JP6474021B2 - Solid oxide fuel cell device - Google Patents
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Description
本発明は、固体酸化物形燃料電池に関し、特に、燃料を水蒸気改質して生成した水素と酸化剤ガスを反応させることにより発電する固体酸化物形燃料電池に関する。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more particularly to a solid oxide fuel cell that generates power by reacting hydrogen generated by steam reforming of fuel and an oxidant gas.
固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」とも言う)は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤(空気、酸素等)を供給して、発電反応を生じさせて発電を行う燃料電池である。 A solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as “SOFC”) uses an oxide ion conductive solid electrolyte as an electrolyte, has electrodes attached to both sides thereof, and supplies fuel gas to one side. This is a fuel cell that generates power by supplying an oxidant (air, oxygen, etc.) to the other side to generate a power generation reaction.
固体酸化物形燃料電池装置は比較的高温で動作する燃料電池装置であり、発電に寄与しなかったオフガスを燃焼させて、その燃焼炎により改質器を昇温させている。また、起動時には改質器の内部に充填された改質触媒の温度を監視しながら改質工程(ATR,SR)を変更している。この各工程は改質器に配設した温度センサによる検知結果に応じて順次実行されるため、改質触媒の温度を精度良く計測する必要がある。 The solid oxide fuel cell device is a fuel cell device that operates at a relatively high temperature, burns off-gas that has not contributed to power generation, and raises the temperature of the reformer by the combustion flame. Further, at the time of start-up, the reforming process (ATR, SR) is changed while monitoring the temperature of the reforming catalyst filled in the reformer. Since these steps are sequentially executed according to the detection result by the temperature sensor provided in the reformer, it is necessary to measure the temperature of the reforming catalyst with high accuracy.
先行文献1では、下方に燃焼部が配置された改質器の上面から表面温度を計測し、改質触媒の温度を把握することが開示されている。しかしながら、改質触媒を改質器の中に充填する際に、改質器内部の底面側では改質触媒の密度が密に、上面側では疎になる傾向があるため、改質器の温度を検知すると改質触媒による温度影響は改質器の上面側より底面側に顕著に生じる。そのため、上面側の温度より底面側の温度の方が応答性が高く、底面側に燃焼部が設けられていることを考慮すると、側面側の温度を検知することが好ましいといえる。
したがって、側面側から改質器の温度を計測するには温度センサを改質器の側面外壁面に押し当てることになる。しかしながら、改質器を燃焼炎により昇温させている場合、改質器側方からの燃焼ガスの上昇や、燃焼炎の輻射熱により、温度センサがそれらの熱を検知してしまう。そのため、改質器温度が燃焼状態によって左右され、精度良く改質触媒の温度を検知することが困難になる。 Therefore, in order to measure the temperature of the reformer from the side surface side, the temperature sensor is pressed against the side wall surface of the reformer. However, when the temperature of the reformer is raised by the combustion flame, the temperature sensor detects the heat by the rise of the combustion gas from the side of the reformer and the radiant heat of the combustion flame. Therefore, the reformer temperature depends on the combustion state, and it becomes difficult to accurately detect the temperature of the reforming catalyst.
ここで特許文献2は、改質器の側面に熱電対を接触させ、さらに改質器の側面とセンサホルダーによって熱電対を覆うことで、温度検出における燃焼炎の影響を抑えることが開示されている。
Here,
しかしながら、従来の改質器外壁面に温度センサを突き当てて改質触媒の温度を測定する方法では、燃焼炎の変動を検知して検出値が安定しないことや、直接加熱される高温の改質器の影響を受けて、改質触媒よりも高い温度を検知してしまうことは避けられない。したがって、改質触媒の温度を精度良く計るためには燃焼炎の影響を軽減させる必要がある。 However, in the conventional method of measuring the temperature of the reforming catalyst by abutting a temperature sensor on the outer wall surface of the reformer, the detected value is not stabilized by detecting fluctuations in the combustion flame, or the high temperature directly heated is modified. It is inevitable that a temperature higher than that of the reforming catalyst is detected due to the influence of the quality device. Therefore, in order to accurately measure the temperature of the reforming catalyst, it is necessary to reduce the influence of the combustion flame.
そのため、本発明は、温度センサが燃焼炎の影響を受けず、精度良く改質触媒の温度を測定することができる固体酸化物形燃料電池を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell in which the temperature sensor is not affected by the combustion flame and can accurately measure the temperature of the reforming catalyst.
上述した課題を解決するために、本件発明は、改質された燃料ガスと、酸化剤ガスとにより発電する固体酸化物形燃料電池装置において、上下方向に延びる複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルの上方に設けられ、前記複数の燃料電池セルにおいて発電に利用されずに残った前記燃料ガスを燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部の熱を受けるように前記燃焼部の上方に配置され、前記燃料ガスを改質するための改質触媒が内部に充填された改質器と、前記改質触媒の温度を検出する温度センサと、を備え、前記温度センサは差込部材を介して前記改質触媒の温度を検出し、前記差込部材は内部が空洞で先端が閉じられたものであり、且つ前記改質器の側面に挿入され、前記改質器の内部方向に突出している突出部が設けられており、前記突出部は、前記改質器の内部方向に向かって先端ほど細くなるように傾斜して突出し、さらに、前記突出部の先端を直線的に傾斜させ、前記突出部は上面視において、前記改質器の内部方向に向かって径が大きくなることを特徴としている。
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a solid oxide fuel cell device that generates electric power using a reformed fuel gas and an oxidant gas, and a plurality of fuel cells extending in the vertical direction;
A combustion section that is provided above the plurality of fuel cells and that burns the fuel gas remaining without being used for power generation in the plurality of fuel cells ; and A reformer disposed above and filled with a reforming catalyst for reforming the fuel gas; and a temperature sensor for detecting the temperature of the reforming catalyst, the temperature sensor being inserted The temperature of the reforming catalyst is detected via a member, and the insertion member is hollow and closed at the tip, and is inserted into a side surface of the reformer, and the internal direction of the reformer The protrusion protrudes so as to become thinner toward the inner end of the reformer, and further, the tip of the protrusion is linearly inclined. And the projecting portion is the reformer in a top view. It is characterized in that the diameter toward the inside direction is increased.
