JP6223254B2 - Fuel cell device - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池装置に関する。特に本発明は、燃料電池筐体上に被加熱部を設けた燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device. In particular, the present invention relates to a fuel cell device in which a heated portion is provided on a fuel cell casing.
近年、次世代のエネルギー供給源として、燃料ガスと酸素含有ガスとを用いた発電反応によって電力を得ることができる燃料電池の研究開発が盛んである。燃料電池には高分子電解質形燃料電池(PEFC)やリン酸化形燃料電池(PAFC)、固体酸化物形燃料電池(SOFC)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)が挙げられる。この燃料電池を稼動するために燃料電池装置は、原料を改質して燃料電池に改質した燃料ガスを供給するための改質器、改質器に供給する水蒸気を生成するための蒸発器、原料の硫黄成分を予め除去するための脱硫器、燃料電池に供給する発電用の酸素含有ガスを予熱するための熱交換器など、加熱することによって機能する被加熱部を有する。例えば、脱硫器や特許文献1や特許文献2に記載の水添脱硫器などがある。このような被加熱部は、燃料電池により生成された高温の排気ガスを用いて加熱されることが効率的である。
In recent years, as a next-generation energy supply source, research and development of a fuel cell capable of obtaining electric power by a power generation reaction using a fuel gas and an oxygen-containing gas have been actively conducted. Examples of the fuel cell include a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a phosphorylated fuel cell (PAFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), and a molten carbonate fuel cell (MCFC). In order to operate this fuel cell, the fuel cell device is composed of a reformer for reforming the raw material and supplying the reformed fuel gas to the fuel cell, and an evaporator for generating water vapor to be supplied to the reformer And a heated part that functions by heating, such as a desulfurizer for removing sulfur components of the raw material in advance, and a heat exchanger for preheating the oxygen-containing gas for power generation supplied to the fuel cell. For example, there are a desulfurizer and a hydrodesulfurizer described in
このような脱硫器等の被加熱部は燃料電池の排気ガスを用いて加熱されるため、燃料電池の筐体上に配置されることが好ましい。被加熱部を燃料電池の筐体上に設置する場合、固定部材を介して燃料電池筐体と被加熱部筐体とを、ボルトや溶接等の手段によって固定する方法がある。 Such a heated part such as a desulfurizer is heated by using the exhaust gas of the fuel cell, and thus is preferably disposed on the casing of the fuel cell. When the heated part is installed on the casing of the fuel cell, there is a method of fixing the fuel cell casing and the heated part casing by means such as bolts or welding via a fixing member.
しかしこの方法では、一般に燃料電池筐体と被加熱部筐体とは温度分布が異なるため、それぞれの熱膨張量が異なり、その結果、燃料電池装置の起動時や運転時に熱応力が発生して破損するおそれがあった。 However, in this method, since the temperature distribution of the fuel cell casing and the heated section casing is generally different, the respective thermal expansion amounts are different, and as a result, thermal stress is generated during startup and operation of the fuel cell apparatus. There was a risk of damage.
また、燃料電池筐体と被加熱部筐体とを上記のように固定する際に、固定部材に筐体と同じ金属部材、すなわち熱伝導性の高い伝熱部材で固定することが一般的である。しかしこの場合、伝熱部材を介して燃料電池筐体から被加熱部筐体に熱移動が発生してしまうため、燃料電池の放熱を促してしまうという課題があった。 Further, when the fuel cell casing and the heated section casing are fixed as described above, the fixing member is generally fixed with the same metal member as the casing, that is, a heat transfer member having high thermal conductivity. is there. However, in this case, heat transfer is generated from the fuel cell casing to the heated section casing via the heat transfer member, which causes a problem of promoting heat dissipation of the fuel cell.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池筐体の放熱を抑えることによって、燃料電池筐体内の温度を高温に維持し、また燃料電池筐体内の温度分布を均一に近づけるとともに、燃料電池筐体の上方の被加熱部筐体を支持すること可能にした燃料電池装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to maintain the temperature in the fuel cell casing at a high temperature by suppressing heat dissipation of the fuel cell casing, and to distribute the temperature in the fuel cell casing. It is to provide a fuel cell device capable of supporting the heated portion casing above the fuel cell casing.
また、燃料電池筐体と被加熱部筐体との温度分布の違いによる熱膨張量の違いから生じる熱応力の影響を抑制する燃料電池装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a fuel cell device that suppresses the influence of thermal stress caused by the difference in thermal expansion due to the difference in temperature distribution between the fuel cell casing and the heated section casing.
本発明に係る燃料電池装置は、原料と発電用空気との電気化学反応により発電する燃料電池を内包する燃料電池筐体と、該燃料電池筐体から排気された排気ガスの有する熱により所定の温度に加熱される被加熱部を有する被加熱部筐体と、該燃料電池筐体と該被加熱部筐体との間に設けられた断熱層と、該排気ガスを該被加熱部に導く排気管と、を備えた燃料電池装置であって、該排気管は、対向する該燃料電池筐体と該被加熱部筐体との間の運転時の温度差が最も低い部分を繋いで配置され、該燃料電池筐体と該燃料電池筐体の上方に設けられた該被加熱部筐体とを固定している。 A fuel cell device according to the present invention includes a fuel cell housing containing a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a raw material and power generation air, and a predetermined amount of heat generated by exhaust gas exhausted from the fuel cell housing. A heated portion housing having a heated portion heated to a temperature, a heat insulating layer provided between the fuel cell housing and the heated portion housing, and introducing the exhaust gas to the heated portion An exhaust pipe, wherein the exhaust pipe is arranged by connecting the portions with the lowest temperature difference during operation between the opposing fuel cell casing and the heated section casing The fuel cell casing and the heated part casing provided above the fuel cell casing are fixed.
