JP7152204B2 - fuel cell device - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池装置に関する。 The present invention relates to fuel cell devices.

燃料電池装置は、外装ケース等の筐体内に、燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールから排出される排ガスの熱エネルギーを回収するための熱交換器を備える。 A fuel cell device includes a fuel cell module and a heat exchanger for recovering thermal energy of exhaust gas discharged from the fuel cell module in a housing such as an exterior case.

熱交換器は、たとえば特許文献1に記載のように、断熱材で周囲を覆われた燃料電池モジュールの下側に垂下するように配置されており、前述の排ガスが流過する配管またはパイプ等により、燃料電池モジュールの排気口に接続され、固定されている。 The heat exchanger, for example, as described in Patent Document 1, is arranged so as to hang down from the lower side of the fuel cell module surrounded by a heat insulating material. is connected and fixed to the exhaust port of the fuel cell module.

特開2009-32652号公報JP 2009-32652 A 特許第6216901号公報Japanese Patent No. 6216901

本開示の燃料電池装置は、複数の燃料電池セルが所定の方向に沿って配列されたセルスタックと、該セルスタックを収容する収納容器と、
収納容器内に収納され、前記燃料電池セルの配列方向に沿って延びる水蒸気改質可能であって、セル配列方向一端の第一端部側に気化部が位置し、セル配列方向他端の第二端部側に改質部が位置する改質器とを備える、燃料電池モジュールと、
該収納容器の全面を覆って位置する断熱材と、
該断熱材を覆って位置する第一部材と、
熱媒を貯留する蓄熱タンクと、
第一面に並設されて、かつ前記第一部材に接続された、
前記燃料電池モジュール内で発生する高温の排ガスと熱媒とを熱交換させる第一熱交換器と、
前記蓄熱タンク内に貯留された熱媒と外部から導入された流体とを熱交換させる第二熱交換器と、を備えており、
前記第一熱交換器は、前記第一面におけるセル配列方向中央より第一端部側に位置し、
前記第二熱交換器は、前記第一面における前記第一熱交換器より第二端部側に位置する
A fuel cell device according to the present disclosure includes a cell stack in which a plurality of fuel cells are arranged along a predetermined direction, a storage container that stores the cell stack,
It is housed in a storage container and is capable of steam reforming extending along the arrangement direction of the fuel cells, and has a vaporization section located on the first end side of one end in the cell arrangement direction and a second end at the other end in the cell arrangement direction. a fuel cell module comprising a reformer having a reformer located on the two end side ;
a heat insulating material covering the entire surface of the storage container;
a first member positioned over the insulation ;
a heat storage tank that stores a heat medium;
arranged side by side on the first surface and connected to the first member,
a first heat exchanger for exchanging heat between a high-temperature exhaust gas generated in the fuel cell module and a heat medium;
a second heat exchanger that exchanges heat between the heat medium stored in the heat storage tank and the fluid introduced from the outside,
The first heat exchanger is located on the first end side from the center in the cell arrangement direction on the first surface,
The second heat exchanger is located closer to the second end than the first heat exchanger on the first surface .

実施形態の燃料電池装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell device according to an embodiment; FIG. 燃料電池装置の筐体内の構成を説明する分解図である。FIG. 2 is an exploded view for explaining the internal configuration of the housing of the fuel cell device; 燃料電池モジュールの内部構成を説明する透視図である。FIG. 3 is a perspective view for explaining the internal configuration of the fuel cell module;

以下、図面を用いて実施形態の燃料電池装置について説明する。
図1は、実施形態の燃料電池装置100の概略構成図であり、図2は、燃料電池装置100の筐体60内における各機器と配管の配置を説明する分解図である。また、図3は、断熱材13に覆われた燃料電池モジュール1の内部構成を説明する透視図である。なお、図中に示すXYZの直交3軸方向のうち、X方向は、モジュール内の燃料電池セル及びセルスタック11の配列方向を示すものである。
Hereinafter, the fuel cell device of the embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell device 100 according to an embodiment, and FIG. 2 is an exploded view for explaining the arrangement of each device and piping within a housing 60 of the fuel cell device 100. As shown in FIG. 3 is a perspective view for explaining the internal configuration of the fuel cell module 1 covered with the heat insulating material 13. As shown in FIG. Of the three orthogonal XYZ directions shown in the drawing, the X direction indicates the arrangement direction of the fuel cells and the cell stack 11 in the module.

