JP6848104B2 - 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装置に関し、特に、燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電を行う燃料電池セルを複数備えた固体酸化物形燃料電池に関する。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell apparatus, and more particularly to a solid oxide fuel cell including a plurality of fuel cell cells that generate electricity from a fuel gas and an oxidant gas.

固体酸化物形燃料電池装置(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、他方の側に酸化剤ガス(空気、酸素等)を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。 Solid Oxide Fuel Cell (hereinafter also referred to as "SOFC") uses an oxide ion conductive solid electrolyte as an electrolyte, has electrodes on both sides, and supplies fuel gas to one side. , A fuel cell that operates at a relatively high temperature by supplying an oxidant gas (air, oxygen, etc.) to the other side.

固体酸化物形燃料電池装置では、モジュールケース内に設けられた燃焼部において燃料電池セルからのオフガスを燃焼して高温の排ガスを生成し、蒸発器において排ガスとの熱交換によって水蒸気を生成し、モジュールケース内に設けられた改質器において排ガスの熱で原料ガスを水蒸気により改質して燃料ガスを生成する。そして、改質器から排出された排ガスは、燃焼触媒器において一酸化炭素等の未燃焼ガスが燃焼された後、外部に排出される。 In a solid oxide fuel cell device, off-gas from a fuel cell is burned in a combustion section provided in a module case to generate high-temperature exhaust gas, and steam is generated by heat exchange with the exhaust gas in an evaporator. In the reformer provided in the module case, the raw material gas is reformed with steam by the heat of the exhaust gas to generate fuel gas. Then, the exhaust gas discharged from the reformer is discharged to the outside after the unburned gas such as carbon monoxide is burned in the combustion catalyst.

このような触媒器を備えた燃料電池装置として、例えば、特許文献1には、燃料電池セルスタック、蒸発器(気化器)、及び、改質器が燃料電池ハウジング内に収容されており、白金やパラジウム等の貴金属系燃料触媒、又は、マンガンや鉄等の卑金属系燃料触媒からなる燃焼触媒を第2気化器内に設けた構成の燃料電池装置が開示されている。しかしながら、特許文献1には、燃焼触媒を有する第2気化器内が燃料電池ハウジングの外部に設けられることは開示されてえるものの、燃焼触媒の具体的構成(形状)や、燃焼触媒の具体的な配置については開示されていない。 As a fuel cell device provided with such a catalyst, for example, in Patent Document 1, a fuel cell stack, an evaporator (vaporizer), and a reformer are housed in a fuel cell housing, and platinum. A fuel cell device having a configuration in which a noble metal-based fuel catalyst such as palladium or palladium or a combustion catalyst composed of a base metal-based fuel catalyst such as manganese or iron is provided in the second vaporizer is disclosed. However, although Patent Document 1 may disclose that the inside of the second carburetor having the combustion catalyst is provided outside the fuel cell housing, the specific configuration (shape) of the combustion catalyst and the specific configuration of the combustion catalyst The arrangement is not disclosed.

また、特許文献2には、触媒器を備えた燃料電池装置に関し、収納容器内の上面、側面、又は底面に沿って設けられた排ガスと空気との間で熱交換を行うための熱交換器の排ガス通路内に燃焼触媒を設けた構成が開示されている。 Further, Patent Document 2 relates to a fuel cell device provided with a catalyst, and is a heat exchanger for exchanging heat between exhaust gas and air provided along the upper surface, side surface, or bottom surface of the storage container. A configuration in which a combustion catalyst is provided in the exhaust gas passage of the above is disclosed.

特開2014−123576号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-123576 特開2013−175448号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-175448

ここで、燃焼触媒器は発熱するものの、燃焼触媒器の温度は100〜500℃程度であり、燃料電池セル及び改質器を収容するモジュールケース内の700℃の運転温度に比べて低い。このため、例えば、特許文献2に記載されているように、燃焼触媒を収容容器内に配置すると、燃料電池セル等から熱を奪ってしまうおそれがあるため、燃焼触媒器をモジュールケース外部に設置することが考えられている。さらには、近年、家庭用の燃料電池装置のニーズが高まっており、燃料電池装置の小型化が望まれている。このため、装置内の空間の有効利用のため、燃焼触媒をモジュールケース外部に設けられた蒸発器の排ガスが流通する排ガス流路内に設けることが考えられる。 Here, although the combustion catalyst generates heat, the temperature of the combustion catalyst is about 100 to 500 ° C., which is lower than the operating temperature of 700 ° C. in the module case accommodating the fuel cell and the reformer. Therefore, for example, as described in Patent Document 2, if the combustion catalyst is arranged in the storage container, heat may be taken from the fuel cell or the like. Therefore, the combustion catalyst is installed outside the module case. It is considered to do. Furthermore, in recent years, there has been an increasing need for household fuel cell devices, and miniaturization of fuel cell devices is desired. Therefore, in order to effectively utilize the space in the apparatus, it is conceivable to provide the combustion catalyst in the exhaust gas flow path through which the exhaust gas of the evaporator provided outside the module case flows.

しかしながら、排ガス流路内に燃焼触媒を充填すると、蒸発器の蒸発室に供給された水が触媒反応により燃料触媒が高温になり、燃料触媒の熱により蒸発室に供給された水が瞬時に気化してしまう突沸現象が発生してしまうおそれがある。このような突沸現象が生じると、蒸発室内の圧力が急上昇してしまい、燃料ガスが蒸発室内に供給されなくなる燃料枯れと呼ばれる状態となってしまう。 However, when the exhaust gas flow path is filled with a combustion catalyst, the water supplied to the evaporation chamber of the evaporator becomes hot due to the catalytic reaction, and the water supplied to the evaporation chamber is instantly vaporized by the heat of the fuel catalyst. There is a risk that a sudden boiling phenomenon will occur. When such a sudden boiling phenomenon occurs, the pressure in the evaporation chamber suddenly rises, resulting in a state called fuel withering in which fuel gas is no longer supplied to the evaporation chamber.

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、蒸発器内に燃料触媒を配置する場合であっても、安定的に水を蒸発することができるようにすることである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to enable stable evaporation of water even when a fuel catalyst is arranged in an evaporator. ..

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電を行う燃料電池セルを備えた固体酸化物形燃料電池装置であって、モジュール容器と、モジュール容器の周囲を被覆する断熱材と、燃料電池セルの上方で、燃料電池セルからのオフガスを燃焼して排ガスを生成する燃焼部と、モジュール容器内の燃焼部の上方に設けられ、排ガスにより加熱して原料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質器と、モジュール容器から排出された排ガスが流通する排ガス流路、排ガス流路を流れる排ガスとの熱交換によって供給された水から水蒸気を生成する蒸発室、及び、水蒸気と原料ガスとを混合する混合室を有し、モジュール容器の外側、かつ、断熱材の内側に設けられた蒸発器と、排ガス流路の内部に配置され、排ガスに含まれる未燃燃料を酸化する燃焼触媒部と、を備え、蒸発室及び混合室は排ガス流路の上方に設けられ、排ガス流路を排ガスが流れる方向と、蒸発室で発生した水蒸気が流れる方向とは反対方向であり、排ガス流路は上流側の第1の領域と、下流側の第1の領域よりも高さの低い第2の領域とを有し、燃焼触媒部は、第1の領域に設けられている、ことを特徴とする。 The present invention is a solid oxide type fuel cell device including a fuel cell that generates power by using a fuel gas and an oxidant gas, and comprises a module container, a heat insulating material that covers the periphery of the module container, and a fuel cell. Above the combustion section that burns off-gas from the fuel cell to generate exhaust gas, and above the combustion section inside the module container, it is heated by the exhaust gas to reform the raw material gas and generate fuel gas. The reformer, the exhaust gas flow path through which the exhaust gas discharged from the module container flows, the evaporation chamber that generates water vapor from the water supplied by heat exchange with the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path, and the water vapor and the raw material gas. An evaporator provided outside the module container and inside the heat insulating material, and a combustion catalyst unit that is arranged inside the exhaust gas flow path and oxidizes the unburned fuel contained in the exhaust gas. The exhaust gas flow path is provided above the exhaust gas flow path, and the direction in which the exhaust gas flows through the exhaust gas flow path is opposite to the direction in which the water vapor generated in the evaporation chamber flows. It has a first region on the upstream side and a second region having a height lower than that of the first region on the downstream side, and the combustion catalyst unit is provided in the first region. To do.

上記構成の本発明によれば、蒸発器の排ガス流路の上流側の第1の領域に燃焼触媒部を設けているため、燃焼触媒の触媒反応による反応熱により蒸発室の下流側は高温となるが、蒸発室の上流側は過剰に高温になるのを防止できる。これにより、蒸発室は下流側から上流側に向かって次第に温度が上昇するようになり、蒸発室に供給された水が直接高温な上流側の部分に接触するのを防止し、徐々に水を加熱し、安定的に蒸発させることができる。 According to the present invention having the above configuration, since the combustion catalyst portion is provided in the first region on the upstream side of the exhaust gas flow path of the evaporator, the temperature on the downstream side of the evaporation chamber becomes high due to the reaction heat generated by the catalytic reaction of the combustion catalyst. However, it is possible to prevent the upstream side of the evaporation chamber from becoming excessively hot. As a result, the temperature of the evaporation chamber gradually rises from the downstream side to the upstream side, preventing the water supplied to the evaporation chamber from directly contacting the hot upstream side portion, and gradually releasing the water. It can be heated and stably evaporated.

また、上記構成の本発明によれば、排ガス流路の上流側の第1の領域は、下流側の第2の領域よりも高さが高いため、燃焼触媒部に充分な量の燃焼触媒を充填することができ、これにより、十分な排ガスの浄化機能を確保することができる。さらに、第2の領域の高さが低いことにより、第2の領域内を流れる排ガスの速度が上がり、これにより、水と−排ガスの熱交換効率を向上することができる。 Further, according to the present invention having the above configuration, since the height of the first region on the upstream side of the exhaust gas flow path is higher than that of the second region on the downstream side, a sufficient amount of combustion catalyst is provided in the combustion catalyst portion. It can be filled, whereby a sufficient exhaust gas purification function can be ensured. Further, the low height of the second region increases the speed of the exhaust gas flowing in the second region, which can improve the heat exchange efficiency between the water and the-exhaust gas.

本発明において、好ましくは、燃焼触媒部には排ガスが水平方向に流通し、燃焼触媒部は、天面が上方に突出することにより形成された突出空間を含み、燃焼触媒部は、突出空間の少なくとも一部を含む領域に燃焼触媒が充填されている。 In the present invention, preferably, the exhaust gas flows in the combustion catalyst portion in the horizontal direction, the combustion catalyst portion includes a protruding space formed by the top surface protruding upward, and the combustion catalyst portion is a protruding space. The region including at least a part is filled with the combustion catalyst.

粒状の燃焼触媒を充填する構成では、移動や設置時などに外部からの振動等が燃焼触媒に作用すると、燃焼触媒の嵩高が減少してしまい、燃焼触媒部の上方に隙間が生じてしまう。このような場合に、燃焼触媒部に水平方向に排ガスを流通させると、排ガスの一部は燃焼触媒の間を通過せずに燃焼触媒部から排出されてしまうため、排ガスの浄化性能が低下してしまう。これに対して、上記構成の本発明によれば、振動などが燃焼触媒に作用しても、突出空間内の燃焼触媒の嵩高が低下するものの、燃焼触媒と天板との間に隙間が生じることはない。これにより、燃焼触媒の嵩高の減少に起因する燃焼触媒部の浄化効率の低下を防止できる。 In the configuration in which the granular combustion catalyst is filled, if vibration from the outside acts on the combustion catalyst during movement or installation, the bulkiness of the combustion catalyst is reduced and a gap is generated above the combustion catalyst portion. In such a case, if the exhaust gas is circulated horizontally through the combustion catalyst section, a part of the exhaust gas is discharged from the combustion catalyst section without passing between the combustion catalysts, so that the purification performance of the exhaust gas deteriorates. It ends up. On the other hand, according to the present invention having the above configuration, even if vibration or the like acts on the combustion catalyst, the bulkiness of the combustion catalyst in the protruding space is reduced, but a gap is generated between the combustion catalyst and the top plate. There is no such thing. This makes it possible to prevent a decrease in the purification efficiency of the combustion catalyst portion due to a decrease in the bulkiness of the combustion catalyst.

本発明において、好ましくは、突出空間は、蒸発室と混合室とを分離する厚みを有する隔壁内に構成されている。
天面に上方に突出するような突出空間を形成すると、上層の底面の突出空間に対応する部分が突出することとなる。このような底面の突出が蒸発室や混合室内に位置すると、蒸発室における蒸発機能の低下や、混合室における気流の乱れを引き起こす。これに対して、上記構成の本発明によれば、蒸発室や混合室の機能に影響を及ぼすことなく、突出空間を形成することができる。
In the present invention, the protruding space is preferably configured in a partition wall having a thickness that separates the evaporation chamber and the mixing chamber.
When a protruding space is formed on the top surface so as to project upward, a portion corresponding to the protruding space on the bottom surface of the upper layer protrudes. If such a protrusion on the bottom surface is located in the evaporation chamber or the mixing chamber, the evaporation function in the evaporation chamber is deteriorated and the air flow in the mixing chamber is turbulent. On the other hand, according to the present invention having the above configuration, a protruding space can be formed without affecting the functions of the evaporation chamber and the mixing chamber.

本発明において、好ましくは、蒸発器はモジュール容器の上方に設けられ、蒸発器とモジュール容器の間には断熱材が介在し、蒸発器の第2の領域に当たる部分とモジュール容器の間の断熱材の厚さは、蒸発器の第1の領域に当たる部分とモジュール容器の間の断熱材の厚さよりも大きい。 In the present invention, preferably, the evaporator is provided above the module container, a heat insulating material is interposed between the evaporator and the module container, and a heat insulating material is provided between the portion corresponding to the second region of the evaporator and the module container. The thickness of the insulator is larger than the thickness of the heat insulating material between the portion corresponding to the first region of the evaporator and the module container.

上記の通り、排ガス流路の上流側の第1の領域は燃焼触媒の熱により比較的に高温となり、下流側の第2の領域は上流側に比べて低温となる。上記構成の本発明によれば、蒸発器の第2の領域に当たる部分とモジュール容器の間の断熱材の厚さが厚いため、低温な蒸発器の第2の領域のモジュール容器への熱影響を低減できる。 As described above, the first region on the upstream side of the exhaust gas flow path becomes relatively high temperature due to the heat of the combustion catalyst, and the second region on the downstream side becomes lower temperature than the upstream side. According to the present invention having the above configuration, since the thickness of the heat insulating material between the portion corresponding to the second region of the evaporator and the module container is thick, the thermal effect on the module container of the second region of the low temperature evaporator is exerted. Can be reduced.

本発明において、好ましくは、排ガス流路の第2の領域には熱交換促進部材が設けられ、排ガス流路の第1の領域には熱交換促進部材が設けられていない。
排ガスと水との間で効率良く熱交換を行うため、排ガス流路に熱交換促進部材を設けることが好ましい。しかしながら、排ガス流路の全域に熱交換促進部材を設けてしまうと、燃焼触媒部に燃焼触媒を充填することができなくなる。これに対して、上記構成の本発明によれば、第2の領域のみに熱交換促進部材を設けているため、排ガスと水との間の熱交換効率を向上できるとともに、燃焼触媒を第1の領域の燃焼触媒部に充填することができる。
In the present invention, preferably, the heat exchange promoting member is provided in the second region of the exhaust gas flow path, and the heat exchange promoting member is not provided in the first region of the exhaust gas flow path.
In order to efficiently exchange heat between the exhaust gas and water, it is preferable to provide a heat exchange promoting member in the exhaust gas flow path. However, if the heat exchange promoting member is provided in the entire area of the exhaust gas flow path, the combustion catalyst portion cannot be filled with the combustion catalyst. On the other hand, according to the present invention having the above configuration, since the heat exchange promoting member is provided only in the second region, the heat exchange efficiency between the exhaust gas and water can be improved, and the combustion catalyst can be used as the first combustion catalyst. It can be filled in the combustion catalyst part in the region of.