このように構成された本発明によれば、差込部材の内部に温度センサを配置することにより、改質器の内部で温度センサが被覆され、温度センサが燃焼炎に直接さらされず、燃焼炎の影響を受けずに精度よく改質触媒の温度を測定することができる。さらに、差込部材を改質器内部方向に突出させることにより、改質触媒と温度センサとの距離が短くなるため、改質触媒からの熱伝導による熱をより多く受けることが可能となり、精度良く改質触媒の温度を計測することができる。また、突出部の先端面を改質器の内部の方向に向かって細くなるように傾斜させることで、改質触媒から最も熱を受ける先端面へ温度センサを誘導することができ、温度センサと突出部の先端面へ十分に接触させて温度を正確に測定することが可能になる。さらに、突出部の先端を直線的に傾斜させることで、改質触媒との接触点を増やすことができ、より精度良く改質触媒の温度を計測することができる。また、上面視において突出部の先端に向かうほど径を大きくすることにより、突出部先端面の角部へ温度センサを固定することができるため、温度センサと差込部材を確実に接触させることが可能となり、改質触媒の温度を精度良く計測することができる。 According to the present invention configured as described above, by arranging the temperature sensor inside the insertion member, the temperature sensor is covered inside the reformer, and the temperature sensor is not directly exposed to the combustion flame. The temperature of the reforming catalyst can be accurately measured without being affected by the above. Furthermore, since the distance between the reforming catalyst and the temperature sensor is shortened by projecting the insertion member toward the inside of the reformer, it is possible to receive more heat due to heat conduction from the reforming catalyst. The temperature of the reforming catalyst can be measured well. In addition, by inclining the front end surface of the protrusion so as to become narrower toward the inside of the reformer, the temperature sensor can be guided to the front end surface that receives the most heat from the reforming catalyst. It is possible to accurately measure the temperature by sufficiently contacting the tip surface of the protrusion. Further, by linearly inclining the tip of the protruding portion, the number of contact points with the reforming catalyst can be increased, and the temperature of the reforming catalyst can be measured with higher accuracy. In addition, since the temperature sensor can be fixed to the corner of the front end surface of the projecting portion by increasing the diameter toward the front end of the projecting portion in the top view, the temperature sensor and the insertion member can be reliably brought into contact. Thus, the temperature of the reforming catalyst can be measured with high accuracy.
本発明において、突出部は改質触媒と直接接していることが好ましい。
このように構成された本発明によれば、改質器内部方向へ突出した差込部材は突出部の全面で改質触媒と直接接触しており、差込部材を介して温度を測定することで、より改質触媒に近い温度を精度よく測ることができる。
In the present invention, the protrusion is preferably in direct contact with the reforming catalyst.
According to the present invention configured as described above, the insertion member protruding toward the interior of the reformer is in direct contact with the reforming catalyst over the entire surface of the protrusion, and the temperature is measured via the insertion member. Thus, the temperature closer to the reforming catalyst can be accurately measured.
本発明において差込部材と同一の形状の第二差込部材が、改質器の内部の燃料ガスの流れが均一になるように、改質器の壁面に設けられていることが好ましい。
このように構成された本発明によれば、温度センサを設置するための差込部材だけでなく、改質器内部の燃料ガスの流れを均一にするように設けられているため、改質器の内部の燃料ガスの流れを改質触媒に対して対称にすることができ、差込部材に起因する改質器内の燃料ガスの偏流による改質の偏りが生じず、触媒が部分的に劣化することを防止することができる。
In the present invention, the second insertion member having the same shape as the insertion member is preferably provided on the wall surface of the reformer so that the flow of the fuel gas inside the reformer is uniform.
According to the present invention configured as described above, not only the insertion member for installing the temperature sensor but also the flow of the fuel gas inside the reformer is provided so as to be uniform. The flow of the fuel gas inside can be made symmetrical with respect to the reforming catalyst, and there is no reforming bias due to the drift of the fuel gas in the reformer due to the insertion member, and the catalyst is partially Deterioration can be prevented.
本発明によれば、燃焼部の変動に影響されず、改質器の触媒温度を精度良く測定することができる。 According to the present invention, the catalyst temperature of the reformer can be accurately measured without being affected by fluctuations in the combustion section.
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物形燃料電池(SOFC)を説明する。
図1は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池(SOFC)を示す全体構成図である。図1に示すように、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池(SOFC)1は、燃料電池モジュール2と、補機ユニット4を備えている。
Next, a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a solid oxide fuel cell (SOFC) 1 according to an embodiment of the present invention includes a
燃料電池モジュール2は、ハウジング6を備え、このハウジング6内部には、断熱材7を介して金属製のケース8が内蔵されている。この密閉空間であるケース8の下方部分である発電室10には、燃料と酸化剤ガス(空気)とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体12が配置されている。この燃料電池セル集合体12は、10個の燃料電池セルスタック14(図5参照)を備え、この燃料電池セルスタック14は、16本の燃料電池セルユニット16(図4参照)から構成されている。このように、燃料電池セル集合体12は、160本の燃料電池セルユニット16を有し、これらの燃料電池セルユニット16の全てが直列接続されている。
The
燃料電池モジュール2のケース8の上述した発電室10の上方には、燃焼部である燃焼室18が形成され、この燃焼室18で、発電反応に使用されなかった残余の燃料と残余の酸化剤(空気)とが燃焼し、排気ガスを生成するようになっている。さらに、ケース8は断熱材7により覆われており、燃料電池モジュール2内部の熱が、外気へ発散するのを抑制している。
また、この燃焼室18の上方には、燃料を改質する改質器20が配置され、前記残余ガスの燃焼熱によって改質器20を改質反応が可能な温度となるように加熱している。さらに、この改質器20の上方には、残余ガスの燃焼ガスにより発電用の空気を加熱し、発電用の空気を予熱する熱交換器である空気用熱交換器22が配置されている。
A
Further, a
次に、補機ユニット4は、燃料電池モジュール2からの排気中に含まれる水分を結露させた水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク26と、この貯水タンクから供給される水の流量を調整する水流量調整ユニット28(モータで駆動される「水ポンプ」等)を備えている。また、補機ユニット4は、都市ガス等の燃料供給源30から供給された燃料を遮断するガス遮断弁32と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器36と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット38(モータで駆動される「燃料ポンプ」等)と、電源喪失時において、燃料流量調整ユニット38から流出する燃料ガスを遮断するバルブ39を備えている。さらに、補機ユニット4は、空気供給源40から供給される酸化剤ガスである空気を遮断する電磁弁42と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット44及び発電用空気流量調整ユニット45(モータで駆動される「空気ブロア」等)と、改質器20に供給される改質用空気を加熱する第1ヒータ46と、発電室に供給される発電用空気を加熱する第2ヒータ48とを備えている。これらの第1ヒータ46と第2ヒータ48は、起動時の昇温を効率よく行うために設けられているが、省略しても良い。
Next, the
次に、燃料電池モジュール2には、排気ガスが供給される温水製造装置50が接続されている。この温水製造装置50には、水供給源24から水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
また、燃料電池モジュール2には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス52が取り付けられている。
さらに、燃料電池モジュール2には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部(電力変換部)であるインバータ54が接続されている。
Next, a hot
The
Furthermore, the
次に、図2及び図3により、本発明の実施形態による固体酸化物形燃料電池(SOFC)の燃料電池モジュールの内部構造を説明する。図2は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池(SOFC)の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図3は、図2のIII-III線に沿って断面図である。
図2及び図3に示すように、燃料電池モジュール2のハウジング6内のケース8には、上述したように、下方から順に、燃料電池セル集合体12、改質器20、空気用熱交換器22が配置されている。
Next, the internal structure of a solid oxide fuel cell (SOFC) fuel cell module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a side sectional view showing a solid oxide fuel cell (SOFC) fuel cell module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. .
