JP6596856B2 - Reformed water evaporator and power generator - Google Patents

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Description

本発明は、改質用水蒸気を生成する改質水蒸発器、及び該改質水蒸発器を有する燃料電池モジュールを備えた発電装置に関する。   The present invention relates to a reforming water evaporator that generates steam for reforming, and a power generation apparatus including a fuel cell module having the reforming water evaporator.

天然ガスやLPG等の炭化水素系の燃料を改質して燃料電池の燃料極(アノード)に導入する構成として、例えば特許文献1には多重円筒型で燃焼部、改質部及び蒸発部を構成した燃料改質水装置が開示されている。また、特許文献2には、改質水蒸発器から出た水蒸気と改質器出口の改質ガスとをCO変成器に導入する前に熱交換させることで水蒸気を過熱させる構成が開示されている。これら特許文献1、2に記載の構成の場合、改質水蒸発器における突沸や蒸発振動等の圧力変動を防止するために金属フェルトやスチールウールのような吸水材に改質水を吸水させて加熱し、水蒸気を生成している。   As a configuration for reforming a hydrocarbon-based fuel such as natural gas or LPG and introducing it into a fuel electrode (anode) of a fuel cell, for example, Patent Document 1 discloses a multi-cylindrical combustion section, reforming section, and evaporation section. A configured fuel reforming water device is disclosed. Further, Patent Document 2 discloses a configuration in which steam is superheated by heat exchange between the steam discharged from the reforming water evaporator and the reformed gas at the reformer outlet before being introduced into the CO converter. Yes. In the case of the configurations described in these Patent Documents 1 and 2, in order to prevent pressure fluctuations such as bumping and evaporation vibration in the reforming water evaporator, the reforming water is absorbed into a water absorbing material such as metal felt or steel wool. Heats and produces water vapor.

特開2007−55892号公報JP 2007-55892 A 特開2003−192304号公報JP 2003-192304 A

ところで、固体酸化物形燃料電池(SOFC)や溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)といった高温型燃料電池では、高温となる燃料電池スタック、改質器、空気予熱器、改質水蒸発器、燃焼部を断熱筐体で囲って高温の燃料電池モジュールとして構成する場合がある。このような燃料電池モジュールでは、断熱筐体の内部での各機器の設置効率を最適にし、モジュール全体の小型化や低コスト化を図ることが重要である。さらに、高温の断熱筐体内での熱効率を低下させないために外部への放熱を低減する必要もある。   By the way, in high-temperature fuel cells such as solid oxide fuel cells (SOFC) and molten carbonate fuel cells (MCFC), fuel cell stacks, reformers, air preheaters, reformed water evaporators, combustion, In some cases, a high-temperature fuel cell module is configured by surrounding the part with a heat insulating casing. In such a fuel cell module, it is important to optimize the installation efficiency of each device inside the heat insulating casing, and to reduce the size and cost of the entire module. Furthermore, it is also necessary to reduce the heat radiation to the outside in order not to reduce the thermal efficiency in the high temperature heat insulation casing.

ところが、上記特許文献1のように燃焼部、改質部及び蒸発部を多重円筒型で構成した場合、各部の構造や伝熱が複雑となって設計や製造が困難となり、製造コストも増加する。しかも、上記特許文献1、2の構成では、改質器と改質水蒸発器とを円筒の一体型で構成している。従って、このような円筒型の複合機器は、上記した燃料電池モジュールの断熱筐体の内部での設置効率が悪く、モジュール全体が大型化すると共に、断熱筐体内での熱効率の最適化を図ることも困難である。   However, when the combustion part, the reforming part, and the evaporation part are configured in a multi-cylindrical shape as in Patent Document 1, the structure and heat transfer of each part are complicated, making it difficult to design and manufacture, and the manufacturing cost increases. . In addition, in the configurations of Patent Documents 1 and 2, the reformer and the reformed water evaporator are configured as a cylindrical integrated type. Therefore, such a cylindrical composite device has poor installation efficiency inside the heat insulating casing of the fuel cell module described above, and the entire module is enlarged, and the thermal efficiency in the heat insulating casing is optimized. It is also difficult.

本発明は、上記従来の課題を考慮してなされたものであり、高温の燃料電池モジュールを構成する場合であっても、その小型化及び低コスト化を図ることができる改質水蒸発器及び該改質水蒸発器を有する燃料電池モジュールを備えた発電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described conventional problems, and even when a high-temperature fuel cell module is configured, a reformed water evaporator that can be reduced in size and cost, and It aims at providing the electric power generating apparatus provided with the fuel cell module which has this reformed water evaporator.

本発明に係る改質水蒸発器は、断熱筐体で囲まれた燃料電池モジュールに設けられ、燃料電池スタックに導入される燃料を改質する改質器に供給する改質用水蒸気を生成する改質水蒸発器であって、水蒸気生成空間を内部に形成した箱体と、前記断熱筐体の外部から導入される改質水を前記水蒸気生成空間で散水する散水管と、前記箱体の一壁面を形成すると共に、前記散水管から散水された水を吸水可能な吸水部が設けられ、前記断熱筐体内で発生する熱を受けて前記吸水部に散水された改質水を加熱して蒸発させる伝熱板とを備えることを特徴とする。   A reforming water evaporator according to the present invention is provided in a fuel cell module surrounded by a heat insulating casing, and generates reforming steam to be supplied to a reformer that reforms fuel introduced into a fuel cell stack. A reformed water evaporator, wherein a water vapor generating space is formed inside a box, a water spray pipe for sprinkling reformed water introduced from the outside of the heat insulating housing in the water vapor generating space, and the box A water absorption part capable of absorbing water sprayed from the water spray pipe is provided, and the reformed water sprayed on the water absorption part is heated by receiving heat generated in the heat insulating casing. And a heat transfer plate to be evaporated.

また、本発明に係る発電装置は、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに導入される燃料を改質する改質器と、前記改質器に供給する改質用水蒸気を生成する改質水蒸発器と、前記燃料電池スタック、前記改質器及び前記改質水蒸発器を囲む断熱筐体とを有する燃料電池モジュールを備えた発電装置であって、前記改質水蒸発器は、水蒸気生成空間を内部に形成した箱体と、前記断熱筐体の外部から導入される改質水を前記水蒸気生成空間で散水する散水管と、前記箱体の一壁面を形成すると共に、前記散水管から散水された水を吸水可能な吸水部が設けられ、前記断熱筐体内で発生する熱を受けて前記吸水部に散水された改質水を加熱して蒸発させる伝熱板とを備えることを特徴とする。   The power generator according to the present invention includes a fuel cell stack, a reformer that reforms fuel introduced into the fuel cell stack, and reforming water that generates reforming steam to be supplied to the reformer. A power generator including a fuel cell module having an evaporator and a heat insulating casing surrounding the fuel cell stack, the reformer, and the reformed water evaporator, wherein the reformed water evaporator generates steam A box having a space formed therein, a water spray pipe for sprinkling reformed water introduced from the outside of the heat insulating housing in the water vapor generating space, and forming one wall surface of the box, and from the water spray pipe A water absorption part capable of absorbing the sprinkled water is provided, and includes a heat transfer plate that receives the heat generated in the heat insulating casing and heats and evaporates the reformed water sprayed on the water absorption part. And