本発明に係る燃料電池装置は、燃料電池筐体の放熱を抑えることによって、燃料電池筐体内の温度を高温に維持し、また燃料電池筐体内の温度分布を均一に近づけるとともに、燃料電池筐体の上方の被加熱部筐体を支持することができる。 The fuel cell device according to the present invention maintains the temperature in the fuel cell casing at a high temperature by suppressing heat dissipation of the fuel cell casing, and makes the temperature distribution in the fuel cell casing close to uniform, and the fuel cell casing. The heated part casing above can be supported.
また、燃料電池筐体と被加熱部筐体との温度分布の違いによる熱膨張量の違いから生じる熱応力の影響を抑制することができる。 Further, it is possible to suppress the influence of thermal stress resulting from the difference in thermal expansion due to the difference in temperature distribution between the fuel cell casing and the heated section casing.
本発明では以下に示す態様を提供する。 The present invention provides the following aspects.
(請求項1/作用効果)
本発明に係る燃料電池装置は、原料と発電用空気との電気化学反応により発電する燃料電池を内包する燃料電池筐体と、該燃料電池筐体から排気された排気ガスの有する熱により所定の温度に加熱される被加熱部を有する被加熱部筐体と、該燃料電池筐体と該被加熱部筐体との間に設けられた断熱層と、該排気ガスを該被加熱部に導く排気管と、を備えた燃料電池装置であって、該排気管は、対向する該燃料電池筐体と該被加熱部筐体との間の運転時の温度差が最も低い部分を繋いで配置され、該燃料電池筐体と該燃料電池筐体の上方に設けられた該被加熱部筐体とを固定している。
(
A fuel cell device according to the present invention includes a fuel cell housing containing a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a raw material and power generation air, and a predetermined amount of heat generated by exhaust gas exhausted from the fuel cell housing. A heated portion housing having a heated portion heated to a temperature, a heat insulating layer provided between the fuel cell housing and the heated portion housing, and introducing the exhaust gas to the heated portion An exhaust pipe, wherein the exhaust pipe is arranged by connecting the portions with the lowest temperature difference during operation between the opposing fuel cell casing and the heated section casing The fuel cell casing and the heated part casing provided above the fuel cell casing are fixed.
燃料電池筐体と被加熱部筐体との固定に燃料電池筐体から排気された排ガスを被加熱部筐体内部へ送る排気管を用い、この排気経路を燃料電池筐体と被加熱部筐体との間で温度差の小さい箇所に設置することで、燃料電池筐体の放熱を抑え、燃料電池筐体内の温度を高温に維持し、また燃料電池筐体内の温度分布を均一に近づけることができる。さらに、燃料電池筐体の上方の被加熱部筐体を支持することができる。 An exhaust pipe that sends exhaust gas exhausted from the fuel cell casing to the inside of the heated section casing is used to fix the fuel cell casing and the heated section casing, and this exhaust path is connected to the fuel cell casing and the heated section casing. By installing it in a place where the temperature difference between it and the body is small, the heat dissipation of the fuel cell casing is suppressed, the temperature inside the fuel cell casing is maintained at a high temperature, and the temperature distribution in the fuel cell casing is made closer to the uniform distribution. Can do. Furthermore, the heated portion casing above the fuel cell casing can be supported.
また、燃料電池筐体と被加熱部筐体との固定を上記の構造とすることで、熱応力による筐体の破損を招く筐体への力学的な影響を抑制することができる。 Further, by fixing the fuel cell casing and the heated section casing to the above-described structure, it is possible to suppress a mechanical influence on the casing that causes the casing to be damaged due to thermal stress.
(請求項2/作用効果)
また、本発明に係る燃料電池装置は、該排気管による固定に加え、該燃料電池筐体と該被加熱部筐体とは、該燃料電池筐体及び該被加熱部筐体を構成する材料よりも熱伝導率の低い材料を構成部材に持つ連接部材によって連接している。
(Claim 2 / effect)
Further, in the fuel cell device according to the present invention, in addition to fixing by the exhaust pipe, the fuel cell casing and the heated portion casing are materials constituting the fuel cell casing and the heated portion casing. It is connected by a connecting member having a material having a lower thermal conductivity than the constituent members.
熱伝導率の低い材料を構成部材に持つ連接部材を用いることで、燃料電池筐体の放熱を抑えることができるため、燃料電池筐体内の温度を高温に維持することができる。また、燃料電池筐体内の温度分布を均一に近づけることができるとともに、燃料電池筐体の上方に被加熱部筐体を支持することができる。 By using a connecting member having a material having low thermal conductivity as a constituent member, heat dissipation of the fuel cell casing can be suppressed, so that the temperature in the fuel cell casing can be maintained at a high temperature. In addition, the temperature distribution in the fuel cell casing can be made uniform, and the heated section casing can be supported above the fuel cell casing.