本発明によれば、蒸発器内に燃料触媒を配置する場合であっても、安定的に水を蒸発することができる。 According to the present invention, water can be stably evaporated even when the fuel catalyst is arranged in the evaporator.

本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置(SOFC)を示す全体構成図である。It is an overall block diagram which shows the solid oxide fuel cell apparatus (SOFC) by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図である。It is a side sectional view which shows the fuel cell module of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 図2のIII−III線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the line III-III of FIG. モジュールケース及び空気通路カバーの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of a module case and an air passage cover. 図2に示す固体電解質形燃料電池装置の蒸発器を拡大断面図である。It is an enlarged sectional view of the evaporator of the solid electrolyte type fuel cell apparatus shown in FIG. 図2に示す固体電解質形燃料電池装置の蒸発器の天板及び燃焼触媒器を省略した状態の斜視図である。It is a perspective view of the state in which the top plate of the evaporator of the solid electrolyte type fuel cell apparatus shown in FIG. 2 and the combustion catalyst are omitted. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の第1の容器の底面に形成された連続溝の一部を拡大して示す図である。It is an enlarged view which shows a part of the continuous groove formed in the bottom surface of the 1st container of the solid oxide fuel cell according to one Embodiment of this invention. (A)は排ガス流路内に設けられたプレートフィンを示す斜視図であり、(B)は蒸発器におけるプレートフィンの近傍を拡大して示す図である。(A) is a perspective view showing the plate fins provided in the exhaust gas flow path, and (B) is an enlarged view showing the vicinity of the plate fins in the evaporator. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows the fuel cell unit of the solid oxide fuel cell according to one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fuel cell stack of the solid oxide fuel cell according to one Embodiment of this invention. 図2と同様の、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図である。FIG. 2 is a side sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell apparatus according to an embodiment of the present invention, similar to FIG. 2. 図3と同様の、図2のIII−III線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the line III-III of FIG. 2 similar to FIG. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の蒸発室及び混合室内における水蒸気と原燃料ガスとの流れを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the flow of water vapor and raw material fuel gas in the evaporation chamber and the mixing chamber of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の第1の重なり部及び第2の重なり部の近傍を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which enlarges and shows the vicinity of the 1st overlapping part and the 2nd overlapping part of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 別の実施形態による蒸発室の底面に形成された連続溝を示す図である。It is a figure which shows the continuous groove formed in the bottom surface of the evaporation chamber by another embodiment.

つぎに、添付図面を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置を説明する。
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装置(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装置(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 device 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 device (SOFC) according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the solid oxide fuel cell device (SOFC) 1 according to the embodiment of the present invention includes a fuel cell module 2 and an auxiliary machine unit 4.

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を介して金属製のモジュール容器8(以下では適宜「モジュールケース」と呼ぶ。)が内蔵されている。この密閉空間であるモジュールケース8の下方部分である発電室10には、燃料ガスと酸化剤ガス(以下では適宜「発電用空気」又は「空気」と呼ぶ。)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、8個の燃料電池セルスタック14(詳細は図11で後述する)を備え、この燃料電池セルスタック14は、各々が燃料電池セルを含む、16本の燃料電池セルユニット16(詳細は図12で後述する)から構成されている。この例では、燃料電池セル集合体12は、128本の燃料電池セルユニット16を有する。なお、ハウジング6は必須ではなく、断熱材7を保持するようなフレームを用いてもよい。燃料電池セル集合体12は、複数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 fuel cell module 2 includes a housing 6, and a metal module container 8 (hereinafter, appropriately referred to as a “module case”) is built in the housing 6 via a heat insulating material 7. In the power generation chamber 10 which is a lower part of the module case 8 which is a closed space, a fuel cell which performs a power generation reaction with a fuel gas and an oxidant gas (hereinafter, appropriately referred to as "air for power generation" or "air") is used. The cell assembly 12 is arranged. The fuel cell assembly 12 includes eight fuel cell stacks 14 (details will be described later in FIG. 11), and the fuel cell stack 14 includes 16 fuel cells, each containing a fuel cell. It is composed of a cell unit 16 (details will be described later in FIG. 12). In this example, the fuel cell assembly 12 has 128 fuel cell units 16. The housing 6 is not essential, and a frame that holds the heat insulating material 7 may be used. In the fuel cell assembly 12, all of the plurality of fuel cell units 16 are connected in series.

燃料電池モジュール2のモジュールケース8の発電室10の上方には、燃焼部としての燃焼室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ガス(オフガス)と残余の空気とが燃焼し、排気ガス(言い換えると燃焼ガス)を生成するようになっている。さらに、モジュールケース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、原燃料ガス(原料ガス)を改質する改質器120が配置され、残余ガスの燃焼熱によって改質器120を改質反応が可能な温度となるように加熱している。 A combustion chamber 18 as a combustion unit is formed above the power generation chamber 10 of the module case 8 of the fuel cell module 2. In this combustion chamber 18, residual fuel gas (off gas) and residual fuel gas (off gas) and residuals not used for the power generation reaction are formed. The air is burned to generate exhaust gas (in other words, combustion gas). Further, the module case 8 is covered with the heat insulating material 7 to suppress the heat inside the fuel cell module 2 from being dissipated to the outside air. Further, above the combustion chamber 18, a reformer 120 for reforming the raw material fuel gas (raw material gas) is arranged, and the temperature at which the reformer 120 can be reformed by the combustion heat of the residual gas is reached. It is heating like.

さらに、ハウジング6内においてモジュールケース8の上方には、蒸発器140が断熱材7内に設けられている。蒸発器140は、供給された水と排気ガスとの間で熱交換を行うことによって、水を蒸発させて水蒸気を生成し、この水蒸気と原燃料ガスとの混合ガス(以下では「燃料ガス」と呼ぶこともある。)をモジュールケース8内の改質器120に供給する。 Further, an evaporator 140 is provided in the heat insulating material 7 above the module case 8 in the housing 6. The evaporator 140 evaporates water to generate water vapor by exchanging heat between the supplied water and the exhaust gas, and a mixed gas of the water vapor and the raw fuel gas (hereinafter referred to as "fuel gas"). (Sometimes referred to as) is supplied to the reformer 120 in the module case 8.

つぎに、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120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。
なお、本実施形態では、装置の起動時に改質器120内において、部分酸化改質反応(POX)のみが生じるPOX工程から、部分酸化改質反応(POX)と水蒸気改質反応(SR)が混在したオートサーマル改質反応(ATR)が生じるATR工程を経て、水蒸気改質反応のみが生じるSR工程が行われるように構成してもよいし、POX工程を省略してATR工程からSR工程に移行されるように構成してもよいし、POX工程及びATR工程を省略してSR工程のみが行われるように構成してもよい。なお、SR工程のみが行われる構成では、改質用空気流量調整ユニット44は不要である。
Next, the auxiliary machine unit 4 adjusts the flow rate of the water supplied from the pure water tank 26 which stores the water containing the condensed water contained in the exhaust from the fuel cell module 2 and turns it into pure water by a filter. It is equipped with a water flow rate adjusting unit 28 (such as a "water pump" driven by a motor). Further, the auxiliary machine unit 4 adjusts the flow rate of the fuel gas, the gas shutoff valve 32 for shutting off the fuel supplied from the fuel supply source 30 such as city gas, the desulfurizer 36 for removing sulfur from the fuel gas, and the fuel gas flow rate. It is provided with a fuel flow rate adjusting unit 38 (such as a "fuel pump" driven by a motor) and a valve 39 that shuts off the fuel gas flowing out of the fuel flow rate adjusting unit 38 when a power source is lost. Further, the auxiliary machine unit 4 includes an electromagnetic valve 42 that shuts off the air supplied from the air supply source 40, a reforming air flow rate adjusting unit 44 that adjusts the air flow rate, and a power generation air flow rate adjusting unit 45 (with a motor). The driven "air blower" etc.), the first heater 46 that heats the reforming air supplied to the reformer 120, and the second heater 48 that heats the power generation air supplied to the power generation chamber. I have. These first heater 46 and second heater 48 are provided in order to efficiently raise the temperature at the time of start-up, but may be omitted.
In this embodiment, the partial oxidation reforming reaction (POX) and the steam reforming reaction (SR) are carried out from the POX step in which only the partial oxidation reforming reaction (POX) occurs in the reformer 120 when the apparatus is started. It may be configured so that the SR step in which only the steam reforming reaction occurs is performed through the ATR step in which the mixed auto-thermal reforming reaction (ATR) occurs, or the POX step is omitted and the ATR process is changed to the SR process. It may be configured to be migrated, or it may be configured so that only the SR step is performed by omitting the POX step and the ATR step. In the configuration in which only the SR process is performed, the reforming air flow rate adjusting unit 44 is unnecessary.

つぎに、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, the hot water production device 50 to which the exhaust gas is supplied is connected to the fuel cell module 2. Tap water is supplied to the hot water production apparatus 50 from the water supply source 24, and the tap water becomes hot water by the heat of the exhaust gas and is supplied to a hot water storage tank of an external water heater (not shown). Further, the fuel cell module 2 is provided with a control box 52 for controlling the supply amount of fuel gas and the like. Further, the fuel cell module 2 is connected to an inverter 54 which is a power extraction unit (power conversion unit) for supplying the electric power generated by the fuel cell module to the outside.

つぎに、図2〜図4を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの構造について説明する。
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装置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線に沿った断面図であり、図4は、モジュールケース及び空気通路カバーの分解斜視図である。なお、図2、3ではハウジングは省略している。
Next, the structure of the fuel cell module of the solid oxide fuel cell device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
FIG. 2 is a side sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG. FIG. 4 is an exploded perspective view of the module case and the air passage cover. The housing is omitted in FIGS. 2 and 3.

図2及び図3に示すように、燃料電池モジュール2は、断熱材7で覆われたモジュールケース8の内部に設けられた燃料電池セル集合体12及び改質器120を有すると共に、モジュールケース8の外部で且つ断熱材7内に設けられた蒸発器140を有する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell module 2 has a fuel cell assembly 12 and a reformer 120 provided inside a module case 8 covered with a heat insulating material 7, and also has a module case 8. It has an evaporator 140 provided outside and inside the heat insulating material 7.

まず、モジュールケース8は、図4に示すように、略矩形の天板8a,底板8c,これらの長手方向(図2の左右方向)に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板8bからなる筒状体と、この筒状体の長手方向の両端部の2つの対向する開口部を塞ぎ、天板8a及び底板8cの幅方向(図3の左右方向)に延びる辺同士を連結する閉鎖側板8d,8eからなる。 First, as shown in FIG. 4, the module case 8 is composed of a substantially rectangular top plate 8a, a bottom plate 8c, and a pair of opposite side plates 8b connecting the sides extending in the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 2). A closing side plate that closes the tubular body and the two opposing openings at both ends of the tubular body in the longitudinal direction, and connects the sides extending in the width direction (left-right direction in FIG. 3) of the top plate 8a and the bottom plate 8c. It consists of 8d and 8e.

モジュールケース8は、空気通路カバー160によって天板8a及び側板8bが覆われている。空気通路カバー160は、天板160aと、対向する一対の側板160bとを有する。天板160aの略中央部分には、排気管171を貫通させるための開口部167が設けられている。また、天板160aの閉鎖側板8d側の部分には、発電用空気導入管74が接続される開口部168が設けられている。天板160aと天板8aとの間、及び、側板160bと側板8bとの間は、所定の距離だけ離間した状態となっている。これにより、モジュールケース8の外側と断熱材7との間、具体的にはモジュールケース8の天板8a及び側板8bと、空気通路カバー160の天板160a及び側板160bとの間には、酸化剤ガス供給通路としての空気通路161a,161bが形成されている(図3参照)。 In the module case 8, the top plate 8a and the side plate 8b are covered with the air passage cover 160. The air passage cover 160 has a top plate 160a and a pair of side plates 160b facing each other. An opening 167 for passing the exhaust pipe 171 is provided in a substantially central portion of the top plate 160a. Further, an opening 168 to which the air introduction pipe 74 for power generation is connected is provided in the portion of the top plate 160a on the closed side plate 8d side. The top plate 160a and the top plate 8a, and the side plate 160b and the side plate 8b are separated by a predetermined distance. As a result, between the outside of the module case 8 and the heat insulating material 7, specifically, between the top plate 8a and the side plate 8b of the module case 8 and the top plate 160a and the side plate 160b of the air passage cover 160, oxidation occurs. Air passages 161a and 161b are formed as agent gas supply passages (see FIG. 3).

モジュールケース8の側板8bの下部には、複数の貫通孔である吹出口8fが設けられている(図4参照)。発電用空気は、空気通路カバー160の天板160aのうち、モジュールケース8の閉鎖側板8d側の略中央部に設けられた発電用空気導入管74から空気通路161a内に供給される(図2参照)。そして、発電用空気は、空気通路161a,161bを通って、吹出口8fから燃料電池セル集合体12に向けて発電室10内に噴射される(図3、図4参照)。 At the lower part of the side plate 8b of the module case 8, a plurality of through holes 8f are provided (see FIG. 4). The power generation air is supplied into the air passage 161a from the power generation air introduction pipe 74 provided in the substantially central portion of the top plate 160a of the air passage cover 160 on the closed side plate 8d side of the module case 8 (FIG. 2). reference). Then, the air for power generation is injected into the power generation chamber 10 from the outlet 8f toward the fuel cell assembly 12 through the air passages 161a and 161b (see FIGS. 3 and 4).

また、空気通路161a,161bの内部には、熱交換促進部材としてのプレートフィン162,163が設けられている(図3参照)。プレートフィン162は、モジュールケース8の天板8aと空気通路カバー160の天板160aの間で長手方向及び幅方向に延びるように水平方向に設けられ、プレートフィン163は、モジュールケース8の側板8bと空気通路カバー160の側板160bとの間であって、且つ、燃料電池セルユニット16よりも上方の位置に長手方向及び鉛直方向に延びるように設けられている。 Further, plate fins 162 and 163 as heat exchange promoting members are provided inside the air passages 161a and 161b (see FIG. 3). The plate fins 162 are horizontally provided between the top plate 8a of the module case 8 and the top plate 160a of the air passage cover 160 so as to extend in the longitudinal direction and the width direction, and the plate fins 163 are provided on the side plates 8b of the module case 8. It is provided between the air passage cover 160 and the side plate 160b of the air passage cover 160 and extends in the longitudinal direction and the vertical direction at a position above the fuel cell unit 16.

空気通路161a,161bを流れる発電用空気は、特にプレートフィン162,163を通過する際に、これらプレートフィン162,163の内側のモジュールケース8内(具体的には天板8a,側板8bに沿って設けられた排気通路)を通過する排気ガスとの間で熱交換を行い、加熱されることとなる。このようなことから、空気通路161a,161bにおいてプレートフィン162,163が設けられた部分は、熱交換器(熱交換部)として機能する。なお、プレートフィン162が設けられた部分が主たる熱交換器部分を構成し、プレートフィン163が設けられた部分が従たる熱交換器部分を構成する。 The power generation air flowing through the air passages 161a and 161b is inside the module case 8 inside the plate fins 162 and 163 (specifically, along the top plate 8a and the side plates 8b) when passing through the plate fins 162 and 163. It will be heated by exchanging heat with the exhaust gas passing through the exhaust passage provided in the above. For this reason, the portions of the air passages 161a and 161b provided with the plate fins 162 and 163 function as heat exchangers (heat exchange portions). The portion provided with the plate fins 162 constitutes the main heat exchanger portion, and the portion provided with the plate fins 163 constitutes the subordinate heat exchanger portion.