このような構成によれば、改質水蒸発器が箱体による箱型形状を有するため、燃料電池モジュールを形成する断熱筐体の内部での設置効率が良好である。従って、所望の位置に容易に配置することができ、その占有面積も小さいものとなるため、燃料電池モジュールの小型化が可能となる。また、高温の燃料電池モジュール内で所望の位置に改質水蒸発器を設置できるため、断熱筐体内での熱効率を容易に向上させることができる。さらに、改質水蒸発器は、箱体の内部に散水管を配設し、箱体の一壁面となる伝熱板の内面に吸水部を設けた簡素な構成からなるため、設計や製造が容易で製造コストが低い。しかも、改質水を蒸発させる伝熱板の表面に吸水部を設けているため、蒸発振動を防止でき、改質水が円滑に拡散するため蒸発が安定する。   According to such a configuration, since the reforming water evaporator has a box shape by a box, the installation efficiency inside the heat insulating casing forming the fuel cell module is good. Therefore, the fuel cell module can be easily disposed at a desired position and the occupied area is small, and the fuel cell module can be downsized. Further, since the reforming water evaporator can be installed at a desired position in the high-temperature fuel cell module, the thermal efficiency in the heat insulating casing can be easily improved. Furthermore, the reforming water evaporator has a simple structure in which a water spray pipe is arranged inside the box and a water absorption part is provided on the inner surface of the heat transfer plate that is one wall surface of the box. Easy and low manufacturing cost. Moreover, since the water absorbing portion is provided on the surface of the heat transfer plate that evaporates the reforming water, evaporation vibration can be prevented and the reforming water diffuses smoothly, so that the evaporation is stabilized.

本発明に係る改質水蒸発器において、前記吸水部は、前記伝熱板の内面に敷かれた金属フェルト又は金属織物であると、散水管から散水された改質水を円滑に吸水して拡散して蒸発振動を一層確実に防止でき、さらに伝熱面積が飛躍的に増加するため改質水蒸発器を一層小型化することができる。   In the reformed water evaporator according to the present invention, when the water absorption part is a metal felt or a metal fabric laid on the inner surface of the heat transfer plate, the water absorbed smoothly from the water sprayed from the water spray pipe. Diffusion and evaporation vibration can be prevented more reliably, and the heat transfer area is dramatically increased, so that the reforming water evaporator can be further downsized.

本発明に係る改質水蒸発器において、前記箱体の底面が前記伝熱板によって形成されると共に、該伝熱板の上方に前記散水管が配置されていると、伝熱板が設けられた箱体の底面側と散水管が設けられた箱体の上面側との間で断熱構造を構築することができ、伝熱板で受けた熱が箱体の上面側から外部に放熱されることを抑制できる。   In the reformed water evaporator according to the present invention, when the bottom surface of the box is formed by the heat transfer plate, and the water spray pipe is disposed above the heat transfer plate, a heat transfer plate is provided. A heat insulating structure can be constructed between the bottom surface side of the box body and the top surface side of the box body provided with the water spray pipe, and the heat received by the heat transfer plate is radiated from the top surface side of the box body to the outside. This can be suppressed.

本発明に係る改質水蒸発器において、前記散水管は、前記伝熱板に設けられた吸水部に向かって改質水を吐出するための吐出孔を有し、該吐出孔は該散水管の長手方向に沿って複数設けられていてもよい。そうすると、改質水を吸水部に向かってより分散させて散布することができる。   In the reformed water evaporator according to the present invention, the water spray pipe has a discharge hole for discharging the reformed water toward a water absorption portion provided in the heat transfer plate, and the discharge hole is the water spray pipe. A plurality of them may be provided along the longitudinal direction. Then, the reformed water can be dispersed and dispersed toward the water absorption part.

本発明に係る発電装置において、前記改質水蒸発器は、前記箱体の底面が前記伝熱板によって形成されると共に、該伝熱板の上方に前記散水管が配置されており、前記伝熱板の外面が前記燃料電池スタックの上面に対向配置された状態で、該燃料電池スタックの上方に設置されてもよい。そうすると、箱体の底面が加熱面となり、箱体の上面側にある散水管から改質水が導入・散水されるため、箱体の上面の温度を低下させ、断熱筐体の上部から外部への放熱を低減することができる。   In the power generator according to the present invention, the reforming water evaporator includes a bottom surface of the box formed by the heat transfer plate, and the water spray pipe is disposed above the heat transfer plate. The hot plate may be installed above the fuel cell stack with the outer surface of the hot plate facing the upper surface of the fuel cell stack. Then, the bottom surface of the box body becomes the heating surface, and the reformed water is introduced and sprinkled from the sprinkler pipe on the top surface side of the box body, so that the temperature of the top surface of the box body is lowered, and from the top of the heat insulating housing to the outside Heat dissipation can be reduced.

本発明によれば、燃料電池モジュールの小型化が可能となり、また改質水蒸発器及び燃料電池モジュールの設計や製造が容易となるため製造コストを低下することができる。   According to the present invention, the fuel cell module can be downsized, and the reforming water evaporator and the fuel cell module can be easily designed and manufactured, so that the manufacturing cost can be reduced.

図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池モジュールを備えた発電装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a power generation device including a fuel cell module according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係る改質水蒸発器を備えた燃料電池モジュールの一構成例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a configuration example of a fuel cell module including a reforming water evaporator according to an embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施形態に係る改質水蒸発器の構成図であり、図3(A)は、平面図であり、図3(B)は、正面図であり、図3(C)は、側面図である。3 is a configuration diagram of a reforming water evaporator according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 (A) is a plan view, FIG. 3 (B) is a front view, and FIG. C) is a side view. 図4は、改質水蒸発器の内部構造を示す説明図であり、図4(A)は、平面図であり、図4(B)は、正面断面図であり、図4(C)は、側面断面図である。FIG. 4 is an explanatory view showing the internal structure of the reforming water evaporator, FIG. 4 (A) is a plan view, FIG. 4 (B) is a front sectional view, and FIG. FIG. 図5は、散水管に設けられた吐出孔の設置例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an installation example of the discharge holes provided in the water spray pipe. 図6は、散水管に設けられた吐出孔から吸水部及び伝熱板に散水している状態を説明するための断面説明図である。FIG. 6 is a cross-sectional explanatory diagram for explaining a state where water is sprayed from the discharge hole provided in the water spray pipe to the water absorption portion and the heat transfer plate.

以下、本発明に係る改質水蒸発器について、この改質水蒸発器を備えた燃料電池モジュール及び発電装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the reformed water evaporator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings with reference to preferred embodiments in relation to a fuel cell module and a power generation device including the reformed water evaporator. To do.