さらに、被加熱部への熱の流入及び流出を抑えることができるため、燃料電池筐体から排気管を経由して供給される排気ガスの熱によって被加熱部の温度を調整することが容易になる。 Furthermore, since the inflow and outflow of heat to the heated part can be suppressed, it is easy to adjust the temperature of the heated part by the heat of the exhaust gas supplied from the fuel cell casing via the exhaust pipe. Become.
なお、連接部材は後述するように複数の部品(部材)により構成され、これら部品の全てが熱伝導率の低い材料であることが好ましいものの、必ずしもそれに限られず、少なくとも燃料電池筐体と被加熱部筐体とを主体的に支持する機能を有する部材(後述する支持材)に熱伝導率の低い材料を用いればよい。 The connecting member is composed of a plurality of parts (members) as will be described later, and all of these parts are preferably made of a material having low thermal conductivity, but are not necessarily limited thereto, and at least the fuel cell casing and the object to be heated A material having a low thermal conductivity may be used for a member (supporting material described later) having a function of mainly supporting the partial housing.
(請求項3/作用効果)
また、本発明に係る燃料電池装置は、該連接部材は、該燃料電池筐体に固定された第1の留め具、支持材、該被加熱部筐体に固定された第2の留め具、及びこれらを貫通するネジにより構成され、該ネジと該第1の留め具との間、又は該連接部材と該第1の留め具及び該第2の留め具との間には、組み付け時の寸法公差を吸収する隙間が設けられている。
(
Further, in the fuel cell device according to the present invention, the connecting member includes a first fastener fixed to the fuel cell casing, a support member, a second fastener fixed to the heated portion casing, And a screw passing therethrough, between the screw and the first fastener, or between the connecting member and the first fastener and the second fastener. A gap is provided to absorb dimensional tolerances.
ここで、支持材とは主として燃料電池筐体上に配置された被加熱部を支持する機能を有するものであり、その高さは概略燃料電池筐体と被加熱部筐体との間隔に相当する。これにより、製造上発生する寸法公差を吸収することができる。その結果、取付け位置のずれや隙間の発生による支持強度の低下や、過剰な締め付けによる構成部品の変形の発生を抑制することができる。 Here, the support material mainly has a function of supporting the heated part disposed on the fuel cell casing, and the height thereof is roughly equivalent to the distance between the fuel cell casing and the heated part casing. To do. Thereby, the dimensional tolerance which arises on manufacture can be absorbed. As a result, it is possible to suppress a decrease in the support strength due to the displacement of the mounting position or the generation of a gap, and the occurrence of deformation of the component parts due to excessive tightening.
(請求項4/作用効果)
また、本発明に係る燃料電池装置は、該連接部材による連接は、該排気管が配置された部分よりも、対向する該燃料電池筐体と該被加熱部筐体との間の運転時の温度差が高い部分でなされている。
(
Further, in the fuel cell device according to the present invention, the connection by the connection member is performed during operation between the fuel cell casing and the heated section casing facing each other rather than the portion where the exhaust pipe is disposed. The temperature difference is high.
これにより、被加熱部への熱の流入及び流出を抑制することができ、燃料電池から排気された排気ガスの熱を用いた被加熱部の温度調整が容易になる。 Thereby, inflow and outflow of heat to the heated portion can be suppressed, and the temperature adjustment of the heated portion using the heat of the exhaust gas exhausted from the fuel cell becomes easy.
(請求項5/作用効果)
また、本発明に係る燃料電池装置は、該被加熱部筐体は、該燃料電池筐体と該被加熱部筐体との相対的な位置が変動可能なように、該燃料電池筐体と該被加熱部筐体との間に設けられた連接部材によって支持されている。
(
Further, the fuel cell device according to the present invention is configured so that the heated portion casing can change the relative position between the fuel cell casing and the heated portion casing. It is supported by a connecting member provided between the heated portion casing.
燃料電池筐体上に配置された被加熱部筐体を支持するために、上述した排気管による固定とともに、連接部材を用いる。ここで、連接部材により燃料電池筐体と被加熱部筐体とを固定せずに、燃料電池筐体と被加熱部筐体との相対的な位置が変動可能なように支持することによって、燃料電池筐体上に配置された被加熱部筐体の位置に自由度を持たせ、起動・運転時等に生じる熱応力を吸収するとともに支持強度を向上させ、燃料電池の破損を抑制することができる。 In order to support the heated part casing disposed on the fuel cell casing, the connecting member is used together with the fixing by the exhaust pipe described above. Here, by supporting the fuel cell casing and the heated part casing so that the relative positions of the fuel cell casing and the heated part casing can be changed without fixing the fuel cell casing and the heated part casing by the connecting member, Gives freedom to the position of the heated part housing placed on the fuel cell housing, absorbs thermal stress generated during startup and operation, and improves support strength to suppress damage to the fuel cell Can do.
(請求項6/作用効果)
また、本発明に係る燃料電池装置は、該連接部材によって該被加熱部筐体が支持される部分に、該被加熱部筐体と該燃料電池筐体との相対的な位置の変動を所定の方向に制限する変動規制部が設けられている。
(
In the fuel cell device according to the present invention, the relative position variation between the heated portion casing and the fuel cell casing is predetermined at a portion where the heated portion casing is supported by the connecting member. There is provided a fluctuation restricting section that restricts in the direction.