図1に示す、実施形態の燃料電池装置100は、天然ガス,LPガス等の原燃料と空気とを使用して発電を行なう燃料電池モジュール1の稼動による電力供給と、蓄熱タンク2,ラジエータ3,高温度の排ガスと低温度の熱媒とを熱交換させる第一熱交換器4及び熱媒循環ポンプP1,熱媒循環流路としての低温熱媒配管21,高温熱媒配管22等からなる排熱回収システムを利用した温水の貯留または供給と、を行うコジェネレーションシステムである。 A fuel cell device 100 of the embodiment shown in FIG. , a first heat exchanger 4 for exchanging heat between a high-temperature exhaust gas and a low-temperature heat medium, a heat medium circulation pump P1, a low-temperature heat medium pipe 21 as a heat medium circulation flow path, a high-temperature heat medium pipe 22, etc. It is a cogeneration system that stores or supplies hot water using an exhaust heat recovery system.

前述の排熱回収システムを、以降、一次ヒートサイクルHS1という。一次ヒートサイクルHS1は、図1において、符号HS1で示す一点鎖線で囲んだ範囲である。一次ヒートサイクルHS1内における循環熱媒として、たとえば水が用いられる。第一熱交換器4は、高温の排ガスが流れるため、基本的には常温(たとえば23℃)より温度が高い。 The exhaust heat recovery system described above is hereinafter referred to as primary heat cycle HS1. The primary heat cycle HS1 is a range surrounded by a dashed line indicated by symbol HS1 in FIG. Water, for example, is used as a circulating heat medium in the primary heat cycle HS1. Since high-temperature exhaust gas flows through the first heat exchanger 4, the temperature is basically higher than normal temperature (for example, 23°C).

燃料電池装置100は、前述の蓄熱タンク2に貯留された高温の温水(高温水または熱水ともいう)を熱媒として、熱交換により上水道等の外部から供給された水(低温または冷温の水ともいう)を加温し、給湯や暖房の熱源等に用いる、排熱利用システム(以下、二次ヒートサイクルHS2という)を備える。 The fuel cell device 100 uses the high-temperature hot water (also referred to as hot water or hot water) stored in the heat storage tank 2 as a heat medium, and heat exchanges with water (low-temperature or cold water) supplied from the outside such as tap water. ) and used as a heat source for hot water supply and room heating (hereinafter referred to as a secondary heat cycle HS2).

二次ヒートサイクルHS2は、図1に示すように、前述の一次ヒートサイクルHS1と共用の蓄熱タンク2のほか、熱媒である高温水と低温の水道水とを熱交換させる第二熱交換器6と、熱媒循環ポンプP2及び熱媒循環流路としての高温水配管23、低温水配管24等から構成される。図1において、二次ヒートサイクルHS2は、符号HS2で示す二点鎖線で囲んだ範囲である。二次ヒートサイクルHS2内における循環熱媒として、蓄熱タンク2内上部の高温部位に貯留された高温水が用いられる。第二熱交換器6は、常温より温度の高い高温水と、常温に近い水道水と、の熱交換を行っているため、基本的には常温より温度が高い。 As shown in FIG. 1, the secondary heat cycle HS2 includes a heat storage tank 2 shared with the primary heat cycle HS1, and a second heat exchanger that exchanges heat between high-temperature water and low-temperature tap water as a heat medium. 6, a heat medium circulation pump P2, a high temperature water pipe 23, a low temperature water pipe 24, etc. as a heat medium circulation flow path. In FIG. 1, the secondary heat cycle HS2 is a range surrounded by a chain double-dashed line indicated by symbol HS2. High-temperature water stored in the upper high-temperature portion of the heat storage tank 2 is used as a circulating heat medium in the secondary heat cycle HS2. Since the second heat exchanger 6 exchanges heat between high-temperature water having a temperature higher than normal temperature and tap water having a temperature close to normal temperature, the temperature is basically higher than normal temperature.