先ず、図1を参照して燃料電池モジュール10を備えた発電装置12の全体的な構成を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池モジュール10を備えた発電装置12の構成を示すブロック図である。   First, the overall configuration of the power generation device 12 including the fuel cell module 10 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a power generation device 12 including a fuel cell module 10 according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、発電装置12は、燃料電池スタック14を断熱筐体16の内部に設けた燃料電池モジュール10と、燃料電池モジュール10に燃料及び空気を供給する燃料供給ラインLF1,LF2及び空気供給ラインLA1,LA2と、燃料電池モジュール10からの排熱を利用して温水を製造する温水熱交換器18と、燃料電池モジュール10で使用する改質用水蒸気を生成するための水を貯留する凝集水タンク20とを備えたコジェネレーションシステムとして構成されている。   As shown in FIG. 1, the power generator 12 includes a fuel cell module 10 in which a fuel cell stack 14 is provided inside a heat insulating housing 16, fuel supply lines LF <b> 1 and LF <b> 2 that supply fuel and air to the fuel cell module 10, and Air supply lines LA1 and LA2, a hot water heat exchanger 18 that produces hot water using exhaust heat from the fuel cell module 10, and water for generating reforming steam used in the fuel cell module 10 are stored. It is comprised as a cogeneration system provided with the condensed water tank 20 to do.

燃料電池モジュール10は、燃料電池スタック14と、改質器22と、空気予熱器24と、改質水蒸発器26とを備え、これらの断熱部材を箱状に画成した断熱筐体16の内部(高温室)に設置したものである。断熱部材としては、グラスウール等の一般的な断熱材を用いればよい。但し、ボード状の高性能断熱材を使用することで、燃料電池モジュール10をよりコンパクトに構成することができる。   The fuel cell module 10 includes a fuel cell stack 14, a reformer 22, an air preheater 24, and a reformed water evaporator 26, and includes a heat insulating casing 16 that defines these heat insulating members in a box shape. It is installed inside (high temperature chamber). A general heat insulating material such as glass wool may be used as the heat insulating member. However, the fuel cell module 10 can be configured more compactly by using a board-shaped high-performance heat insulating material.

燃料電池スタック14は、燃料供給ラインLF2から導入される燃料と、空気供給ラインLA2から導入される空気とを反応させて発電する矩形平板の発電セルを複数積層した公知の構成である。本実施形態の場合、燃料電池スタック14を、燃料極(アノード)14aと空気極(カソード)14bとの間に電解質としてイオン伝導性セラミックスを介在させた固体酸化物形燃料電池(SOFC)で構成している。固体酸化物形燃料電池を平板型の積層スタックで構成すると、燃料電池スタック14をコンパクトに構成することができ、容積当たりの発電出力を高くすることができる。燃料電池スタック14として他の高温型燃料電池、例えば、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)等を用いてもよい。燃料電池スタック14の側部には、昇温用のヒータ28が設置されている。   The fuel cell stack 14 has a known configuration in which a plurality of rectangular flat power generation cells that generate power by reacting fuel introduced from the fuel supply line LF2 and air introduced from the air supply line LA2 are stacked. In the case of the present embodiment, the fuel cell stack 14 is constituted by a solid oxide fuel cell (SOFC) in which ion conductive ceramics are interposed as an electrolyte between a fuel electrode (anode) 14a and an air electrode (cathode) 14b. is doing. When the solid oxide fuel cell is configured by a flat stack stack, the fuel cell stack 14 can be configured compactly, and the power generation output per volume can be increased. Other high-temperature fuel cells such as a molten carbonate fuel cell (MCFC) may be used as the fuel cell stack 14. On the side of the fuel cell stack 14, a heater 28 for raising the temperature is installed.

燃料供給ラインLF1からの原燃料(例えば、天然ガス、LPG又は都市ガス等の炭化水素系の燃料)は、脱硫器30及び改質器22を経て水素や一酸化炭素を含む改質燃料となり、燃料供給ラインLF2から燃料極14aへと導入される。改質器22は、公知の構成でよく、その内部に各種の改質触媒が設けられている。改質水蒸発器26は、温水熱交換器18からの凝集水を貯留する凝集水タンク20から送られる水(改質水)を蒸発させて改質用の水蒸気を生成するものである。改質水蒸発器26で生成された水蒸気(改質用水蒸気)は、水蒸気供給ラインLWから改質器22に導入される直前の燃料供給ラインLF1に導入されて改質器22に導入される。これにより、燃料は改質水蒸発器26で高温となった水蒸気と混合され、例えば300℃程度まで加熱された後、改質器22に導入され、ここで700℃程度まで温度上昇しつつ、水蒸気改質されて改質燃料となる。   The raw fuel (for example, hydrocarbon fuel such as natural gas, LPG or city gas) from the fuel supply line LF1 is converted into a reformed fuel containing hydrogen and carbon monoxide via the desulfurizer 30 and the reformer 22, The fuel supply line LF2 introduces the fuel electrode 14a. The reformer 22 may have a known configuration, and various reforming catalysts are provided therein. The reforming water evaporator 26 evaporates the water (reformed water) sent from the flocculated water tank 20 that stores the flocculated water from the hot water heat exchanger 18 to generate steam for reforming. The steam (reforming steam) generated by the reforming water evaporator 26 is introduced from the steam supply line LW into the fuel supply line LF1 immediately before being introduced into the reformer 22, and then introduced into the reformer 22. . As a result, the fuel is mixed with the steam having a high temperature in the reforming water evaporator 26 and heated to, for example, about 300 ° C. and then introduced into the reformer 22 where the temperature rises to about 700 ° C. Steam reforming becomes reformed fuel.

空気供給ラインLA1からの空気は、ブロワ32によって空気予熱器24に導入され、所望の温度(例えば、650〜700℃程度)まで予熱された後、空気供給ラインLA2から空気極14bへと導入される。   Air from the air supply line LA1 is introduced into the air preheater 24 by the blower 32, preheated to a desired temperature (for example, about 650 to 700 ° C.), and then introduced from the air supply line LA2 to the air electrode 14b. The

燃料電池スタック14から排出された排ガスは排ガスラインLGから温水熱交換器18に送られる。温水熱交換器18は、貯水槽36から供給される水を排ガスラインLGからの排ガスによって加熱して温水を製造し、製造した温水は貯水槽36へと戻される。貯水槽36では、補給水が供給され、温水が取り出される。また、温水熱交換器18を通過した排ガスは、凝集水タンク20で凝集・除塵されて排気する。凝集水は改質水として改質水蒸発器26に供給される。凝集水タンク20にはレベル計が設置され、水が一定レベル以下になると補給水が供給される。これにより、不要なガス及び余剰な水が排気及び排水される。   The exhaust gas discharged from the fuel cell stack 14 is sent to the hot water heat exchanger 18 from the exhaust gas line LG. The hot water heat exchanger 18 produces hot water by heating the water supplied from the water storage tank 36 with the exhaust gas from the exhaust gas line LG, and the produced hot water is returned to the water storage tank 36. In the water storage tank 36, makeup water is supplied and warm water is taken out. Further, the exhaust gas that has passed through the hot water heat exchanger 18 is condensed and removed by the condensed water tank 20 and exhausted. The condensed water is supplied to the reforming water evaporator 26 as reforming water. The condensed water tank 20 is provided with a level meter, and makeup water is supplied when the water is below a certain level. Thereby, unnecessary gas and excess water are exhausted and drained.

次に、以上のような発電装置12を構成する燃料電池モジュール10の具体的な構成例について説明する。   Next, a specific configuration example of the fuel cell module 10 constituting the power generation device 12 as described above will be described.