燃料電池筐体と被加熱部筐体との相対的な可動方向を、変動規制部によって一方向に限定することで、燃料電池筐体と被加熱部筐体との拘束性を高めることができ、運搬時や運転時における耐震品質を向上させることができる。 By restricting the relative movable direction of the fuel cell casing and the heated section casing to one direction by the fluctuation regulating section, it is possible to improve the restraint between the fuel cell casing and the heated section casing. The seismic quality during transportation and operation can be improved.
(請求項7/作用効果)
また、本発明に係る燃料電池装置は、該所定の方向は、該燃料電池筐体と該被加熱部筐体とが対向する面に平行で、かつ、該燃料電池筐体の平面視における該排気管近傍の一辺及び該一辺に対向する該被加熱部筐体近傍の他辺と直交する線分に平行な方向である。
(Claim 7 / effect)
In the fuel cell device according to the present invention, the predetermined direction is parallel to a surface where the fuel cell casing and the heated section casing face each other, and the fuel cell casing in a plan view of the fuel cell casing This is a direction parallel to one side in the vicinity of the exhaust pipe and a line segment orthogonal to the other side in the vicinity of the heated portion casing opposite to the one side.
特に、上記の方向に燃料電池筐体と被過熱部筐体との相対的な可動方向を限定することで、燃料電池筐体と被加熱部筐体とを固定する排気管にねじりや曲げ等の力が加わり、排気管が劣化破損することを防止することができる。 In particular, by limiting the relative movable direction of the fuel cell casing and the overheated portion casing in the above direction, the exhaust pipe that fixes the fuel cell casing and the heated portion casing is twisted or bent, etc. Therefore, the exhaust pipe can be prevented from being deteriorated and damaged.
(請求項8/作用効果)
また、本発明に係る燃料電池装置は、該連接部材は、該燃料電池筐体及び該被加熱部筐体を構成する材料よりも熱伝導率の低い材料を構成部材に持つ。
(
Further, in the fuel cell device according to the present invention, the connecting member includes a material having a lower thermal conductivity than a material constituting the fuel cell casing and the heated portion casing.
熱伝導率の低い材料を構成部材に持つ連接部材を用いることで、燃料電池筐体の放熱を抑え、燃料電池筐体内の温度を高温に維持することができ、また燃料電池筐体内の温度分布を均一に近づけることができるとともに、燃料電池筐体の上方に被加熱部筐体を支持することができる。さらに、被加熱部への熱の流入及び流出を抑えることができ、燃料電池から排気される排気ガスの熱による被加熱部の温度調整が容易になる。 By using a connecting member having a material with low thermal conductivity as a constituent member, heat dissipation of the fuel cell casing can be suppressed, the temperature inside the fuel cell casing can be maintained at a high temperature, and the temperature distribution within the fuel cell casing Can be made close to each other, and the heated portion casing can be supported above the fuel cell casing. Furthermore, the inflow and outflow of heat to the heated part can be suppressed, and the temperature adjustment of the heated part by the heat of the exhaust gas exhausted from the fuel cell becomes easy.
(請求項9/作用効果)
また、本発明に係る燃料電池装置は、該連接部材は、該燃料電池筐体に固定された第1の留め具、支持材、該被加熱部筐体に固定された第2の留め具、及びこれらを貫通するネジにより構成される。
(
Further, in the fuel cell device according to the present invention, the connecting member includes a first fastener fixed to the fuel cell casing, a support member, a second fastener fixed to the heated portion casing, And a screw passing therethrough.
これにより、製造上発生する寸法公差を吸収することができる。その結果、取付け位置のずれや隙間の発生による支持強度の低下や、過剰な締め付けによる構成部品の変形の発生を抑制することができる。 Thereby, the dimensional tolerance which arises on manufacture can be absorbed. As a result, it is possible to suppress a decrease in the support strength due to the displacement of the mounting position or the generation of a gap, and the occurrence of deformation of the component parts due to excessive tightening.
(請求項10/作用効果)
また、本発明に係る燃料電池装置は、該熱伝導率の低い材料は、セラミック材料である。
(
In the fuel cell device according to the present invention, the material having low thermal conductivity is a ceramic material.
熱伝導率の低い材料としてセラミック材料を用いることで、低い熱伝導性を確保しつつ高い耐熱性(耐火性)を併せ持つことができる。これにより、燃料電池装置の信頼性を向上させることができる。 By using a ceramic material as a material having low thermal conductivity, it is possible to have both high heat resistance (fire resistance) while ensuring low thermal conductivity. Thereby, the reliability of the fuel cell device can be improved.