As shown in FIGS. 2 and 3, the
改質器20は、その上流端側の端部側面に純水、改質される燃料ガス、及び改質用空気を導入するための改質器導入管62が取り付けられている。
改質器導入管62は、改質器20の一端の側壁面から延びる円管であり、90゜屈曲されて概ね鉛直方向に延び、ケース8の上端面を貫通している。なお、改質器導入管62は、改質器20に水を導入する水導入管として機能している。また、改質器導入管62の上端には、T字管62aが接続されており、このT字管62aの概ね水平方向に延びる管の両側の端部には、燃料ガス及び純水を供給するための配管が夫々接続されている。水供給用配管63aはT字管62aの一方の側端から斜め上方に向けて延びている。燃料ガス供給用配管63bはT字管62aの他方の側端から水平方向に延びた後、U字型に屈曲され、水供給用配管63aと同様の方向に、概ね水平に延びている。
The
The
一方、改質器20の内部には、上流側から順に、蒸発部20a、混合部20b、改質部20cが形成され、この改質部20cには改質触媒が充填されている。この改質器20に導入された水蒸気(純水)が混合された燃料ガス及び空気は、改質部20c内に充填された改質触媒により改質される。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。この改質部20cに備える差込部材151については後に詳述する。
On the other hand, an
この改質器20の下流端側には、燃料ガス供給管64が接続され、この燃料ガス供給管64は、下方に延び、さらに、燃料電池セル集合体12の下方に形成されたマニホールド66内で水平に延びている。燃料ガス供給管64の水平部64aの下方面には、複数の燃料供給孔64bが形成されており、この燃料供給孔64bから、改質された燃料ガスがマニホールド66内に供給される。また、燃料ガス供給管64の鉛直部の途中には、流路が狭められた圧力変動抑制用流路抵抗部64cが設けられ、燃料ガスの供給流路の流路抵抗が調整されている。流路抵抗の調整については後述する。
A fuel
このマニホールド66の上方には、上述した燃料電池セルスタック14を支持するための貫通孔を備えた下支持板68が取り付けられており、マニホールド66内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット16内に供給される。
A
一方、改質器20の上方には、空気用熱交換器22が設けられている。
また、図2に示すように、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置83が、燃焼室18に設けられている。
On the other hand, an
Further, as shown in FIG. 2, an
次に図4により燃料電池セルユニット16について説明する。図4は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池(SOFC)の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図4に示すように、燃料電池セルユニット16は、燃料電池セル84と、この燃料電池セル84の両端部にそれぞれ接続されたキャップである内側電極端子86とを備えている。
燃料電池セル84は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路88を形成する円筒形の内側電極層90と、円筒形の外側電極層92と、内側電極層90と外側電極層92との間にある電解質層94とを備えている。この内側電極層90は、燃料ガスが通過する燃料極であり、(−)極となり、一方、外側電極層92は、空気と接触する空気極であり、(+)極となっている。
Next, the
As shown in FIG. 4, the
The
燃料電池セル84の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子86は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子86について具体的に説明する。内側電極層90の上部90aは、電解質層94と外側電極層92に対して露出された外周面90bと上端面90cとを備えている。内側電極端子86は、導電性のシール材96を介して内側電極層90の外周面90bと接続され、さらに、内側電極層90の上端面90cとは直接接触することにより、内側電極層90と電気的に接続されている。内側電極端子86の中心部には、内側電極層90の燃料ガス流路88と連通する燃料ガス流路細
管98が形成されている。
Since the
この燃料ガス流路細管98は、内側電極端子86の中心から燃料電池セル84の軸線方向に延びるように設けられた細長い細管である。このため、マニホールド66(図2)から、下側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98を通って燃料ガス流路88に流入する燃料ガスの流れには、所定の圧力損失が発生する。従って、下側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98は、流入側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。また、燃料ガス流路88から、上側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98を通って燃焼室18(図2)に流出する燃料ガスの流れにも所定の圧力損失が発生する。従って、上側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98は、流出側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。
The fuel gas passage
内側電極層90は、例えば、Niと、CaやY、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Niと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Niと、Sr、Mg、Co、Fe、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。 The inner electrode layer 90 includes, for example, a mixture of Ni and zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Ca, Y, and Sc, and Ni and ceria doped with at least one selected from rare earth elements. The mixture is formed of at least one of Ni and a mixture of lanthanum garade doped with at least one selected from Sr, Mg, Co, Fe, and Cu.
電解質層94は、例えば、Y、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Sr、Mgから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。 The electrolyte layer 94 includes, for example, zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Y and Sc, ceria doped with at least one selected from rare earth elements, lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr and Mg, Formed from at least one of the following.
