JP7126395B2 - fuel cell module - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池モジュールに関する。 The present invention relates to fuel cell modules.

従来、固体酸化物形燃料電池セルスタックと、原燃料ガスを改質し燃料電池セルスタックに供給される改質ガスを生成する改質部と、燃料電池セルスタックから排出されたスタック排ガスを燃焼する燃焼部とを備えた燃料電池モジュールが知られている。この燃料電池モジュールでは、内部で原燃料ガスが改質されて燃料ガスが生成され、当該燃料ガスが燃料電池セルスタックへ供給される。 Conventionally, a solid oxide fuel cell stack, a reformer that reforms the raw fuel gas to produce the reformed gas supplied to the fuel cell stack, and a stack exhaust gas discharged from the fuel cell stack are burned. A fuel cell module is known that includes a combustion section that In this fuel cell module, the raw fuel gas is reformed inside to generate fuel gas, and the fuel gas is supplied to the fuel cell stack.

特開2016-24871号公報JP 2016-24871 A

通常、燃料電池モジュール内は、高温に維持されており、燃料ガスに含まれている水は気相のまま燃料電池セルスタックへ供給される。しかしながら、燃料電池モジュールの運転状況やその他の条件によっては、燃料ガスに含まれていた水が凝縮することも考えられる。凝縮した水が燃料電池セルスタックへ流入すると、燃料電池セルスタックの不具合の原因となり好ましくない。燃料電池セルスタックが改質部よりも下側に配置されている場合には、特に燃料電池セルスタックへの凝縮水の流入が懸念される。 Normally, the inside of the fuel cell module is maintained at a high temperature, and the water contained in the fuel gas is supplied to the fuel cell stack in the gas phase. However, depending on the operating conditions of the fuel cell module and other conditions, the water contained in the fuel gas may condense. If the condensed water flows into the fuel cell stack, it will cause problems in the fuel cell stack, which is undesirable. If the fuel cell stack is arranged below the reforming section, there is a particular concern that condensed water may flow into the fuel cell stack.

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、燃料電池セルスタックへの液相の水の流入を抑制することができる燃料電池モジュールを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a fuel cell module capable of suppressing the inflow of liquid-phase water into a fuel cell stack.

上記目的を達成するために、請求項1-3の発明に係る燃料電池モジュールは、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックを収容する収容部と、前記燃料電池セルスタックの上方に設けられ、前記燃料電池セルスタックから排出されたスタック排ガスを燃焼し、燃焼排ガスを排出する燃焼部と、前記燃料電池セルスタックよりも上方に設けられ、前記燃焼排ガスの熱を利用して原燃料ガスから水蒸気改質により前記燃料ガスを生成するための改質触媒層が設けられた改質流路を有する改質部と、前記収容部内に設けられ、前記改質流路から送出された前記燃料ガスを前記燃料電池セルスタックへ供給する燃料ガス供給路と、前記燃料ガス供給路に設けられ、液相の水を前記燃料ガスから分離する水分離部と、を備えている。 In order to achieve the above object, a fuel cell module according to claims 1 to 3 provides a fuel cell stack that generates power through an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas, and a fuel cell stack that houses the fuel cell stack. a storage unit; a combustion unit provided above the fuel cell stack for burning stack exhaust gas discharged from the fuel cell stack and discharging combustion exhaust gas; and a combustion unit provided above the fuel cell stack. a reforming section having a reforming passage provided with a reforming catalyst layer for generating the fuel gas by steam reforming the raw fuel gas using the heat of the combustion exhaust gas; a fuel gas supply path for supplying the fuel gas sent from the reforming path to the fuel cell stack; and water provided in the fuel gas supply path for separating liquid phase water from the fuel gas. and a separation section.

請求項1-3の発明に係る燃料電池モジュールは、改質流路から送出された燃料ガスを燃料電池セルスタックへ供給する燃料ガス供給路に、水分離部が設けられている。この水分離部で燃料ガスから液相の水が分離されるので、燃料電池セルスタックへの液相の水の流入を抑制することができる。 In the fuel cell module according to the invention of Claims 1 to 3 , a water separator is provided in the fuel gas supply passage for supplying the fuel gas sent from the reforming passage to the fuel cell stack. Since liquid-phase water is separated from the fuel gas in this water separator, it is possible to suppress the inflow of liquid-phase water into the fuel cell stack.

請求項1-3の発明に係る燃料電池モジュールは、前記燃料ガス供給路は、前記燃料電池セルスタックと接続部で接続され、前記水分離部は、前記接続部よりも鉛直方向下側に配置されている。 In the fuel cell module according to the invention of claims 1 to 3 , the fuel gas supply path is connected to the fuel cell stack at a connecting portion, and the water separation portion is arranged vertically lower than the connecting portion. It is

請求項1-3の発明に係る燃料電池モジュールでは、水分離部が、燃料ガス供給路と燃料電池セルスタックとの接続部よりも鉛直方向下側に配置されているので、水分離部で分離された水が接続部へ流入することを抑制することができる。 In the fuel cell module according to the invention of Claims 1 to 3 , since the water separator is arranged vertically below the connecting portion between the fuel gas supply passage and the fuel cell stack, the water is separated by the water separator. Therefore, it is possible to suppress the water that has been collected from flowing into the connecting portion.

請求項の発明に係る燃料電池モジュールは、前記収容部は筒状とされ、前記燃焼排ガスを通過させる燃焼排ガス流路、及び前記改質流路は、前記収容部と同軸配置され互いの間に隙間を有する少なくとも三重の筒状とされた筒状壁によって構成されている。 In the fuel cell module according to the invention of claim 5 , the accommodating portion is cylindrical, and the flue gas passage through which the flue gas passes and the reforming passage are arranged coaxially with the accommodating portion and between each other. It is composed of at least three tubular walls with gaps between them.

請求項の発明に係る燃料電池モジュールによれば、燃料電池モジュール全体をコンパクトに形成することができる。 According to the fuel cell module according to the invention of claim 5 , the entire fuel cell module can be made compact.

請求項の発明に係る燃料電池モジュールは、前記水分離部は、前記燃料電池セルスタックの水平方向外側かつ水平方向からみて前記燃料電池セルスタックと重なり合う位置に配置されている。 In the fuel cell module according to the first aspect of the invention, the water separator is arranged at a position that overlaps with the fuel cell stack when viewed horizontally from the outside of the fuel cell stack.

請求項の発明に係る燃料電池モジュールによれば、このように水分離部を配置することにより、収容部の上下方向の空間を広げることなく水分離部を配置することができる。 According to the fuel cell module according to the first aspect of the invention, by arranging the water separator in this way, the water separator can be arranged without widening the vertical space of the housing.

請求項の発明に係る燃料電池モジュールは、前記水分離部は、前記燃料電池セルスタックの鉛直方向下側かつ鉛直方向からみて前記燃料電池セルスタックと重なり合う位置に配置されている。 In the fuel cell module according to the invention of claim 2 , the water separator is disposed vertically below the fuel cell stack and at a position overlapping the fuel cell stack when viewed in the vertical direction.

請求項の発明に係る燃料電池モジュールによれば、このように水分離部を配置することにより、収容部の水平方向の空間を広げることなく水分離部を配置することができる。 According to the fuel cell module according to the invention of claim 2 , by arranging the water separation section in this way, the water separation section can be arranged without widening the horizontal space of the accommodation section.

請求項の発明に係る燃料電池モジュールは、前記水分離部で分離された水を前記収容部から排出させる排出流路、を備えている。 The fuel cell module according to the invention of claim 3 comprises a discharge channel for discharging the water separated by the water separating section from the accommodating section.

請求項の発明に係る燃料電池モジュールによれば、排出流路により、分離部で分離された水を収容部から排出させることができる。 According to the fuel cell module according to the invention of claim 3 , the water separated by the separation section can be discharged from the storage section by the discharge channel.

請求項の発明に係る燃料電池モジュールは、前記収容部の外に設けられ、前記排出流路から排出された水を貯留する水貯留部、を備えている。 The fuel cell module according to the invention of claim 3 comprises a water storage section provided outside the storage section for storing water discharged from the discharge channel.

請求項の発明に係る燃料電池モジュールによれば、排出流路から排出された水を水貯留部で回収することができる。また、水貯留部が収容部の外に設けられているので、収容部内の温度低下を抑制することができる。 According to the fuel cell module according to the invention of claim 3 , the water discharged from the discharge channel can be recovered in the water reservoir. In addition, since the water storage part is provided outside the storage part, it is possible to suppress the temperature drop in the storage part.

請求項の発明に係る燃料電池モジュールは、前記水貯留部に貯留された水を改質水として前記改質流路へ供給する。 In the fuel cell module according to the invention of claim 4 , the water stored in the water storage portion is supplied to the reforming channel as reforming water.

請求項の発明に係る燃料電池モジュールによれば、排出流路から排出された水を改質水として再利用することにより、改質水の新規供給量を抑制することができる。 According to the fuel cell module according to the invention of claim 4 , the amount of new supply of reforming water can be suppressed by reusing the water discharged from the discharge channel as reforming water.

以上詳述したように、本発明の燃料電池モジュールによれば、燃料電池セルスタックへの液相の水の流入を抑制することができる。 As described in detail above, according to the fuel cell module of the present invention, it is possible to suppress the inflow of liquid-phase water into the fuel cell stack.

第1実施形態の燃料電池モジュールの縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view of a fuel cell module of a first embodiment; FIG. 第1実施形態の燃料電池モジュールの要部拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a main portion of the fuel cell module of the first embodiment; 第1実施形態の燃料電池モジュールの要部拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a main portion of the fuel cell module of the first embodiment; 第1実施形態の燃料電池モジュールの要部拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a main portion of the fuel cell module of the first embodiment; 第1実施形態の燃料電池モジュールの要部拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a main portion of the fuel cell module of the first embodiment; 第2実施形態の燃料電池モジュールの要部拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of a main portion of a fuel cell module of a second embodiment;

[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について説明する。なお、図中において、水平方向を矢印Xで示し、鉛直方向を矢印Zで示している。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below. In the drawings, the arrow X indicates the horizontal direction, and the arrow Z indicates the vertical direction.

<燃料電池モジュール>
図1に示されるように、第1実施形態に係る燃料電池モジュールM1は、燃料電池セルスタック10と、容器20と、断熱層130と、断熱材140とを備える。
<Fuel cell module>
As shown in FIG. 1, the fuel cell module M1 according to the first embodiment includes a fuel cell stack 10, a container 20, a heat insulating layer 130, and a heat insulating material 140. As shown in FIG.