(実施の形態)
図1、図2、図3及び図5を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池装置について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る燃料電池装置の縦断面構成の一例を示した模式図である。
(Embodiment)
A fuel cell device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3 and 5. FIG. 1 is a schematic view showing an example of a longitudinal sectional configuration of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、燃料電池装置は、燃料電池筐体1とその上方に設けられた被加熱部筐体3とにより構成される。燃料電池筐体1の内部には燃料電池2が設けられ、一方、被加熱部筐体3の内部には被加熱部4が設けられている。燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との間には断熱層5が設けられ、燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との間で熱移動が生じることを抑制している。
As shown in FIG. 1, the fuel cell device includes a
断熱層5としては、例えばシリカ、マグネシア、アルミナ、ジルコニア、シリカヒューム、消石灰等の材料を主成分とした多孔体、繊維体等の断熱材を用いることができる。
As the
燃料電池筐体1で生成された排気ガスは、燃料電池筐体1と被加熱部筐体3とを繋ぐ排気管6を通って被加熱部筐体3の内部の被加熱部4に供給される。被加熱部4は、高温の排気ガスの供給を受けることで加熱される。
The exhaust gas generated in the
排気ガスを送るために燃料電池筐体1と被加熱部筐体3とを繋ぐ排気管6は、燃料電池筐体1の上方に配置された被加熱部筐体3を固定する機能も有する。すなわち、図1においては、燃料電池筐体1の上方の被加熱部筐体3が排気管6のみによって固定されている。燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との間には上述した断熱層5が挿入されているが、断熱層5には燃料電池筐体1と被加熱部筐体3とを所定の間隔となるように被加熱部筐体3を支持する機能はない。
The
ここで、燃料電池筐体1と被加熱部筐体3とは、対向する燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との間であって、運転時における燃料電池筐体1の上部の温度と被加熱部筐体3の下部の温度との差が最も低い部分を繋ぐように排気管6が接続されている。例えば図1においては、燃料電池筐体1の上部右側と被加熱部筐体3の右側とが排気管6によって接続されている。この場合、燃料電池装置の運転時において、燃料電池筐体1においては上部右側部分の温度が高く、被加熱部筐体3においては右側部分の温度が高くなるように設計されている。このため、燃料電池筐体1とこれに対向する被加熱部筐体3とは、これらの間で最も温度差が小さくなる箇所で排気管6によって接続され固定されている。これにより、燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との間の熱の授受を最小限にとどめ、燃料電池筐体1のからの放熱を抑えることができる。
Here, the
このように燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との固定を排気管6による固定のみに限定することが好ましい。固定を限定することで熱応力の発生を抑制することができる。
Thus, it is preferable to limit the fixing of the
また、図1では排気管6が燃料電池筐体1及び被加熱部筐体3の側面に設けられているが、排気管6の接続位置はこれに限られず、例えば燃料電池筐体1と被加熱部筐体3とが対向する2つの面によって形成される空間内に設けられてもよい。また、燃料電池筐体1の上面形状と被加熱部筐体3の底面形状とは必ずしも同形である必要はなく、例えば燃料電池筐体1の上面形状よりも被加熱部筐体3の底面形状の方が小さい場合には、燃料電池筐体1と被加熱部筐体3とが重ならない燃料電池筐体1の上面に排気管6を配置してもよい。
In FIG. 1, the
図2は、図1の燃料電池装置の構成に加え、さらに連接部材7を設けた燃料電池装置の縦断面を示す模式図である。図2に示す燃料電池装置においては、連接部材7が燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との間であって、排気管6が設けられた右側とは反対の左側の部分に設けられている。このため、連接部材7が設けられた箇所には断熱層5は設けられていない。
FIG. 2 is a schematic view showing a longitudinal section of a fuel cell device provided with a connecting member 7 in addition to the configuration of the fuel cell device of FIG. In the fuel cell device shown in FIG. 2, the connecting member 7 is provided between the
図2において連接部材7は、燃料電池筐体1上に固定して設けられ、この連接部材7によって被加熱部筐体3が支持されている。
In FIG. 2, the connecting member 7 is fixedly provided on the
図3を用いて、図2に示した連接部材7の一例を説明する。図3において、連接部材7は、燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との間に設けられ、燃料電池筐体1と固定された第1の留め具8と、被加熱部筐体3の荷重を受けて被加熱部筐体3を支える支持材9と、被加熱部筐体3と固定された第2の留め具10と、第1の留め具8と支持材9と第2の留め具10とを貫通するネジ11とで構成される。
An example of the connecting member 7 shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the connecting member 7 is provided between the
第1の留め具8及び第2の留め具10は、ネジ11によって連接部材7を一体とするための中間部材であり、被加熱部筐体3を支持する機能を有する必要はない。一方、支持材9は、被加熱部筐体3の荷重を受けて主として燃料電池筐体1上に被加熱部筐体3を支持する機能を有する。
The
連接部材7によって燃料電池筐体1と被加熱部筐体3とを連接させる場合、燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との相対的な位置が変動可能なように連接させることが好ましい。相対的な位置を変動可能とするためには、第1の留め具8又は第2の留め具10と支持材9との間に隙間13を設けたり、第1の留め具8又は第2の留め具10へネジを貫通させるための穴を余剰に大きく設定することなどによって実現することができる。
When the
これにより、燃料電池筐体1上に配置された被加熱部筐体3の位置に自由度を持たせることができる。このため、その自由度によって、製造上発生する寸法公差を吸収することができる。また、起動・運転時等に生じる熱応力を吸収するとともに支持強度を向上させ、燃料電池の破損を抑制することができる。
Thereby, the position of the to-be-heated part housing | casing 3 arrange | positioned on the fuel cell housing |