つぎに、蒸発器140は、モジュールケース8の天板8a上で水平方向に延びるように固定されている。そして、蒸発器140は、長手方向(図2の左右方向)の一側端側に、に排気管171及び混合ガス供給管112が接続され、長手方向の他側端側に排気ガス排出管82が接続され、排気管171により支持されている。また、蒸発器140とモジュールケース8との間には、これらの隙間を埋めるように断熱材7の一部分が配置されている(図2及び図3参照)。 Next, the evaporator 140 is fixed so as to extend in the horizontal direction on the top plate 8a of the module case 8. An exhaust pipe 171 and a mixed gas supply pipe 112 are connected to one side end side of the evaporator 140 in the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 2), and an exhaust gas discharge pipe 82 is connected to the other end side in the longitudinal direction. Is connected and supported by an exhaust pipe 171. Further, a part of the heat insulating material 7 is arranged between the evaporator 140 and the module case 8 so as to fill these gaps (see FIGS. 2 and 3).

具体的には、蒸発器140は、長手方向(図2の左右方向)の一側端側に、水及び原燃料ガス(改質用空気を含めてもよい)を供給する水供給配管62及び原料供給配管63と、排気ガスを排出するための排気ガス排出管82(図2参照)とが連結され、長手方向の他側端側に、排気管171の上端部が連結されている。排気管171は、空気通路カバー160の天板160aに形成された開口部167を貫通して下方へ延び、モジュールケース8の天板8a上に形成された排気口111に連結されている。排気口111は、モジュールケース8内の燃焼室18で生成された排気ガスをモジュールケース8の外へ排出する開口部であり、モジュールケース8の上面視略矩形の天板8aのほぼ中央部に形成されている。 Specifically, the evaporator 140 has a water supply pipe 62 and a water supply pipe 62 that supplies water and raw fuel gas (may include reforming air) to one side end side in the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 2). The raw material supply pipe 63 and the exhaust gas discharge pipe 82 (see FIG. 2) for discharging the exhaust gas are connected, and the upper end portion of the exhaust pipe 171 is connected to the other end side in the longitudinal direction. The exhaust pipe 171 penetrates the opening 167 formed in the top plate 160a of the air passage cover 160 and extends downward, and is connected to the exhaust port 111 formed on the top plate 8a of the module case 8. The exhaust port 111 is an opening for discharging the exhaust gas generated in the combustion chamber 18 in the module case 8 to the outside of the module case 8, and is located at a substantially central portion of a top plate 8a having a substantially rectangular top view of the module case 8. It is formed.

図5は、図2に示す固体電解質形燃料電池装置の蒸発器を拡大断面図である。また、図6は、図2に示す固体電解質形燃料電池装置の蒸発器の天板及び燃焼触媒器を省略した状態の斜視図である。なお、図6には、水(水蒸気)及び燃料(原料ガス)の流れをそれぞれ実線及び一点鎖線で示す。
蒸発器140は、上面視で略矩形の箱状の蒸発器ケース141(図2、図3)を有している。この蒸発器ケース141は、第1の容器143と、第1の容器の143の下方に重ね合わされた第2の容器144と、第1の容器143の上部を塞ぐ天板142とにより構成されている。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the evaporator of the solid electrolyte fuel cell apparatus shown in FIG. Further, FIG. 6 is a perspective view of the solid electrolyte fuel cell apparatus shown in FIG. 2 in a state in which the top plate of the evaporator and the combustion catalyst are omitted. In FIG. 6, the flows of water (steam) and fuel (raw material gas) are shown by solid lines and alternate long and short dash lines, respectively.
The evaporator 140 has a box-shaped evaporator case 141 (FIGS. 2 and 3) which is substantially rectangular in top view. The evaporator case 141 is composed of a first container 143, a second container 144 stacked below the 143 of the first container, and a top plate 142 that closes the upper part of the first container 143. There is.

天板142は、平板状の金属部材からなる。天板142の一方の端部の幅方向中央には原料供給配管63を接続するための開口部が形成され、一方の端部の幅方向一側部には水供給配管62を接続するための開口部が形成されている。 The top plate 142 is made of a flat metal member. An opening for connecting the raw material supply pipe 63 is formed in the center of one end of the top plate 142 in the width direction, and an opening for connecting the water supply pipe 62 is formed on one side of the one end in the width direction. An opening is formed.

図5及び図6に示すように、第1の容器143は、底面143A1、143A2と、底面143A1、143A2の外周縁から上方に延びる側壁143Bと、側壁143Bの上端から水平方向外方に延びる鍔部143Cと、隔壁147と、を備える。 As shown in FIGS. 5 and 6, the first container 143 has a bottom surface 143A1 and 143A2, a side wall 143B extending upward from the outer peripheral edge of the bottom surfaces 143A1 and 143A2, and a brim extending horizontally outward from the upper end of the side wall 143B. A portion 143C and a partition wall 147 are provided.

第1の容器143の底面143A1、143A2は、隔壁147により水供給配管62及び原料供給配管63側の第1の底面143A1と、混合ガス供給管112側の第2の底面143A2とに分割されている。第1の底面143A1は、後述するように蒸発室150の底面であり、排ガスと水供給配管62から供給された水との間で熱交換するための蒸発面として機能する。第1の容器143の底面143A1の上面は、表面粗さRaが1.5μm以上の粗面として形成されている。これにより、第1の容器143の底面143A1は親水性が高くなり、底面143A1上に供給された水は広範囲に拡がる。さらに、第1の容器143の底面143A1の上面には、水拡散手段としての連続溝156が形成されている。 The bottom surfaces 143A1 and 143A2 of the first container 143 are divided into a first bottom surface 143A1 on the water supply pipe 62 and the raw material supply pipe 63 side and a second bottom surface 143A2 on the mixed gas supply pipe 112 side by the partition wall 147. There is. The first bottom surface 143A1 is the bottom surface of the evaporation chamber 150 as described later, and functions as an evaporation surface for heat exchange between the exhaust gas and the water supplied from the water supply pipe 62. The upper surface of the bottom surface 143A1 of the first container 143 is formed as a rough surface having a surface roughness Ra of 1.5 μm or more. As a result, the bottom surface 143A1 of the first container 143 becomes highly hydrophilic, and the water supplied on the bottom surface 143A1 spreads over a wide range. Further, a continuous groove 156 as a water diffusion means is formed on the upper surface of the bottom surface 143A1 of the first container 143.

図7は、第1の容器の底面に形成された連続溝の一部を拡大して示す図である。なお、図7における下方が水供給配管62側である。同図に示すように、第1の容器143の第1の底面143A1上には、正方形状の突部156Cが前後左右に等間隔で設けられている。また、前後左右に隣接する4つの正方形状の突部156Cの中心部には十字状の突部156Dが形成されている。これにより、連続溝156は、正方形状の溝156Aが前後左右に等間隔に並んであり、隣接する正方形状の溝156Aの対向する辺の中央部の間が連結溝156Bにより連結される構成となっている。 FIG. 7 is an enlarged view showing a part of the continuous groove formed on the bottom surface of the first container. The lower part in FIG. 7 is the water supply pipe 62 side. As shown in the figure, square protrusions 156C are provided on the first bottom surface 143A1 of the first container 143 at equal intervals in the front-rear and left-right directions. Further, a cross-shaped protrusion 156D is formed at the center of four square-shaped protrusions 156C adjacent to the front, back, left and right. As a result, the continuous groove 156 has a configuration in which the square grooves 156A are lined up at equal intervals in the front-rear and left-right directions, and the central portions of the opposite sides of the adjacent square grooves 156A are connected by the connecting groove 156B. It has become.

このような構成により、例えば、図7の中央下方から連続溝156内に入り込んだ水は、A部において左右に屈曲及び分割され、A部からB部の間の溝内を直進し、B部において屈曲する。そして、B部において屈曲した水はB部からC部の間の溝内を直進し、C部においてさらに屈曲及び分割される。このように、連続溝156に供給された水は、A部における屈曲及び分割と、A部からB部の間の溝内の直進と、B部における屈曲と、B部からC部の間の溝内の直進と、C部における屈曲及び分岐を繰り返すことにより、広域に拡がりながら流れる。 With such a configuration, for example, the water that has entered the continuous groove 156 from the lower center of FIG. 7 is bent and divided to the left and right in the A portion, goes straight in the groove between the A portion and the B portion, and is in the B portion. Bend in. Then, the water bent in the B portion travels straight in the groove between the B portion and the C portion, and is further bent and divided in the C portion. As described above, the water supplied to the continuous groove 156 is bent and divided in the A portion, goes straight in the groove between the A portion and the B portion, is bent in the B portion, and is between the B portion and the C portion. By repeating the straight movement in the groove and the bending and branching in the C portion, the water flows while spreading over a wide area.

第2の底面143A2の中央には混合室151の排出口として開口部が形成されており、この開口部には混合ガス供給管112の上端が接続されている。この混合ガス供給管112は、排気管171の内部を通過するように配置されており、一端が第1の容器143に形成された開口部に連結され、他端が改質器120の天面に形成された混合ガス供給口120aに連結されている。混合ガス供給管112は、排気管171内を通過してモジュールケース8内まで鉛直下方に延び、そこで略90°屈曲されて天板8aに沿って水平方向に延びた後、下方へ略90°屈曲されて改質器120に連結されている。 An opening is formed in the center of the second bottom surface 143A2 as a discharge port of the mixing chamber 151, and the upper end of the mixing gas supply pipe 112 is connected to this opening. The mixed gas supply pipe 112 is arranged so as to pass through the inside of the exhaust pipe 171. One end thereof is connected to an opening formed in the first container 143, and the other end is the top surface of the reformer 120. It is connected to the mixed gas supply port 120a formed in. The mixed gas supply pipe 112 passes through the exhaust pipe 171 and extends vertically downward into the module case 8, where it is bent by approximately 90 °, extends horizontally along the top plate 8a, and then extends downward by approximately 90 °. It is bent and connected to the reformer 120.

隔壁147は、第1の容器143の長手方向に延びる側壁143Bの間を短手方向に延びており、金属材料が上方に向けて突出することにより形成されている。隔壁147は、第1及び第2の底面143A1、143A2の縁から上方に平行に延びる一対の側壁147Bと、一対の側壁147Bの上端の間を結ぶ上面147Cと、を備える。また、隔壁147の上部の短手方向(隔壁147の延びる方向)の中央には凹部147Aが形成されている。 The partition wall 147 extends in the lateral direction between the side walls 143B extending in the longitudinal direction of the first container 143, and is formed by projecting the metal material upward. The partition wall 147 includes a pair of side walls 147B extending in parallel upward from the edges of the first and second bottom surfaces 143A1 and 143A2, and an upper surface 147C connecting between the upper ends of the pair of side wall 147Bs. Further, a recess 147A is formed in the center of the upper portion of the partition wall 147 in the lateral direction (direction in which the partition wall 147 extends).

図5及び図6に示すように、隔壁147の上面147Cは平坦面として形成されており、鍔部143Cと面一に形成されている。また、凹部147Aの幅は、第1の底面143A1側が第2の底面143A2側よりも広くなっており、第2の底面143A2側に向かうにつれて徐々に狭くなっている。また、凹部147Aの上面147Cからの深さは、後述する蒸発室150内に充填されたアルミナボールの径よりも小さい。また、隔壁147の内側には、一対の側壁147Bと上面147Cとにより囲まれて空間147Dが形成されており、この空間147Dは下方に開口している。 As shown in FIGS. 5 and 6, the upper surface 147C of the partition wall 147 is formed as a flat surface, and is formed flush with the flange portion 143C. Further, the width of the recess 147A is wider on the first bottom surface 143A1 side than on the second bottom surface 143A2 side, and gradually narrows toward the second bottom surface 143A2 side. Further, the depth of the recess 147A from the upper surface 147C is smaller than the diameter of the alumina balls filled in the evaporation chamber 150, which will be described later. Further, a space 147D is formed inside the partition wall 147 by being surrounded by a pair of side walls 147B and an upper surface 147C, and the space 147D is open downward.

第1の容器143は一枚の金属部材をプレス成形して構成されており、底面143A1、143A2と、側壁143Bと、鍔部143Cと、隔壁147とはひと続きの一体成型部材として構成されている。 The first container 143 is formed by press-molding a single metal member, and the bottom surfaces 143A1 and 143A2, the side wall 143B, the flange portion 143C, and the partition wall 147 are formed as a continuous integrally molded member. There is.

第1の容器143と天板142とは、天板142の下面と、鍔部143Cの上面及び隔壁147の上面147Cが当接した状態で接合されている。天板142と、第1の容器143の第1の底面143A1、側壁143B、及び隔壁147とにより蒸発室150が区画されている。また、天板142と、第1の容器143の第2の底面143A2、側壁143B、及び隔壁147とにより混合室151が区画されている。そして、隔壁147の凹部147Aと天板142とにより区画され、蒸発器140の幅方向中央の上部に位置する連通路により、蒸発室150と混合室151とが連通している。 The first container 143 and the top plate 142 are joined in a state where the lower surface of the top plate 142, the upper surface of the flange portion 143C, and the upper surface 147C of the partition wall 147 are in contact with each other. The evaporation chamber 150 is partitioned by the top plate 142, the first bottom surface 143A1, the side wall 143B, and the partition wall 147 of the first container 143. Further, the mixing chamber 151 is partitioned by the top plate 142, the second bottom surface 143A2 of the first container 143, the side wall 143B, and the partition wall 147. Then, it is partitioned by the recess 147A of the partition wall 147 and the top plate 142, and the evaporation chamber 150 and the mixing chamber 151 are communicated with each other by a communication passage located at the upper part in the center in the width direction of the evaporator 140.

蒸発室150内には、複数の粒状の熱伝導性部材が充填されている。熱伝導性部材としては、例えば、球状のアルミナボールなどを用いることができる。蒸発室150内に充填されたアルミナボールは、天板142に当接している。 The evaporation chamber 150 is filled with a plurality of granular heat conductive members. As the heat conductive member, for example, a spherical alumina ball or the like can be used. The alumina balls filled in the evaporation chamber 150 are in contact with the top plate 142.

混合室151には、仕切り部材152が配置されている。仕切り部材152は、同一断面で幅方向に延びる耐熱性を有する金属材料で形成された部材である。仕切り部材152は、上面152Aと、上面152Aの両側部から下方に平行に延びる一対の側壁部152Bと、一対の側壁部152Bの縁から外側に延びる一対の基部152Cと、を備える。蒸発室150側の側壁部152Bの幅方向両側部には横長の開口部152Dが形成されている。 A partition member 152 is arranged in the mixing chamber 151. The partition member 152 is a member made of a heat-resistant metal material having the same cross section and extending in the width direction. The partition member 152 includes an upper surface 152A, a pair of side wall portions 152B extending in parallel downward from both side portions of the upper surface 152A, and a pair of base portions 152C extending outward from the edges of the pair of side wall portions 152B. A horizontally long opening 152D is formed on both sides of the side wall portion 152B on the evaporation chamber 150 side in the width direction.