<燃料電池セルスタック>
燃料電池セルスタック10には、一例として、固体酸化物形燃料電池(SOFC)が適用されている。この燃料電池セルスタック10は、鉛直方向に積層された複数の平板形のセル12と、マニホールド14と有している。セル12の形状は、平板形以外に、円筒形、円筒平板形など、どのような形状でも良い。各セル12は、燃料極、電解質層、空気極を有する。
<Fuel cell stack>
A solid oxide fuel cell (SOFC) is applied to the fuel cell stack 10 as an example. This fuel cell stack 10 has a plurality of vertically stacked flat plate cells 12 and a manifold 14 . The shape of the cell 12 may be any shape other than the flat plate shape, such as a cylindrical shape, a cylindrical flat plate shape, or the like. Each cell 12 has a fuel electrode, an electrolyte layer, and a cathode.

各セル12の燃料極には、燃料ガス(改質ガス)が供給され、各セル12の空気極には、酸化剤ガスが供給される。各セル12は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電すると共に、発電に伴い発熱する。 A fuel gas (reformed gas) is supplied to the fuel electrode of each cell 12 , and an oxidant gas is supplied to the air electrode of each cell 12 . Each cell 12 generates power through an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas, and generates heat along with the power generation.

<容器>
容器20は、複数(九個)の管材21~29により構成されている。この複数の管材21~29は、いずれも横断面が真円形状である円筒状に形成され、伝熱性の高い金属で形成される。この複数の管材21~29は、容器20の内側から外側に順に配置されている。なお、本実施形態では、一例として九個の管材21~29により容器20を構成しているが、他の個数(8個以下、10個以上)の管材により容器を構成してもよい。
<Container>
The container 20 is composed of a plurality (nine) of pipe members 21-29. Each of the plurality of pipe members 21 to 29 is formed in a cylindrical shape having a perfectly circular cross section, and is made of a highly heat-conductive metal. The plurality of pipe members 21 to 29 are arranged in order from the inside to the outside of the container 20 . In this embodiment, as an example, the container 20 is composed of nine pipe members 21 to 29, but the container may be composed of other numbers (eight or less, ten or more) of pipe members.

容器20の内側から一番目の管材21は、燃料電池セルスタック10の上方から容器20の上端部に亘って設けられている。二番目の管材22及び三番目の管材23は、一番目の管材21の上部に対応する長さで形成されており、二番目の管材22は、一番目の管材21の外側から管材21の上部に接合されている。四番目の管材24は、容器20の高さ方向の中央部に設けられており、五番目の管材25及び六番目の管材26は、容器20の下端部から上端部に亘って設けられている。七番目の管材27、八番目の管材28、及び、九番目の管材29は、容器20の高さ方向の中央部から上端部に亘って設けられている。 The first pipe member 21 from the inside of the container 20 is provided from above the fuel cell stack 10 to the upper end of the container 20 . The second pipe member 22 and the third pipe member 23 are formed with a length corresponding to the upper portion of the first pipe member 21, and the second pipe member 22 extends from the outside of the first pipe member 21 to the upper portion of the pipe member 21. is joined to A fourth pipe member 24 is provided in the center of the container 20 in the height direction, and a fifth pipe member 25 and a sixth pipe member 26 are provided from the lower end to the upper end of the container 20. . A seventh pipe member 27 , an eighth pipe member 28 , and a ninth pipe member 29 are provided from the center to the upper end in the height direction of the container 20 .

六番目の管材26と七番目の管材27とは、水平方向に延びる連結部31を介して連結され、五番目の管材25と八番目の管材28とは、水平方向に延びる連結部32を介して連結されている。また、九番目の管材29の上端部は、水平方向に延びる連結部33を介して三番目の管材23の上部側面に固定されている。 The sixth pipe member 26 and the seventh pipe member 27 are connected via a horizontally extending connecting portion 31, and the fifth pipe member 25 and the eighth pipe member 28 are connected via a horizontally extending connecting portion 32. are concatenated. The upper end portion of the ninth pipe member 29 is fixed to the upper side surface of the third pipe member 23 via a connecting portion 33 extending in the horizontal direction.

五番目の管材25の下端部は、底壁部34に固定されており、六番目の管材26の下端部は、底壁部35に固定されている。底壁部34には、燃料電池セルスタック10が載置されており、また、底壁部34と底壁部35とは、スペーサ36により固定されている。 The lower end of the fifth pipe member 25 is fixed to the bottom wall portion 34 and the lower end portion of the sixth pipe member 26 is fixed to the bottom wall portion 35 . The fuel cell stack 10 is placed on the bottom wall portion 34 , and the bottom wall portions 34 and 35 are fixed by spacers 36 .

この複数の管材21~29によって構成される容器20は、機能別には、気化部40と、改質部60と、燃焼部90と、予熱部100と、熱交換部110とを有する。 The container 20 configured by the plurality of pipe members 21 to 29 has a vaporization section 40, a reforming section 60, a combustion section 90, a preheating section 100, and a heat exchange section 110 by function.

<気化部>
気化部40は、図2にも示されるように、四重の筒状壁41~44によって構成されている。四重の筒状壁41~44のうち最も内側に位置する筒状壁41は、一番目の管材21の上部と、二番目の管材22とによって構成され、四重の筒状壁41~44のうち内側から二番目の筒状壁42は、三番目の管材23によって構成されている。また、四重の筒状壁41~44のうち内側から三番目の筒状壁43は、五番目の管材25の上部によって構成され、四重の筒状壁41~44のうち最も外側の筒状壁44は、六番目の管材26の上部によって構成されている。
なお、本実施形態では、一例として四重の筒状壁41~44により気化部40を構成しているが、他の個数(3個以下、5個以上)の筒状壁により気化部を構成してもよい。
<Vaporization section>
As shown in FIG. 2, the vaporizing section 40 is composed of four-fold cylindrical walls 41-44. The innermost tubular wall 41 among the four tubular walls 41 to 44 is composed of the upper portion of the first tubular member 21 and the second tubular member 22, and the four tubular walls 41 to 44 The second tubular wall 42 from the inner side is composed of the third tubular member 23 . In addition, the innermost cylindrical wall 43 of the four-fold cylindrical walls 41-44 is formed by the upper portion of the fifth pipe member 25, and the outermost cylindrical wall of the four-layered cylindrical walls 41-44 A shaped wall 44 is constituted by the upper portion of the sixth tube 26 .
In the present embodiment, as an example, the vaporization section 40 is configured by four-fold cylindrical walls 41 to 44, but the vaporization section is configured by another number (three or less, five or more) of cylindrical walls. You may

この四重の筒状壁41~44によって構成された気化部40は、後述する改質部60の上方に改質部60と同軸上に設けられている。この気化部40を構成する四重の筒状壁41~44は、互いの間に隙間を有しており、この四重の筒状壁41~44の内側から外側には、断熱空間45、気化流路46、燃焼排ガス流路47、及び、酸化剤ガス流路48が順に形成されている。 The vaporizing section 40 constituted by the four-fold cylindrical walls 41 to 44 is provided above and coaxially with the reforming section 60, which will be described later. The four-fold cylindrical walls 41 to 44 forming the vaporizing section 40 have gaps between them, and from the inner side to the outer side of the four-layered cylindrical walls 41 to 44, there are heat insulating spaces 45, A vaporization channel 46, a combustion exhaust gas channel 47, and an oxidant gas channel 48 are formed in this order.

つまり、一番目の筒状壁41の内側の空間は、断熱空間45として形成され、一番目の筒状壁41と、二番目の筒状壁42との間の隙間は、気化流路46として形成されている。また、二番目の筒状壁42と、三番目の筒状壁43との間の隙間は、燃焼排ガス流路47として形成され、三番目の筒状壁43と、四番目の筒状壁44との間の隙間は、酸化剤ガス流路48として形成されている。図2において、断熱空間45は、空洞とされているが、この断熱空間45には、断熱材49が充填されても良い。 That is, the space inside the first cylindrical wall 41 is formed as a heat insulation space 45, and the gap between the first cylindrical wall 41 and the second cylindrical wall 42 is formed as a vaporization flow path 46. formed. Further, a gap between the second tubular wall 42 and the third tubular wall 43 is formed as a combustion exhaust gas flow path 47, and the third tubular wall 43 and the fourth tubular wall 44 is formed as an oxidant gas flow path 48 . Although the heat insulating space 45 is hollow in FIG. 2, the heat insulating space 45 may be filled with a heat insulating material 49 .

気化流路46は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この気化流路46には、原燃料供給管50から供給された原燃料161が鉛直方向上側から下側に流れる。この原燃料供給管50から供給される原燃料161としては、炭化水素燃料に改質用水が混合されたものが使用される。また、この原燃料161に含まれる炭化水素燃料としては、例えば、都市ガスが好適に用いられるが、プロパンなどの炭化水素を主成分とするガスが用いられても良く、また、炭化水素系液体が用いられても良い。 The vaporization channel 46 is formed so that the upper side in the vertical direction is the upstream side, and the raw fuel 161 supplied from the raw fuel supply pipe 50 flows through the vaporization channel 46 from the upper side in the vertical direction to the lower side. As the raw fuel 161 supplied from the raw fuel supply pipe 50, a mixture of hydrocarbon fuel and reforming water is used. As the hydrocarbon fuel contained in the raw fuel 161, for example, town gas is preferably used, but a gas containing a hydrocarbon such as propane as a main component may also be used. may be used.

この気化流路46には、気化部40の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材51が設けられており、この螺旋部材51により、気化流路46は、気化部40の軸方向回りに螺旋状に形成されている。 The vaporization passage 46 is provided with a spiral member 51 spirally formed around the axial direction of the vaporization section 40 . is formed in a spiral shape.