また本発明において、支持材9は熱伝導率の低い材料で形成されていることが好ましい。熱伝導率の低い材料としては、例えばセラミック材料が挙げられる。支持材9に熱伝導率の低い材料としてセラミック材料を用いることで、低い熱伝導性を確保しつつ高い耐熱性(耐火性)を併せ持つことができる。これにより、燃料電池装置の信頼性を向上させることができる。なお、支持材9と同様に、連接部材7を構成するその他の構成部品(例えば第1の留め具8、第2の留め具10、ネジ11)も併せて熱伝導率の低い材料を選択することが好ましい。このようにして連接部材7全体を低熱伝導率の材料とすることで、連接部材7を介する熱移動を極力抑制することができる。
Moreover, in this invention, it is preferable that the
特に連接部材7による連接は、排気管6が配置された部分よりも、燃料電池筐体1の上面とこれに対向する被加熱部筐体3の底面との間の燃料電池装置の運転時における温度差が大きい部分で行うとよい。上述のように、燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との固定は、これらの温度差が最も小さい部分で行われる。一方、燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との温度差が最も大きくなる部分は、温度差が最も小さい部分と離間しているため、温度差が最も大きくなる部分において連接部材を設置することが被加熱部筐体3の荷重を支える上で最も有効に機能する。
In particular, the connection by the connecting member 7 is more during the operation of the fuel cell device between the upper surface of the
このように熱伝導率の低い材料を構成部材に持つ連接部材7を用いることで、燃料電池筐体1から被加熱部筐体3への放熱を抑えることができるため、燃料電池筐体1内の温度を高温に維持することができる。また、燃料電池筐体1内の温度分布を均一に近づけることができるとともに、燃料電池筐体1の上方に被加熱部筐体3を支持することができる。
By using the connecting member 7 having a material having a low thermal conductivity in this way, heat radiation from the
ここで図5を用いて、燃料電池筐体1の上面と被加熱部筐体3の底面の位置との温度との関係について一例を示す。図5の下図は燃料電池筐体1の上方に被加熱部筐体3が配置された燃料電池装置の縦断面を示し、図5の上図は下図の水平方向の位置に対する燃料電池筐体温度20と被加熱部筐体温度21を示している。
Here, an example of the relationship between the temperature of the upper surface of the
図5においては、燃料電池筐体1の内部構造によって、燃料電池筐体1の上面の燃料電池筐体温度20は右側が最も低い温度分布を示している。一方、被加熱部筐体3の底面の被加熱部筐体温度21は、被加熱部の内部構造によって、右側が最も温度が高い分布を示している。よって燃料電池筐体1と被加熱部筐体3とは、燃料電池筐体温度20と被加熱部筐体温度21との温度差が最も小さい右端部において排気管6により固定され、一方燃料電池筐体温度20と被加熱部筐体温度21との温度差が最も大きい左端部において連接部材7によって連接されている。
In FIG. 5, due to the internal structure of the
以上のように、燃料電池筐体1と被加熱部筐体3とを温度差の大きい部分で低熱伝導率部材を介して固定することによって、燃料電池筐体1上に被加熱部筐体3を支持しつつ、燃料電池筐体1の放熱を抑制することができる。このため、燃料電池筐体1内の温度を高温に維持することができ、また燃料電池筐体1内の温度分布を均一に近づけることができる。さらに、被加熱部4への熱の流入及び流出を抑えることができるため、燃料電池筐体1から排気管6を経由して供給される排気ガスの熱によって被加熱部4の温度を調整することが容易になる。
As described above, by fixing the
(実施例1)
図4を参照して、実施の形態に係る燃料電池装置の実施例1について説明する。図4は実施の形態に係る燃料電池装置における、連接部材7の構成例を示す縦断面模式図である。すなわち、燃料電池筐体1の上方に設けられた被加熱部筐体3は連接部材によって支持されている。本実施例における連接部材7は対向する燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との側面に取り付けられている。燃料電池筐体1の側面には第1の留め具8が固定され、被加熱部筐体3の側面には第2の留め具10が固定されている。図4に示すように、第1の留め具8と第2の留め具10との間には空間が設けられ、この空間に支持材9が設置され、第1の留め具8、支持材9、第2の留め具10を貫通してネジ11が設けられている。本実施例においては、ネジ11は第1の留め具8、支持材9、第2の留め具10を上下方向に貫通している。また、図4に示すように、支持材9は、燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との間に設けられた断熱層5及び第1の留め具8との間に隙間12が設けられ、ネジ11が貫通する第2の留め具10の穴はネジ11の径よりも大きく隙間13を有する。
Example 1
With reference to FIG. 4, Example 1 of the fuel cell device according to the embodiment will be described. FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration example of the connecting member 7 in the fuel cell device according to the embodiment. That is, the
当該連接部材7の構成により、燃料電池筐体1の上方の被加熱部筐体3を支持することができる。また、被加熱部筐体3に固定される第2の留め具10が隙間13を有することにより、被加熱部筐体3の水平方向の変動を隙間13の間隔分だけ許容し、変動可能とすることができる。一方、被加熱部筐体3の上下方向の変動については規制されている。これにより、製造上発生する所定方向の寸法公差を吸収することができる。また、起動・運転時等に生じる熱応力を所定方向に対して吸収することができる。
With the configuration of the connecting member 7, the
(実施例2)
図6を参照して、実施の形態に係る燃料電池装置の実施例2について説明する。図6は実施の形態に係る燃料電池装置における、連接部材7の構成例を示す縦断面模式図である。すなわち、燃料電池筐体1の上方に設けられた被加熱部筐体3は連接部材によって支持されている。本実施例における連接部材7は対向する燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との間に取り付けられている。燃料電池筐体1の側面にはI字型の第1の留め具8が固定され、被加熱部筐体3の底面には逆L字型の第2の留め具10が固定されている。図6に示すように、第1の留め具8と第2の留め具10との間には空間が設けられ、この空間に支持材9及び弾性部材14が設置され、第1の留め具8、支持材9、第2の留め具10及び弾性部材14を貫通してネジ11が設けられている。本実施例においては、ネジ11は第1の留め具8、支持材9、第2の留め具10及び弾性部材14を水平方向に貫通している。図6に示すように、ネジ11が貫通する第1の留め具8の穴はネジ11の径よりも大きく隙間12を有する。また、支持材9と第2の留め具10との間には隙間13が設けられ、この隙間13に弾性部材14が設けられている。
(Example 2)
Example 2 of the fuel cell device according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration example of the connecting member 7 in the fuel cell device according to the embodiment. That is, the