外側電極層92は、例えば、Sr、Caから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Sr、Co、Ni、Cuから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Sr、Fe、Ni、Cuから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。
The
次に図5により燃料電池セルスタック14について説明する。図5は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池(SOFC)の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
図5に示すように、燃料電池セルスタック14は、16本の燃料電池セルユニット16を備え、これらの燃料電池セルユニット16は、8本ずつ2列に並べて配置されている。
各燃料電池セルユニット16は、下端側がセラミック製の長方形の下支持板68(図2)により支持され、上端側は、両端部の燃料電池セルユニット16が4本ずつ、概ね正方形の2枚の上支持板100により支持されている。これらの下支持板68及び上支持板100には、内側電極端子86が貫通可能な貫通穴がそれぞれ形成されている。
Next, the
As shown in FIG. 5, the
Each
さらに、燃料電池セルユニット16には、集電体102及び外部端子104が取り付けられている。この集電体102は、燃料極である内側電極層90に取り付けられた内側電極端子86と電気的に接続される燃料極用接続部102aと、空気極である外側電極層92の外周面と電気的に接続される空気極用接続部102bとを接続するように一体的に形成されている。また、各燃料電池セルユニット16の外側電極層92(空気極)の外表面全体には、空気極側の電極として、銀製の薄膜が形成されている。この薄膜の表面に空気極用接続部102bが接触することにより、集電体102は空気極全体と電気的に接続さ
れる。
Furthermore, a
さらに、燃料電池セルスタック14の端(図5では左端の奥側)に位置する燃料電池セルユニット16の空気極86には、2つの外部端子104がそれぞれ接続されている。これらの外部端子104は、隣接する燃料電池セルスタック14の端にある燃料電池セルユニット16の内側電極端子86に接続され、上述したように、160本の燃料電池セルユニット16の全てが直列接続されるようになっている。
Furthermore, two
次に図6により本実施形態による固体酸化物形燃料電池(SOFC)に取り付けられたセンサ類等について説明する。図6は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池(SOFC)を示すブロック図である。
図6に示すように、固体酸化物形燃料電池1は、制御部110を備え、この制御部110には、使用者が操作するための「ON」や「OFF」等の操作ボタンを備えた操作装置112、発電出力値(ワット数)等の種々のデータを表示するための表示装置114、及び、異常状態のとき等に警報(ワーニング)を発する報知装置116が接続されている。また、制御部110には、マイクロプロセッサ、メモリ、及びこれらを作動させるプログラム(以上、図示せず)が内蔵されており、これらにより、各センサからの入力信号に基づいて、補機ユニット4、インバータ54等が制御される。なお、この報知装置116は、遠隔地にある管理センタに接続され、この管理センタに異常状態を通知するようなものであっても良い。
Next, sensors and the like attached to the solid oxide fuel cell (SOFC) according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram illustrating a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 6, the solid
次に、制御部110には、以下に説明する種々のセンサからの信号が入力されるようになっている。
先ず、可燃ガス検出センサ120は、ガス漏れを検知するためのもので、燃料電池モジュール2及び補機ユニット4に取り付けられている。
CO検出センサ122は、本来排気ガス通路80等を経て外部に排出される排気ガス中のCOが、燃料電池モジュール2及び補機ユニット4を覆う外部ハウジング(図示せず)へ漏れたかどうかを検知するためのものである。
貯湯状態検出センサ124は、図示しない給湯器におけるお湯の温度や水量を検知するためのものである。
Next, signals from various sensors described below are input to the
First, the combustible
The
The hot water storage
電力状態検出センサ126は、インバータ54及び分電盤(図示せず)の電流及び電圧等を検知するためのものである。
発電用空気流量検出センサ128は、発電室10に供給される発電用空気の流量を検出するためのものである。
改質用空気流量センサ130は、改質器20に供給される改質用空気の流量を検出するためのものである。
燃料流量センサ132は、改質器20に供給される燃料ガスの流量を検出するためのものである。
The power
The power generation air flow
The reforming
The
水流量センサ134は、改質器20に供給される純水の流量を検出するためのものである。
水位センサ136は、純水タンク26の水位を検出するためのものである。
圧力センサ138は、改質器20の外部の上流側の圧力を検出するためのものである。
排気温度センサ140は、温水製造装置50に流入する排気ガスの温度を検出するためのものである。
The water
The
The
The
発電室温度センサ142は、図3に示すように、燃料電池セル集合体12の近傍の前面側と背面側に設けられ、燃料電池セルスタック14の近傍の温度を検出して、燃料電池セルスタック14(即ち燃料電池セル84自体)の温度を推定するためのものである。
燃焼室温度センサ144は、燃焼室18の温度を検出するためのものである。
排気ガス室温度センサ146は、排気ガス室78の排気ガスの温度を検出するためのものである。
改質器温度センサ148は、改質器20の内部に充填された改質触媒の温度を検出するためのものである。なお、ここでの改質器温度センサ148は熱電対によって構成されるが、温度を検出するものであればよい。
外気温度センサ150は、固体酸化物形燃料電池(SOFC)が屋外に配置された場合、外気の温度を検出するためのものである。また、外気の湿度等を測定するセンサを設けるようにしても良い。
As shown in FIG. 3, the power generation
The combustion
The exhaust gas
The
The outside
これらのセンサ類からの信号は、制御部110に送られ、制御部110は、これらの信号によるデータに基づき、水流量調整ユニット28、燃料流量調整ユニット38、改質用空気流量調整ユニット44、発電用空気流量調整ユニット45に、制御信号を送り、これらのユニットにおける各流量を制御するようになっている。
Signals from these sensors are sent to the
次に、図7、図8を参照して、改質器20の詳細な構成を説明する。
図7は改質器20の斜視図であり、図8は、改質器20内部の燃料の流れを示す平面断面図である。
Next, a detailed configuration of the
7 is a perspective view of the
(改質器の内部の実施例)
図7に示すように、改質器20は、直方体状の金属製の箱であり、内部には燃料を改質するための球状の改質触媒が充填されている(図示せず)。図7において、改質器20は直方体形状で示すが、これらに限らず立方体形状など、モジュールの形状に合わせて任意の形状とすることができる。また、改質器20の上流側には水、燃料及び改質用空気を導入するための改質器導入管62が接続されている。なお、水と燃料による水蒸気改質反応を起こす場合は改質用空気は不要である。さらに、改質器20の下流側には、内部で改質された燃料をマニホールド66に供給するための燃料ガス供給管64が接続されている。
(Example inside the reformer)
As shown in FIG. 7, the
図8に示すように、改質器20の内部には、その上流側に蒸発室である蒸発部20aが設けられ、この蒸発部20aに隣接して、下流側には混合部20bが設けられている。さらに、混合部20bに隣接して、下流側には改質部20cが設けられている。蒸発部20aの内部には、複数の仕切り板が配置されることにより、蛇行する通路が形成されている。改質器20に導入された水は、温度が上昇した状態では蒸発部20a内で蒸発、あるいは加熱され、水蒸気となる。さらに、混合部20bは所定の容積を有するチャンバーから構成され、その内部にも、複数の仕切り板が配置されることにより、蛇行する通路が形成されている。改質器20に導入された燃料ガスは、混合部20bの曲がりくねった通路を通りながら蒸発部20aで生成された水蒸気と混合される。
As shown in FIG. 8, inside the
一方、改質部20cの内部にも、複数の仕切り板が配置されることにより曲がりくねった通路が形成され、この通路に触媒が充填されている。蒸発部20a、混合部20bを通って燃料ガスと水蒸気及び改質用空気の混合ガスが導入されると、改質部20cでは、部分酸化改質反応及び水蒸気改質反応(ATR)が発生する。さらに、燃料ガス、及び水蒸気の混合ガスが導入されると、改質部20cでは、水蒸気改質反応(SR)が発生する。
なお、本実施形態においては、蒸発部、混合部、改質部が一体に構成され、1つの改質器を形成しているが、変形例として、改質部のみを備えた改質器を設け、この上流側に別体として混合器、蒸発器を設けることもできる。
On the other hand, a meandering passage is formed in the reforming
In this embodiment, the evaporation unit, the mixing unit, and the reforming unit are integrally configured to form one reformer. However, as a modification, a reformer including only the reforming unit is used. It is also possible to provide a mixer and an evaporator separately from this upstream side.