第二熱交換器6で生成される、加温された水道水(以下、加温水)の利用としては、たとえば図1に示すような、給湯器への温水の供給等がある。本実施形態においては、第二熱交換器6の低温流体のインレットである導入口に、上水道に繋がる上水配管31が接続され、低温流体のアウトレットである導出口に、給湯器に繋がる給湯配管32が接続される。なお、上水配管31と給湯配管32との間には、給湯水の温度を調節するためのバイパス配管33が、流量調節弁を介して接続されている。 Heated tap water (hereinafter referred to as heated water) generated by the second heat exchanger 6 is used for supplying hot water to a water heater as shown in FIG. 1, for example. In the present embodiment, the low-temperature fluid inlet of the second heat exchanger 6 is connected to the water supply pipe 31 connected to the water supply, and the low-temperature fluid outlet is connected to the hot water supply pipe connected to the water heater. 32 are connected. A bypass pipe 33 for adjusting the temperature of hot water is connected between the clean water pipe 31 and the hot water pipe 32 via a flow control valve.

第二熱交換器6の高温流体の導入口には、先述の熱媒循環流路の上流側を構成する高温水配管23が接続され、高温流体の導出口には、熱媒循環流路の下流側を構成する低温水配管24が接続される。 The high-temperature fluid inlet of the second heat exchanger 6 is connected to the high-temperature water pipe 23 that constitutes the upstream side of the heat medium circulation flow path described above, and the high-temperature fluid outlet is connected to the heat medium circulation flow path. A low-temperature water pipe 24 that constitutes the downstream side is connected.

燃料電池装置100は、図2に示す筐体である外装ケース60内に、前述の各補機や流路,配管等のほかにも、ホットモジュールである燃料電池モジュール1の発電運転に必要な補機類等が配設される。図2は、外装ケース60の外装支柱61及び外装(化粧)パネル62の一部を取り外した状態を描いている。 In the fuel cell device 100, an exterior case 60, which is a housing shown in FIG. Auxiliary machines and the like are arranged. FIG. 2 depicts a state in which parts of the exterior strut 61 and the exterior (decorative) panel 62 of the exterior case 60 are removed.

図1においては、第一熱交換器4における排ガスの流路の下流側には、熱交換により低温となった排ガスを装置外に排出する排ガス(排気)流路41と、排ガス中の水分や水蒸気等が凝縮して生じる凝縮水を改質水タンク5に流過させる凝縮水流路42が設けられる。また、改質水タンク5内に貯留された改質水を燃料電池モジュール1内の改質器12に供給する改質水ポンプP3と、改質水流路51とが配設される。 In FIG. 1, on the downstream side of the exhaust gas flow path in the first heat exchanger 4, an exhaust gas (exhaust) flow path 41 for discharging the exhaust gas whose temperature has been reduced by heat exchange to the outside of the apparatus, and moisture in the exhaust gas and A condensed water flow path 42 is provided for allowing condensed water generated by condensation of water vapor or the like to flow through the reforming water tank 5 . A reforming water pump P3 for supplying the reforming water stored in the reforming water tank 5 to the reformer 12 in the fuel cell module 1, and a reforming water flow path 51 are provided.