当該連接部材7の構成により、燃料電池筐体1の上方の被加熱部筐体3を支持することができる。また、燃料電池筐体1に固定される第1の留め具8が隙間12を有することにより、被加熱部筐体3の上下方向の変動を隙間13の間隔分だけ許容し、変動可能とすることができる。さらに支持材9と第2の留め具10との隙間13内に弾性部材14が設けられているため、被加熱部筐体3が水平方向への変動を可能にしている。
With the configuration of the connecting member 7, the
弾性部材14には、例えばバネ材を用いることができる。弾性部材14は低熱伝導率の材料を用いることが好ましい。
For example, a spring material can be used for the
これにより、製造上発生する寸法公差を吸収することができる。また、起動・運転時等に生じる熱応力を吸収することができる。 Thereby, the dimensional tolerance which arises on manufacture can be absorbed. Further, it is possible to absorb thermal stress that occurs during startup and operation.
(実施例3)
図7を参照して、実施の形態に係る燃料電池装置の実施例3について説明する。図7は実施の形態に係る燃料電池装置における、連接部材7の構成例を示す縦断面模式図である。すなわち、燃料電池筐体1の上方に設けられた被加熱部筐体3は連接部材によって支持されている。本実施例における連接部材7は対向する燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との間に取り付けられている。燃料電池筐体1の側面にはI字型の第1の留め具8が固定され、被加熱部筐体3の底面には逆L字型の第2の留め具10が固定されている。図7に示すように、第1の留め具8と第2の留め具10との間には空間が設けられ、この空間に支持材9が設置され、第1の留め具8、支持材9、第2の留め具10を貫通してネジ11が設けられている。本実施例においては、ネジ11は第1の留め具8、支持材9、第2の留め具10を水平方向に貫通している。図7に示すように、ネジ11が貫通する第1の留め具8の上下方向及び奥行き方向における穴の幅はネジ11の径とほぼ同じであり、隙間12は極めて小さい。
(Example 3)
Example 3 of the fuel cell device according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration example of the connecting member 7 in the fuel cell device according to the embodiment. That is, the
これにより、燃料電池筐体1の上方に設けられた被加熱部筐体3は、図7の上下方向及び奥行き方向に対し変動が規制される。すなわち、上記のようなほぼネジと同形の穴を有する第1の留め具8は、燃料電池筐体1と被加熱部筐体3との相対的な位置の変動を所定の方向に制限する変動規制部として機能する。
Thereby, the variation of the
また、被加熱部筐体3は水平方向(図7における左右の方向)には規制を受けずに変動が可能であるため、製造上発生する所定方向の寸法公差を吸収することができる。また、起動・運転時等に生じる熱応力を吸収することができる。 Moreover, since the to-be-heated part housing | casing 3 can be fluctuate | varied without being regulated in the horizontal direction (left-right direction in FIG. 7), it can absorb the dimensional tolerance of the predetermined direction which arises on manufacture. Further, it is possible to absorb thermal stress that occurs during startup and operation.
上記説明から、当業者にとって、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更することができる。 From the above description, many modifications and other embodiments of the present invention are apparent to persons skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. Details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.
1 燃料電池筐体
2 燃料電池
3 被加熱部筐体
4 被加熱部
5 断熱層
6 排気管
7 連接部材
8 第1の留め具
9 支持材
10 第2の留め具
11 ネジ
12 隙間
13 隙間
14 弾性部材
20 燃料電池筐体温度
21 被加熱部筐体温度
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記排気管は、対向する前記燃料電池筐体と前記被加熱部筐体との間の運転時の温度差が最も低い部分を繋いで配置され、前記燃料電池筐体と前記燃料電池筐体の上方に設けられた前記被加熱部筐体とが固定され、
前記排気管による固定に加え、前記燃料電池筐体と前記被加熱部筐体とは、前記燃料電池筐体及び前記被加熱部筐体を構成する材料よりも熱伝導率の低い材料を構成部材に持つ連接部材によって連接していることを特徴とする燃料電池装置。 A fuel cell housing containing a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a raw material and power generation air, and a heated portion heated to a predetermined temperature by heat of exhaust gas exhausted from the fuel cell housing A fuel cell comprising: a heated portion housing having a heat insulating layer provided between the fuel cell housing and the heated portion housing; and an exhaust pipe for guiding the exhaust gas to the heated portion. A device,
The exhaust pipe is arranged by connecting the portions where the temperature difference during operation between the fuel cell casing and the heated section casing facing each other is the lowest, and the fuel cell casing and the fuel cell casing The heated part casing provided above is fixed,
In addition to fixing by the exhaust pipe, the fuel cell casing and the heated portion casing are made of a material having a lower thermal conductivity than the material constituting the fuel cell casing and the heated portion casing. The fuel cell device is connected by a connecting member.