仕切り部材152の長手方向長さは、混合室151の幅とほぼ等しい。仕切り部材152は、第1の容器143の第2の底面143A2に形成された混合ガス供給管112が接続された開口部(排出口)を覆うように蒸発室150内に配置されている。仕切り部材152は、基部152Cの下面が第1の容器143の第2の底面143A2と当接した状態で、基部152Cと第2の底面143A2とがスポット溶接されることにより、第1の容器143に固定されている。仕切り部材152の一対の側壁部152Bの側部と、第1の容器143の内壁との間は溶接されておらず、隙間が形成されている。また、仕切り部材152の上面152Aは第1の容器143の鍔部143Cと略等しい高さとなっている。 The length of the partition member 152 in the longitudinal direction is substantially equal to the width of the mixing chamber 151. The partition member 152 is arranged in the evaporation chamber 150 so as to cover the opening (discharge port) to which the mixed gas supply pipe 112 formed on the second bottom surface 143A2 of the first container 143 is connected. In the partition member 152, the first container 143 is formed by spot welding the base 152C and the second bottom surface 143A2 while the lower surface of the base portion 152C is in contact with the second bottom surface 143A2 of the first container 143. It is fixed to. The side portions of the pair of side wall portions 152B of the partition member 152 and the inner wall of the first container 143 are not welded, and a gap is formed. Further, the upper surface 152A of the partition member 152 has a height substantially equal to that of the flange portion 143C of the first container 143.

仕切り部材152が設けられることにより、蒸発室150内の空間は、隔壁147と仕切り部材152との間の第1の空間153Aと、仕切り部材152の一対の側壁部152Bの間の第2の空間153Bと、仕切り部材152と第1の容器143の側壁143Bとの間の第3の空間153Cとに分割されている。第1の空間153Aと第2の空間153Bとは、側壁部152Bに形成された開口部152Dを通じて連通している。また、第3の空間153Cは、仕切り部材152の一対の側壁部152Bの両側部と第1の容器143の内壁との間の隙間を介して、第1の空間153A及び第2の空間153Bと連通している。この隙間の面積は側壁部152Bに形成された開口部152Dの面積に比べて非常に小さいため、第1の空間153Aから第3の空間153Cへの圧力損失は、第1の空間153Aから第2の空間153Bまで(特に、第2の底面143A2の底面に形成された開口部まで)の圧力損失よりも高くなっている。なお、後述するように、第2の空間153Bは水蒸気と原料ガスとを混合する混合流路として機能し、第3の空間153Cは突沸緩衝空間として機能する。 By providing the partition member 152, the space in the evaporation chamber 150 is a second space between the first space 153A between the partition wall 147 and the partition member 152 and the pair of side wall portions 152B of the partition member 152. It is divided into 153B and a third space 153C between the partition member 152 and the side wall 143B of the first container 143. The first space 153A and the second space 153B communicate with each other through the opening 152D formed in the side wall portion 152B. Further, the third space 153C is connected to the first space 153A and the second space 153B through a gap between both side portions of the pair of side wall portions 152B of the partition member 152 and the inner wall of the first container 143. Communicating. Since the area of this gap is very small compared to the area of the opening 152D formed in the side wall portion 152B, the pressure loss from the first space 153A to the third space 153C is from the first space 153A to the second space 153A. It is higher than the pressure loss up to the space 153B (particularly up to the opening formed in the bottom surface of the second bottom surface 143A2). As will be described later, the second space 153B functions as a mixing flow path for mixing water vapor and the raw material gas, and the third space 153C functions as a bumping buffer space.

第2の容器144は、排気管171が接続される側の第1の底面144A1と、排気ガス排出管82が接続される側の第2の底面144A2と、第1の底面144A1と第2の底面144A2との間を連結する中間側壁144Dと、第1及び第2の底面144A1、144A2の外周縁から上方に延びる側壁144Bと、側壁144Bの上端から水平方向外方に延びる鍔部144Cと、を備える。第2の容器144の第1の底面144A1には、排気管171の上端が接続される開口部が形成され、第2の底面144A2には排気ガス排出管82が接続される開口部が形成されている。
第1の底面144A1は排気管171が接続される側の端部から略中央部まで延びている。また、第2の底面144A2は排気ガス排出管82が接続される側の端部から略中央部まで延びている。第2の底面144A2は、第1の底面144A1よりも高い位置に設けられている。
The second container 144 has a first bottom surface 144A1 on the side to which the exhaust pipe 171 is connected, a second bottom surface 144A2 on the side to which the exhaust gas discharge pipe 82 is connected, and a first bottom surface 144A1 and a second. An intermediate side wall 144D connecting between the bottom surface 144A2, a side wall 144B extending upward from the outer peripheral edge of the first and second bottom surfaces 144A1 and 144A2, and a flange portion 144C extending horizontally outward from the upper end of the side wall 144B. To be equipped. The first bottom surface 144A1 of the second container 144 is formed with an opening to which the upper end of the exhaust pipe 171 is connected, and the second bottom surface 144A2 is formed with an opening to which the exhaust gas discharge pipe 82 is connected. ing.
The first bottom surface 144A1 extends from an end portion on the side to which the exhaust pipe 171 is connected to a substantially central portion. Further, the second bottom surface 144A2 extends from an end portion on the side to which the exhaust gas discharge pipe 82 is connected to a substantially central portion. The second bottom surface 144A2 is provided at a position higher than that of the first bottom surface 144A1.

第2の容器144は、第1の容器143に下方から重ね合わされている。重ね合わされた状態において、第2の容器144の鍔部144Cの上面は、第1の容器143の鍔部143Cの下面に当接している。また、第2の容器144の側壁144Bの上部は、第1の容器143の側壁143Bと当接している。 The second container 144 is superposed on the first container 143 from below. In the stacked state, the upper surface of the collar portion 144C of the second container 144 is in contact with the lower surface of the collar portion 143C of the first container 143. Further, the upper portion of the side wall 144B of the second container 144 is in contact with the side wall 143B of the first container 143.

第1の容器143の底面143A1、143A2と、第2の容器144の第1及び第2の底面144A1、144A2との間には、排気管171から排気ガス排出管82まで蒸発器140の長手方向に延びる排気ガス流路154が形成されている。なお、この排気ガス流路154は、隔壁147内の空間147Dと連通している。 Between the bottom surfaces 143A1 and 143A2 of the first container 143 and the first and second bottom surfaces 144A1 and 144A2 of the second container 144, from the exhaust pipe 171 to the exhaust gas discharge pipe 82 in the longitudinal direction of the evaporator 140. An exhaust gas flow path 154 extending to is formed. The exhaust gas flow path 154 communicates with the space 147D in the partition wall 147.

排気ガス流路154は、排気管171側が接続される側(すなわち、上流側)の第1の領域154Aと、排気ガス排出管82が接続される側(すなわち、下流側)の第2の領域154Bとを含む。第1の領域154Aは、第1の容器143の底面143A1、143A2と第2の容器144の第1の底面144A1との間の領域である。また、第2の領域154Bは、第1の容器143の第1の底面143A1と第2の容器144の第2の底面144A2との間の領域である。排気ガス流路154の第1の領域154Aの高さは、第2の領域154Bの高さよりも高くなっている。 The exhaust gas flow path 154 includes a first region 154A on the side to which the exhaust pipe 171 side is connected (that is, the upstream side) and a second region on the side to which the exhaust gas discharge pipe 82 is connected (that is, the downstream side). Includes 154B and. The first region 154A is an region between the bottom surfaces 143A1 and 143A2 of the first container 143 and the first bottom surface 144A1 of the second container 144. The second region 154B is an region between the first bottom surface 143A1 of the first container 143 and the second bottom surface 144A2 of the second container 144. The height of the first region 154A of the exhaust gas flow path 154 is higher than the height of the second region 154B.

また、第1の領域154A内には、隔壁147を挟むような位置に一対のスリット部材148A,148Bが設けられている。一対のスリット部材148A、148Bは、それぞれ排気ガス流路154の全幅にわたって延びており、下端が第2の容器144の第2の底面144A2に接続され、上端が第1の容器143の第1の底面143A1及び第2の底面143A2にそれぞれ当接している。スリット部材148A,148Bには、排ガスが通過することが可能かつスリット部材148A,148Bの間に充填された燃焼触媒149が挿通できないような(すなわち、燃焼触媒149の直径よりも幅の狭い)スリットが形成されている。 Further, in the first region 154A, a pair of slit members 148A and 148B are provided at positions that sandwich the partition wall 147. Each of the pair of slit members 148A and 148B extends over the entire width of the exhaust gas flow path 154, the lower end is connected to the second bottom surface 144A2 of the second container 144, and the upper end is the first of the first container 143. It is in contact with the bottom surface 143A1 and the second bottom surface 143A2, respectively. Slits through which exhaust gas can pass and the combustion catalyst 149 filled between the slit members 148A and 148B cannot be inserted into the slit members 148A and 148B (that is, the width is narrower than the diameter of the combustion catalyst 149). Is formed.

排気ガス流路154の第1の領域154Aには、第1の容器143と、第2の容器144と、一対のスリット部材148A、148Bとにより囲まれた燃焼触媒部148が形成されている。燃焼触媒部148を構成する空間は、隔壁147の内側の空間147Dを含んでいる。燃焼触媒部148の空間内には、例えば、白金などからなる粒状の燃焼触媒149が充填されている。燃焼触媒149は、最上部が隔壁147の内側の空間147D内に位置する高さまで充填されている。 In the first region 154A of the exhaust gas flow path 154, a combustion catalyst portion 148 surrounded by a first container 143, a second container 144, and a pair of slit members 148A and 148B is formed. The space constituting the combustion catalyst unit 148 includes the space 147D inside the partition wall 147. The space of the combustion catalyst unit 148 is filled with a granular combustion catalyst 149 made of, for example, platinum. The combustion catalyst 149 is filled to a height at which the uppermost portion is located in the space 147D inside the partition wall 147.

蒸発器140とモジュールケース8との間には断熱材7が配置されている。上述の通り、第2の容器144の第2の底面144A2は、第1の底面144A1よりも高い位置に設けられているため、蒸発器140の第2の領域154Bに当たる部分と、モジュールケース8との間の断熱材7の厚さが、蒸発器140の第1の領域154Aに当たる部分と、モジュールケース8との間の断熱材7の厚さよりも厚くなっている。 A heat insulating material 7 is arranged between the evaporator 140 and the module case 8. As described above, since the second bottom surface 144A2 of the second container 144 is provided at a position higher than the first bottom surface 144A1, the portion corresponding to the second region 154B of the evaporator 140 and the module case 8 The thickness of the heat insulating material 7 between the two is thicker than the thickness of the heat insulating material 7 between the portion of the evaporator 140 corresponding to the first region 154A and the module case 8.

また、排気ガス流路154の第2の領域154B内には、熱交換促進部材としてのプレートフィン155が設けられている。なお、プレートフィン155は第1の領域154A内には設けられていない。図8(A)は排ガス流路内に設けられたプレートフィンを示す斜視図であり、(B)は蒸発器におけるプレートフィンの近傍を拡大して示す図である。 Further, a plate fin 155 as a heat exchange promoting member is provided in the second region 154B of the exhaust gas flow path 154. The plate fins 155 are not provided in the first region 154A. FIG. 8A is a perspective view showing the plate fins provided in the exhaust gas flow path, and FIG. 8B is an enlarged view showing the vicinity of the plate fins in the evaporator.

プレートフィン155は、一枚の金属製プレートを加工して製造されている。プレートフィン155は、板状の本体部155Aと、下方に突出する第1の突出部155Bと、上方に突出する第2の突出部155Cとを有する。 The plate fin 155 is manufactured by processing a single metal plate. The plate fin 155 has a plate-shaped main body portion 155A, a first protruding portion 155B protruding downward, and a second protruding portion 155C protruding upward.

また、第1の突出部155Bは、それぞれ、斜め下方に向かって延びる一対の傾斜部155B1と、一対の傾斜部155B1の下端部の間を結ぶ連結部155B2とにより構成される。そして、本体部155Aの第1の突出部155Bの上方に当たる位置に第1の通過穴155B3が形成されている。また、第1の突出部155Bの連結部155B2の下面には、円柱状の突起部155B4が形成されている。なお、この突起部155B4の面積は、第1及び第2の突出部155B、155Cの連結部155B2、155C2の面積よりも小さい。 Further, the first protruding portion 155B is composed of a pair of inclined portions 155B1 extending diagonally downward and a connecting portion 155B2 connecting the lower ends of the pair of inclined portions 155B1. A first passing hole 155B3 is formed at a position above the first protruding portion 155B of the main body portion 155A. Further, a columnar protrusion 155B4 is formed on the lower surface of the connecting portion 155B2 of the first protrusion 155B. The area of the protruding portion 155B4 is smaller than the area of the connecting portions 155B2 and 155C2 of the first and second protruding portions 155B and 155C.

第2の突出部155Cは、それぞれ、斜め上方に向かって延びる一対の傾斜部155C1と、一対の傾斜部155C1の上端部の間を結ぶ連結部155C2とにより構成される。そして、本体部155Aの第2の突出部155Cの下方に当たる位置には、第2の通過穴155C3が形成されている。 The second protruding portion 155C is composed of a pair of inclined portions 155C1 extending obliquely upward and a connecting portion 155C2 connecting the upper ends of the pair of inclined portions 155C1. A second passing hole 155C3 is formed at a position below the second protruding portion 155C of the main body portion 155A.

プレートフィン155は、第1の突出部155Bの突起部155B4が第2の容器144の底面144Aと当接し、第2の突出部155Cの連結部155C2が第1の容器143の底面143A1と当接している。これにより、プレートフィン155は、第1の容器143の底面143A1と熱的に接続され、プレートフィン155の第2の容器144の底面144Aへの熱抵抗が、第1の容器143の底面143A1との熱抵抗よりも大きくなっている。 In the plate fin 155, the protrusion 155B4 of the first protrusion 155B is in contact with the bottom surface 144A of the second container 144, and the connecting portion 155C2 of the second protrusion 155C is in contact with the bottom surface 143A1 of the first container 143. ing. As a result, the plate fin 155 is thermally connected to the bottom surface 143A1 of the first container 143, and the thermal resistance of the plate fin 155 to the bottom surface 144A of the second container 144 becomes the bottom surface 143A1 of the first container 143. It is larger than the thermal resistance of.

このように排気ガス流路154内にプレートフィン155が配置されることにより、排気ガス流路154はプレートフィン155の本体部155Aにより上部空間154Cと、下部空間154Dとに分割される。そして、プレートフィン155の本体部155Aに形成された第1の通過穴155B3及び第2の通過穴155C3を通じて、上部空間154Cと、下部空間154Dとの間で排気ガス流路154を流れる排ガスが流通することができる。 By arranging the plate fins 155 in the exhaust gas flow path 154 in this way, the exhaust gas flow path 154 is divided into an upper space 154C and a lower space 154D by the main body portion 155A of the plate fins 155. Then, the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 154 flows between the upper space 154C and the lower space 154D through the first passing hole 155B3 and the second passing hole 155C3 formed in the main body portion 155A of the plate fin 155. can do.

さらに、蒸発器140はヒータ157を備える。図6に示すように、矩形状の蒸発器140の三辺の外周に沿うように設けられており、両端部は蒸発室150側に向かって延在している。図5に示すように、ヒータ157は第1の容器143の側壁143Bと、第2の容器144の側壁144Bとが重なり合った第1の重なり部158Aに側方から当接している。さらに、ヒータ157は、第1の容器143の鍔部143Cと、第2の容器144の鍔部144Cと、天板142とが重なり合った第2の重なり部158Bに下方から当接している。なお、ヒータ157は蒸発器140の全周に沿うように設けてもよい。 Further, the evaporator 140 includes a heater 157. As shown in FIG. 6, it is provided along the outer circumferences of the three sides of the rectangular evaporator 140, and both ends extend toward the evaporation chamber 150 side. As shown in FIG. 5, the heater 157 is laterally in contact with the first overlapping portion 158A in which the side wall 143B of the first container 143 and the side wall 144B of the second container 144 overlap. Further, the heater 157 is in contact with the second overlapping portion 158B on which the flange portion 143C of the first container 143, the flange portion 144C of the second container 144, and the top plate 142 are overlapped with each other from below. The heater 157 may be provided along the entire circumference of the evaporator 140.