燃焼排ガス流路47の下端部は、後述する改質部60に形成された燃焼排ガス流路66を介して燃焼部90に形成された燃焼室94(図4参照)と連通されている。燃焼排ガス流路47は、鉛直方向下側を上流側として形成されており、この燃焼排ガス流路47には、燃焼部90から排出されると共に改質部60の燃焼排ガス流路66を通じて供給された燃焼排ガス166が鉛直方向下側から上側に流れる。 A lower end portion of the combustion exhaust gas channel 47 communicates with a combustion chamber 94 (see FIG. 4) formed in the combustion section 90 via a combustion exhaust gas channel 66 formed in the reforming section 60, which will be described later. The flue gas flow path 47 is formed so that the vertically lower side is the upstream side, and the flue gas is discharged from the combustion section 90 and supplied to the flue gas flow path 47 through the flue gas flow path 66 of the reforming section 60. Combustion exhaust gas 166 flows vertically from the lower side to the upper side.

燃焼排ガス流路47の上端部には、この燃焼排ガス流路47の周方向に沿って環状に形成された整流板52が設けられている。この整流板52には、周方向に間隔を空けて複数のオリフィス53が形成されている。この複数のオリフィス53は、整流板52の板厚方向に貫通している。なお、この整流板52は、省かれても良い。 At the upper end of the flue gas flow path 47, a straightening plate 52 is provided which is annularly formed along the circumferential direction of the flue gas flow path 47. As shown in FIG. A plurality of orifices 53 are formed in the current plate 52 at intervals in the circumferential direction. The plurality of orifices 53 penetrate through the current plate 52 in the plate thickness direction. Note that the straightening plate 52 may be omitted.

酸化剤ガス流路48の上端部は、後述する熱交換部110に形成された酸化剤ガス流路117と連通されている。この酸化剤ガス流路48は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この酸化剤ガス流路48には、熱交換部110の酸化剤ガス流路117から供給された酸化剤ガス164が鉛直方向上側から下側に流れる。 An upper end portion of the oxidant gas channel 48 communicates with an oxidant gas channel 117 formed in the heat exchange section 110, which will be described later. The oxidizing gas channel 48 is formed with the upper side in the vertical direction as the upstream side. flows vertically from top to bottom.

<改質部>
改質部60は、上述の気化部40の下方に設けられた四重の筒状壁61~64によって構成されている。四重の筒状壁61~64のうち最も内側に位置する筒状壁61は、一番目の管材21の下部によって構成され、四重の筒状壁61~64のうち内側から二番目の筒状壁62は、四番目の管材24によって構成されている。また、四重の筒状壁61~64のうち内側から三番目の筒状壁63は、五番目の管材25における高さ方向の中央部によって構成され、四重の筒状壁61~64のうち最も外側の筒状壁64は、六番目の管材26における高さ方向の中央部によって構成されている。
<Modifying Department>
The reforming section 60 is composed of four-fold cylindrical walls 61 to 64 provided below the vaporization section 40 described above. The innermost tubular wall 61 among the four tubular walls 61 to 64 is formed by the lower part of the first tubular member 21, and the second tubular wall from the inside among the four tubular walls 61 to 64 is formed. The shaped wall 62 is constituted by the fourth tube 24 . In addition, among the four-fold tubular walls 61-64, the third tubular wall 63 from the inner side is formed by the central portion in the height direction of the fifth pipe member 25, and the four-fold tubular walls 61-64 Among them, the outermost cylindrical wall 64 is constituted by the central portion in the height direction of the sixth pipe member 26 .

この四重の筒状壁61~64によって構成された改質部60は、後述する燃焼部90(図4参照)の上方に燃焼部90と同軸上に設けられている。この改質部60を構成する四重の筒状壁61~64は、互いの間に隙間を有している。そして、この四重の筒状壁61~64の内側から外側には、断熱空間65、燃焼排ガス流路66、改質流路67、及び、酸化剤ガス流路68が順に形成されている。
なお、本実施形態では、一例として四重の筒状壁61~64により改質部60を構成しているが、他の個数(3個以下、5個以上)の筒状壁により改質部を構成してもよい。
The reforming section 60 constituted by the four-fold cylindrical walls 61 to 64 is provided above the later-described combustion section 90 (see FIG. 4) coaxially with the combustion section 90 . The quadruple cylindrical walls 61 to 64 forming the reforming section 60 have gaps therebetween. A heat insulating space 65, a flue gas channel 66, a reforming channel 67, and an oxidizing gas channel 68 are formed in this order from the inside to the outside of the four-fold cylindrical walls 61-64.
In the present embodiment, as an example, the reforming section 60 is configured by four-fold cylindrical walls 61 to 64, but another number (three or less, five or more) of cylindrical walls constitutes the reforming section. may be configured.

つまり、一番目の筒状壁61の内側の空間は、断熱空間65として形成され、一番目の筒状壁61と、二番目の筒状壁62との間の隙間は、燃焼排ガス流路66として形成されている。また、二番目の筒状壁62と、三番目の筒状壁63との間の隙間は、改質流路67として形成され、三番目の筒状壁63と、四番目の筒状壁64との間の隙間は、酸化剤ガス流路68として形成されている。 That is, the space inside the first cylindrical wall 61 is formed as a heat insulating space 65, and the gap between the first cylindrical wall 61 and the second cylindrical wall 62 is a flue gas flow path 66. is formed as A gap between the second tubular wall 62 and the third tubular wall 63 is formed as a reforming channel 67, and the third tubular wall 63 and the fourth tubular wall 64 is formed as an oxidizing gas flow path 68 .

断熱空間65は、上述の気化部40の断熱空間45と連通している。図3において、断熱空間65は、空洞とされているが、この断熱空間65には、断熱材69が充填されても良い。燃焼排ガス流路66の下端部は、後述する燃焼部90に形成された燃焼室94(図4参照)と連通されている。燃焼排ガス流路66は、鉛直方向下側を上流側として形成されており、この燃焼排ガス流路66には、後述する燃焼部90から排出された燃焼排ガス168が鉛直方向下側から上側に流れる。 The heat insulating space 65 communicates with the heat insulating space 45 of the vaporizing section 40 described above. Although the heat insulating space 65 is hollow in FIG. 3, the heat insulating space 65 may be filled with a heat insulating material 69 . A lower end portion of the combustion exhaust gas flow path 66 communicates with a combustion chamber 94 (see FIG. 4) formed in a combustion section 90, which will be described later. The flue gas flow path 66 is formed so that the vertically lower side is the upstream side, and the flue gas 168 discharged from the combustion unit 90 described later flows through the flue gas flow path 66 from the vertically lower side to the upper side. .

<混合部及び分散部>
改質部60の上端部には、鉛直方向上側に延長された混合部80が形成されている。この混合部80は、気化部40と改質部60との間、すなわち、より具体的には、改質部60の上側且つ気化部40の下端部の径方向外側に位置する。気化部40の下端部における周方向の一部からは、連結管81が径方向外側に延びている。連結管81は、混合部80における気化部40との接続部を構成しており、この連結管81の内側は、水平方向に貫通するオリフィス82として形成されている。連結管81(オリフィス82)は、気化流路46の径方向外側に位置しており、気化流路46の下端部と連通する。混合部80は、連結管81(オリフィス82)を一つのみ有する。混合部80には、オリフィス82に対する改質流路67側(径方向外側)に位置しオリフィス82と対向する対向壁部86が設けられている。
<Mixing section and dispersing section>
A mixing section 80 extending vertically upward is formed at the upper end of the reforming section 60 . The mixing section 80 is positioned between the vaporization section 40 and the reforming section 60 , that is, more specifically, above the reforming section 60 and radially outside the lower end portion of the vaporization section 40 . A connecting pipe 81 extends radially outward from a portion of the lower end portion of the vaporizing portion 40 in the circumferential direction. The connecting pipe 81 constitutes a connecting portion of the mixing portion 80 with the vaporizing portion 40, and the inner side of the connecting pipe 81 is formed as an orifice 82 penetrating in the horizontal direction. The connecting pipe 81 (orifice 82 ) is located radially outside the vaporization flow path 46 and communicates with the lower end portion of the vaporization flow path 46 . The mixing section 80 has only one connecting pipe 81 (orifice 82). The mixing portion 80 is provided with a facing wall portion 86 that is located on the reforming flow path 67 side (outside in the radial direction) of the orifice 82 and faces the orifice 82 .

改質流路67の入口(上端)は、混合部80及び連結管81を介して気化流路46と連通されている。改質流路67は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この改質流路67には、気化流路46から供給された原燃料ガス162が鉛直方向上側から下側に流れる。 An inlet (upper end) of the reforming channel 67 communicates with the vaporization channel 46 via a mixing section 80 and a connecting pipe 81 . The reforming channel 67 is formed so that the upper side in the vertical direction is the upstream side, and the raw fuel gas 162 supplied from the vaporization channel 46 flows through the reforming channel 67 from the upper side in the vertical direction to the lower side.

この改質流路67の入口には、改質流路67の周方向に沿って環状に形成された仕切板83が設けられている。この仕切板83には、周方向に一定の間隔を空けて複数のオリフィス84が形成されている。この複数のオリフィス84は、仕切板83の板厚方向(鉛直方向)に貫通しており、改質流路67には、複数のオリフィス84を通じて原燃料ガス162が流入する。この仕切板83は、鉛直方向に間隔を空けて複数設けられていても良い。 A partition plate 83 formed in an annular shape along the circumferential direction of the reforming channel 67 is provided at the inlet of the reforming channel 67 . A plurality of orifices 84 are formed in the partition plate 83 at regular intervals in the circumferential direction. The plurality of orifices 84 pass through the partition plate 83 in the plate thickness direction (vertical direction), and the raw fuel gas 162 flows into the reforming channel 67 through the plurality of orifices 84 . A plurality of partition plates 83 may be provided at intervals in the vertical direction.

改質流路67には、原燃料ガス162から燃料ガス163を生成するための改質触媒層70が改質流路67の周方向及び軸方向の全長に亘って設けられている。改質触媒層70には、例えば、活性金属としてニッケル、ルテニウム、白金、ロジウム等の金属を担持した粒状触媒又はハニカム触媒等が用いられる。 A reforming catalyst layer 70 for generating the fuel gas 163 from the raw fuel gas 162 is provided in the reforming channel 67 over the entire length of the reforming channel 67 in the circumferential and axial directions. For the reforming catalyst layer 70, for example, a granular catalyst or a honeycomb catalyst supporting metal such as nickel, ruthenium, platinum, rhodium, etc. as an active metal is used.