図2は、本発明の一実施形態に係る改質水蒸発器26を備えた燃料電池モジュール10の一構成例を示す斜視図である。以下では、燃料電池モジュール10及び改質水蒸発器26について、図2における手前側を前側(正面側)、奥側を後側(背面側)と呼び、さらに左右方向を幅方向(左右幅方向)、高さ方向を上下方向と呼んで説明する。   FIG. 2 is a perspective view showing a configuration example of the fuel cell module 10 including the reforming water evaporator 26 according to the embodiment of the present invention. In the following, for the fuel cell module 10 and the reforming water evaporator 26, the front side in FIG. 2 is referred to as the front side (front side), the back side is referred to as the rear side (back side), and the left-right direction is the width direction (left-right width direction). ), The height direction will be referred to as the vertical direction.

図2に示すように、本実施形態では1つの断熱筐体16内に4個の燃料電池スタック14を設けた4個1組の構成からなる燃料電池モジュール10を用いている。この燃料電池モジュール10は、断熱筐体16内に設置された棚装置40の上棚40a及び下棚40bに燃料電池スタック14を2個ずつ載置しており、正面視で2行2列の配置となっている。以下では、このような4個1組の燃料電池スタック14をまとめて燃料電池スタック14として説明することもある。   As shown in FIG. 2, in this embodiment, a fuel cell module 10 having a set of four units in which four fuel cell stacks 14 are provided in one heat insulating casing 16 is used. In the fuel cell module 10, two fuel cell stacks 14 are placed on the upper shelf 40a and the lower shelf 40b of the shelf device 40 installed in the heat insulating casing 16, and arranged in two rows and two columns in front view. It has become. Hereinafter, such a set of four fuel cell stacks 14 may be collectively described as the fuel cell stack 14.

燃料電池モジュール10では、棚装置40に載置された燃料電池スタック14の上方に扁平箱状の改質水蒸発器26が設置され、燃料電池スタック14の背面及び左右両側面の3面を囲むように空気予熱器24が設置されている。   In the fuel cell module 10, a reformer evaporator 26 having a flat box shape is installed above the fuel cell stack 14 placed on the shelf device 40, and surrounds the three surfaces of the back surface and the left and right side surfaces of the fuel cell stack 14. Thus, an air preheater 24 is installed.

空気予熱器24は、燃料電池スタック14の背面側に配置される主予熱器50と、燃料電池スタック14の左右の側面側に配置される一対の補助予熱器52,52とを備え、平面視で燃料電池スタック14の3面を覆う門形状となっている。主予熱器50と各補助予熱器52との間は、上下にそれぞれ設けられた矩形筒状の管路で接続され、空気が流通可能となっている。空気予熱器24は、例えばステンレスによって形成される。主予熱器50の内部は鉛直方向に沿った平板状の隔壁によって背面側と正面側で前後2層の第1予熱部及び第2予熱部に仕切られている。従って、空気供給ラインLA1を介して空気予熱器24に導入された空気は、主予熱器50の第1予熱部、左右の補助予熱器52,52、主予熱器50の第2予熱部へと順に流通して所望の温度まで加熱された後、空気供給ラインLA2から空気極14bへと導入される。   The air preheater 24 includes a main preheater 50 disposed on the back side of the fuel cell stack 14 and a pair of auxiliary preheaters 52 and 52 disposed on the left and right side surfaces of the fuel cell stack 14. The gate shape covers the three surfaces of the fuel cell stack 14. The main preheater 50 and each auxiliary preheater 52 are connected to each other by rectangular tubular pipes provided on the upper and lower sides, respectively, so that air can flow. The air preheater 24 is made of, for example, stainless steel. The inside of the main preheater 50 is partitioned into a front and rear two-layer first preheating part and a second preheating part on the back side and the front side by a flat partition along the vertical direction. Therefore, the air introduced into the air preheater 24 via the air supply line LA1 is transferred to the first preheater of the main preheater 50, the left and right auxiliary preheaters 52 and 52, and the second preheater of the main preheater 50. After sequentially flowing and heated to a desired temperature, the air is introduced from the air supply line LA2 to the air electrode 14b.

断熱筐体16内の燃料電池モジュール10では、より高い温度を必要とする改質器22と空気予熱器24とを燃料電池スタック14の近傍に配置し、これらより低い温度でよい改質水蒸発器26を燃料電池スタック14の上方に配置している。改質水蒸発器26が燃料電池スタック14の上方に配置されることにより、断熱筐体16内で燃料電池スタック14の反応や輻射により発生して上昇する熱を効率的に受けることができる。これにより、生成された改質用水蒸気を所望の過熱状態まで十分に加熱することができる。   In the fuel cell module 10 in the heat insulating casing 16, the reformer 22 and the air preheater 24 that require higher temperatures are disposed in the vicinity of the fuel cell stack 14, and the reformed water evaporation that requires lower temperatures is possible. The container 26 is disposed above the fuel cell stack 14. By disposing the reforming water evaporator 26 above the fuel cell stack 14, it is possible to efficiently receive the heat generated and raised by the reaction and radiation of the fuel cell stack 14 in the heat insulating casing 16. Thereby, the produced steam for reforming can be sufficiently heated to a desired superheated state.

次に、改質水蒸発器26の具体的な構成例を説明する。   Next, a specific configuration example of the reforming water evaporator 26 will be described.

図3は、本発明の一実施形態に係る改質水蒸発器26の構成図であり、図3(A)は、平面図であり、図3(B)は、正面図であり、図3(C)は、側面図である。   3 is a configuration diagram of the reforming water evaporator 26 according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 (A) is a plan view, FIG. 3 (B) is a front view, and FIG. (C) is a side view.

図3(A)〜図3(C)に示すように、改質水蒸発器26は、内部に中空の水蒸気生成空間58を有する扁平直方体形状の箱体60と、箱体60を燃料電池モジュール10に設置する際のブラケットとなる取付部材62とを備える。   As shown in FIGS. 3A to 3C, the reforming water evaporator 26 includes a flat rectangular parallelepiped box 60 having a hollow water vapor generation space 58 therein, and the box 60 as a fuel cell module. 10 and a mounting member 62 that serves as a bracket when installed on the vehicle.

箱体60は、ステンレス等の金属板を箱型に形成した構成である。図3(A)に示す箱体60の平面視で短辺となる一側面(右側面)には、凝集水タンク20からの改質水を水蒸気生成空間58に導入するための入口管64が突設されている(図2も参照)。箱体60の平面視で長辺となる一側面(正面)には、水蒸気生成空間58で生成された改質用水蒸気を改質器22に供給するための水蒸気供給ラインLWが接続される出口管66が突設されている(図2も参照)。   The box 60 has a configuration in which a metal plate such as stainless steel is formed in a box shape. An inlet pipe 64 for introducing the reforming water from the condensed water tank 20 into the steam generation space 58 is provided on one side surface (right side surface) which is a short side in a plan view of the box body 60 shown in FIG. It protrudes (see also FIG. 2). An outlet to which a steam supply line LW for supplying the reforming steam generated in the steam generating space 58 to the reformer 22 is connected to one side surface (front) having a long side in plan view of the box 60. A tube 66 protrudes (see also FIG. 2).