図5に示すように、水供給配管62及び原料供給配管63は図5の右側から水平に延び、蒸発器140の蒸発室150側の側縁を跨いでいる。そして、水供給配管62及び原料供給配管63は下方に向かって屈曲し、天板142に形成された開口を挿通し、蒸発室150室内に開口している。なお、水供給配管62は、蒸発室150側の端部の幅方向中央に開口しており、原料供給配管63は蒸発室150側の端部の蒸発室150の幅方向一側に開口している。 As shown in FIG. 5, the water supply pipe 62 and the raw material supply pipe 63 extend horizontally from the right side of FIG. 5 and straddle the side edge of the evaporator 140 on the evaporation chamber 150 side. Then, the water supply pipe 62 and the raw material supply pipe 63 are bent downward, and the opening formed in the top plate 142 is inserted into the evaporation chamber 150 to open into the evaporation chamber 150. The water supply pipe 62 opens in the center in the width direction of the end portion on the evaporation chamber 150 side, and the raw material supply pipe 63 opens on one side in the width direction of the end portion on the evaporation chamber 150 side. There is.

また、蒸発器140は温度センサ69を備える。温度センサ69も水供給配管62及び原料供給配管63と同様に蒸発器140の蒸発室150側の側縁を跨いで水平方向に延びている。温度センサ69は、天板142の上面に当接するように取り付けられている。そして、温度センサ69は、その先端の温度を検知するセンサ部69Aが蒸発室150の中間よりも下流側に位置するように配置されている。 Further, the evaporator 140 includes a temperature sensor 69. Like the water supply pipe 62 and the raw material supply pipe 63, the temperature sensor 69 also extends in the horizontal direction across the side edge of the evaporator 140 on the evaporation chamber 150 side. The temperature sensor 69 is attached so as to abut on the upper surface of the top plate 142. The temperature sensor 69 is arranged so that the sensor unit 69A for detecting the temperature at the tip thereof is located on the downstream side of the middle of the evaporation chamber 150.

このような蒸発器140では、排気管171から供給された排ガスは排気ガス流路154を流れ、排気ガス排出管82へと排出される。この際、排ガスは排気ガス流路内の燃焼触媒部148内の燃焼触媒149と接触することにより、排ガスに含まれる一酸化炭素等の有害ガス(未燃燃料)が酸化される。また、水供給配管62から蒸発室150に供給された水は、底面143A1上を拡がりながら流れる。そして、底面143A1を介して排ガスと水との間で熱交換が行われ、水が蒸発して水蒸気が生成される。蒸発室150で発生した水蒸気は、原料供給配管63から供給された原料ガスとともに混合室151に流れこみ、水蒸気と燃料ガスとが混合されて、混合ガス供給管112へと排出される。なお、排気ガス流路154を流れる排ガスの向きと、蒸発室150から混合室151へと流れる水蒸気及び原料ガスの流れの向きとは逆方向になっている。 In such an evaporator 140, the exhaust gas supplied from the exhaust pipe 171 flows through the exhaust gas flow path 154 and is discharged to the exhaust gas discharge pipe 82. At this time, the exhaust gas comes into contact with the combustion catalyst 149 in the combustion catalyst section 148 in the exhaust gas flow path, so that harmful gas (unburned fuel) such as carbon monoxide contained in the exhaust gas is oxidized. Further, the water supplied from the water supply pipe 62 to the evaporation chamber 150 flows while spreading on the bottom surface 143A1. Then, heat exchange is performed between the exhaust gas and water via the bottom surface 143A1, and the water evaporates to generate water vapor. The water vapor generated in the evaporation chamber 150 flows into the mixing chamber 151 together with the raw material gas supplied from the raw material supply pipe 63, and the water vapor and the fuel gas are mixed and discharged to the mixed gas supply pipe 112. The direction of the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 154 is opposite to the direction of the flow of water vapor and the raw material gas flowing from the evaporation chamber 150 to the mixing chamber 151.

つぎに、図2及び図3に示すように、改質器120は、燃焼室18の上方でモジュールケース8の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置され、モジュールケース8の天板8aとの間に排気ガス誘導部材130を介して所定距離隔てられて状態で、天板8aに対して固定されている。改質器120は、上面視で外形略矩形であるが、中央部に貫通孔120bが形成された環状構造体であり、上側ケース121と下側ケース122とが接合された筐体を有している。この貫通孔120bは、天板8aに形成された排気口111と上面視で重なるように位置し、好ましくは、貫通孔120bの中央位置に排気口111が形成される。 Next, as shown in FIGS. 2 and 3, the reformer 120 is arranged above the combustion chamber 18 so as to extend horizontally along the longitudinal direction of the module case 8, and the top plate 8a of the module case 8 is arranged. It is fixed to the top plate 8a in a state of being separated by a predetermined distance via an exhaust gas guiding member 130. The reformer 120 has a substantially rectangular outer shape when viewed from above, but is an annular structure in which a through hole 120b is formed in a central portion, and has a housing in which an upper case 121 and a lower case 122 are joined. ing. The through hole 120b is located so as to overlap the exhaust port 111 formed in the top plate 8a in a top view, and preferably the exhaust port 111 is formed at the center position of the through hole 120b.

改質器120の長手方向の一端側(モジュールケース8の閉鎖側板8e側)では、上側ケース121に設けられた混合ガス供給口120aに混合ガス供給管112が連結されており、他端側(閉鎖側板8d側)では、燃料ガス供給管64が下側ケース122に、脱硫器36まで延びる水添脱硫器用水素取出管65が上側ケース121にそれぞれ連結されている。したがって、改質器120は、混合ガス供給管112から混合ガス(つまり水蒸気が混合された原燃料ガス(改質用空気を含めてもよい))を受け取り、内部で混合ガスを改質し、燃料ガス供給管64及び水添脱硫器用水素取出管65から改質後のガス(即ち、燃料ガス)を排出するように構成されている。 On one end side (closed side plate 8e side of the module case 8) of the reformer 120 in the longitudinal direction, the mixed gas supply pipe 112 is connected to the mixed gas supply port 120a provided in the upper case 121, and the other end side (the other end side (closed side plate 8e side). On the closed side plate 8d side), the fuel gas supply pipe 64 is connected to the lower case 122, and the hydrogen extraction pipe 65 for the hydrogenated desulfurizer extending to the desulfurizer 36 is connected to the upper case 121. Therefore, the reformer 120 receives the mixed gas (that is, the raw fuel gas mixed with steam (which may include reforming air)) from the mixed gas supply pipe 112, reforms the mixed gas internally, and reforms the mixed gas. It is configured to discharge the reformed gas (that is, the fuel gas) from the fuel gas supply pipe 64 and the hydrogen extraction pipe 65 for the hydrogenated desulfurizer.

改質器120は、その内部空間が2つの仕切り板123a,123bによって3つの空間に仕切られることにより、改質器120内に、混合ガス供給管112からの混合ガスを受入れる混合ガス受入部120Aと、混合ガスを改質するための改質触媒(図示せず)が充填された改質部120Bと、改質部120Bを通過したガスを排出するガス排出部120Cと、が形成されている(図2参照)。改質部120Bは、仕切り板123a,123bに挟まれた空間であり、この空間に改質触媒が保持されている。混合ガス及び改質後の燃料ガスは、仕切り板123a,123bに設けられた複数の連通孔(スリット)を通って移動可能となっている。また、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。 The reformer 120 is divided into three spaces by two partition plates 123a and 123b, so that the reformer 120 receives the mixed gas from the mixed gas supply pipe 112 in the reformer 120. A reforming unit 120B filled with a reforming catalyst (not shown) for reforming the mixed gas, and a gas discharge unit 120C for discharging the gas that has passed through the reforming unit 120B are formed. (See FIG. 2). The reforming section 120B is a space sandwiched between the partition plates 123a and 123b, and the reforming catalyst is held in this space. The mixed gas and the reformed fuel gas can move through a plurality of communication holes (slits) provided in the partition plates 123a and 123b. Further, as the reforming catalyst, a catalyst in which nickel is added to the surface of an alumina sphere or a catalyst in which ruthenium is added to the surface of an alumina sphere is appropriately used.

混合ガス受入部120Aには、蒸発器140から混合ガス供給管112を介して供給された混合ガスが混合ガス供給口120aを通して噴出される。この混合ガスは、混合ガス受入部120A内で拡張されて噴出速度が低下し、仕切り板123aを通過して改質部120Bに供給される。
改質部120Bでは、低速で移動する混合ガスが改質触媒により燃料ガスに改質され、この燃料ガスが仕切り板123bを通過してガス排出部120Cに供給される。
ガス排出部120Cでは、燃料ガスが燃料ガス供給管64、及び、水添脱硫器用水素取出管65へ排出される。
The mixed gas supplied from the evaporator 140 via the mixed gas supply pipe 112 is ejected to the mixed gas receiving unit 120A through the mixed gas supply port 120a. This mixed gas is expanded in the mixed gas receiving section 120A to reduce the ejection speed, passes through the partition plate 123a, and is supplied to the reforming section 120B.
In the reforming section 120B, the mixed gas moving at a low speed is reformed into a fuel gas by the reforming catalyst, and this fuel gas passes through the partition plate 123b and is supplied to the gas discharging section 120C.
In the gas discharge unit 120C, the fuel gas is discharged to the fuel gas supply pipe 64 and the hydrogen extraction pipe 65 for the hydrogenated desulfurizer.

燃料ガス供給通路としての燃料ガス供給管64は、モジュールケース8内を閉鎖側板8dに沿って下方へ延び、底板8c付近で略90°屈曲されて水平方向に延びて、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内へ入り、更にマニホールド66内で逆側の閉鎖側板8e付近まで水平方向に延びている。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、燃料ガスがマニホールド66内に供給される。このマニホールド66の上方には、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。また、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。 The fuel gas supply pipe 64 as the fuel gas supply passage extends downward along the closing side plate 8d in the module case 8, is bent by approximately 90 ° near the bottom plate 8c, and extends in the horizontal direction, and the fuel cell assembly 12 It enters the manifold 66 formed below the fuel cell 66, and further extends in the manifold 66 in the horizontal direction to the vicinity of the closing side plate 8e on the opposite side. A plurality of fuel supply holes 64b are formed on the lower surface of the horizontal portion 64a of the fuel gas supply pipe 64, and fuel gas is supplied into the manifold 66 from the fuel supply holes 64b. A lower support plate 68 having a through hole for supporting the fuel cell stack 14 is attached above the manifold 66, and the fuel gas in the manifold 66 is supplied into the fuel cell unit 16. To. Further, an ignition device 83 for starting combustion of fuel gas and air is provided in the combustion chamber 18.

排気ガス誘導部材130は、改質器120と天板8aとの間でモジュールケース8の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置されている。排気ガス誘導部材130は、上下方向に所定距離だけ離間された下部誘導板131及び上部誘導板132と、これらの長手方向の両端辺が取り付けられる連結板133,134とを備えている(図2,図3参照)。上部誘導板132は、幅方向の両端部が下方に向けて折り曲げられ、下部誘導板131に連結されている。連結板133,134は、上端部が天板8aに連結され、下端部が改質器120に連結されており、これにより、排気ガス誘導部材130及び改質器120を天板8aに固定している。 The exhaust gas guiding member 130 is arranged between the reformer 120 and the top plate 8a so as to extend horizontally along the longitudinal direction of the module case 8. The exhaust gas guiding member 130 includes a lower guiding plate 131 and an upper guiding plate 132 separated by a predetermined distance in the vertical direction, and connecting plates 133 and 134 to which both ends in the longitudinal direction are attached (FIG. 2). , See Fig. 3). Both ends of the upper guide plate 132 in the width direction are bent downward and connected to the lower guide plate 131. The upper end of the connecting plates 133 and 134 is connected to the top plate 8a, and the lower end is connected to the reformer 120, whereby the exhaust gas guiding member 130 and the reformer 120 are fixed to the top plate 8a. ing.

下部誘導板131は、幅方向(図3の左右方向)の中央部が下方に向けて突出する凸状段部131aが形成されている。一方、上部誘導板132は、下部誘導板131と同様に、幅方向の中央部が下方に向けて凹状となるように凹部132aが形成されている。凸状段部131aと凹部132aは、上下方向で並行して長手方向に延びている。混合ガス供給管112は、モジュールケース8内でこの凹部132a内を水平方向に延びた後、閉鎖側板8e付近で下方に向けて屈曲し、上部誘導板132及び下部誘導板131を貫通して、改質器120に連結されている。 The lower guide plate 131 is formed with a convex stepped portion 131a in which the central portion in the width direction (left-right direction in FIG. 3) projects downward. On the other hand, in the upper guide plate 132, like the lower guide plate 131, the recess 132a is formed so that the central portion in the width direction is concave downward. The convex step portion 131a and the concave portion 132a extend in the longitudinal direction in parallel in the vertical direction. The mixed gas supply pipe 112 extends horizontally in the recess 132a in the module case 8, then bends downward near the closing side plate 8e, penetrates the upper guide plate 132 and the lower guide plate 131, and penetrates the upper guide plate 132 and the lower guide plate 131. It is connected to the reformer 120.

排気ガス誘導部材130は、上部誘導板132、下部誘導板131、連結板133,134によって、断熱層として機能する内部空間であるガス溜135が形成されている。このガス溜135は、燃焼室18と流体連通している。すなわち、上部誘導板132、下部誘導板131、連結板133,134は、所定の隙間を形成するように連結されており、気密的には連結されていない。ガス溜135には、運転中に燃焼室18から排気ガスが流入したり、停止時に外部から空気が流入したりすることが可能となっているが、総じてガス溜135の内外間のガスの移動は緩やかである。 In the exhaust gas guiding member 130, the gas reservoir 135, which is an internal space that functions as a heat insulating layer, is formed by the upper guiding plate 132, the lower guiding plate 131, and the connecting plates 133, 134. The gas reservoir 135 communicates with the combustion chamber 18 in fluid communication. That is, the upper guide plate 132, the lower guide plate 131, and the connecting plates 133, 134 are connected so as to form a predetermined gap, and are not airtightly connected. Exhaust gas can flow into the gas reservoir 135 from the combustion chamber 18 during operation, and air can flow in from the outside when the gas reservoir 135 is stopped. However, as a whole, gas moves between the inside and outside of the gas reservoir 135. Is gradual.

上部誘導板132は、天板8aと所定の上下方向距離を隔てて配置されており、上部誘導板132と天板8aとの間には、長手方向及び幅方向に沿って水平方向に延びる排気通路172が形成されている。この排気通路172は、モジュールケース8の天板8aを挟んで空気通路161aと並設されており、排気通路172内には、空気通路161a,161b内のプレートフィン162,163と同様なプレートフィン175が配置されている。このプレートフィン175は、プレートフィン162と上面視で略同一箇所に設けられており、天板8aを挟んで上下方向に対向している。空気通路161a及び排気通路172のうち、プレートフィン162,175が設けられた部分において、空気通路161aを流れる発電用空気と排気通路172を流れる排気ガスとの間で効率的な熱交換が行われて、排気ガスの熱により発電用空気が昇温されることとなる。 The upper guide plate 132 is arranged at a predetermined vertical distance from the top plate 8a, and an exhaust extending horizontally along the longitudinal direction and the width direction is provided between the upper guide plate 132 and the top plate 8a. A passage 172 is formed. The exhaust passage 172 is juxtaposed with the air passage 161a with the top plate 8a of the module case 8 interposed therebetween, and in the exhaust passage 172, plate fins similar to the plate fins 162 and 163 in the air passages 161a and 161b. 175 are arranged. The plate fins 175 are provided at substantially the same positions as the plate fins 162 in a top view, and face each other in the vertical direction with the top plate 8a interposed therebetween. Efficient heat exchange is performed between the power generation air flowing through the air passage 161a and the exhaust gas flowing through the exhaust passage 172 in the portion of the air passage 161a and the exhaust passage 172 provided with the plate fins 162 and 175. As a result, the heat of the exhaust gas raises the temperature of the power generation air.