酸化剤ガス流路68の上端部は、上述の気化部40に形成された酸化剤ガス流路48と連通されている。この酸化剤ガス流路68は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この酸化剤ガス流路68には、気化部40の酸化剤ガス流路48から供給された酸化剤ガス164が鉛直方向上側から下側に流れる。 An upper end portion of the oxidizing gas channel 68 communicates with the oxidizing gas channel 48 formed in the vaporizing section 40 described above. The oxidant gas channel 68 is formed with the upper side in the vertical direction as the upstream side, and the oxidant gas 164 supplied from the oxidant gas channel 48 of the vaporization unit 40 is supplied to the oxidant gas channel 68 . It flows vertically from top to bottom.

<燃焼部>
図4に示されるように、燃焼部90は、上述の改質部60の下方に設けられており、周壁部91と、点火電極92と、隔壁部93とを有する。周壁部91は、上述の改質部60を構成する四重の筒状壁61~64のうち最も内側の筒状壁61を除く残りの筒状壁62~64で一体に形成されている。
<Combustion part>
As shown in FIG. 4 , the combustion section 90 is provided below the reforming section 60 and has a peripheral wall section 91 , an ignition electrode 92 and a partition wall section 93 . The peripheral wall portion 91 is formed integrally with the remaining cylindrical walls 62 to 64 excluding the innermost cylindrical wall 61 of the four-fold cylindrical walls 61 to 64 forming the reforming portion 60 described above.

つまり、四重の筒状壁61~64のうち最も内側の筒状壁61を除く残りの筒状壁62~64は、内側の筒状壁61に対して下方に延びている。そして、この筒状壁62~64における下方に延びた延長部分は、燃焼部90の周壁部91として形成されている。この周壁部91を構成する三重の筒状壁62~64において、筒状壁62と筒状壁63との間には、改質部60の改質流路67が延長して形成されており、筒状壁63と筒状壁64との間には、改質部60の酸化剤ガス流路68が延長して形成されている。 That is, of the four tubular walls 61 to 64, the remaining tubular walls 62 to 64, excluding the innermost tubular wall 61, extend downward with respect to the inner tubular wall 61. As shown in FIG. The downward extending portions of the cylindrical walls 62 to 64 are formed as the peripheral wall portion 91 of the combustion portion 90 . In the triple cylindrical walls 62 to 64 forming the peripheral wall portion 91, a reforming passage 67 of the reforming section 60 is formed extending between the cylindrical wall 62 and the cylindrical wall 63. An oxidizing gas flow path 68 of the reforming section 60 is formed extending between the cylindrical wall 63 and the cylindrical wall 64 .

この周壁部91は、燃料電池セルスタック10の上方に位置すると共に、後述する燃料電池セルスタック10の周囲を囲う予熱部100と同軸上に設けられている。この周壁部91の内側は、燃焼室94として形成されており、この燃焼室94は、後述する予熱部100の内側空間104と、上述の改質部60の燃焼排ガス流路66とに連通されている。 The peripheral wall portion 91 is located above the fuel cell stack 10 and is provided coaxially with a preheating portion 100 that surrounds the fuel cell stack 10 to be described later. The inside of the peripheral wall portion 91 is formed as a combustion chamber 94, and the combustion chamber 94 communicates with the inner space 104 of the preheating section 100, which will be described later, and the combustion exhaust gas flow path 66 of the reforming section 60 described above. ing.

周壁部91の内側には、テーパ部95が設けられている。このテーパ部95は、上述の改質部60を構成する四重の筒状壁61~64のうち最も内側の筒状壁61の下端部に一体に形成されている。このテーパ部95は、改質部60の側から燃焼部90の側に突出すると共に、燃焼部90の側から改質部60の側に向かうに従って拡径するテーパ状に形成されている、 A tapered portion 95 is provided inside the peripheral wall portion 91 . The tapered portion 95 is formed integrally with the lower end portion of the innermost cylindrical wall 61 of the four-fold cylindrical walls 61 to 64 forming the reforming portion 60 described above. The tapered portion 95 protrudes from the reforming section 60 side to the combustion section 90 side, and is formed in a tapered shape whose diameter increases from the combustion section 90 side toward the reforming section 60 side.

点火電極92は、テーパ部95の先端部(下端部)から燃焼室94内に突出されており、燃焼室94の中心部に配置されている。この点火電極92は、燃料電池セルスタック10の上方に燃料電池セルスタック10と離間して設けられている。上述の気化部40及び改質部60を構成する一番目の管材21の内側には、パイプ150が収容され、このパイプ150の内側には、点火電極92と接続され碍子で絶縁された導電部151が挿入されている。 The ignition electrode 92 protrudes into the combustion chamber 94 from the tip (lower end) of the tapered portion 95 and is arranged in the center of the combustion chamber 94 . The ignition electrode 92 is provided above the fuel cell stack 10 so as to be spaced apart from the fuel cell stack 10 . A pipe 150 is accommodated inside the first pipe member 21 constituting the above-described vaporization section 40 and reforming section 60, and inside this pipe 150 is a conductive section connected to the ignition electrode 92 and insulated by an insulator. 151 is inserted.

隔壁部93は、周壁部91の内周面に沿って環状に形成されている。この隔壁部93は、点火電極92と燃料電池セルスタック10との間に開口する絞り孔96を有している。この絞り孔96には、燃料電池セルスタック10から排出されたスタック排ガス165が通過する。絞り孔96を通過したスタック排ガス165は、点火電極92とパイプ150等との間に形成されるスパークによって燃焼される。燃焼室94にて発生した燃焼排ガス166は、上方(燃料電池セルスタック10と反対側)に排出され、テーパ部95に沿って改質部60の燃焼排ガス流路66に流入する。 The partition wall portion 93 is annularly formed along the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 91 . The partition wall 93 has a throttle hole 96 that opens between the ignition electrode 92 and the fuel cell stack 10 . A stack exhaust gas 165 discharged from the fuel cell stack 10 passes through the throttle hole 96 . The stack exhaust gas 165 that has passed through the throttle hole 96 is combusted by sparks formed between the ignition electrode 92 and the pipe 150 and the like. The flue gas 166 generated in the combustion chamber 94 is discharged upward (on the side opposite to the fuel cell stack 10 ) and flows along the tapered portion 95 into the flue gas passage 66 of the reforming section 60 .

<予熱部>
予熱部100(収容部)は、燃焼部90の下方に設けられた二重の筒状壁101,102によって構成されている。二重の筒状壁101,102のうち内側の筒状壁101は、五番目の管材25の下部によって構成され、二重の筒状壁101,102のうち外側の筒状壁102は、六番目の管材26の下部によって構成されている。
<Preheating section>
The preheating section 100 (accommodating section) is composed of double cylindrical walls 101 and 102 provided below the combustion section 90 . The inner cylindrical wall 101 of the double cylindrical walls 101, 102 is composed of the lower part of the fifth pipe member 25, and the outer cylindrical wall 102 of the double cylindrical walls 101, 102 is composed of six It is constituted by the lower part of the second tube member 26 .

この予熱部100は、燃料電池セルスタック10の周囲に設けられており、燃料電池セルスタック10を収容している。予熱部100の内側には、内側空間104が形成されており、予熱部100を構成する二重の筒状壁101,102の間には、予熱流路105が形成されている。 The preheating section 100 is provided around the fuel cell stack 10 and accommodates the fuel cell stack 10 . An inner space 104 is formed inside the preheating section 100 , and a preheating flow path 105 is formed between the double cylindrical walls 101 and 102 forming the preheating section 100 .

この予熱流路105には、予熱部100の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材106が設けられており、この螺旋部材106により、予熱流路105は、予熱部100の軸方向回りに螺旋状に形成されている。 The preheating passage 105 is provided with a helical member 106 spirally formed around the axial direction of the preheating section 100 . is formed in a spiral shape.

この予熱流路105の上端部は、上述の改質部60の酸化剤ガス流路68と連通され、予熱流路105の下端部は、図1に示される底壁部34と底壁部35との間に形成された導入路37を通じて燃料電池セルスタック10の酸化剤ガス取入口15と連通されている。予熱流路105は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この予熱流路105には、改質部60の酸化剤ガス流路68を通じて供給された酸化剤ガス164が鉛直方向上側から下側に流れる。 The upper end of the preheating channel 105 communicates with the oxidizing gas channel 68 of the reforming section 60 described above, and the lower end of the preheating channel 105 connects to the bottom walls 34 and 35 shown in FIG. is communicated with the oxidant gas intake port 15 of the fuel cell stack 10 through an introduction passage 37 formed between the . The preheating channel 105 is formed so that the upper side in the vertical direction is the upstream side, and the oxidizing gas 164 supplied through the oxidizing gas channel 68 of the reforming section 60 is supplied to the preheating channel 105 from the upper side in the vertical direction. flow downwards.

予熱部100の内側(筒状壁102の内側)には、上述の改質流路67と、燃料電池セルスタック10の燃料ガス取入口16(図1参照)とを接続する燃料ガス配管107が設けられている。改質流路67と燃料ガス配管107の内側とは、改質流路67の下端部に設けられたオリフィス98を通じて連通されている。改質流路67の出口付近には、温度センサS2が設けられている。 Inside the preheating section 100 (inside the cylindrical wall 102), there is a fuel gas pipe 107 that connects the reforming channel 67 and the fuel gas inlet 16 (see FIG. 1) of the fuel cell stack 10. is provided. The reforming channel 67 and the inside of the fuel gas pipe 107 communicate with each other through an orifice 98 provided at the lower end of the reforming channel 67 . A temperature sensor S2 is provided near the outlet of the reforming channel 67 .

燃料ガス配管107は、オリフィス98と連通する上端から下方へ延出されている。燃料ガス配管107の最も低い部分には、水分離部17が設けられている。水分離部17は、燃料ガス配管107と連続する空間を有し、燃料ガス取入口16よりも下側、且つ、予熱部100の内側に形成されている。水分離部17は、燃料電池セルスタック10の径方向外側かつ水平方向からみて燃料電池セルスタック10と重なり合う位置に配置されている。燃料ガス163に液相の水が含まれている場合、当該水は水分離部17へ落ちて燃料ガス163から分離される。 The fuel gas pipe 107 extends downward from the upper end communicating with the orifice 98 . A water separator 17 is provided at the lowest portion of the fuel gas pipe 107 . The water separating section 17 has a space continuous with the fuel gas pipe 107 and is formed below the fuel gas intake 16 and inside the preheating section 100 . The water separator 17 is arranged radially outside the fuel cell stack 10 and at a position overlapping the fuel cell stack 10 when viewed from the horizontal direction. If the fuel gas 163 contains liquid-phase water, the water falls into the water separator 17 and is separated from the fuel gas 163 .