取付部材62は、ステンレス等の金属板を図3(B)に示すような扁平門形状に屈曲形成した構成である。取付部材62は、箱体60の下面が載置・固定される支持板62aと、支持板62aの左右端に屈曲形成された取付片62b,62bとを有する。図2に示すように、各取付片62bが空気予熱器24の左右の補助予熱器52,52を跨いで固定されることにより、改質水蒸発器26が燃料電池スタック14の上方に設置される。このように設置することで、改質水蒸発器26と、改質水蒸発器26に連結した固定配管との間に発生する熱応力を抑制することができる。   The attachment member 62 has a configuration in which a metal plate such as stainless steel is bent and formed into a flat gate shape as shown in FIG. The attachment member 62 includes a support plate 62a on which the lower surface of the box body 60 is placed and fixed, and attachment pieces 62b and 62b that are bent at the left and right ends of the support plate 62a. As shown in FIG. 2, each of the attachment pieces 62 b is fixed across the left and right auxiliary preheaters 52, 52 of the air preheater 24, so that the reforming water evaporator 26 is installed above the fuel cell stack 14. The By installing in this way, the thermal stress generated between the reforming water evaporator 26 and the fixed pipe connected to the reforming water evaporator 26 can be suppressed.

図4は、改質水蒸発器26の内部構造を示す説明図であり、図4(A)は、平面図であり、図4(B)は、正面断面図であり、図4(C)は、側面断面図である。図4では、取付部材62の図示を省略している。   4 is an explanatory view showing the internal structure of the reforming water evaporator 26, FIG. 4 (A) is a plan view, FIG. 4 (B) is a front sectional view, and FIG. 4 (C). These are side sectional views. In FIG. 4, the mounting member 62 is not shown.

図4(A)〜図4(C)に示すように、箱体60は、上面となる上板60aと、底面となる底板60bと、前後左右の4側面となる側板60cとを直方体形状に形成し、内部に中空の水蒸気生成空間58を形成したものである。水蒸気生成空間58の底面となる底板60bは、燃料電池モジュール10内で燃料電池スタック14の上面に対向配置される部分であり、断熱筐体16内で発生して上昇した熱を受けて水蒸気生成空間58内を加熱する伝熱板(伝熱面、加熱面)60bとなる(図2も参照)。   As shown in FIGS. 4A to 4C, the box 60 has a rectangular parallelepiped shape with an upper plate 60a serving as an upper surface, a bottom plate 60b serving as a bottom surface, and side plates 60c serving as four side surfaces, front, rear, left and right. The hollow water vapor generation space 58 is formed inside. The bottom plate 60b serving as the bottom surface of the water vapor generation space 58 is a portion disposed opposite to the upper surface of the fuel cell stack 14 in the fuel cell module 10, and receives heat generated and raised in the heat insulating casing 16 to generate water vapor. It becomes a heat transfer plate (heat transfer surface, heating surface) 60b for heating the space 58 (see also FIG. 2).

なお、伝熱板60bは上記の通りステンレス等の金属板で形成されている。そのため、伝熱板60bの内面が滑らかな表面で形成されている場合、高温に加熱された伝熱板60bの表面では水滴が水蒸気を膜にして伝熱板60bと接触することなく水滴のまま伝熱板60b上に存在し、蒸発速度が遅くなることがある。そうすると、蒸発速度が安定せずに圧力変動(脈動)を生じ、改質におけるスチームカーボン比が安定しなくなり、改質器22での適切な改質条件を維持できなくなる懸念がある。すなわち、本実施形態のように箱型に構成した改質水蒸発器26において、水蒸気生成空間58内での圧力変動を低減するためには、改質水を分散して導入し、且つ突沸を防ぐために改質水を伝熱板60bの表面になじませて広く浸透させる必要がある。   The heat transfer plate 60b is formed of a metal plate such as stainless steel as described above. Therefore, when the inner surface of the heat transfer plate 60b is formed with a smooth surface, water droplets remain on the surface of the heat transfer plate 60b heated to a high temperature without being in contact with the heat transfer plate 60b using water vapor as a film. It exists on the heat transfer plate 60b, and the evaporation rate may be slow. Then, the evaporation rate is not stabilized, pressure fluctuation (pulsation) occurs, the steam carbon ratio in reforming becomes unstable, and there is a concern that appropriate reforming conditions in the reformer 22 cannot be maintained. That is, in the reformed water evaporator 26 configured in a box shape as in this embodiment, in order to reduce the pressure fluctuation in the steam generation space 58, the reformed water is dispersedly introduced and bumping is performed. In order to prevent this, it is necessary to allow the reforming water to penetrate the surface of the heat transfer plate 60b and penetrate it widely.

そこで、本実施形態に係る改質水蒸発器26では、水蒸気生成空間58の内部に改質水を分散して吐出可能な散水管68を配設し、水蒸気生成空間58の底面となる伝熱板60bの内面(上面)には吸水部70を設けている(図4(B)及び図4(C)参照)。   Therefore, in the reformed water evaporator 26 according to the present embodiment, the water spray pipe 68 capable of dispersing and discharging the reformed water is disposed inside the steam generation space 58, and heat transfer serving as the bottom surface of the steam generation space 58. The water absorption part 70 is provided in the inner surface (upper surface) of the board 60b (refer FIG. 4 (B) and FIG.4 (C)).

散水管68は、箱体60内で入口管64と接続されており、凝集水タンク20からの入口管64を介して供給された改質水を水蒸気生成空間58で散水するパイプである。散水管68は、水蒸気生成空間58内で伝熱板60b(吸水部70)の上方に配設されている。   The water sprinkling pipe 68 is connected to the inlet pipe 64 in the box body 60, and is a pipe that sprinkles the reformed water supplied from the condensed water tank 20 through the inlet pipe 64 in the steam generation space 58. The water spray pipe 68 is disposed in the water vapor generation space 58 above the heat transfer plate 60 b (the water absorption part 70).

図5に示すように、散水管68の下面側にはその長手方向(改質水の流通方向)に沿って複数(図5では8個)の吐出孔68aが形成されている。各吐出孔68aは散水管68の長手方向に向かって互いに周方向にずれた位置に形成されている。これにより、散水管68に導入された改質水を各吐出孔68aから伝熱板60bの吸水部70に向かって分散させ、伝熱板60bの表面(伝熱面)を広く有効活用することができる。この際、各吐出孔68aは散水管68の円中心に向かって形成されているため、改質水をより円滑に散水することが可能となっている(図6参照)。例えば、散水管68の入口での改質水の圧力は1kPa以上、好ましくは10kPa程度とすると、各吐出孔68aからの改質水の分配性が向上し、より円滑な散水が可能となる。勿論、吐出孔68aの配置や設置数は適宜変更可能である。図5では交互に8個の吐出孔68aを配置した構成を例示したが、運転条件によっては中央に4個1列に配置する等、吐出孔68aの配置は適宜変更可能である。図4では吐出孔68aを水蒸気生成空間58の上部に配置したが、これは改質水の分配性を向上させるためであり、運転条件によっては下部に配置してもよい。また、散水管68内の改質水の流速を1m/s以下とすることで、各吐出孔68aからの改質水の分配性を十分に確保することができる。   As shown in FIG. 5, a plurality (eight in FIG. 5) of discharge holes 68a are formed on the lower surface side of the water spray pipe 68 along the longitudinal direction (the flow direction of the reforming water). Each discharge hole 68 a is formed at a position shifted in the circumferential direction from each other in the longitudinal direction of the water spray pipe 68. Thus, the reformed water introduced into the water spray pipe 68 is dispersed from each discharge hole 68a toward the water absorption part 70 of the heat transfer plate 60b, and the surface (heat transfer surface) of the heat transfer plate 60b is widely used effectively. Can do. At this time, since each discharge hole 68a is formed toward the center of the circle of the water spray pipe 68, the reformed water can be sprayed more smoothly (see FIG. 6). For example, when the pressure of the reforming water at the inlet of the sprinkling pipe 68 is 1 kPa or more, preferably about 10 kPa, the distribution of the reforming water from each discharge hole 68a is improved, and smoother water spraying is possible. Of course, the arrangement and the number of the ejection holes 68a can be changed as appropriate. Although FIG. 5 illustrates a configuration in which eight discharge holes 68a are alternately arranged, the arrangement of the discharge holes 68a can be changed as appropriate depending on the operating conditions, such as four in the center. In FIG. 4, the discharge hole 68a is arranged in the upper part of the water vapor generation space 58, but this is for improving the distribution of the reformed water, and may be arranged in the lower part depending on the operating conditions. In addition, by setting the flow rate of the reforming water in the sprinkling pipe 68 to 1 m / s or less, it is possible to sufficiently ensure the distribution of the reforming water from each discharge hole 68a.