また、外部から供給される天然ガス(13A)等の原燃料を、改質器12に供給する原燃料ポンプB1及び原燃料ガス流路52と、装置外部の空気を、酸素含有ガスとして改質器12に供給する空気ブロアB2及び酸素含有ガス流路53と、が配設される。なお、外装ケース60内には、補機として、図示していない、パワーコンディショナ、制御装置、記憶装置等も配設されている。 In addition, the raw fuel pump B1 and the raw fuel gas flow path 52 that supply the raw fuel such as natural gas (13A) supplied from the outside to the reformer 12, and the air outside the device is reformed as an oxygen-containing gas. An air blower B2 for supplying to the vessel 12 and an oxygen-containing gas flow path 53 are provided. A power conditioner, a control device, a storage device, and the like, which are not shown, are also arranged in the outer case 60 as auxiliary devices.

外装ケース60内の燃料電池モジュール1は、保温のために、収納容器10の全面、すなわちこの例では上下面を含む直方体の6面の外部に、断熱材13が配設され、図2及び図3に示すように、配管等を挿通するのに必要開口以外の全面が、断熱性の部材で覆われている。 The fuel cell module 1 in the exterior case 60 is provided with a heat insulating material 13 on the entire surface of the storage container 10, that is, on the outside of the six surfaces including the upper and lower surfaces in this example, for heat retention. As shown in 3, the entire surface other than the necessary openings for inserting pipes and the like is covered with a heat-insulating member.

なお、図中の符号14は、前述の断熱材13を収納容器10の外面に固定するための部材(以下、第一部材という)である。第一部材14を構成材料は、たとえば金属でもよく、一般的には、断熱材13より熱伝導率が高いものが用いられる。それゆえ、断熱材13を覆う第一部材14が設けられた領域は、特に、燃料電池モジュール1の熱を放出する傾向がみられる。収納容器10の各外面に配設された第一部材14には、図2に示すように、燃料電池モジュールの熱の放出を抑制するために、内側の断熱材13を確認できる窓となる開口を設けてもよい。 Reference numeral 14 in the drawing denotes a member (hereinafter referred to as a first member) for fixing the heat insulating material 13 to the outer surface of the storage container 10 . The material constituting the first member 14 may be, for example, a metal, and generally a material having a higher thermal conductivity than the heat insulating material 13 is used. Therefore, the region where the first member 14 covering the heat insulating material 13 is provided tends to release the heat of the fuel cell module 1 in particular. As shown in FIG. 2, the first member 14 disposed on each outer surface of the storage container 10 has an opening that serves as a window through which the inner heat insulating material 13 can be checked in order to suppress heat release from the fuel cell module. may be provided.

ところで、従来の燃料電池装置では、燃料電池モジュール1内部の熱の放出を抑制するために、熱交換器が発する熱(熱エネルギー)を利用することができなかった。 By the way, in the conventional fuel cell device, in order to suppress the release of heat inside the fuel cell module 1, the heat (thermal energy) generated by the heat exchanger could not be used.

これに対して、実施形態の燃料電池装置100では、図2に示すように、熱交換器4,6は、第一部材14に接続されている。この構成により、熱交換器4,6の熱を利用して、燃料電池モジュール1の外表面である第一部材14を温めることができ、ひいては、燃料電池モジュール1内部の熱の放出を、効率よく抑制することができる。 In contrast, in the fuel cell device 100 of the embodiment, the heat exchangers 4 and 6 are connected to the first member 14 as shown in FIG. With this configuration, the heat of the heat exchangers 4 and 6 can be used to heat the first member 14, which is the outer surface of the fuel cell module 1, and thus the heat inside the fuel cell module 1 can be efficiently released. can be well suppressed.