また、改質器120は、モジュールケース8の側板8bと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、改質器120と側板8bとの間には、排気ガスを下方から上方へ通過させる排気通路173が形成されている。また、排気ガス誘導部材130も側板8bと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、排気通路173は、排気ガス誘導部材130と側板8bとの間の通路を含んで天板8aまで延びている。排気通路173は、天板8aと側板8bとの角部に位置する排気ガス導入口172aで排気通路172と連通している。この排気ガス導入口172aは、モジュールケース8内で長手方向に延びている。 Further, the reformer 120 is arranged at a predetermined horizontal distance from the side plate 8b of the module case 8, and exhaust gas is passed between the reformer 120 and the side plate 8b from the lower side to the upper side. An exhaust passage 173 is formed. Further, the exhaust gas guiding member 130 is also arranged at a predetermined horizontal distance from the side plate 8b, and the exhaust passage 173 extends to the top plate 8a including the passage between the exhaust gas guiding member 130 and the side plate 8b. ing. The exhaust passage 173 communicates with the exhaust passage 172 at an exhaust gas introduction port 172a located at a corner between the top plate 8a and the side plate 8b. The exhaust gas introduction port 172a extends in the longitudinal direction in the module case 8.

さらに、下部誘導板131は、改質器120の上側ケース121の天面から所定の上下方向距離を隔てて配置されており、下部誘導板131と上側ケース121との間、及び、改質器120の貫通孔120bは、貫通孔120bを下方から上方へ向けて通過した排気ガスを通過させる排気通路174を形成している。この排気通路174は、改質器120の上方で排気通路173と合流する。 Further, the lower guide plate 131 is arranged at a predetermined vertical distance from the top surface of the upper case 121 of the reformer 120, and is located between the lower guide plate 131 and the upper case 121 and the reformer. The through hole 120b of 120 forms an exhaust passage 174 through which the exhaust gas that has passed through the through hole 120b from the lower side to the upper side passes through. The exhaust passage 174 joins the exhaust passage 173 above the reformer 120.

つぎに、図9を参照して、燃料電池セルユニット16について説明する。
図9は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図9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。
Next, the fuel cell unit 16 will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing a fuel cell unit of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 9, the fuel cell unit 16 includes a fuel cell 84 and inner electrode terminals 86 which are caps connected to both ends of the fuel cell 84.

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。 The fuel cell 84 is a tubular structure extending in the vertical direction, and has a cylindrical inner electrode layer 90 forming a fuel gas flow path 88 inside, a cylindrical outer electrode layer 92, an inner electrode layer 90, and an outer side. It includes an electrolyte layer 94 between the electrode layer 92 and the electrode layer 92. The inner electrode layer 90 is a fuel electrode through which the fuel gas passes and has a (−) pole, while the outer electrode layer 92 is an air electrode in contact with air and has a (+) pole.

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 inner electrode terminals 86 attached to the upper end side and the lower end side of the fuel cell 84 have the same structure, the inner electrode terminals 86 attached to the upper end side will be specifically described here. The upper 90a of the inner electrode layer 90 includes an outer peripheral surface 90b and an upper end surface 90c exposed to the electrolyte layer 94 and the outer electrode layer 92. The inner electrode terminal 86 is connected to the outer peripheral surface 90b of the inner electrode layer 90 via a conductive sealing material 96, and further comes into direct contact with the upper end surface 90c of the inner electrode layer 90 to contact the inner electrode layer 90. It is electrically connected. At the center of the inner electrode terminal 86, a fuel gas flow path thin tube 98 communicating with the fuel gas flow path 88 of the inner electrode layer 90 is formed.

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2参照)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2参照)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 flow path thin tube 98 is an elongated thin tube provided so as to extend in the axial direction of the fuel cell 84 from the center of the inner electrode terminal 86. Therefore, a predetermined pressure loss occurs in the flow of fuel gas flowing from the manifold 66 (see FIG. 2) into the fuel gas flow path 88 through the fuel gas flow path thin tube 98 of the lower inner electrode terminal 86. To do. Therefore, the fuel gas flow path thin tube 98 of the lower inner electrode terminal 86 acts as an inflow side flow path resistance portion, and the flow path resistance is set to a predetermined value. Further, a predetermined pressure loss also occurs in the flow of the fuel gas flowing out from the fuel gas flow path 88 through the fuel gas flow path thin tube 98 of the upper inner electrode terminal 86 to the combustion chamber 18 (see FIG. 2). Therefore, the fuel gas flow path thin tube 98 of the upper inner electrode terminal 86 acts as an outflow side flow path resistance portion, and the flow path resistance is set to a predetermined value.

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 is composed of, 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. It is formed from at least one of a mixture, a mixture of Ni and a lantern 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, and lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr and Mg. Formed from at least one of.

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 outer electrode layer 92 is, for example, a lanthanum manganate doped with at least one selected from Sr and Ca, and a lanthanum ferrite doped with at least one selected from Sr, Co, Ni and Cu, Sr, Fe, Ni and Cu. It is formed from at least one of lantern cobaltite, silver, etc. doped with at least one selected from.

つぎに、図10を参照して、燃料電池セルスタック14について説明する。
図10は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
図10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2参照)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 fuel cell stack 14 will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a perspective view showing a fuel cell stack of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 10, the fuel cell stack 14 includes 16 fuel cell units 16, and eight of these fuel cell units 16 are arranged side by side in two rows.
Each fuel cell unit 16 is supported by a rectangular lower support plate 68 (see FIG. 2) whose lower end side is made of ceramic, and four fuel cell unit 16s at both ends are supported on the upper end side, which is roughly square. It is supported by the upper support plate 100. The lower support plate 68 and the upper support plate 100 are each formed with through holes through which the inner electrode terminal 86 can pass.

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。 Further, a current collector 102 and an external terminal 104 are attached to the fuel cell unit 16. The current collector 102 includes a fuel electrode connection portion 102a that is electrically connected to an inner electrode terminal 86 attached to an inner electrode layer 90 that is a fuel electrode, and an outer peripheral surface of an outer electrode layer 92 that is an air electrode. It is integrally formed so as to connect the electrically connected air electrode connecting portion 102b. Further, a silver thin film is formed on the entire outer surface of the outer electrode layer 92 (air electrode) of each fuel cell unit 16 as an electrode on the air electrode side. When the air electrode connecting portion 102b comes into contact with the surface of the thin film, the current collector 102 is electrically connected to the entire air electrode.

さらに、燃料電池セルスタック14の端(図6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、128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。 Further, two external terminals 104 are connected to the air poles of the fuel cell unit 16 located at the end of the fuel cell stack 14 (the back side of the left end in FIG. 6). These external terminals 104 are connected to the inner electrode terminals 86 of the fuel cell unit 16 at the end of the adjacent fuel cell stack 14, and as described above, all of the 128 fuel cell units 16 are connected in series. It is supposed to be done.

つぎに、図11及び図12を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュール内のガスの流れについて説明する。
図11は、図2と同様の、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図12は、図3と同様の、図2のIII−III線に沿った断面図である。なお、図11及び図12は、それぞれ、図2及び図3中にガスの流れを示す矢印を新たに付加した図である。図中、実線矢印は燃料ガスの流れ、破線矢印は発電用空気の流れ、一点鎖線矢印は排気ガスの流れを示す。
Next, with reference to FIGS. 11 and 12, the flow of gas in the fuel cell module of the solid oxide fuel cell apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 11 is a side sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell apparatus according to an embodiment of the present invention similar to FIG. 2, and FIG. 12 is a side sectional view of FIG. 2 III, which is similar to FIG. It is sectional drawing along the −III line. 11 and 12, respectively, are views in which arrows indicating the gas flow are newly added in FIGS. 2 and 3, respectively. In the figure, the solid line arrow indicates the fuel gas flow, the broken line arrow indicates the power generation air flow, and the alternate long and short dash line arrow indicates the exhaust gas flow.

図11及び図12に示すように、水及び原燃料ガス(原料ガス)は、蒸発器140の長手方向の一端側に連結された水供給配管62及び原料供給配管63から蒸発器140の上層に設けられた蒸発室150内に供給される。蒸発室150に供給された水は、第1の容器143の底面143A1の上面が粗面として形成されているため、広範囲に拡がる。また、第1の容器143の底面143A1の上面には、連続溝156が形成されているため、広範囲に拡がる。このようにして広範囲に広がった水は、蒸発器140の下層に設けられた排気ガス流路154を流れる排気ガスにより加熱され水蒸気となる。この際、蒸発室150内にはアルミナボール(熱伝導部材)が充填されているため、排気ガス流路154からの熱がアルミナボールを介して水に伝達される。この水蒸気と、原料供給配管63から供給された原燃料ガスとが、蒸発室150内を下流方向に流れて行く。 As shown in FIGS. 11 and 12, the water and the raw material gas (raw material gas) are transferred from the water supply pipe 62 and the raw material supply pipe 63 connected to one end side in the longitudinal direction of the evaporator 140 to the upper layer of the evaporator 140. It is supplied into the provided evaporation chamber 150. The water supplied to the evaporation chamber 150 spreads over a wide range because the upper surface of the bottom surface 143A1 of the first container 143 is formed as a rough surface. Further, since the continuous groove 156 is formed on the upper surface of the bottom surface 143A1 of the first container 143, it spreads over a wide range. The water spread over a wide area in this way is heated by the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 154 provided in the lower layer of the evaporator 140 to become steam. At this time, since the evaporation chamber 150 is filled with alumina balls (heat conductive members), the heat from the exhaust gas flow path 154 is transferred to water via the alumina balls. The water vapor and the raw material fuel gas supplied from the raw material supply pipe 63 flow in the evaporation chamber 150 in the downstream direction.

図13は、蒸発室及び混合室内における水蒸気と原燃料ガスとの流れを示す斜視図である。蒸発室150内で発生した水蒸気と原燃料ガスとは、隔壁147の中央に形成された凹部147A内を通過して混合室151へと流入する。この際、凹部147Aが混合室151に向けて幅が狭くなっているため、凹部147Aを通過する際に水蒸気と原燃料ガスとが、より均一に混合される。なお、この際、隔壁147の内側の空間147Dに排ガスが入り込むため、水蒸気と原燃料ガスが隔壁147によって加熱される。そして、凹部147Aから混合室151の第1の空間153A内に流入した水蒸気と原燃料ガスとは、幅方向両側に分かれて流れる。ここで、上述したように仕切り部材152と混合室151の内壁との間を介した第1の空間153Aから第3の空間153Cへの圧力損失は、開口部152Dを介した第1の空間153Aから第2の底面143A2の底面に形成された開口部までの圧力損失よりも高くなっているため、第1の空間153A内に流れこんだ水蒸気と原燃料ガスとは、図13に実線で示すように、仕切り部材152の開口部152Dを通って第2の空間153B内に流れこむ。水蒸気と原燃料ガスとは、このように第1の空間153A及び第2の空間153Bを流れる間に混合されて、混合ガス供給管112へと排出される。 FIG. 13 is a perspective view showing the flow of water vapor and raw material fuel gas in the evaporation chamber and the mixing chamber. The water vapor and the raw fuel gas generated in the evaporation chamber 150 pass through the recess 147A formed in the center of the partition wall 147 and flow into the mixing chamber 151. At this time, since the width of the recess 147A is narrowed toward the mixing chamber 151, the water vapor and the raw fuel gas are more uniformly mixed when passing through the recess 147A. At this time, since the exhaust gas enters the space 147D inside the partition wall 147, the water vapor and the raw fuel gas are heated by the partition wall 147. Then, the water vapor and the raw fuel gas that have flowed from the recess 147A into the first space 153A of the mixing chamber 151 flow separately on both sides in the width direction. Here, as described above, the pressure loss from the first space 153A to the third space 153C via the partition member 152 and the inner wall of the mixing chamber 151 is the pressure loss of the first space 153A through the opening 152D. Since the pressure loss is higher than the pressure loss from the second bottom surface to the opening formed in the bottom surface of the second bottom surface 143A2, the water vapor and the raw material fuel gas flowing into the first space 153A are shown by a solid line in FIG. As such, it flows into the second space 153B through the opening 152D of the partition member 152. The water vapor and the raw fuel gas are mixed while flowing through the first space 153A and the second space 153B in this way, and are discharged to the mixed gas supply pipe 112.

なお、蒸発室150内において突沸現象が生じた場合には、蒸発室150内に急激に水蒸気が発生し、第1の空間153A内に流れる。そして、このように突沸現象が生じた場合には、一時的に蒸発室150及び混合室151の第1の空間153A内の気圧が高くなる。このように第1の空間153Aの気圧が高くなると、第1の空間153A内の水蒸気は仕切り部材152の側部と第1の容器143の内壁との間の隙間を介して第3の空間153Cへと流れこむ。これにより、突沸現象が生じた場合であっても、蒸発室150及び混合室151内の圧力の急激な上昇を抑えることができる。 When a bumping phenomenon occurs in the evaporation chamber 150, water vapor is rapidly generated in the evaporation chamber 150 and flows into the first space 153A. When the sudden boiling phenomenon occurs in this way, the air pressure in the first space 153A of the evaporation chamber 150 and the mixing chamber 151 temporarily increases. When the air pressure in the first space 153A becomes high in this way, the water vapor in the first space 153A passes through the gap between the side portion of the partition member 152 and the inner wall of the first container 143, and the third space 153C. Flow into. As a result, even when a bumping phenomenon occurs, it is possible to suppress a rapid increase in pressure in the evaporation chamber 150 and the mixing chamber 151.

また、図14は、第1の重なり部158A及び第2の重なり部158Bの近傍を拡大して示す断面図である。同図に示すように、蒸発器140の第1の重なり部158A及び第2の重なり部158Bと当接するように、ヒータ157が配置されている。このため、ヒータ157から熱が図中矢印で示すように、第1の重なり部158A及び第2の重なり部158Bを介して効果的に第1の容器143の底面143A2、第2の容器144の底面144A、及び天板142を加熱する。これにより、蒸発室150及び混合室151内の水蒸気及び原料ガスが加熱される。また、排気ガス流路154内の排ガスも加熱され、この熱が第1の容器143の底面143A2を介して水蒸気及び原料ガスに伝達されるため、より効率良く、水蒸気及び原料ガスを加熱することができる。 Further, FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the first overlapping portion 158A and the second overlapping portion 158B. As shown in the figure, the heater 157 is arranged so as to come into contact with the first overlapping portion 158A and the second overlapping portion 158B of the evaporator 140. Therefore, as shown by the arrows in the figure, heat from the heater 157 is effectively placed on the bottom surface 143A2 of the first container 143 and the second container 144 via the first overlapping portion 158A and the second overlapping portion 158B. The bottom surface 144A and the top plate 142 are heated. As a result, the water vapor and the raw material gas in the evaporation chamber 150 and the mixing chamber 151 are heated. Further, the exhaust gas in the exhaust gas flow path 154 is also heated, and this heat is transferred to the steam and the raw material gas via the bottom surface 143A2 of the first container 143, so that the steam and the raw material gas can be heated more efficiently. Can be done.