本実施形態では円筒管の散水管68を例示しているが、矩形管形状であると吐出孔68aの穴加工が容易となり、より細径の吐出孔68aを形成することができる。また、散水管68としては、円筒管や矩形管に代えて、スプレーノズルを用いてもよい。ここで改質水吐出部(本実施形態では散水管68)を箱体60の上面60aに設置若しくは接触させる構造とすることで、上面60aの温度を下げることができ、燃料電池モジュール10の放熱量を低減して熱効率を向上することができる。   In the present embodiment, the sprinkling pipe 68 of a cylindrical pipe is illustrated, but if the rectangular pipe shape, the hole processing of the discharge hole 68a is facilitated, and the discharge hole 68a having a smaller diameter can be formed. Further, as the water spray pipe 68, a spray nozzle may be used instead of the cylindrical pipe or the rectangular pipe. Here, the structure in which the reforming water discharge portion (the water spray pipe 68 in the present embodiment) is installed or brought into contact with the upper surface 60a of the box body 60 can reduce the temperature of the upper surface 60a, thereby releasing the fuel cell module 10. The heat efficiency can be improved by reducing the amount of heat.

伝熱板60bは、箱体60の底面を形成しており、その上方に配設された散水管68から散水された改質水を加熱して蒸発させ、改質用水蒸気を生成する部分である。この伝熱板60bは、内面に微細加工が施されており、その上に吸水部70が設けられている。この場合の微細加工は、例えば、1mm以下の溝を1mm以下のピッチで十字状に形成し或いはローレット加工によって形成するとよい。   The heat transfer plate 60b forms the bottom surface of the box body 60, and is a portion that heats and evaporates the reformed water sprayed from the sprinkler pipe 68 disposed above it to generate reforming steam. is there. The heat transfer plate 60b is finely processed on the inner surface, and a water absorbing portion 70 is provided thereon. The fine processing in this case may be formed, for example, by forming grooves of 1 mm or less in a cross shape with a pitch of 1 mm or less, or by knurling.

本実施形態の場合、吸水部70としてステンレス等の金属フェルトを伝熱板60bの表面に敷き詰めている。これにより、改質水が散水管68から吸水部70に散水されると、ここで吸水されて広範囲に浸透し、同時に伝熱板60bからの熱によって大きな伝熱面積で加熱されて蒸発する。そして、生成された改質用水蒸気は、出口管66から水蒸気供給ラインLWへと流れて改質器22に導入されることになる。   In the case of the present embodiment, a metal felt such as stainless steel is spread on the surface of the heat transfer plate 60b as the water absorbing portion 70. As a result, when the reformed water is sprinkled from the sprinkling pipe 68 to the water absorption part 70, it is absorbed here and penetrates a wide area, and at the same time, it is heated and evaporated in a large heat transfer area by heat from the heat transfer plate 60b. The generated reforming steam flows from the outlet pipe 66 to the steam supply line LW and is introduced into the reformer 22.

吸水部70としては、金属フェルトを設けずに伝熱板60bの微細加工のみで改質水を広く吸水可能な構造としてもよい。また、金属フェルトに代えて金属織物等を用いてもよい。すなわち、吸水部70は、散水管68からの散布された改質水を毛細管現象等を利用して広く拡散浸透させることができる構成であればよく、多孔質形状や微細形状等、液体が染み渡る構造を有するものであればよく、伝熱板60bと別体構造であっても一体構造であってもよい。   As the water absorption part 70, it is good also as a structure which can absorb a modified water widely only by microfabrication of the heat exchanger plate 60b, without providing a metal felt. Further, a metal fabric or the like may be used instead of the metal felt. That is, the water absorption part 70 should just be the structure which can be diffused and osmose | permeated widely using the capillarity phenomenon etc. for the reformed water sprayed from the water spray pipe 68, and liquids, such as a porous shape and a fine shape, permeate. Any structure may be used as long as it has a structure, and the heat transfer plate 60b may be a separate structure or an integral structure.

以上のように、本実施形態に係る改質水蒸発器26によれば、水蒸気生成空間58を内部に形成した箱体60と、断熱筐体16の外部から導入される改質水を水蒸気生成空間58で散水する散水管68と、箱体60の一壁面である底面を形成すると共に、散水管68から散水された水を吸水可能な吸水部70が設けられ、断熱筐体16内で発生する熱を受けて吸水部70に散水された改質水を加熱して蒸発させる伝熱板60bとを備える。   As described above, according to the reformed water evaporator 26 according to the present embodiment, the box 60 in which the steam generation space 58 is formed and the reformed water introduced from the outside of the heat insulating casing 16 are steam-generated. A water sprinkling pipe 68 that sprinkles water in the space 58 and a bottom surface that is one wall surface of the box body 60 are formed, and a water absorbing portion 70 that can absorb water sprinkled from the water sprinkling pipe 68 is provided. And a heat transfer plate 60b that heats and evaporates the reformed water sprayed on the water absorption part 70 in response to the heat generated.