図8に示すように、改質器20の蒸発部20aに導入された燃料ガス、水及び改質用空気は、改質器20の横断方向に蛇行して流れ、この間に、導入された水は蒸発し、水蒸気となる。蒸発部20aと混合部20bの間には、蒸発/混合部隔壁20dが設けられ、この蒸発/混合部隔壁20dには隔壁開口20eが設けられている。この隔壁開口20eは、蒸発/混合部隔壁20dの片側約半分のうちの、上側約半分の領域に設けられた長方形の開口部である。
また、混合部20bと改質部20cの間には、混合/改質部隔壁20fが設けられ、この混合/改質部隔壁20fには多数の連通孔20gを設けることにより狭小流路が形成されている。混合部20b内において混合された燃料ガス等は、これらの連通孔20gを通って改質部20cに流入する。
As shown in FIG. 8, the fuel gas, water, and reforming air introduced into the
Further, a mixing / reforming
改質部20cに流入した燃料等は、改質部20cの中央を長手方向に流れた後、2つに分岐して折返し、2つの通路は再び折り返して改質部20cの下流端に向かい、そこで合流されて燃料ガス供給管64に流入する(図7、図8参照)。燃料は、このように蛇行した通路を通過しながら、通路に充填された触媒により改質される。なお、蒸発部20a内においては、或る量の水が短時間に急激に蒸発する突沸が発生し、内部の圧力が上昇する場合がある。しかしながら、混合部20bには所定容積のチャンバーが構成され、混合/改質部隔壁20fには狭小流路が形成されているため、改質部20cには、蒸発部20a内の急激な圧力変動の影響が及びにくい。従って、混合部20bのチャンバー及び混合/改質部隔壁20fの狭小流路は圧力変動吸収手段として機能する。
The fuel or the like that has flowed into the reforming
ここで、改質器20、改質器温度センサ148、及び差込部材151のより具体的な構成について図8及び図9を参照しながら説明する。改質器20には、改質器温度センサ148を改質器の内部へ差し込む差込部材151を備えている。差込部材151は改質器20と同じ材料で構成されており、同等の伝熱性能を有している。そのため、部材同士の熱膨張係数は同じであるため、熱膨張したとしても部材が破損しない。ここでは同じ材料で構成されていると示したが、伝熱性能を有していれば、これに限るものではない。
Here, more specific configurations of the
差込部材151は改質部20cの下流側側面に、円筒軸方向が側面に対して垂直になるように、溶接等により固定され、改質器20の内部の密封性を保っている。また、差込部材151は改質器温度センサ148の外径よりも大きな円筒状の形状で、改質部20cの内部に挿入される先端は閉じられ、且つ内部は空洞となっている。さらに、改質器20の内部方向に向かって傾斜するように突出部151aが設けられている。改質器温度センサ148は改質器20の側面に設けられた差込部材151に挿入され、差込部材151を介して改質触媒温度を計測する。したがって、改質器20の内部で温度センサを被覆しているため、燃焼炎に改質器温度センサ148が晒されず、燃焼炎に影響を受けることなく精度良く改質触媒の温度を測定することができる。
本実施形態において、差込部材151は円筒状の形状と示したが、差込部材151は内部が空洞であれば円筒状に限るものではない。
The
In the present embodiment, the
突出部151aは改質部20cの内部に突出しているため、改質部20cの内部に充填されている複数の球状の改質触媒と突出部151aは直接接触している。そのため、突出部151aの全面で改質触媒と接触する。したがって、より改質触媒の温度に近い値を検出することが可能である。
Since the
図9の(a)は差込部材151の上面視、(b)は差込部材151の側面視を示している。図9(a)に示すように突出部151aの先端は、改質器20の内部方向に向かうほど径が大きくなっている。そのため、改質触媒と突出部との接触点数が増加し、より精度良く改質触媒の温度を検出することができる。さらに、突出部151aは先端に向かうほど径が大きくなるため、先端角部で改質器温度センサ148を固定し、良好な接触性を維持することができる。
図9(b)に示すように突出部151aは先端が溶接等により閉じられており、改質器20の内部に向かうほど先端が細くなるように直線的に傾斜している。改質器温度センサ148は突出部151aの先端に突き当てられた状態で、温度を計測する。したがって、改質器温度センサがどのように差込部材151に挿入されても突出部151aの先端面へ誘導することができるため、改質器温度センサ148と差込部材151の接触性を良好にできる。
9A shows a top view of the
As shown in FIG. 9B, the
また、図8に示すように差込部材151と同様の形状の第二差込部材152を差込部材151と対向する改質器20の側面に設けており、図8において、前後左右対称となるように差込部材151と同様に第二差込部材152も設置している。そのため、差込部材151を設けることにより、改質部20cの内部の燃料ガスの流れが変化するが、改質部20cの内部の燃料ガスの流れを差込部材151と対向する改質器20の壁面に第二差込部材152を設けることで、差込部材151が設けられた改質部20cの内壁面と、第二差込部材152が設けられた改質部20cの内壁面とを流れる燃料ガスの流れ方を同じにでき、改質触媒に対して燃料ガスの流れを均一にすることができる。したがって、いずれかの壁面側に改質反応が偏り、改質触媒が局所的に劣化することを防止することができる。
ただし、改質器20の側面に配置される第二差込部材152は、必ずしも差込部材151と対称の位置に設ける必要はない。すなわち、改質器の内部構造は適宜設計できるものであるから、必ずしも改質器の内部構造が前後あるいは左右で対称の構造となるものではない。このため、改質器の形状または構造に合わせて、内部を流れる燃料ガスの偏りが最小となる最適な位置に第二差込部材152を設けることができる。
さらに、差込部材151と第二差込部材152の両方に改質器温度センサ148を設置してもよいし、いずれか一方に改質器温度センサ148を設置してもよい。
Also, as shown in FIG. 8, a
However, the
Furthermore, the
また、図8においては、差込部材151は改質器20の側面に設置されて、その一部が改質器20の内部方向に突出しているものであるから、改質器20の内部に挿入されていない部分は改質器20の外部に露出している。この差込部材151の露出した部分は改質器の側面に沿って流れる燃焼ガスの方向と概直交する。従って、差込部材151の内部に設けられた改質器温度センサ148に与える燃焼炎の影響を低減することができ、その結果、改質触媒の温度を精度良く測定することができる。
Further, in FIG. 8, the
次に、図10及び図11を新たに参照すると共に、図2及び図3を再び参照して、発電酸化剤ガス用熱交換器である空気用熱交換器22の構造を詳細に説明する。図10は、ハウジング6内に収納された金属製のケース8及び空気用熱交換器22を示す斜視図である。図11は、蒸発室用断熱材と、蒸発部の位置関係を示す断面図である。