混合ガス供給管112へと排出た混合ガス(燃料ガス)は、混合ガス供給管112を通って、モジュールケース8内の改質器120に供給される。混合ガス供給管112は、排気ガス流路154,排気管171,及び排気通路172の近傍を順に通過しているため、これらの通路を流れる排気ガスにより、混合ガス供給管112内の混合ガスは更に加熱される。 The mixed gas (fuel gas) discharged to the mixed gas supply pipe 112 is supplied to the reformer 120 in the module case 8 through the mixed gas supply pipe 112. Since the mixed gas supply pipe 112 passes in the vicinity of the exhaust gas flow path 154, the exhaust pipe 171, and the exhaust passage 172 in order, the mixed gas in the mixed gas supply pipe 112 is caused by the exhaust gas flowing through these passages. Further heated.

混合ガスは、改質器120内の混合ガス受入部120A内に流入し、ここから仕切り板123aを通過して改質部120Bに流入する。混合ガスは、改質部120Bにおいて改質されて燃料ガスとなる。こうして生成された燃料ガスは、仕切り板123bを通過して、ガス排出部120Cに流入する。 The mixed gas flows into the mixed gas receiving section 120A in the reformer 120, passes through the partition plate 123a from here, and flows into the reforming section 120B. The mixed gas is reformed in the reforming section 120B to become a fuel gas. The fuel gas thus generated passes through the partition plate 123b and flows into the gas discharge unit 120C.

さらに、燃料ガスは、ガス排出部120Cから燃料ガス供給管64と水添脱硫器用水素取出管65とに分岐する。そして、燃料ガス供給管64に流入した燃料ガスは、燃料ガス供給管64の水平部64aに設けられた燃料供給孔64bからマニホールド66内に供給され、マニホールド66から各燃料電池セルユニット16内に供給される。 Further, the fuel gas branches from the gas discharge unit 120C into the fuel gas supply pipe 64 and the hydrogen extraction pipe 65 for the hydrogenated desulfurizer. Then, the fuel gas that has flowed into the fuel gas supply pipe 64 is supplied into the manifold 66 from the fuel supply hole 64b provided in the horizontal portion 64a of the fuel gas supply pipe 64, and is supplied from the manifold 66 into each fuel cell unit 16. Will be supplied.

また、図11及び図12に示すように、発電用空気は、発電用空気導入管74から空気通路161aに供給される。発電用空気は、空気通路161a,161b内において、プレートフィン162,163を通過する際に、これらプレートフィン162,163の下部のモジュールケース8内に形成された排気通路172,173を通過する排気ガスとの間で効率的な熱交換を行い、加熱されることとなる。特に、排気通路172内には、空気通路161aのプレートフィン162に対応してプレートフィン175が設けられているので、発電用空気は、プレートフィン162とプレートフィン175とを介して、排気ガスとより効率的な熱交換を行う。この後、発電用空気は、モジュールケース8の側板8bの下部に設けられた複数の吹出口8fから燃料電池セル集合体12に向けて発電室10内に噴射される。 Further, as shown in FIGS. 11 and 12, the air for power generation is supplied from the air introduction pipe 74 for power generation to the air passage 161a. The exhaust gas for power generation passes through the exhaust passages 172 and 173 formed in the module case 8 below the plate fins 162 and 163 when passing through the plate fins 162 and 163 in the air passages 161a and 161b. Efficient heat exchange with the gas will result in heating. In particular, since the plate fins 175 are provided in the exhaust passage 172 corresponding to the plate fins 162 of the air passage 161a, the power generation air is exhausted through the plate fins 162 and the plate fins 175. Perform more efficient heat exchange. After that, the power generation air is injected into the power generation chamber 10 from the plurality of outlets 8f provided in the lower part of the side plate 8b of the module case 8 toward the fuel cell assembly 12.

なお、本実施形態では、燃料電池セル集合体12の側方部位には排気通路が形成されていないため、この部位において発電用空気と排気ガスとの間の熱交換は抑制される。したがって、燃料電池セル集合体12の側方部位において、空気通路161b内の発電用空気に上下方向の温度勾配が生じ難くなっている。 In the present embodiment, since the exhaust passage is not formed in the lateral portion of the fuel cell assembly 12, heat exchange between the power generation air and the exhaust gas is suppressed in this portion. Therefore, in the lateral portion of the fuel cell assembly 12, it is difficult for the temperature gradient in the vertical direction to occur in the power generation air in the air passage 161b.

また、発電室10内で発電に利用されなかった燃料ガスは、図11に示すように、燃焼室18で燃焼されて排気ガス(燃焼ガス)となり、モジュールケース8内を上昇していく。具体的には、排気ガスは、排気通路173と排気通路174とに分岐して、改質器120の外側面とモジュールケース8の側板8bとの間、及び、改質器120の貫通孔120bから改質器120と排気ガス誘導部材130との間をそれぞれ通過する。このとき、排気通路174を通過する排気ガスは、改質器120の貫通孔120bの上方に配置された凸状段部131aによって幅方向に二分され、排気ガス誘導部材130の下部に留まることなく排気通路173に向けて誘導され、排気通路173を流れる排気ガスに素早く合流される。 Further, as shown in FIG. 11, the fuel gas that is not used for power generation in the power generation chamber 10 is burned in the combustion chamber 18 to become exhaust gas (combustion gas), and rises in the module case 8. Specifically, the exhaust gas branches into the exhaust passage 173 and the exhaust passage 174, and is between the outer surface of the reformer 120 and the side plate 8b of the module case 8 and the through hole 120b of the reformer 120. Passes between the reformer 120 and the exhaust gas guiding member 130, respectively. At this time, the exhaust gas passing through the exhaust passage 174 is divided in the width direction by the convex step portion 131a arranged above the through hole 120b of the reformer 120, and does not stay at the lower part of the exhaust gas guiding member 130. It is guided toward the exhaust passage 173 and quickly merges with the exhaust gas flowing through the exhaust passage 173.

その後、排気ガスは、排気ガス導入口172aから排気通路172に流入する。排気通路172内では、排気ガスは、排気通路172を水平方向に流れていき、モジュールケース8の天板8aの中央に形成された排気口111から流出する。 After that, the exhaust gas flows into the exhaust passage 172 from the exhaust gas introduction port 172a. In the exhaust passage 172, the exhaust gas flows horizontally through the exhaust passage 172 and flows out from the exhaust port 111 formed in the center of the top plate 8a of the module case 8.

なお、排気ガスが排気通路173を上方へ流れていく際に、空気通路161b内に設けられたプレートフィン163を介して、発電用空気と排気ガスとの間で熱交換が行われる。また、排気ガスが排気通路172を水平方向に流れていく際に、排気通路172内に設けられたプレートフィン175と、このプレートフィン175に対応して空気通路161a内に設けられたプレートフィン162とを介して、発電用空気と排気ガスとの間で効率的な熱交換が行われる。このようにして、排気ガスの熱により発電用空気が昇温される。 When the exhaust gas flows upward through the exhaust passage 173, heat exchange is performed between the power generation air and the exhaust gas via the plate fins 163 provided in the air passage 161b. Further, when the exhaust gas flows horizontally through the exhaust passage 172, the plate fins 175 provided in the exhaust passage 172 and the plate fins 162 provided in the air passage 161a corresponding to the plate fins 175. Through, efficient heat exchange is performed between the power generation air and the exhaust gas. In this way, the heat of the exhaust gas raises the temperature of the power generation air.

そして、排気口111から流出した排気ガスは、モジュールケース8の外部に設けられた排気管171を通過して蒸発器140の排気ガス流路154に流入する。排気ガス流路154に流入した排気ガスは、排気ガス流路154内を排気ガス排出管82に向かって流れる。排気ガス流路154に流入した排ガスは、まず、第1の領域154A内に形成された燃焼触媒部148を通過する。この際、排ガスが燃焼触媒部148内に充填された燃焼触媒149と接触することにより、排ガスに含まれる一酸化炭素等の有害ガス(未燃燃料)が酸化される。そして、燃焼触媒部148を通過した排ガスは、排気ガス流路154の第2の領域154Bに流入する。第2の領域154Bの高さは、第1の領域154Aに比べて低いため、第2の領域154Bに流入した排ガスは流速が増加する。第2の領域154Bに流入した排ガスは、第1の容器143の第1の底面143A1を介して、蒸発室150内の水との間で熱交換が行われる。この際、排気ガス流路154には、プレートフィン155が設けられているため、より効率良く排気ガスと蒸発室150内の水との熱交換が行われる。 Then, the exhaust gas flowing out from the exhaust port 111 passes through the exhaust pipe 171 provided outside the module case 8 and flows into the exhaust gas flow path 154 of the evaporator 140. The exhaust gas that has flowed into the exhaust gas flow path 154 flows in the exhaust gas flow path 154 toward the exhaust gas discharge pipe 82. The exhaust gas that has flowed into the exhaust gas flow path 154 first passes through the combustion catalyst unit 148 formed in the first region 154A. At this time, when the exhaust gas comes into contact with the combustion catalyst 149 filled in the combustion catalyst section 148, harmful gas (unburned fuel) such as carbon monoxide contained in the exhaust gas is oxidized. Then, the exhaust gas that has passed through the combustion catalyst unit 148 flows into the second region 154B of the exhaust gas flow path 154. Since the height of the second region 154B is lower than that of the first region 154A, the flow velocity of the exhaust gas flowing into the second region 154B increases. The exhaust gas flowing into the second region 154B undergoes heat exchange with the water in the evaporation chamber 150 via the first bottom surface 143A1 of the first container 143. At this time, since the plate fins 155 are provided in the exhaust gas flow path 154, heat exchange between the exhaust gas and the water in the evaporation chamber 150 is performed more efficiently.

さらに、排気ガス流路154を通る排ガスは、ヒータ157により加熱される。そして、排ガスに伝達された熱は燃焼触媒部148を通過する際に、燃焼触媒149に伝達される。これにより、燃焼触媒149を活性状態に加熱することができる。また、ヒータ157から伝達された熱は、蒸発室150内の水にも伝達される。そして、蒸発室150内の水と熱交換された排ガスは、排気ガス排出管82から排出される。 Further, the exhaust gas passing through the exhaust gas flow path 154 is heated by the heater 157. Then, the heat transferred to the exhaust gas is transferred to the combustion catalyst 149 when passing through the combustion catalyst unit 148. As a result, the combustion catalyst 149 can be heated to an active state. The heat transferred from the heater 157 is also transferred to the water in the evaporation chamber 150. Then, the exhaust gas that has been heat-exchanged with the water in the evaporation chamber 150 is discharged from the exhaust gas discharge pipe 82.

なお、上記実施形態では、蒸発室150の底面143A1に図7に示すような連続溝156が形成された場合について説明したが、蒸発室150の底面143A1に形成される連続溝のパターンはこれに限られない。 In the above embodiment, the case where the continuous groove 156 as shown in FIG. 7 is formed on the bottom surface 143A1 of the evaporation chamber 150 has been described, but the pattern of the continuous groove formed on the bottom surface 143A1 of the evaporation chamber 150 is the same. Not limited.

図17は別の実施形態による蒸発室150の底面143A1に形成された連続溝256を示す図である。なお、図17における下方が水供給配管62側である。同図に示すように、本実施液体では、第1の容器143の第1の底面143A1上には、正六角形状の突起部256Cが設けられている。これら突起部256Cは、隣接する突起部256Cのそれぞれの辺同士が平行に対向するように配置されており、これにより、突起部256Cの間には正六角形状の溝が網目状に形成される。このような構成により、例えば、図17の中央下方から溝256内に入り込んだ水は、D部において左右に屈曲及び分割され、E部の溝内を直進し、再びD部において屈曲及び分割される。このように、連続溝256に供給された水は、D部における屈曲及び分割と、E部の溝内の直進と、を繰り返すことにより、広域に拡がりながら流れる。 FIG. 17 is a diagram showing a continuous groove 256 formed on the bottom surface 143A1 of the evaporation chamber 150 according to another embodiment. The lower part in FIG. 17 is the water supply pipe 62 side. As shown in the figure, in the present liquid, a regular hexagonal protrusion 256C is provided on the first bottom surface 143A1 of the first container 143. These protrusions 256C are arranged so that their sides of adjacent protrusions 256C face each other in parallel, whereby regular hexagonal grooves are formed in a mesh shape between the protrusions 256C. .. With such a configuration, for example, the water that has entered the groove 256 from the lower center of FIG. 17 is bent and divided to the left and right in the D portion, goes straight in the groove of the E portion, and is bent and divided again in the D portion. To. In this way, the water supplied to the continuous groove 256 flows while spreading over a wide area by repeating bending and splitting in the D portion and straight movement in the groove in the E portion.

以上説明したように、上記各実施形態によれば、以下の効果が得られる。
上記実施形態では、蒸発器140の排気ガス流路154の上流側の第1の領域154Aに燃焼触媒部148を設けているため、燃焼触媒149の触媒反応による反応熱により蒸発室150の下流側は高温となるが、蒸発室150の上流側の過剰な昇温を防止できる。これにより、蒸発室150は下流側から上流側に向かって次第に温度が上昇するようになり、蒸発室150に供給された水が過剰に昇温した部位に接触するのを防止し、安定的に水を蒸発させることができる。
As described above, according to each of the above embodiments, the following effects can be obtained.
In the above embodiment, since the combustion catalyst unit 148 is provided in the first region 154A on the upstream side of the exhaust gas flow path 154 of the evaporator 140, the reaction heat generated by the catalytic reaction of the combustion catalyst 149 causes the downstream side of the evaporation chamber 150. However, it is possible to prevent an excessive temperature rise on the upstream side of the evaporation chamber 150. As a result, the temperature of the evaporation chamber 150 gradually rises from the downstream side to the upstream side, preventing the water supplied to the evaporation chamber 150 from coming into contact with the excessively heated portion, and stably. Water can be evaporated.

また、上記実施形態では、排気ガス流路154の上流側の第1の領域154Aは第2の領域154Bよりも高さが高いため、燃焼触媒部148に充分な量の燃焼触媒149を充填することができ、これにより、十分な排ガスの浄化機能を確保することができる。さらに、第2の領域154Bの高さが低いことにより、第2の領域154B内を流れる排ガスの速度が上がり、これにより、水と排ガスの熱交換効率を向上することができる。 Further, in the above embodiment, since the first region 154A on the upstream side of the exhaust gas flow path 154 is higher than the second region 154B, the combustion catalyst portion 148 is filled with a sufficient amount of the combustion catalyst 149. This makes it possible to secure a sufficient exhaust gas purification function. Further, since the height of the second region 154B is low, the speed of the exhaust gas flowing in the second region 154B is increased, whereby the heat exchange efficiency between water and the exhaust gas can be improved.