このように、改質水蒸発器26は箱体60による箱型形状を有するため、燃料電池モジュール10を形成する断熱筐体16の内部での設置効率が良好である。従って、所望の位置に容易に配置することができ、その占有面積も小さいものとなるため、燃料電池モジュール10の小型化が可能となる。また、高温の燃料電池モジュール10内で所望の位置に改質水蒸発器26を設置できるため、断熱筐体16内での熱効率を容易に向上させることができる。さらに、改質水蒸発器26は、箱体60の内部に散水管68を配設し、箱体60の一壁面となる伝熱板60bの内面に吸水部70として金属フェルトを設けた簡素な構成からなるため、設計や製造が容易で製造コストが低い。しかも、改質水を蒸発させる伝熱板60bの表面に吸水部70を設けているため、蒸発振動(脈動)を防止でき、改質水が円滑に拡散するため蒸発が安定する。この際、吸水部70として金属フェルトを用いているため、伝熱面積が飛躍的に増加し、改質水蒸発器26を一層小型化することができる。   Thus, since the reforming water evaporator 26 has a box shape formed by the box body 60, the installation efficiency inside the heat insulating casing 16 forming the fuel cell module 10 is good. Therefore, the fuel cell module 10 can be easily disposed at a desired position and the occupied area is small, and the fuel cell module 10 can be downsized. In addition, since the reforming water evaporator 26 can be installed at a desired position in the high-temperature fuel cell module 10, the thermal efficiency in the heat insulating casing 16 can be easily improved. Furthermore, the reforming water evaporator 26 has a simple structure in which a water spray pipe 68 is disposed inside the box body 60, and a metal felt is provided as a water absorbing portion 70 on the inner surface of the heat transfer plate 60 b that is one wall surface of the box body 60. Since it consists of a structure, design and manufacture are easy and manufacturing cost is low. Moreover, since the water absorbing portion 70 is provided on the surface of the heat transfer plate 60b that evaporates the reforming water, evaporation vibration (pulsation) can be prevented, and the reforming water diffuses smoothly, so that the evaporation is stabilized. At this time, since the metal felt is used as the water absorbing portion 70, the heat transfer area is remarkably increased, and the reformed water evaporator 26 can be further downsized.

ところで、改質器22に改質用水蒸気と炭化水素系の原燃料とを導入する際、改質用水蒸気が凝縮して改質触媒に付着すると、改質触媒を劣化させる要因となる。そこで、改質水蒸発器26から出た改質用水蒸気と原燃料の混合後も改質用水蒸気が凝縮しないよう、例えば180℃以上、望ましくは200℃以上の過熱状態とする必要がある。さらに望ましくは300〜500℃で改質器22に導入すると、改質器22で必要な熱交換量を低減することができる。ここで500℃以上とすると、SUS304等の安価なステンレス部材では構成材料のCr等が改質水中に溶出する可能性があるが、500℃以下とすることで不純物の溶出を防止することができる。なお、上記特許文献1、2のように、改質水と原燃料を混ぜて改質水蒸発器に導入することもできるが、原燃料の加熱のための熱量が必要となり、伝熱面積を拡大させる必要が生じる。これに対し、本実施形態に係る改質水蒸発器26には改質水のみが導入されて蒸発熱伝達を行うため、ガス状の炭化水素原燃料の加熱よりも熱伝達係数が高くなる分、必要な伝熱面積も少なくて済むという利点がある。しかも、本実施形態の場合には、改質水蒸発器26の伝熱板60bの表面に吸水部70を設けているため、構成を小型化しつつも十分な伝熱面積を確保でき、所望の過熱状態となった改質用水蒸気を効率的に生成することができる。   By the way, when the reforming steam and the hydrocarbon-based raw fuel are introduced into the reformer 22, if the reforming steam condenses and adheres to the reforming catalyst, it causes deterioration of the reforming catalyst. Therefore, it is necessary to set the overheated state at, for example, 180 ° C. or higher, desirably 200 ° C. or higher so that the reforming water vapor does not condense after the reforming water vapor and raw fuel mixed from the reforming water evaporator 26 are mixed. More desirably, when it is introduced into the reformer 22 at 300 to 500 ° C., the heat exchange amount necessary for the reformer 22 can be reduced. Here, when the temperature is set to 500 ° C. or higher, an inexpensive stainless steel member such as SUS304 may cause the constituent material Cr or the like to elute into the modified water. However, the impurity elution can be prevented by setting the temperature to 500 ° C. or lower. . As described in Patent Documents 1 and 2, the reformed water and the raw fuel can be mixed and introduced into the reformed water evaporator. However, the amount of heat for heating the raw fuel is required, and the heat transfer area is reduced. There is a need to enlarge. On the other hand, since only the reforming water is introduced into the reforming water evaporator 26 according to the present embodiment to perform the evaporation heat transfer, the heat transfer coefficient becomes higher than the heating of the gaseous hydrocarbon raw fuel. There is an advantage that a necessary heat transfer area can be reduced. Moreover, in the case of the present embodiment, since the water absorption part 70 is provided on the surface of the heat transfer plate 60b of the reforming water evaporator 26, a sufficient heat transfer area can be secured while reducing the size of the structure, and a desired The reforming steam that has become overheated can be efficiently generated.

また、本実施形態に係る発電装置12は、このような改質水蒸発器26と、燃料電池スタック14と、これらを囲む断熱筐体16とを有する燃料電池モジュール10を備える。この発電装置12では、燃料電池スタック14の上方に改質水蒸発器26を設置しているため、断熱筐体16内で上昇した熱を改質水蒸発器26で効率的に受けることができる。従って、改質用水蒸気を所望の過熱状態まで円滑に加熱することができる。しかも改質水蒸発器26によって断熱筐体16の上部から外部への放熱を低減することができるため、モジュール内の熱自立を維持することができる。これにより、燃料電池スタック14での燃料利用率の低下が防止され、装置全体の発電効率を維持することができる。   Further, the power generation device 12 according to the present embodiment includes the fuel cell module 10 having such a reformed water evaporator 26, a fuel cell stack 14, and a heat insulating casing 16 surrounding them. In this power generation device 12, the reformed water evaporator 26 is installed above the fuel cell stack 14, so that the heat that has risen in the heat insulating casing 16 can be efficiently received by the reformed water evaporator 26. . Therefore, the reforming steam can be smoothly heated to a desired superheated state. In addition, since the reformed water evaporator 26 can reduce heat radiation from the upper part of the heat insulating casing 16 to the outside, it is possible to maintain heat self-supporting in the module. Thereby, the fall of the fuel utilization rate in the fuel cell stack 14 is prevented, and the power generation efficiency of the entire apparatus can be maintained.

この際、本実施形態に係る改質水蒸発器26では、箱体60の底面が伝熱板60bによって形成されると共に、伝熱板60bの上方に散水管68が配置されている。しかも伝熱板60bの外面が燃料電池スタック14の上面に対向配置された状態で、改質水蒸発器26が燃料電池スタック14の上方に設置されている。これにより、箱体60の底面(伝熱板60b)が加熱面となり、箱体60の上面(天井面)側にある散水管68から改質水が導入・散水されるため、箱体60の内部に断熱構造を構築して上面の温度を低下させ、断熱筐体16の上部から外部への放熱を一層低減することができる。   At this time, in the reformed water evaporator 26 according to the present embodiment, the bottom surface of the box body 60 is formed by the heat transfer plate 60b, and the water spray pipe 68 is disposed above the heat transfer plate 60b. In addition, the reforming water evaporator 26 is installed above the fuel cell stack 14 with the outer surface of the heat transfer plate 60 b facing the upper surface of the fuel cell stack 14. As a result, the bottom surface (heat transfer plate 60b) of the box body 60 serves as a heating surface, and the reforming water is introduced and sprinkled from the water spray pipe 68 on the top surface (ceiling surface) side of the box body 60. A heat insulating structure can be built inside to lower the temperature of the upper surface, and heat radiation from the upper part of the heat insulating housing 16 to the outside can be further reduced.