Next, referring to FIGS. 10 and 11 again, and referring again to FIGS. 2 and 3, the structure of the
図10に示すように、空気用熱交換器22は、燃料電池モジュール2内のケース8の上方に配置された熱交換器である。また、図2及び図3に示すように、ケース8の内部には燃焼室18が形成され、複数の燃料電池セルユニット16、改質器20等が収納されているので、空気用熱交換器22は、これらの上方に位置する。空気用熱交換器22は、燃焼室18内で燃焼され、排気として排出される燃焼ガスの熱を回収、利用して、燃料電池モジュール2内に導入された発電用の空気を予熱するように構成されている。また、図10に示すように、ケース8の上面と空気用熱交換器22の底面との間には、内部断熱材である蒸発室用断熱材23が、これらの間に挟まれるように配置されている。即ち、蒸発室用断熱材23は、改質器20と空気用熱交換器22の間に配置されている。さらに、図10に示されている空気用熱交換器22及びケース8の外側を、外側断熱材である断熱材7が覆っている(図2)。
As shown in FIG. 10, the
図2及び図3に示すように、空気用熱交換器22は、複数の燃焼ガス配管70と発電用空気流路72と、を有する。また、図2に示すように、複数の燃焼ガス配管70の一方の端部には、排気ガス集約室78が設けられており、この排気ガス集約室78は、各燃焼ガス配管70に連通されている。また、排気ガス集約室78には、排気ガス排出管82が接続されている。さらに、各燃焼ガス配管70の他方の端部は開放されており、この開放された端部は、ケース8の上面に形成された連通開口8aを介して、ケース8内の燃焼室18に連通されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
燃焼ガス配管70は、水平方向に向けられた複数の金属製の円管であり、各円管は夫々平行に配置されている。一方、発電用空気流路72は、各燃焼ガス配管70の外側の空間によって構成されている。また、発電用空気流路72の、排気ガス排出管82側の端部には、発電用空気導入管74(図10)が接続されており、燃料電池モジュール2の外部の空気が、発電用空気導入管74を通って発電用空気流路72に導入される。なお、図10に示すように、発電用空気導入管74は、排気ガス排出管82と平行に、空気用熱交換器22から水平方向に突出している。さらに、発電用空気流路72の他方の端部の両側面には、一対の連絡流路76(図3、図10)が接続されており、発電用空気流路72と各連絡流路76は、夫々、出口ポート76aを介して連通されている。
The
図3に示すように、ケース8の両側面には、発電用空気供給路77が夫々設けられている。空気用熱交換器22の両側面に設けられた各連絡流路76は、ケース8の両側面に設けられた発電用空気供給路77の上部に夫々連通されている。また、各発電用空気供給路77の下部には、多数の吹出口77aが水平方向に並べて設けられている。各発電用空気供給路77を通って供給された発電用の空気は、多数の吹出口77aから、燃料電池モジュール2内の燃料電池セルスタック14の下部側面に向けて噴射される。
As shown in FIG. 3, a power generation
また、ケース8内部の天井面には、隔壁である整流板21が取り付けられており、この整流板21には開口部21aが設けられている。
整流板21は、ケース8の天井面と改質器20の間に、水平に配置された板材である。この整流板21は、燃焼室18から上方に流れる気体の流れを整え、空気用熱交換器22の入り口(図2の連通開口8a)に導くように構成されている。燃焼室18から上方へ向かう発電用空気及び燃焼ガスは、整流板21の中央に設けられた開口部21aを通って整流板21の上側に流入し、整流板21の上面とケース8の天井面の間の排気通路21bを図2における左方向に流れ、空気用熱交換器22の入り口に導かれる。また、図11に示すように、開口部21aは、改質器20の改質部20cの上方に設けられており、開口部
21aを通って上昇した気体は、蒸発部20aとは反対側の、図2、図11における左側の排気通路21bに流れる。このため、蒸発部20aの上方の空間(図2、図11における右側)は、改質部20cの上方の空間よりも排気の流れが遅く、排気の流れが淀む気体滞留空間21cとして作用する。
A rectifying
The rectifying
また、整流板21の開口部21aの縁には、全周に亘って縦壁21dが設けられており、この縦壁21dにより、整流板21の下側の空間から整流板21の上側の排気通路21bに流入する流路が狭められている。さらに、排気通路21bと空気用熱交換器22を連通させる連通開口8aの縁にも、全周に亘って下がり壁8b(図2)が設けられており、この下がり壁8bにより、排気通路21bから空気用熱交換器22に流入する流路が狭められている。これらの縦壁21d、下がり壁8bを設けることにより、燃焼室18から空気用熱交換器22を通って燃料電池モジュール2の外部に至る排気の通路における流路抵
抗が調整されている。流路抵抗の調整については後述する。
Further, a
蒸発室用断熱材23は、空気用熱交換器22の底面に、概ねその全体を覆うように取り付けられた断熱材である。従って、蒸発室用断熱材23は、蒸発部20a全体の上方に亘って配置されている。この蒸発室用断熱材23は、整流板21の上面とケース8の天井面の間に形成された排気通路21b及び気体滞留空間21c内の高温の気体が、空気用熱交換器22の底面を直接加熱するのを抑制するように配置されている。このため、燃料電池モジュール2の運転中においては、蒸発部20aの上方の排気通路に滞留している排気から、空気用熱交換器22の底面に直接伝わる熱が少なくなり、蒸発部20a周囲の温度は
上昇しやすくなる。また、燃料電池モジュール2の停止後においては、蒸発室用断熱材23が配置されていることにより、改質器20からの熱の発散が抑制され、即ち、蒸発部20a周囲の熱が空気用熱交換器22に奪われにくくなり、蒸発部20aの温度低下が緩やかになる。
The
なお、蒸発室用断熱材23は、外気への熱の散逸を抑制するために、燃料電池モジュール2のケース8及び空気用熱交換器22全体を覆っている外側断熱材である断熱材7とは別に、断熱材7の内部に配置された断熱材である。また、断熱材7は、蒸発室用断熱材23よりも断熱性が高く構成されている。即ち、断熱材7の内面と外面の間の熱抵抗は、蒸発室用断熱材23の上面と下面の間の熱抵抗よりも大きくなっている。即ち、断熱材7と蒸発室用断熱材23を同一の材料で構成する場合には、断熱材7を蒸発室用断熱材23よりも厚く構成する。
In addition, the
次に、固体酸化物形燃料電池1の発電運転時における燃料、発電用空気、及び排気ガスの流れを説明する。
まず、燃料は、燃料ガス供給用配管63b、T字管62a、改質器導入管62を介して改質器20の蒸発部20aに導入されると共に、純水は、水供給用配管63a、T字管62a、改質器導入管62を介して蒸発部20aに導入される。従って、供給された燃料及び水はT字管62aにおいて合流され、改質器導入管62を通って蒸発部20aに導入される。発電運転中においては、蒸発部20aは高温に加熱されているため、蒸発部20aに導入された純水は、比較的速やかに蒸発され水蒸気となる。蒸発された水蒸気及び燃料は、混合部20b内で混合され、改質器20の改質部20cに流入する。水蒸気と共に改質部20cに導入された燃料は、ここで水蒸気改質され、水素を豊富に含む燃料ガスに改質される。改質部20cにおいて改質された燃料は、燃料ガス供給管64を通って下方に下り、分散室であるマニホールド66に流入する。