水分離部17の底部には、底壁部34及び底壁部35を貫通して予熱部100の外に連通する排出流路18が接続されている。排出流路18は、水貯留部19と接続されている。水貯留部19は、予熱部100及び円筒状の本体部141の外に配置されている。水貯留部19には排出流路18から排出された凝縮水が貯留される。 A discharge flow path 18 is connected to the bottom of the water separation section 17 so as to communicate with the outside of the preheating section 100 through the bottom walls 34 and 35 . The discharge channel 18 is connected to the water reservoir 19 . The water storage part 19 is arranged outside the preheating part 100 and the cylindrical body part 141 . Condensed water discharged from the discharge passage 18 is stored in the water storage portion 19 .

水貯留部19には、貯留された水の水位を検知する水位センサS1が設けられている。また、水貯留部19には、排気管P1及び水排出管P2が接続されている。排気管P1には開閉バルブV1が設けられ、水排出管P2には、開閉バルブV2が設けられている。排気管P1は、水貯留部19の上部に形成され、水貯留部19に流入した気体を排気可能とされている。水排出管P2は、水貯留部19の下部に接続されており、水貯留部19の水は、水排出管P2へ排出された後、不図示のラインを介して原燃料供給管50へ供給可能とされている。 The water storage unit 19 is provided with a water level sensor S1 for detecting the level of the stored water. An exhaust pipe P<b>1 and a water discharge pipe P<b>2 are connected to the water reservoir 19 . An opening/closing valve V1 is provided on the exhaust pipe P1, and an opening/closing valve V2 is provided on the water discharge pipe P2. The exhaust pipe P<b>1 is formed above the water reservoir 19 and is capable of exhausting gas that has flowed into the water reservoir 19 . The water discharge pipe P2 is connected to the lower portion of the water reservoir 19, and the water in the water reservoir 19 is discharged to the water discharge pipe P2 and then supplied to the raw fuel supply pipe 50 via a line (not shown). It is possible.

水位センサS1、温度センサS2、開閉バルブV1、V2は、制御部SSと接続されている。制御部SSは、CPU、ROM、RAM、メモリ等を含んで構成されている。メモリには、運転時の処理に必要なデータや手順等が記憶されている。水位センサS1は、検知した水位を制御部SSへ出力する。温度センサS2は、検知した温度を制御部SSへ出力する。開閉バルブV1、V2は、制御部SSにより開閉が制御される。 The water level sensor S1, the temperature sensor S2, and the open/close valves V1 and V2 are connected to the controller SS. The control unit SS includes a CPU, ROM, RAM, memory, and the like. The memory stores data, procedures, and the like necessary for processing during operation. The water level sensor S1 outputs the detected water level to the controller SS. The temperature sensor S2 outputs the detected temperature to the controller SS. The opening/closing of the opening/closing valves V1 and V2 is controlled by the controller SS.

<熱交換部>
図1に示されるように、熱交換部110は、上述の改質部60及び気化部40の周囲に設けられた三重の筒状壁111~113によって構成されている。三重の筒状壁111~113における内側の筒状壁111は、七番目の管材27によって構成され、三重の筒状壁111~113における中央の筒状壁112は、八番目の管材28によって構成され、三重の筒状壁111~113における外側の筒状壁113は、九番目の管材29によって構成されている。
なお、本実施形態では、一例として三重の筒状壁111~113により熱交換部110を構成しているが、他の個数(2個以下、4個以上)の筒状壁により熱交換部を構成してもよい。
<Heat exchange section>
As shown in FIG. 1, the heat exchange section 110 is composed of triple cylindrical walls 111 to 113 provided around the reforming section 60 and the vaporizing section 40 described above. The inner tubular wall 111 of the triple tubular walls 111-113 is constituted by the seventh tubular member 27, and the central tubular wall 112 of the triple tubular walls 111-113 is constituted by the eighth tubular member 28. The outer tubular wall 113 of the triple tubular walls 111 to 113 is composed of the ninth tubular member 29 .
In the present embodiment, as an example, the heat exchange section 110 is configured by the triple cylindrical walls 111 to 113, but the heat exchange section is configured by another number (two or less, four or more) of cylindrical walls. may be configured.

この熱交換部110を構成する三重の筒状壁111~113は、互いの間に隙間を有している。そして、内側の筒状壁111と中央の筒状壁112との間には、酸化剤ガス流路118が形成され、外側の筒状壁113と中央の筒状壁112との間には、燃焼排ガス流路117が形成されている。 The triple cylindrical walls 111 to 113 forming the heat exchange section 110 have gaps therebetween. Between the inner cylindrical wall 111 and the central cylindrical wall 112, an oxidizing gas flow path 118 is formed, and between the outer cylindrical wall 113 and the central cylindrical wall 112, A combustion exhaust gas flow path 117 is formed.

酸化剤ガス流路118には、熱交換部110の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材121が設けられており、この螺旋部材121により、酸化剤ガス流路118は、熱交換部110の軸方向回りに螺旋状に形成されている。同様に、燃焼排ガス流路117には、熱交換部110の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材120が設けられており、この螺旋部材120により、燃焼排ガス流路117は、熱交換部110の軸方向回りに螺旋状に形成されている。 The oxidizing gas channel 118 is provided with a spiral member 121 spirally formed around the axial direction of the heat exchange section 110 . It is formed spirally around the axis of 110 . Similarly, the flue gas flow path 117 is provided with a spiral member 120 spirally formed around the axial direction of the heat exchanging section 110, and the flue gas flow path 117 is provided with a heat exchanging member 120 by the spiral member 120. It is formed spirally around the axial direction of the portion 110 .

酸化剤ガス流路118の下端部には、容器20の径方向外側に延びる酸化剤ガス供給管122(図1参照)が接続されている。連結部31と連結部32との間の隙間は、容器20の径方向に延びる連結流路38として形成されており、酸化剤ガス流路118の上端部は、連結流路38を介して上述の気化部40に形成された酸化剤ガス流路48と連通されている。酸化剤ガス流路118は、鉛直方向下側を上流側として形成されており、この酸化剤ガス流路118には、酸化剤ガス供給管122(図1参照)から供給された酸化剤ガス164が鉛直方向下側から上側に流れる。 An oxidant gas supply pipe 122 (see FIG. 1) extending radially outward of the container 20 is connected to the lower end of the oxidant gas channel 118 . A gap between the connecting portion 31 and the connecting portion 32 is formed as a connecting flow path 38 extending in the radial direction of the container 20 , and the upper end portion of the oxidizing gas flow path 118 is connected to the above-described connecting flow path 38 via the connecting flow path 38 . is communicated with the oxidant gas flow path 48 formed in the vaporization section 40 of the . The oxidant gas channel 118 is formed with the vertically lower side as the upstream side, and the oxidant gas 164 supplied from the oxidant gas supply pipe 122 (see FIG. 1) is supplied to the oxidant gas channel 118 . flows vertically from bottom to top.

また、連結部32と連結部33との間の隙間は、容器20の径方向に延びる連結流路39として形成されており、燃焼排ガス流路117の上端部は、連結流路39を介して上述の気化部40に形成された燃焼排ガス流路47と連通されている。この燃焼排ガス流路117の下端部には、容器20の径方向外側に延びるガス排出管123(図1参照)が接続されている。燃焼排ガス流路117は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この燃焼排ガス流路117には、気化部40の燃焼排ガス流路47から供給された燃焼排ガス168が鉛直方向上側から下側に流れる。 In addition, the gap between the connecting portion 32 and the connecting portion 33 is formed as a connecting flow path 39 extending in the radial direction of the container 20, and the upper end portion of the flue gas flow path 117 is connected through the connecting flow path 39. It communicates with the combustion exhaust gas flow path 47 formed in the above-described vaporizing section 40 . A gas discharge pipe 123 (see FIG. 1) extending radially outward of the container 20 is connected to the lower end of the flue gas flow path 117 . The flue gas channel 117 is formed with the upper side in the vertical direction as the upstream side. flow to the side.

<断熱層>
図1に示されるように、改質部60及び気化部40と、熱交換部110とは、容器20の径方向に離間しており、この改質部60及び気化部40と熱交換部110との間には、円筒状の断熱層130が介在されている。この断熱層130は、気化部40及び改質部60を外側から覆っている。
<Heat insulation layer>
As shown in FIG. 1 , the reforming section 60 and the vaporization section 40 and the heat exchange section 110 are separated from each other in the radial direction of the container 20 . A cylindrical heat insulating layer 130 is interposed between them. The heat insulating layer 130 covers the vaporizing section 40 and the reforming section 60 from the outside.

<断熱材>
断熱材140は、円筒状の本体部141と、円盤状の上部142及び下部143とを有し、容器20を覆っている。つまり、本体部141は、容器20の周囲に設けられており、容器20を外側から覆っている。上部142は、本体部141を鉛直方向上側から覆うと共に、容器20の上部の周囲に設けられている。上部142は、鉛直方向上側から固定部材144により固定されている。下部143は、容器20及び本体部141を鉛直方向下側から覆っている。この断熱材140の表面は、被覆シート145によって覆われている。
<Insulation material>
The heat insulating material 140 has a cylindrical body portion 141 and disk-shaped upper and lower portions 142 and 143 and covers the container 20 . That is, the body part 141 is provided around the container 20 and covers the container 20 from the outside. The upper portion 142 covers the main body portion 141 from above in the vertical direction and is provided around the upper portion of the container 20 . The upper portion 142 is fixed by a fixing member 144 from above in the vertical direction. The lower portion 143 covers the container 20 and the main body portion 141 from below in the vertical direction. The surface of this heat insulating material 140 is covered with a cover sheet 145 .

次に、第1実施形態に係る燃料電池モジュールM1の動作について説明する。 Next, operation of the fuel cell module M1 according to the first embodiment will be described.