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be freely changed without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態では、燃料電池スタック14を4個1組として用いた構成を例示したが、燃料電池スタック14の搭載個数は適宜変更可能であることは勿論である。また、燃料電池スタック14は矩形の積層形状ではなく、円筒形状の発電セルを1本又は複数本有した構成であってもよい。   For example, in the above-described embodiment, the configuration in which the fuel cell stacks 14 are used as one set is illustrated. However, the number of the fuel cell stacks 14 can be changed as appropriate. Further, the fuel cell stack 14 may have a configuration in which one or a plurality of cylindrical power generation cells are provided instead of the rectangular laminated shape.

10 燃料電池モジュール
12 発電装置
14 燃料電池スタック
14a 燃料極
14b 空気極
16 断熱筐体
22 改質器
24 空気予熱器
26 改質水蒸発器
58 水蒸気生成空間
60 箱体
60a 上板
60b 底板(伝熱板)
60c 側板
62 取付部材
64 入口管
66 出口管
68 散水管
68a 吐出孔
70 吸水部
LA1,LA2 空気供給ライン
LF1,LF2 燃料供給ライン
LW 水蒸気供給ライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell module 12 Power generation device 14 Fuel cell stack 14a Fuel electrode 14b Air electrode 16 Heat insulation housing 22 Reformer 24 Air preheater 26 Reformed water evaporator 58 Steam generation space 60 Box 60a Top plate 60b Bottom plate (Heat transfer) Board)
60c Side plate 62 Mounting member 64 Inlet pipe 66 Outlet pipe 68 Sprinkling pipe 68a Discharge hole 70 Water absorption part LA1, LA2 Air supply line LF1, LF2 Fuel supply line LW Water vapor supply line

Claims (5)

断熱筐体で囲まれた燃料電池モジュールに設けられ、燃料電池スタックに導入される燃料を改質する改質器に供給する改質用水蒸気を生成する改質水蒸発器であって、
水蒸気生成空間内部に形成され、その底面が前記燃料電池スタックの上面に対向配置された状態で該燃料電池スタックの上方に設置して用いられる箱体と、
前記断熱筐体の外部から導入される改質水を前記水蒸気生成空間で散水する散水管と、
前記箱体の前記底面を形成すると共に、前記散水管から散水された水を吸水可能な吸水部が設けられ、前記断熱筐体内で発生する熱を受けて前記吸水部に散水された改質水を加熱して蒸発させる伝熱板と、
を備え
前記散水管は、前記伝熱板の上方に設置されることで、前記吸水部の長手方向に沿って延在しており、
前記散水管は、前記伝熱板に設けられた吸水部に向かって改質水を吐出するための吐出孔を、該散水管の長手方向に沿って複数有することを特徴とする改質水蒸発器。
A reforming water evaporator that is provided in a fuel cell module surrounded by a heat insulating casing and generates reforming steam to be supplied to a reformer that reforms fuel introduced into the fuel cell stack,
A box that is formed and used above the fuel cell stack in a state where a water vapor generation space is formed inside and a bottom surface of the space is opposed to the upper surface of the fuel cell stack ;
A sprinkler pipe for sprinkling reformed water introduced from the outside of the heat insulating housing in the steam generation space,
The reformed water that forms the bottom surface of the box body and is provided with a water absorption portion capable of absorbing water sprayed from the water spray pipe, and receives heat generated in the heat insulating casing and is sprinkled into the water absorption portion. A heat transfer plate that heats and evaporates,
Equipped with a,
The water spray pipe is installed along the longitudinal direction of the water absorption part by being installed above the heat transfer plate,
The water spray pipe, reforming, characterized in Rukoto a discharge hole for discharging reformed water toward the water absorbing portion provided on the heat transfer plate, Yusuke plurality along the longitudinal direction of the diverging water tube Water evaporator.
請求項1記載の改質水蒸発器において、
前記吸水部は、前記伝熱板の内面に敷かれた金属フェルト又は金属織物であることを特徴とする改質水蒸発器。
The reformed water evaporator according to claim 1, wherein
The water-absorbing part is a metal felt or metal fabric laid on the inner surface of the heat transfer plate.
請求項1又は2記載の改質水蒸発器において、
前記散水管は、前記箱体の上面に設置して用いられるものであり、
前記箱体は、前記上面を形成する該箱体の上板が、前記断熱筐体内に露出して設置されることを特徴とする改質水蒸発器。
The reformed water evaporator according to claim 1 or 2,
The watering pipe is used by being installed on the upper surface of the box,
The box body, the upper plate of the box body forming the upper surface, the reforming water evaporator, wherein Rukoto installed exposed to the heat insulating housing.
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに導入される燃料を改質する改質器と、
前記改質器に供給する改質用水蒸気を生成する改質水蒸発器と、
前記燃料電池スタック、前記改質器及び前記改質水蒸発器を囲む断熱筐体と、
を有する燃料電池モジュールを備えた発電装置であって、
前記改質水蒸発器は、水蒸気生成空間内部に形成され、その底面が前記燃料電池スタックの上面に対向配置された状態で該燃料電池スタックの上方に設置される箱体と、
前記断熱筐体の外部から導入される改質水を前記水蒸気生成空間で散水する散水管と、
前記箱体の前記底面を形成すると共に、前記散水管から散水された水を吸水可能な吸水部が設けられ、前記断熱筐体内で発生する熱を受けて前記吸水部に散水された改質水を加熱して蒸発させる伝熱板とを備え
前記散水管は、前記伝熱板の上方に設置されることで、前記吸水部の長手方向に沿って延在しており、
前記散水管は、前記伝熱板に設けられた吸水部に向かって改質水を吐出するための吐出孔を、該散水管の長手方向に沿って複数有することを特徴とする発電装置。
A fuel cell stack;
A reformer for reforming the fuel introduced into the fuel cell stack;
A reforming water evaporator for generating reforming steam to be supplied to the reformer;
A heat insulating enclosure surrounding the fuel cell stack, the reformer and the reformed water evaporator;
A power generation device including a fuel cell module having
The reformed water evaporator has a box that is installed above the fuel cell stack in a state where a steam generation space is formed inside and the bottom surface of the reformed water evaporator is opposed to the upper surface of the fuel cell stack ;
A sprinkler pipe for sprinkling reformed water introduced from the outside of the heat insulating housing in the steam generation space,
The reformed water that forms the bottom surface of the box body and is provided with a water absorption portion capable of absorbing water sprayed from the water spray pipe, and receives heat generated in the heat insulating casing and is sprinkled into the water absorption portion. A heat transfer plate that evaporates by heating ,
The water spray pipe is installed along the longitudinal direction of the water absorption part by being installed above the heat transfer plate,
The water spray pipe, the power generation device according to claim Rukoto a discharge hole for discharging reformed water toward the water absorbing portion provided on the heat transfer plate, Yusuke plurality along the longitudinal direction of the diverging water tube .
請求項4記載の発電装置において、The power generator according to claim 4,
前記散水管は、前記箱体の上面に設置されており、The watering pipe is installed on the upper surface of the box,
前記箱体は、前記上面を形成する該箱体の上板が、前記断熱筐体内に露出していることを特徴とする発電装置。The power generator according to claim 1, wherein an upper plate of the box forming the upper surface is exposed in the heat insulating casing.
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