Next, the flow of fuel, power generation air, and exhaust gas during the power generation operation of the solid
First, the fuel is introduced into the
マニホールド66は、燃料電池セルスタック14の下側に配置された比較的体積の大きい直方体状の空間であり、その上面に設けられた多数の穴が燃料電池セルスタック14を構成する各燃料電池セルユニット16の内側に連通している。マニホールド66に導入された燃料は、その上面に設けられた多数の穴を通って、燃料電池セルユニット16の燃料極側、即ち、燃料電池セルユニット16の内部を通って、その上端から流出する。また、燃料である水素ガスが燃料電池セルユニット16の内部を通過する際、空気極(酸化剤ガス極)である燃料電池セルユニット16の外側を通る空気中の酸素と反応して電荷が生成
される。この発電に使用されずに残った残余燃料は、各燃料電池セルユニット16の上端から流出し、燃料電池セルスタック14の上方に設けられた燃焼室18内で燃焼される。
The manifold 66 is a rectangular parallelepiped space having a relatively large volume, which is disposed on the lower side of the
一方、酸化剤ガスである発電用の空気は、発電用の酸化剤ガス供給装置である発電用空気流量調整ユニット45によって、発電用空気導入管74を介して燃料電池モジュール2内に送り込まれる。燃料電池モジュール2内に送り込まれた空気は、発電用空気導入管74を介して空気用熱交換器22の発電用空気流路72に導入され、予熱される。予熱された空気は、各出口ポート76a(図3)を介して各連絡流路76に流出する。各連絡流路
76に流入した発電用の空気は、燃料電池モジュール2の両側面に設けられた発電用空気供給路77を通って下方に流れ、多数の吹出口77aから、燃料電池セルスタック14に向けて発電室10内に噴射される。
On the other hand, the power generation air that is the oxidant gas is sent into the
発電室10内に噴射された空気は、燃料電池セルスタック14の空気極側(酸化剤ガス極側)である各燃料電池セルユニット16の外側面に接触し、空気中の酸素の一部が発電に利用される。また、吹出口77aを介して発電室10の下部に噴射された空気は、発電に利用されながら発電室10内を上昇する。発電室10内を上昇した空気は、各燃料電池セルユニット16の上端から流出する燃料を燃焼させる。この燃焼による燃焼熱は、燃料電池セルスタック14の上方に配置された改質器20の蒸発部20a、混合部20b及び改質部20cを加熱する。燃料が燃焼され、生成された燃焼ガスは、上方の改質器20を加熱した後、改質器20上方の開口部21aを通って整流板21の上側に流入する。整流板21の上側に流入した燃焼ガスは、整流板21によって構成された排気通路21bを通って空気用熱交換器22の入り口である連通開口8aに導かれる。連通開口8aから空気用熱交換器22に流入した燃焼ガスは、開放された各燃焼ガス配管70の端部に流入し、各燃焼ガス配管70外側の発電用空気流路72を流れる発電用空気との間で熱交換を行い、排気ガス集約室78に集約される。排気ガス集約室78に集約された排気ガスは、排気ガス排出管82を介して燃料電池モジュール2の外部に排出される。これにより、蒸発部20aにおける水の蒸発、及び改質部20cにおける吸熱反応である水蒸気改質反応が促進されると共に、空気用熱交換器22内の発電用空気が予熱される。
The air injected into the
つぎに、上述した改質器温度センサ148を内包する差込部材151の作用効果について図2、図8及び図9を参照しながら説明する。
本実施形態において、差込部材151の内部に改質器温度センサ148を配置することにより、改質器20の内部で改質器温度センサ148が被覆され、改質器温度センサ148が燃焼炎に直接さらされず、燃焼炎の影響を受けずにより正確に改質触媒の温度を測定することができる。さらに、差込部材151を改質器内部方向に突出させると共に、改質触媒と改質器温度センサ148との距離が短くなるため、改質触媒からの熱伝導による熱をより多く受けることが可能となり、精度良く改質触媒の温度を計測することができる。
Next, the effect of the
In the present embodiment, by arranging the
さらに、改質器内部方向へ突出した差込部材151は突出部151aの全面で改質触媒と直接接触しており、差込部材151を介して温度を測定することで、より改質触媒に近い温度を精度よく測ることができる。
Furthermore, the
加えて、突出部151aの先端面を改質器の内部の方向に向かって細くなるように傾斜させることで、図9(b)に示すように、改質触媒から最も熱を受ける先端面へ改質器温度センサ148を誘導することができ、改質器温度センサ148を差込部材151の先端面へ十分に接触させて温度を正確に計測することができる。
さらに、突出部151aの先端を球面状に構成した場合には球状の改質触媒との接触点数が少なく、触媒の温度を精度良く計ることができないが、突出部151aの先端を直線的に傾斜させることで、改質触媒との接触点を増やすことができ、より精度良く改質触媒の温度を計測することができる。
In addition, as shown in FIG. 9B, the tip surface of the
Furthermore, when the tip of the
図9(a)に示すように、突出部151aの先端に向かうほど径を大きくすることにより、突出部151aの先端面の角部へ改質器温度センサ148を固定することができるため、改質器温度センサ148と差込部材151を確実に接触させることが可能となり、温度を精度良く計測することができる。
さらに、突出部151aと改質触媒との接触面積が増加するため、より改質触媒の温度を精度良く測定することができる。
As shown in FIG. 9A, the
Furthermore, since the contact area between the
さらに、図8に示すように、改質器温度センサ148を設置するための差込部材151だけでなく、改質器内部の燃料ガスの流れを均一にするように第二差込部材152が設けられているため、改質器20の内部の燃料ガスの流れを改質触媒に対して対称にすることができる。したがって、差込部材151に起因する改質部20c内の燃料ガスの偏流による改質の偏りが生じず、触媒が部分的に劣化することを防止することができる。
Further, as shown in FIG. 8, not only the
1 固体酸化物形燃料電池
2 燃料電池モジュール
4 補機ユニット
7 断熱材(蓄熱材)
8 ケース
8a 連通開口
8b 下がり壁
10 発電室
12 燃料電池セル集合体
14 燃料電池セルスタック
16 燃料電池セルユニット(固体酸化物形燃料電池セル)
18 燃焼室(燃焼部)
20 改質器
20a 蒸発部(蒸発室)
20b 混合部(圧力変動吸収手段)
20c 改質部
20d 蒸発/混合部隔壁
20e 隔壁開口
20f 混合/改質部隔壁(圧力変動吸収手段)