前記連接部材は、前記燃料電池筐体に固定された第1の留め具、支持材、前記被加熱部筐体に固定された第2の留め具、及びこれらを貫通するネジにより構成され、
前記ネジと前記第1の留め具との間、又は前記連接部材と前記第1の留め具及び前記第2の留め具との間には、組み付け時の寸法公差を吸収する隙間が設けられていることを特徴とする燃料電池装置。 In claim 1 ,
The connecting member includes a first fastener fixed to the fuel cell casing, a support member, a second fastener fixed to the heated section casing, and a screw that passes through the first fastener.
Between the screw and the first fastener, or between the connecting member and the first fastener and the second fastener, a gap for absorbing a dimensional tolerance during assembly is provided. A fuel cell device characterized by comprising:
前記連接部材による連接は、前記排気管が配置された部分よりも、対向する前記燃料電池筐体と前記被加熱部筐体との間の運転時の温度差が高い部分でなされていることを特徴とする燃料電池装置。 In claim 1 or 2 ,
The connection by the connecting member is made at a portion where the temperature difference during operation between the fuel cell housing and the heated portion housing facing each other is higher than the portion where the exhaust pipe is disposed. A fuel cell device.
前記排気管は、対向する前記燃料電池筐体と前記被加熱部筐体との間の運転時の温度差が最も低い部分を繋いで配置され、前記燃料電池筐体と前記燃料電池筐体の上方に設けられた前記被加熱部筐体とが固定され、
前記被加熱部筐体は、前記燃料電池筐体と前記被加熱部筐体との相対的な位置が変動可能なように、前記燃料電池筐体と前記被加熱部筐体との間に設けられた連接部材によって支持されていることを特徴とする燃料電池装置。 A fuel cell housing containing a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a raw material and power generation air, and a heated portion heated to a predetermined temperature by heat of exhaust gas exhausted from the fuel cell housing A fuel cell comprising: a heated portion housing having a heat insulating layer provided between the fuel cell housing and the heated portion housing; and an exhaust pipe for guiding the exhaust gas to the heated portion. A device,
The exhaust pipe is arranged by connecting the portions where the temperature difference during operation between the fuel cell casing and the heated section casing facing each other is the lowest, and the fuel cell casing and the fuel cell casing The heated part casing provided above is fixed,
The heated section casing is provided between the fuel cell casing and the heated section casing so that a relative position between the fuel cell casing and the heated section casing can be changed. A fuel cell device is supported by a connected member.
前記連接部材によって前記被加熱部筐体が支持される部分に、前記被加熱部筐体と前記燃料電池筐体との相対的な位置の変動を所定の方向に制限する変動規制部が設けられていることを特徴とする燃料電池装置。 In claim 4 ,
A variation restricting portion is provided in a portion where the heated portion casing is supported by the connecting member, and restricts a relative position variation between the heated portion casing and the fuel cell casing in a predetermined direction. A fuel cell device characterized by comprising:
前記所定の方向は、前記燃料電池筐体と前記被加熱部筐体とが対向する面に平行で、かつ、前記燃料電池筐体の平面視における前記排気管近傍の一辺及び当該一辺に対向する前記被加熱部筐体近傍の他辺と直交する線分に平行な方向であることを特徴とする燃料電池装置。 In claim 5 ,
The predetermined direction is parallel to a surface where the fuel cell casing and the heated section casing face each other, and faces one side and the one side near the exhaust pipe in a plan view of the fuel cell casing. 2. A fuel cell device according to claim 1, wherein the fuel cell device has a direction parallel to a line segment orthogonal to the other side in the vicinity of the heated portion casing.
前記連接部材は、前記燃料電池筐体及び前記被加熱部筐体を構成する材料よりも熱伝導率の低い材料を構成部材に持つことを特徴とする燃料電池装置。 In any one of Claims 4 thru | or 6 ,
The connecting member has, as a constituent member, a material having a lower thermal conductivity than a material constituting the fuel cell casing and the heated section casing.
前記連接部材は、前記燃料電池筐体に固定された第1の留め具、支持材、前記被加熱部筐体に固定された第2の留め具、及びこれらを貫通するネジにより構成されることを特徴とする燃料電池装置。 In any one of Claims 4 thru | or 7 ,
The connecting member is composed of a first fastener fixed to the fuel cell casing, a support material, a second fastener fixed to the heated section casing, and a screw passing therethrough. A fuel cell device.
前記熱伝導率の低い材料は、セラミック材料であることを特徴とする燃料電池装置。 In claim 1 or 7 ,
The fuel cell device, wherein the material having a low thermal conductivity is a ceramic material.
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