炭化水素系燃料と改質用水とが混合された原燃料161は、図2に示される原燃料供給管50へ供給されると、原燃料供給管50内を流れ、気化流路46へ流入する。そして、この原燃料161は、螺旋状に形成された気化流路46を鉛直方向上側から下側へ流れる。このとき、気化部40では、燃焼部90(図4参照)から排出された燃焼排ガス166が燃焼排ガス流路47を鉛直方向下側から上側に流れる。気化流路46に隣接する燃焼排ガス流路47に燃焼排ガス166が流れると、気化流路46を流れる原燃料161と燃焼排ガス166との間で熱交換される(燃焼排ガス166から原燃料161に気化熱が与えられる)。そして、気化流路46では、原燃料161が気化されて原燃料ガス162(図3参照)が生成される。 When the raw fuel 161 in which the hydrocarbon fuel and the reforming water are mixed is supplied to the raw fuel supply pipe 50 shown in FIG. . Then, the raw fuel 161 flows from the upper side to the lower side in the vertical direction through the spirally formed vaporization flow path 46 . At this time, in the vaporizing section 40, the combustion exhaust gas 166 discharged from the combustion section 90 (see FIG. 4) flows through the combustion exhaust gas flow path 47 from the bottom to the top in the vertical direction. When the combustion exhaust gas 166 flows through the combustion exhaust gas channel 47 adjacent to the vaporization channel 46, heat is exchanged between the raw fuel 161 flowing through the vaporization channel 46 and the combustion exhaust gas 166 (from the combustion exhaust gas 166 to the raw fuel 161). heat of vaporization is given). In the vaporization passage 46, the raw fuel 161 is vaporized to generate raw fuel gas 162 (see FIG. 3).

図3に示されるように、気化流路46で気化された原燃料ガス162は、連結管81の内側に形成されたオリフィス82を通り、改質部60の上方に形成された混合部80の内側空間85に流入する。このとき、気化流路46で気化された原燃料ガス162は、連結管81の内側のオリフィス82を通過する際に流速が高められて噴流となり、混合部80における径方向外側の対向壁部86に衝突する。そして、原燃料ガス162が対向壁部86に衝突することにより乱流が生じ、原燃料ガス162に含まれる炭化水素系ガス及び水蒸気が混合される。 As shown in FIG. 3, the raw fuel gas 162 vaporized in the vaporization passage 46 passes through an orifice 82 formed inside the connecting pipe 81 and passes through the mixing section 80 formed above the reforming section 60. It flows into the inner space 85 . At this time, the raw fuel gas 162 vaporized in the vaporization passage 46 is increased in flow velocity when passing through the orifice 82 inside the connecting pipe 81 and becomes a jet flow, and is formed into a jet flow, which is formed on the opposite wall portion 86 on the radially outer side of the mixing portion 80 . collide with When the raw fuel gas 162 collides with the opposing wall portion 86, a turbulent flow is generated, and the hydrocarbon-based gas and water vapor contained in the raw fuel gas 162 are mixed.

このようにして混合された原燃料ガス162は、対向壁部86に衝突することにより径方向外側から鉛直方向下側に向きを変え、改質流路67の入口に形成された複数のオリフィス84を通じて改質流路67に流入する。複数のオリフィス84は、改質流路67の周方向に一定の間隔を空けて並んでいるので、この複数のオリフィス84を通過することで、改質流路67には、原燃料ガス162が周方向に分散して流入する。 The raw fuel gas 162 mixed in this manner collides with the opposing wall portion 86 to change direction from the radially outer side to the vertically downward direction, and passes through a plurality of orifices 84 formed at the inlet of the reforming channel 67 . It flows into the reforming channel 67 through . Since the plurality of orifices 84 are arranged at regular intervals in the circumferential direction of the reforming passage 67 , the raw fuel gas 162 is supplied to the reforming passage 67 by passing through the plurality of orifices 84 . Inflow is dispersed in the circumferential direction.

また、このとき、改質部60では、燃焼部90(図4参照)から排出された燃焼排ガス166が燃焼排ガス流路66を鉛直方向下側から上側に流れる。改質流路67に隣接する燃焼排ガス流路66に燃焼排ガス166が流れると、改質流路67を流れる原燃料ガス162と燃焼排ガス166との間で熱交換される。そして、改質流路67では、燃焼排ガス166の熱を利用して改質触媒層70により原燃料ガス162から燃料ガス163(改質ガス)が生成される。 At this time, in the reforming section 60, the combustion exhaust gas 166 discharged from the combustion section 90 (see FIG. 4) flows through the combustion exhaust gas flow path 66 from the bottom to the top in the vertical direction. When the flue gas 166 flows through the flue gas channel 66 adjacent to the reforming channel 67 , heat is exchanged between the raw fuel gas 162 flowing through the reforming channel 67 and the flue gas 166 . In the reforming passage 67 , the heat of the flue gas 166 is used to generate the fuel gas 163 (reformed gas) from the raw fuel gas 162 by the reforming catalyst layer 70 .

改質流路67にて生成された燃料ガス163は、図4に示されるように、仕切板97に形成されたオリフィス98を通過し、燃料ガス配管107の内側に流入する。そして、この燃料ガス163は、燃料ガス配管107を通じて燃料電池セルスタック10の燃料ガス取入口16(図1参照)に供給される。 The fuel gas 163 generated in the reforming channel 67 passes through the orifice 98 formed in the partition plate 97 and flows into the fuel gas pipe 107, as shown in FIG. This fuel gas 163 is then supplied to the fuel gas inlet 16 (see FIG. 1) of the fuel cell stack 10 through the fuel gas pipe 107 .

ここで、燃料ガス163に含まれる水が凝縮した場合、凝縮した水は水分離部17へ落ち、排出流路18から排出され、水貯留部19へ貯留される。水貯留部19の水位は、水位センサS1で検知され、制御部SSへ出力される。検知された水位Lが、水排出管P2の取付部分の水位L1よりも高い場合に、制御部SSは、開閉バルブV2を開放する。また、検知された水位が水位L1以下となった場合に、制御部SSは、開閉バルブV2を閉鎖する。開閉バルブV2が開放されると、水貯留部19から水排出管P2へ水が排出され、排出された水は、不図示のポンプ等により流量調整されつつ、原燃料供給管50へ供給される。 Here, when the water contained in the fuel gas 163 is condensed, the condensed water falls into the water separating portion 17, is discharged from the discharge passage 18, and is stored in the water storing portion 19. FIG. The water level of the water reservoir 19 is detected by the water level sensor S1 and output to the controller SS. When the detected water level L is higher than the water level L1 at the attachment portion of the water discharge pipe P2, the controller SS opens the open/close valve V2. Further, when the detected water level becomes equal to or lower than the water level L1, the controller SS closes the open/close valve V2. When the opening/closing valve V2 is opened, water is discharged from the water reservoir 19 to the water discharge pipe P2, and the discharged water is supplied to the raw fuel supply pipe 50 while the flow rate is adjusted by a pump (not shown) or the like. .

また、制御部SSは、燃料電池モジュールM1の起動時に、水貯留部19に残留する気体を抜く。これは、定常運転中に水貯留部19から排出流路18を通って気体が逆流し、燃料電池セルスタック10へ流入することが考えられ、残留気体に空気が混在していると、燃料電池セルスタック10を劣化させる可能性があるためである。具体的には、温度センサS2から出力された所定の改質温度(例えば600°程度)を超えた場合に、開閉バルブV1を開放して、水貯留部19内の残留気体を改質流路67から送出される燃料ガスと置換し、その後、開閉バルブV1を閉鎖する。 Further, the control unit SS removes gas remaining in the water reservoir 19 when the fuel cell module M1 is activated. It is conceivable that the gas flows back from the water reservoir 19 through the discharge channel 18 during steady operation and flows into the fuel cell stack 10. If air is mixed in the residual gas, the fuel cell This is because the cell stack 10 may deteriorate. Specifically, when the predetermined reforming temperature (for example, about 600°) output from the temperature sensor S2 is exceeded, the open/close valve V1 is opened to allow the residual gas in the water reservoir 19 to flow into the reforming channel. 67, and then closes the on-off valve V1.

一方、図1に示される熱交換部110では、酸化剤ガス供給管122を通じて酸化剤ガス流路117に酸化剤ガス164が供給される。この酸化剤ガス164は、螺旋状に形成された酸化剤ガス流路117を鉛直方向下側から上側に流れる。このとき、熱交換部110では、燃焼部90から排出された燃焼排ガス166が燃焼排ガス流路118を鉛直方向上側から下側に流れる。この燃焼排ガス166は、ガス排出管123を通じて燃料電池モジュールM1の外部に排出される。 On the other hand, in the heat exchange section 110 shown in FIG. 1, the oxidizing gas 164 is supplied to the oxidizing gas flow path 117 through the oxidizing gas supply pipe 122 . The oxidizing gas 164 flows vertically upward through the spirally formed oxidizing gas flow path 117 . At this time, in the heat exchange section 110, the flue gas 166 discharged from the combustion section 90 flows through the flue gas passage 118 from the upper side to the lower side in the vertical direction. This combustion exhaust gas 166 is discharged outside the fuel cell module M1 through the gas discharge pipe 123 .

図3に示されるように、酸化剤ガス流路117に隣接する燃焼排ガス流路118に燃焼排ガス166が流れると、酸化剤ガス流路117を流れる酸化剤ガス164と燃焼排ガス166との間で熱交換される。そして、燃料電池モジュールM1の外部へ排出される燃焼排ガス166の温度が低下され、燃料電池モジュールM1の外部への放熱が抑制される。一方、酸化剤ガス164は、燃焼排ガス166の熱を吸収し、予熱される。この熱交換部110にて予熱された酸化剤ガス164は、連結流路38を通じて気化部40の酸化剤ガス流路48に流入し、その後、気化部40の酸化剤ガス流路48及び改質部60の酸化剤ガス流路68を鉛直方向上側から下側に流れる。 As shown in FIG. 3 , when the flue gas 166 flows through the flue gas channel 118 adjacent to the oxidizing gas channel 117 , the oxidizing gas 164 flowing through the oxidizing gas channel 117 and the flue gas 166 become heat is exchanged. Then, the temperature of the combustion exhaust gas 166 discharged to the outside of the fuel cell module M1 is lowered, and heat radiation to the outside of the fuel cell module M1 is suppressed. On the other hand, the oxidant gas 164 absorbs the heat of the flue gas 166 and is preheated. The oxidizing gas 164 preheated in the heat exchange section 110 flows into the oxidizing gas flow path 48 of the vaporizing section 40 through the connecting flow path 38, and then flows into the oxidizing gas flow path 48 of the vaporizing section 40 and the reforming gas. It flows vertically from the upper side to the lower side through the oxidant gas channel 68 of the portion 60 .