また、上記実施形態では、燃焼触媒部148には排ガスが水平方向に流通し、燃焼触媒部148は、天面が上方に突出することにより形成された空間147Dを含み、燃焼触媒部148は、突出した空間147D内に到達するまで燃焼触媒149が充填されている。 粒状の燃焼触媒149を充填する構成では、移動や設置時などに外部からの振動等が燃焼触媒に作用すると、燃焼触媒の嵩高が減少してしまい、燃焼触媒部の上方に隙間が生じてしまう。このような場合に、燃焼触媒部に水平方向に排ガスを流通させると、一部の排ガスは燃焼触媒の間を通過せずに燃焼触媒部から排出されてしまうため、排ガスの浄化性能が低下してしまう。これに対して、上記実施形態によれば、振動などが燃焼触媒149に作用しても、突出する空間147D内の燃焼触媒149の嵩高が低下するものの、燃焼触媒149と天板との間に隙間が生じることはない。これにより、燃焼触媒149の嵩高の減少に起因する燃焼触媒部148の浄化効率の低下を防止できる。 Further, in the above embodiment, the exhaust gas flows horizontally through the combustion catalyst unit 148, the combustion catalyst unit 148 includes a space 147D formed by the top surface protruding upward, and the combustion catalyst unit 148 includes a space 147D. The combustion catalyst 149 is filled until it reaches the protruding space 147D. In the configuration filled with the granular combustion catalyst 149, if vibration from the outside acts on the combustion catalyst during movement or installation, the bulkiness of the combustion catalyst is reduced and a gap is generated above the combustion catalyst portion. .. In such a case, if the exhaust gas is circulated horizontally through the combustion catalyst section, some of the exhaust gas is discharged from the combustion catalyst section without passing between the combustion catalysts, so that the purification performance of the exhaust gas deteriorates. It ends up. On the other hand, according to the above embodiment, even if vibration or the like acts on the combustion catalyst 149, the bulkiness of the combustion catalyst 149 in the protruding space 147D decreases, but between the combustion catalyst 149 and the top plate. There are no gaps. As a result, it is possible to prevent a decrease in the purification efficiency of the combustion catalyst unit 148 due to a decrease in the bulkiness of the combustion catalyst 149.

上記実施形態において、燃焼触媒部148の上方の空間147Dは、蒸発室150と混合室151とを分離する厚みを有する隔壁147内に構成されている。天面に上方に突出するような突出空間を形成すると上層の突出空間に対応する部分が突出することとなる。このような突出が蒸発室や混合室内に位置すると、蒸発室における蒸発機能の低下や、混合室における気流の乱れを引き起こす。これに対して、上記実施形態によれば、蒸発室150や混合室151の機能に影響を及ぼすことなく、上方に突出した空間147Dを形成することができる。 In the above embodiment, the space 147D above the combustion catalyst unit 148 is configured in a partition wall 147 having a thickness that separates the evaporation chamber 150 and the mixing chamber 151. When a projecting space is formed on the top surface so as to project upward, the portion corresponding to the projecting space of the upper layer protrudes. If such a protrusion is located in the evaporation chamber or the mixing chamber, the evaporation function in the evaporation chamber is deteriorated and the air flow in the mixing chamber is turbulent. On the other hand, according to the above embodiment, the space 147D protruding upward can be formed without affecting the functions of the evaporation chamber 150 and the mixing chamber 151.

また、上記の通り、排気ガス流路154の上流側の第1の領域154Aは燃焼触媒149の熱により比較的に高温となり、下流側の第2の領域154Bは上流側に比べて低温となる。これに対して、上記実施形態によれば、蒸発器140の第2の領域154Bに当たる部分とモジュールケース8の間の断熱材7の厚さが厚いため、低温な蒸発器140の第2の領域154Bのモジュールケース8への熱影響を低減できる。 Further, as described above, the first region 154A on the upstream side of the exhaust gas flow path 154 becomes relatively high temperature due to the heat of the combustion catalyst 149, and the second region 154B on the downstream side becomes lower temperature than the upstream side. .. On the other hand, according to the above embodiment, since the thickness of the heat insulating material 7 between the portion corresponding to the second region 154B of the evaporator 140 and the module case 8 is thick, the second region of the low temperature evaporator 140 The thermal effect on the module case 8 of 154B can be reduced.

また、排ガスと水との間で効率良く熱交換を行うため、排気ガス流路154にプレートフィン155などの熱交換促進部材を設けることが好ましい。しかしながら、排気ガス流路154の全域に熱交換促進部材を設けてしまうと、燃焼触媒部148に燃焼触媒149を充填することができなくなる。これに対して、上記実施形態では、第2の領域154Bのみにプレートフィン155を設けているため、排ガスと水との間の熱交換効率を向上できるとともに、燃焼触媒149を第1の領域154Aの燃焼触媒部148に充填することができる。 Further, in order to efficiently exchange heat between the exhaust gas and water, it is preferable to provide a heat exchange promoting member such as a plate fin 155 in the exhaust gas flow path 154. However, if the heat exchange promoting member is provided in the entire area of the exhaust gas flow path 154, the combustion catalyst portion 148 cannot be filled with the combustion catalyst 149. On the other hand, in the above embodiment, since the plate fins 155 are provided only in the second region 154B, the heat exchange efficiency between the exhaust gas and water can be improved, and the combustion catalyst 149 is used in the first region 154A. Can be filled in the combustion catalyst section 148 of the above.

1 固体酸化物形燃料電池装置
2 燃料電池モジュール
4 補機ユニット
6 ハウジング
7 断熱材
8 モジュールケース
8 閉鎖側板
8a 天板
8b 側板
8c 底板
8d 閉鎖側板
8e 閉鎖側板
8f 吹出口
10 発電室
12 燃料電池セル集合体
13 下部誘導板
14 燃料電池セルスタック
16 燃料電池セルユニット
18 燃焼室
24 水供給源
26 純水タンク
28 水流量調整ユニット
30 燃料供給源
32 ガス遮断弁
36 脱硫器
38 燃料流量調整ユニット
39 バルブ
40 空気供給源
42 電磁弁
44 改質用空気流量調整ユニット
45 発電用空気流量調整ユニット
50 温水製造装置
52 制御ボックス
54 インバータ
62 水供給配管
63 原料供給配管
64 燃料ガス供給管
64a 水平部
64b 燃料供給孔
65 水添脱硫器用水素取出管
66 マニホールド
68 下支持板
69 温度センサ
69A センサ部
74 発電用空気導入管
82 排気ガス排出管
83 点火装置
84 燃料電池セル
86 内側電極端子
88 燃料ガス流路
90 内側電極層
90a 上部
90b 外周面
90c 上端面
92 外側電極層
94 電解質層
96 シール材
98 燃料ガス流路細管
100 上支持板
102 集電体
102a 燃料極用接続部
102b 空気極用接続部
104 外部端子
111 排気口
112 混合ガス供給管
120 改質器
120A 混合ガス受入部
120B 改質部
120C ガス排出部
120a 混合ガス供給口
120b 貫通孔
121 上側ケース
122 下側ケース
123a 仕切り板
123b 仕切り板
130 排気ガス誘導部材
131 下部誘導板
131a 凸状段部
132 上部誘導板
132a 凹部
133 連結板
135 ガス溜
140 蒸発器
141 蒸発器ケース
142 天板
143 第1の容器
143A1 底面
143A2 底面
143B 側壁
143C 鍔部
144 第2の容器
144A1 第1の底面
144A2 第2の底面
144B 側壁
144C 鍔部
144D 中間側壁
147 隔壁
147A 凹部
147B 側壁
147C 上面
147D 空間
148 燃焼触媒部
148A スリット部材
148B スリット部材
149 燃焼触媒
150 蒸発室
151 混合室
152 仕切り部材
152A 上面
152B 側壁部
152C 基部
152D 開口部
153A 第1の空間
153B 第2の空間
153C 第3の空間
154 排気ガス流路
154A 第1の領域
154B 第2の領域
154C 上部空間
154D 下部空間
155 プレートフィン
155A 本体部
155B 突出部
155B1 傾斜部
155B2 連結部
155B3 通過穴
155B4 突起部
155C 突出部
155C1 傾斜部
155C2 連結部
155C3 通過穴
156 連続溝
156A 正方形状の溝
156B 連結溝
156C 突部
156D 突部
157 ヒータ
158A 第1の重なり部
158B 第2の重なり部
160 空気通路カバー
160a 天板
160b 側板
161a 空気通路
161b 空気通路
162 プレートフィン
163 プレートフィン
167 開口部
171 排気管
172 排気通路
172a 排気ガス導入口
173 排気通路
174 排気通路
175 プレートフィン
1 Solid oxide fuel cell device 2 Fuel cell module 4 Auxiliary unit 6 Housing 7 Insulation material 8 Module case 8 Closed side plate 8a Top plate 8b Side plate 8c Bottom plate 8d Closed side plate 8e Closed side plate 8f Outlet 10 Power generation chamber 12 Fuel cell Assembly 13 Lower guide plate 14 Fuel cell cell stack 16 Fuel cell cell unit 18 Combustion chamber 24 Water supply source 26 Pure water tank 28 Water flow rate adjustment unit 30 Fuel supply source 32 Gas shutoff valve 36 Smelter 38 Fuel flow rate adjustment unit 39 valve 40 Air supply source 42 Electromagnetic valve 44 Air flow adjustment unit for reforming 45 Air flow adjustment unit for power generation 50 Hot water production equipment 52 Control box 54 Inverter 62 Water supply pipe 63 Raw material supply pipe 64 Fuel gas supply pipe 64a Horizontal part 64b Fuel supply Hole 65 Hydrogen desulfurization pipe 66 Manifold 68 Lower support plate 69 Temperature sensor 69A Sensor unit 74 Power generation air introduction pipe 82 Exhaust gas discharge pipe 83 Ignition device 84 Fuel cell cell 86 Inner electrode terminal 88 Fuel gas flow path 90 Inside Electrode layer 90a Upper 90b Outer peripheral surface 90c Upper end surface 92 Outer electrode layer 94 Electrolyte layer 96 Sealing material 98 Fuel gas flow path thin tube 100 Upper support plate 102 Current collector 102a Fuel pole connection 102b Air pole connection 104 External terminal 111 Exhaust port 112 Mixed gas supply pipe 120 Reformer 120A Mixed gas receiving part 120B Reforming part 120C Gas discharging part 120a Mixed gas supply port 120b Through hole 121 Upper case 122 Lower case 123a Partition plate 123b Partition plate 130 Exhaust gas guiding member 131 Lower guide plate 131a Convex step 132 Upper guide plate 132a Recess 133 Connecting plate 135 Gas reservoir 140 Evaporator 141 Evaporator case 142 Top plate 143 First container 143A1 Bottom plate 143A2 Bottom surface 143B Side wall 143C Flange 144 Second container 144A1 First bottom surface 144A2 Second bottom surface 144B Side wall 144C Border 144D Intermediate side wall 147 Partition 147A Recess 147B Side wall 147C Top surface 147D Space 148 Combustion catalyst 148A Slit member 148B Slit member 149 152A Top 152B Side wall 152C Base 152D Opening 153A First space 153B Second space 153C Third space 154 Exhaust gas flow path 1 54A First area 154B Second area 154C Upper space 154D Lower space 155 Plate fin 155A Main body 155B Protruding part 155B1 Inclined part 155B2 Connecting part 155B3 Passing hole 155B4 Protruding part 155C Protruding part 155C1 Inclined part 155C2 Continuous groove 156A Square groove 156B Connection groove 156C Protrusion 156D Protrusion 157 Heater 158A First overlap 158B Second overlap 160 Air passage cover 160a Top plate 160b Side plate 161a Air passage 161b Air passage 162 Plate fin 163 Plate Fin 167 Opening 171 Exhaust pipe 172 Exhaust passage 172a Exhaust gas introduction port 173 Exhaust passage 174 Exhaust passage 175 Plate fin

Claims (5)

燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電を行う燃料電池セルを備えた固体酸化物形燃料電池装置であって、
モジュール容器と、
前記モジュール容器の周囲を被覆する断熱材と、
前記燃料電池セルの上方で、前記燃料電池セルからのオフガスを燃焼して排ガスを生成する燃焼部と、
前記モジュール容器内の前記燃焼部の上方に設けられ、前記排ガスにより加熱して原料ガスを改質して前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記モジュール容器から排出された前記排ガスが流通する排ガス流路、前記排ガス流路を流れる排ガスとの熱交換によって供給された水から水蒸気を生成する蒸発室、及び、前記水蒸気と前記原料ガスとを混合する混合室を有し、前記モジュール容器の外側、かつ、前記断熱材の内側に設けられた蒸発器と、
前記排ガス流路の内部に配置され、前記排ガスに含まれる未燃燃料を酸化する燃焼触媒部と、を備え、
前記蒸発室及び前記混合室は前記排ガス流路の上方に設けられ、前記排ガス流路を排ガスが流れる方向と、前記蒸発室で発生した水蒸気が流れる方向とは反対方向であり、
前記排ガス流路は上流側の第1の領域と、下流側の前記第1の領域よりも高さの低い第2の領域とを有し、
前記燃焼触媒部は、前記第1の領域に設けられている、ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
A solid oxide fuel cell device equipped with a fuel cell that generates electricity from fuel gas and oxidant gas.
Module container and
The heat insulating material that covers the periphery of the module container and
Above the fuel cell, a combustion unit that burns off-gas from the fuel cell to generate exhaust gas,
A reformer provided above the combustion portion in the module container and heated by the exhaust gas to reform the raw material gas to generate the fuel gas.
An exhaust gas flow path through which the exhaust gas discharged from the module container flows, an evaporation chamber that generates water vapor from water supplied by heat exchange with the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path, and the water vapor and the raw material gas. An evaporator having a mixing chamber for mixing, which is provided outside the module container and inside the heat insulating material, and
It is provided with a combustion catalyst unit that is arranged inside the exhaust gas flow path and oxidizes unburned fuel contained in the exhaust gas.
The evaporation chamber and the mixing chamber are provided above the exhaust gas flow path, and the direction in which the exhaust gas flows through the exhaust gas flow path is opposite to the direction in which the water vapor generated in the evaporation chamber flows.
The exhaust gas flow path has a first region on the upstream side and a second region on the downstream side, which is lower in height than the first region.
The solid oxide fuel cell device, wherein the combustion catalyst unit is provided in the first region.
前記燃焼触媒部には前記排ガスが水平方向に流通し、
前記燃焼触媒部は、天面が上方に突出することにより形成された突出空間を含み、
前記燃焼触媒部は、前記突出空間の少なくとも一部を含む領域に燃焼触媒が充填されている、請求項1記載の固体酸化物形燃料電池装置。
The exhaust gas flows horizontally through the combustion catalyst section, and the exhaust gas is distributed in the horizontal direction.
The combustion catalyst portion includes a protruding space formed by the top surface protruding upward.
The solid oxide fuel cell device according to claim 1, wherein the combustion catalyst unit is filled with a combustion catalyst in a region including at least a part of the protruding space.
前記突出空間は、前記蒸発室と前記混合室とを分離する厚みを有する隔壁内に構成されている、請求項2記載の固体酸化物形燃料電池装置。 The solid oxide fuel cell device according to claim 2, wherein the protruding space is formed in a partition wall having a thickness for separating the evaporation chamber and the mixing chamber. 前記蒸発器は前記モジュール容器の上方に設けられ、
前記蒸発器と前記モジュール容器の間には前記断熱材が介在し、
前記蒸発器の前記第2の領域に当たる部分と前記モジュール容器の間の前記断熱材の厚さは、前記蒸発器の前記第1の領域に当たる部分と前記モジュール容器の間の前記断熱材の厚さよりも大きい、請求項1〜3の何れか1項に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
The evaporator is provided above the module container and
The heat insulating material is interposed between the evaporator and the module container, and the heat insulating material is interposed.
The thickness of the heat insulating material between the portion of the evaporator corresponding to the second region and the module container is greater than the thickness of the heat insulating material between the portion of the evaporator corresponding to the first region and the module container. The solid oxide fuel cell apparatus according to any one of claims 1 to 3, which is also large.
前記排ガス流路の前記第2の領域には熱交換促進部材が設けられ、前記排ガス流路の前記第1の領域には熱交換促進部材が設けられていない、請求項1〜4の何れか1項に記載の固体酸化物形燃料電池装置。 Any of claims 1 to 4, wherein the second region of the exhaust gas flow path is provided with a heat exchange promoting member, and the first region of the exhaust gas flow path is not provided with a heat exchange promoting member. The solid oxide fuel cell apparatus according to item 1.
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