20g 連通孔(狭小流路)
21 整流板(隔壁)
21a 開口部
21b 排気通路
21c 気体滞留空間
21d 縦壁
22 空気用熱交換器(熱交換器)
23 蒸発室用断熱材(内部断熱材)
24 水供給源
26 純水タンク
28 水流量調整ユニット(水供給装置)
30 燃料供給源
38 燃料流量調整ユニット(燃料供給装置)
39 バルブ
40 空気供給源
44 改質用空気流量調整ユニット(改質用の酸化剤ガス供給装置)
45 発電用空気流量調整ユニット(発電用の酸化剤ガス供給装置)
46 第1ヒータ
48 第2ヒータ
50 温水製造装置(排熱回収用の熱交換器)
52 制御ボックス
54 インバータ
56 改質器温度センサ挿入管
62 改質器導入管(水導入管、予熱部、結露部)
62a T字管(結露部)
63a 水供給用配管
63b 燃料ガス供給用配管
64 燃料ガス供給管
64c 圧力変動抑制用流路抵抗部
66 マニホールド(分散室)
76 空気導入管
76a 吹出口
82 排気ガス排出管
83 点火装置
84 燃料電池セル
85 排気バルブ
86 内側電極端子(キャップ)
98 燃料ガス流路細管(流入側流路抵抗部、流出側流路抵抗部、絞り流路、加速部)
110 制御部(コントローラ)
110a シャットダウン停止回路
110b 圧力保持制御回路
112 操作装置
114 表示装置
116 警報装置
126 電力状態検出センサ(需要電力検出手段)
132 燃料流量センサ(燃料供給量検出センサ)
138 圧力センサ(改質器圧力センサ)
142 発電室温度センサ(温度検出手段)
148 改質器温度センサ
150 外気温度センサ
151 差込部材
151a 突出部
152 第二差込部材
1 Solid
8
18 Combustion chamber (combustion section)
20
20b Mixing part (pressure fluctuation absorbing means)
20c reforming part 20d evaporation / mixing
20g communication hole (narrow channel)
21 Rectifier plate (partition wall)
21a Opening
23 Heat insulating material for evaporation chamber (internal heat insulating material)
24
30
39
45 Air flow adjustment unit for power generation (oxidizer gas supply device for power generation)
46
52
62a T-shaped tube (condensation part)
63a
76
98 Fuel gas channel narrow tube (inflow side channel resistance, outflow side channel resistance, throttle channel, acceleration unit)
110 Controller (Controller)
110a
132 Fuel flow sensor (fuel supply detection sensor)
138 Pressure sensor (reformer pressure sensor)
142 Power generation chamber temperature sensor (temperature detection means)
148
Claims (3)
上下方向に延びる複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルの上方に設けられ、前記複数の燃料電池セルにおいて発電に利用されずに残った前記燃料ガスを燃焼させる燃焼部と、
前記燃焼部の熱を受けるように前記燃焼部の上方に配置され、前記燃料ガスを改質するための改質触媒が内部に充填された改質器と、
前記改質触媒の温度を検出する温度センサと、
を備え、
前記温度センサは差込部材を介して前記改質触媒の温度を検出し、
前記差込部材は内部が空洞で先端が閉じられたものであり、且つ前記改質器の側面に挿入され、前記改質器の内部方向に突出している突出部が設けられており、前記突出部は、前記改質器の内部方向に向かって先端ほど細くなるように傾斜して突出し、さらに、前記突出部の先端を直線的に傾斜させ、前記突出部は上面視において、前記改質器の内部方向に向かって径が大きくなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。 In a solid oxide fuel cell device that generates electric power using a reformed fuel gas and an oxidant gas,
A plurality of fuel cells extending in the vertical direction;
A combustion unit that is provided above the plurality of fuel cells and burns the fuel gas remaining without being used for power generation in the plurality of fuel cells;
A reformer disposed above the combustion section so as to receive the heat of the combustion section and filled with a reforming catalyst for reforming the fuel gas;
A temperature sensor for detecting the temperature of the reforming catalyst;
With
The temperature sensor detects the temperature of the reforming catalyst via an insertion member,
The male member are those inside the tip cavity closed been and is inserted into a side of the reformer, the protruding portion that protrudes inward is provided in the reformer, the protrusion The portion protrudes so as to become thinner toward the inner end of the reformer, and further, the tip of the protrusion is inclined linearly, and the protrusion is viewed from above in the reformer. A solid oxide fuel cell device characterized in that the diameter increases toward the inside of the fuel cell.
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