図2に示される気化部40では、上述の通り、燃焼部90から排出された燃焼排ガス166が燃焼排ガス流路47を鉛直方向下側から上側に流れる。酸化剤ガス流路48に隣接する燃焼排ガス流路47に燃焼排ガス166が流れると、酸化剤ガス流路48を流れる酸化剤ガス164と燃焼排ガス166との間で熱交換され、酸化剤ガス164がさらに予熱される。 In the vaporization section 40 shown in FIG. 2, as described above, the combustion exhaust gas 166 discharged from the combustion section 90 flows through the combustion exhaust gas flow path 47 from the bottom to the top in the vertical direction. When the flue gas 166 flows through the flue gas channel 47 adjacent to the oxidizing gas channel 48 , heat is exchanged between the oxidizing gas 164 flowing through the oxidizing gas channel 48 and the flue gas 166 . is further preheated.

同様に、改質部60では、燃焼部90から排出された燃焼排ガス166が燃焼排ガス流路66を鉛直方向下側から上側に流れる。改質流路67を挟んだ酸化剤ガス流路68と反対側の燃焼排ガス流路66に燃焼排ガス166が流れると、酸化剤ガス流路68を流れる酸化剤ガス164と燃焼排ガス166とが改質流路67(改質触媒層70)を介して熱交換し、このことによっても、酸化剤ガス164が予熱される。 Similarly, in the reforming section 60, the flue gas 166 discharged from the combustion section 90 flows through the flue gas flow path 66 from the bottom to the top in the vertical direction. When the flue gas 166 flows into the flue gas channel 66 on the opposite side of the oxidizing gas channel 68 sandwiching the reforming channel 67, the oxidizing gas 164 and the flue gas 166 flowing through the oxidizing gas channel 68 are reformed. Heat is exchanged through the quality channel 67 (reforming catalyst layer 70), and the oxidant gas 164 is also preheated by this.

このように酸化剤ガス流路48,68を流れることで予熱された酸化剤ガス164は、図1に示される予熱流路105に流入し、この螺旋状に形成された予熱流路105を鉛直方向上側から下側に流れる。この予熱流路105を流れる酸化剤ガス164は、燃料電池セルスタック10の熱によってさらに予熱される。そして、この予熱流路105にて予熱された酸化剤ガス164は、燃料電池セルスタック10の酸化剤ガス取入口15に供給される。 The oxidizing gas 164 preheated by flowing through the oxidizing gas flow paths 48 and 68 in this way flows into the preheating flow path 105 shown in FIG. Direction from top to bottom. The oxidant gas 164 flowing through this preheating flow path 105 is further preheated by the heat of the fuel cell stack 10 . The oxidizing gas 164 preheated in the preheating passage 105 is supplied to the oxidizing gas inlet 15 of the fuel cell stack 10 .

以上のようにして、燃料電池セルスタック10の燃料ガス取入口16に燃料ガスが供給されると共に、燃料電池セルスタック10の酸化剤ガス取入口15に酸化剤ガスが供給されると、燃料電池セルスタック10では、各セル12において、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する。また、各セル12は、発電に伴い発熱する。 As described above, when the fuel gas is supplied to the fuel gas inlet 16 of the fuel cell stack 10 and the oxidant gas is supplied to the oxidant gas inlet 15 of the fuel cell stack 10, the fuel cell In the cell stack 10, each cell 12 generates power through an electrochemical reaction between the oxidant gas and the fuel gas. Each cell 12 also generates heat as it generates power.

燃料電池セルスタック10からは、燃料極排ガス及び空気極排ガスを含むスタック排ガス165が排出される。この燃料電池セルスタック10から排出されたスタック排ガス165は、隔壁部93に形成された絞り孔96を通じて燃焼部90の内側に形成された燃焼室94に流入する。このとき、燃料極排ガス及び空気極排ガスを含むスタック排ガス165は、絞り孔96を通過することで混合される。 A stack exhaust gas 165 including a fuel electrode exhaust gas and an air electrode exhaust gas is discharged from the fuel cell stack 10 . A stack exhaust gas 165 discharged from the fuel cell stack 10 flows into a combustion chamber 94 formed inside the combustion portion 90 through a throttle hole 96 formed in the partition wall portion 93 . At this time, the stack exhaust gas 165 including the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas is mixed by passing through the throttle hole 96 .

この燃焼室94に流入したスタック排ガス165には、各セル12において未反応の水素及び酸素が含まれており、この水素を含むスタック排ガス165は、点火電極92とパイプ150等との間に形成されるスパークによって燃焼される。点火電極92は、燃料電池セルスタック10と鉛直方向に離間しているため、スタック排ガス165は、燃料電池セルスタック10から離れた位置で燃焼される。 The stack exhaust gas 165 that has flowed into the combustion chamber 94 contains unreacted hydrogen and oxygen in each cell 12, and this stack exhaust gas 165 containing hydrogen is formed between the ignition electrode 92 and the pipe 150 and the like. It is burned by the spark that is emitted. Since the ignition electrode 92 is separated from the fuel cell stack 10 in the vertical direction, the stack exhaust gas 165 is combusted at a position away from the fuel cell stack 10 .

そして、このようにして燃焼室94においてスタック排ガス165が燃焼されると、燃焼室94にて燃焼排ガス166が発生する。この燃焼室94にて発生した燃焼排ガス166は、上方(燃料電池セルスタック10と反対側)に排出され、テーパ部95に沿って改質部60の燃焼排ガス流路66に流入する。また、この燃焼部90から排出され改質部60の燃焼排ガス流路66に流入した燃焼排ガス166は、上述の通り、改質部60の燃焼排ガス流路66、気化部40の燃焼排ガス流路47、連結流路39及び熱交換部110の燃焼排ガス流路118を流れた後、ガス排出管123を通じて燃料電池モジュールM1の外部に排出される。 When the stack exhaust gas 165 is combusted in the combustion chamber 94 in this manner, combustion exhaust gas 166 is generated in the combustion chamber 94 . The flue gas 166 generated in the combustion chamber 94 is discharged upward (on the side opposite to the fuel cell stack 10 ) and flows along the tapered portion 95 into the flue gas passage 66 of the reforming section 60 . Further, the flue gas 166 discharged from the combustion section 90 and flowing into the flue gas flow path 66 of the reforming section 60 passes through the flue gas flow path 66 of the reforming section 60 and the flue gas flow path of the vaporizing section 40 as described above. 47, the connecting channel 39, and the flue gas channel 118 of the heat exchanging part 110, the exhaust gas is discharged to the outside of the fuel cell module M1 through the gas discharge pipe 123. FIG.

次に、本発明の第一実施形態の作用及び効果について説明する。 Next, the action and effects of the first embodiment of the present invention will be described.

以上詳述したように、第1実施形態の燃料電池モジュールM1によれば、燃料ガス配管107の最も低い部分には、水分離部17が設けられている。燃料ガス163に含まれた水蒸気が燃料ガス配管107で凝縮する場合や、原燃料供給管50から供給された液相の水が気化されずに改質流路67から排出された場合に、燃料ガス163に液相の水が含まれるが、当該水は水分離部17へ落ちて燃料ガス163から分離される。したがって、燃料電池セルスタック10へ液相の水が流入することを抑制することができる。 As detailed above, according to the fuel cell module M1 of the first embodiment, the water separator 17 is provided at the lowest portion of the fuel gas pipe 107 . When the water vapor contained in the fuel gas 163 condenses in the fuel gas pipe 107, or when the liquid-phase water supplied from the raw fuel supply pipe 50 is discharged from the reforming channel 67 without being vaporized, the fuel The gas 163 contains water in the liquid phase, which falls into the water separator 17 and is separated from the fuel gas 163 . Therefore, the inflow of liquid-phase water into the fuel cell stack 10 can be suppressed.

また、水分離部17は、燃料電池セルスタック10との接続部である燃料ガス取入口16よりも鉛直方向下側に配置されているので、水分離部17で分離された水が燃料ガス取入口16へ流入することを抑制することができる。 In addition, since the water separator 17 is arranged vertically below the fuel gas intake 16, which is the connecting portion with the fuel cell stack 10, the water separated by the water separator 17 is removed from the fuel gas. Flowing into the inlet 16 can be suppressed.

また、水分離部17は、燃料電池セルスタック10の径方向外側かつ水平方向からみて燃料電池セルスタック10と重なり合う位置に配置されているので、予熱部100の上下方向の空間を広げることなく水分離部17を配置することができる。 In addition, since the water separator 17 is arranged radially outside of the fuel cell stack 10 and at a position overlapping the fuel cell stack 10 when viewed from the horizontal direction, the water separator 17 can separate water without increasing the vertical space of the preheating unit 100 . A separating portion 17 can be arranged.

また、水分離部17の底部には、予熱部100の外に連通する排出流路18が接続されており、排出流路18は、水貯留部19と接続されているので、分離した水を予熱部100の外側へ排出することができると共に、当該水を水貯留部19に貯留することができる。 A discharge channel 18 communicating with the outside of the preheating unit 100 is connected to the bottom of the water separation unit 17, and the discharge channel 18 is connected to the water storage unit 19, so that the separated water can be discharged. The water can be discharged to the outside of the preheating section 100 and can be stored in the water storage section 19 .

さらに、水貯留部19に貯留された水を原燃料供給管50へ供給するので、排出流路18から排出された水を改質水として再利用することにより、改質水の新規供給量を抑制することができる。 Furthermore, since the water stored in the water storage part 19 is supplied to the raw fuel supply pipe 50, the water discharged from the discharge flow path 18 is reused as reformed water, thereby increasing the new supply amount of reformed water. can be suppressed.

なお、本実施形態では、水貯留部19に排気管P1を設けたが、排気管P1は必須の構成ではない。水貯留部19に残留する気体を燃料ガスに置換する方法として、開閉バルブV2を閉鎖して、起動時に水貯留部19を満水(気体が貯留されない状態)にし、その後、温度センサS2から出力された所定の改質温度(例えば600°程度)を超えた場合に、開閉バルブV2を開放して燃料ガスを水貯留部19へ流入させてもよい。 Although the exhaust pipe P1 is provided in the water reservoir 19 in this embodiment, the exhaust pipe P1 is not an essential component. As a method for replacing the gas remaining in the water storage section 19 with fuel gas, the open/close valve V2 is closed to fill the water storage section 19 with water (state in which no gas is stored) at startup, and then the temperature sensor S2 outputs the When the temperature exceeds a predetermined reforming temperature (for example, about 600°), the opening/closing valve V2 may be opened to allow the fuel gas to flow into the water reservoir 19 .

