 (en) Fuel cell module
US10193170B2 (en) Fuel cell module
WO2012137934A1 (en) Fuel cell module
JP6219722B2 (en) Fuel cell power generator and fuel cell system
JP6082533B2 (en) Reformer support structure and fuel cell module
US20140023950A1 (en) Fuel cell module
JP5756327B2 (en) Fuel cell module
JP6185328B2 (en) Fuel cell device
JPWO2012091029A1 (en) Fuel cell system
JP5968876B2 (en) Fuel cell module
JP6374273B2 (en) Fuel cell module
JP2015144091A (en) fuel cell device
JP6189667B2 (en) Fuel cell device
JP5936967B2 (en) Fuel cell device
JP5810006B2 (en) Fuel processing system and combustion apparatus for fuel cell
US20210043954A1 (en) Fuel cell module
JP5763396B2 (en) Fuel cell module
JP3180915U (en) Fuel cell device
TW201308721A (en) Fuel cell module(II)
EP3240082B1 (en) High-temperature operating fuel cell system and method for operating high-temperature operating fuel cell system
WO2014167954A1 (en) Gas treatment device, and fuel cell system
JP6169939B2 (en) Fuel cell device
JP2016119242A (en) Combustor for fuel cell and fuel cell module
JP2016143604A (en) Fuel cell module

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20160630

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20160704

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160712

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170413

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170502

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170615

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170627

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170727

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6185328

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150