また、本実施形態では、水貯留部19を設けて、水分離部17で分離した水を貯留したが、水貯留部19は必須の構成ではない。水貯留部19を設けずに、排出流路18からの水を廃棄してもよい。 Moreover, in the present embodiment, the water storage unit 19 is provided to store the water separated by the water separation unit 17, but the water storage unit 19 is not an essential component. The water from the discharge channel 18 may be discarded without providing the water reservoir 19 .

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本実施形態では、第1実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。本実施形態では、第1実施形態と比較して、水分離部の位置が異なっている。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the invention will be described. In addition, in this embodiment, the same code|symbol is attached|subjected about the part similar to 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate|omitted. In this embodiment, the position of the water separator is different from that in the first embodiment.

図6に示すように、本実施形態の燃料電池モジュールM2の水分離部17-2は、燃料電池セルスタック10の下側に設けられている。水分離部17-2は、燃料ガス配管107と連続する空間を有し、燃料ガス配管107の下流端を構成している。燃料ガス取入口16は、水分離部17-2の上側に設けられている。水分離部17-2は、予熱部100の軸方向から見て燃料電池セルスタック10と重なり合う位置に配置されている。燃料ガス163に液相の水が含まれている場合、当該水は水分離部17-2へ落ちて燃料ガス163から分離される。 As shown in FIG. 6, the water separator 17-2 of the fuel cell module M2 of this embodiment is provided below the fuel cell stack 10. As shown in FIG. The water separator 17-2 has a space that is continuous with the fuel gas pipe 107, and constitutes the downstream end of the fuel gas pipe 107. As shown in FIG. The fuel gas intake 16 is provided above the water separator 17-2. The water separating section 17-2 is arranged at a position overlapping the fuel cell stack 10 when viewed from the axial direction of the preheating section 100. As shown in FIG. If the fuel gas 163 contains water in the liquid phase, the water falls into the water separating section 17-2 and is separated from the fuel gas 163. FIG.

水分離部17-2の底部には、底壁部34及び底壁部35を貫通して予熱部100の外に連通する排出流路18が接続されている。排出流路18よりも下流側の構成は、第1実施形態と同様である。 A discharge channel 18 is connected to the bottom of the water separating section 17-2 to communicate with the outside of the preheating section 100 through the bottom wall sections 34 and 35. As shown in FIG. The configuration downstream of the discharge channel 18 is the same as in the first embodiment.

本実施形態の原燃料供給管50-2についても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。また、水分離部17-2は、燃料電池セルスタック10の下側かつ予熱部100の軸方向から見て燃料電池セルスタック10と重なり合う位置に配置されているので、予熱部100の径方向の空間を広げることなく水分離部17-2を配置することができる。 The raw fuel supply pipe 50-2 of this embodiment can also achieve the same effect as the first embodiment. In addition, since the water separator 17-2 is arranged below the fuel cell stack 10 and overlapping the fuel cell stack 10 when viewed from the axial direction of the preheating unit 100, the water separation unit 17-2 is arranged in the radial direction of the preheating unit 100. The water separator 17-2 can be arranged without increasing the space.

以上、本発明の第1、第2実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。 Although the first and second embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above, and can be modified in various ways without departing from the gist of the present invention. Of course there is.

M1、M2 燃料電池モジュール
10 燃料電池セルスタック
16 燃料ガス取入口(接続部)
17 水分離部、 18 排出流路、 19 水貯留部
21、24、25 管体(筒状壁)
100 予熱部(収容部)
90 燃焼部
60 改質部、 67 改質流路
66 燃焼排ガス流路
107 燃料ガス配管(燃料ガス供給路)
M1, M2 fuel cell module 10 fuel cell stack 16 fuel gas intake (connection)
17 water separator 18 discharge channel 19 water reservoirs 21, 24, 25 tubular body (cylindrical wall)
100 preheating section (accommodating section)
90 combustion section 60 reforming section 67 reforming channel 66 flue gas channel 107 fuel gas pipe (fuel gas supply channel)

Claims (5)

酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルスタックを収容する収容部と、
前記燃料電池セルスタックの上方に設けられ、前記燃料電池セルスタックから排出されたスタック排ガスを燃焼し、燃焼排ガスを排出する燃焼部と、
前記燃料電池セルスタックよりも上方に設けられ、前記燃焼排ガスの熱を利用して原燃料ガスから水蒸気改質により前記燃料ガスを生成するための改質触媒層が設けられた改質流路を有する改質部と、
前記燃料電池セルスタックと接続部で接続されると共に前記収容部内に設けられ、前記改質流路から送出された前記燃料ガスを前記燃料電池セルスタックへ供給する燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路に設けられ、前記接続部よりも鉛直方向下側で、前記燃料電池セルスタックの水平方向外側かつ水平方向からみて前記燃料電池セルスタックと重なり合う位置に配置され、液相の水を前記燃料ガスから分離する水分離部と、
を備えた燃料電池モジュール。
a fuel cell stack that generates electricity through an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas;
an accommodation unit that accommodates the fuel cell stack;
a combustion unit provided above the fuel cell stack for burning stack exhaust gas discharged from the fuel cell stack and discharging combustion exhaust gas;
a reforming channel provided above the fuel cell stack and provided with a reforming catalyst layer for generating the fuel gas by steam reforming the raw fuel gas using the heat of the combustion exhaust gas; a reforming unit having
a fuel gas supply passage connected to the fuel cell stack at a connection portion and provided in the accommodation portion for supplying the fuel gas delivered from the reforming passage to the fuel cell stack;
is provided in the fuel gas supply path, is positioned vertically below the connecting portion, is positioned outside the fuel cell stack in the horizontal direction and overlaps the fuel cell stack when viewed from the horizontal direction, and is liquid-phase water; from the fuel gas; and
A fuel cell module with
酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルスタックを収容する収容部と、
前記燃料電池セルスタックの上方に設けられ、前記燃料電池セルスタックから排出されたスタック排ガスを燃焼し、燃焼排ガスを排出する燃焼部と、
前記燃料電池セルスタックよりも上方に設けられ、前記燃焼排ガスの熱を利用して原燃料ガスから水蒸気改質により前記燃料ガスを生成するための改質触媒層が設けられた改質流路を有する改質部と、
前記燃料電池セルスタックと接続部で接続されると共に前記収容部内に設けられ、前記改質流路から送出された前記燃料ガスを前記燃料電池セルスタックへ供給する燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路に設けられ、前記接続部よりも鉛直方向下側で、前記燃料電池セルスタックの鉛直方向下側かつ鉛直方向からみて前記燃料電池セルスタックと重なり合う位置に配置され、液相の水を前記燃料ガスから分離する水分離部と、
を備えた燃料電池モジュール。
a fuel cell stack that generates electricity through an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas;
an accommodation unit that accommodates the fuel cell stack;
a combustion unit provided above the fuel cell stack for burning stack exhaust gas discharged from the fuel cell stack and discharging combustion exhaust gas;
a reforming channel provided above the fuel cell stack and provided with a reforming catalyst layer for generating the fuel gas by steam reforming the raw fuel gas using the heat of the combustion exhaust gas; a reforming unit having
a fuel gas supply passage connected to the fuel cell stack at a connection portion and provided in the accommodation portion for supplying the fuel gas delivered from the reforming passage to the fuel cell stack;
It is provided in the fuel gas supply path, is arranged vertically below the connecting portion, is arranged vertically below the fuel cell stack and overlaps with the fuel cell stack when viewed in the vertical direction, and has a liquid phase. a water separator that separates water from the fuel gas;
A fuel cell module with
酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルスタックを収容する収容部と、
前記燃料電池セルスタックの上方に設けられ、前記燃料電池セルスタックから排出されたスタック排ガスを燃焼し、燃焼排ガスを排出する燃焼部と、
前記燃料電池セルスタックよりも上方に設けられ、前記燃焼排ガスの熱を利用して原燃料ガスから水蒸気改質により前記燃料ガスを生成するための改質触媒層が設けられた改質流路を有する改質部と、
前記燃料電池セルスタックと接続部で接続されると共に前記収容部内に設けられ、前記改質流路から送出された前記燃料ガスを前記燃料電池セルスタックへ供給する燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路に設けられ、前記接続部よりも鉛直方向下側に配置され、液相の水を前記燃料ガスから分離する水分離部と、
前記水分離部で分離された水を前記収容部から排出させる排出流路と、
前記収容部の外に設けられ、前記排出流路から排出された水を貯留する水貯留部と、
を備えた燃料電池モジュール。
a fuel cell stack that generates electricity through an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas;
an accommodation unit that accommodates the fuel cell stack;
a combustion unit provided above the fuel cell stack for burning stack exhaust gas discharged from the fuel cell stack and discharging combustion exhaust gas;
a reforming channel provided above the fuel cell stack and provided with a reforming catalyst layer for generating the fuel gas by steam reforming the raw fuel gas using the heat of the combustion exhaust gas; a reforming unit having
a fuel gas supply passage connected to the fuel cell stack at a connection portion and provided in the accommodation portion for supplying the fuel gas delivered from the reforming passage to the fuel cell stack;
a water separation section provided in the fuel gas supply passage , arranged vertically below the connection section, and separating liquid phase water from the fuel gas;
a discharge channel for discharging the water separated by the water separation unit from the storage unit;
a water storage portion provided outside the storage portion for storing water discharged from the discharge channel;
A fuel cell module with
前記水貯留部に貯留された水を改質水として前記改質流路へ供給する、請求項3に記載の燃料電池モジュール。 4. The fuel cell module according to claim 3 , wherein water stored in said water storage portion is supplied to said reforming channel as reformed water. 前記収容部は筒状とされ、前記燃焼排ガスを通過させる燃焼排ガス流路、及び前記改質流路は、前記収容部と同軸配置され互いの間に隙間を有する少なくとも三重の筒状とされた筒状壁によって構成されている、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール。 The storage section is cylindrical, and the flue gas flow path through which the combustion exhaust gas passes and the reforming flow path are arranged coaxially with the storage section and have at least three layers of cylindrical shapes with a gap therebetween. 5. The fuel cell module according to any one of claims 1 to 4 , which is constituted by a cylindrical wall.
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