ここで、本開示でいう「接続」とは、第一部材14と熱交換器4,6とが直接的または間接的に接しており、熱交換器の4,6の熱を第一部材14に伝えることができるように接続されていることを意味する。 Here, “connection” as used in the present disclosure means that the first member 14 and the heat exchangers 4 and 6 are in direct or indirect contact, and the heat of the heat exchangers 4 and 6 is transferred to the first member 14 means that it is connected in such a way that it can communicate to

本実施形態においては、第一熱交換器4及び第二熱交換器6を第一部材14に固定する固定部材15が設けられている。第一熱交換器4及び第二熱交換器6は、固定部材15を介して、断熱材13を覆う第一部材14に接続されており、熱交換器4,6の熱を第一部材14に伝えることができるように接続されている。 In this embodiment, a fixing member 15 for fixing the first heat exchanger 4 and the second heat exchanger 6 to the first member 14 is provided. The first heat exchanger 4 and the second heat exchanger 6 are connected via a fixing member 15 to a first member 14 covering a heat insulating material 13, and the heat of the heat exchangers 4 and 6 is transferred to the first member 14. is connected so that it can communicate to

なお、各熱交換器4,6自体が、新たに設けた他の断熱材で覆われていてもよく、この場合においては、当該他の断熱材と固定部材15とが接続していることでも、熱交換器4,6の熱を第一部材14に伝えることができる。 The heat exchangers 4 and 6 themselves may be covered with another heat insulating material newly provided. , the heat of the heat exchangers 4 , 6 can be transferred to the first member 14 .

固定部材15は、第一部材14の材料と同じで第一部材14と一体的に設けられていてもよく、第一部材14と異なる材料の部材であってもよい。さらには、固定部材15は、第一熱交換器4及び第二熱交換器6と一体的に設けることもできる。第一熱交換器4及び第二熱交換器6は、固定部材15を介して、締結等により、第一部材14に固定されている。この構成により、各熱交換器4,6を固定するための部材を別途設ける必要がないため、燃料電池装置全体としてコンパクトに構成できる。 The fixing member 15 may be made of the same material as the first member 14 and may be provided integrally with the first member 14 , or may be made of a material different from that of the first member 14 . Furthermore, the fixing member 15 can also be provided integrally with the first heat exchanger 4 and the second heat exchanger 6 . The first heat exchanger 4 and the second heat exchanger 6 are fixed to the first member 14 by fastening or the like via the fixing member 15 . With this configuration, there is no need to separately provide a member for fixing the heat exchangers 4 and 6, so the entire fuel cell device can be configured compactly.

ここで、まず、外装ケース60内に配設される燃料電池モジュール1の内部構成について説明する。 Here, first, the internal configuration of the fuel cell module 1 arranged inside the exterior case 60 will be described.

図3は、収納容器10(図示せず)の外側に貼着された断熱材13を覆う第一部材14の図示を省略した、燃料電池モジュール1の外観斜視図である。このように、実施形態で使用する燃料電池モジュール1は、外面が断熱材13に覆われた直方体であり、その熱交換器取り付け面(図2及び図3において視認できる正面。以下、第一面ともいう)に、2つの開口10a,10bが設けられている。断熱材13の内側には、その透視図に示すように、収納容器10(図示省略)に収容された、セルスタック11と改質器12とが配設されている。 FIG. 3 is an external perspective view of the fuel cell module 1, omitting illustration of the first member 14 covering the heat insulating material 13 adhered to the outside of the storage container 10 (not shown). As described above, the fuel cell module 1 used in the embodiment is a rectangular parallelepiped whose outer surface is covered with the heat insulating material 13, and its heat exchanger mounting surface (the front surface visible in FIGS. 2 and 3; hereinafter referred to as the first surface) ) is provided with two openings 10a and 10b. A cell stack 11 and a reformer 12 housed in a storage container 10 (not shown) are arranged inside the heat insulating material 13 as shown in the perspective view thereof.

図3では図示はしていないが、これらセルスタック11及び改質器12と、収納容器10との間には、内部断熱材が充填され、この内部断熱材により、セルスタック11上側の改質器12の周囲に、余剰の改質ガスを燃焼させる燃焼室が形成されている。 Although not shown in FIG. 3, an internal heat insulating material is filled between the cell stack 11 and reformer 12 and the storage container 10, and this internal heat insulating material allows reforming of the upper side of the cell stack 11. A combustion chamber is formed around the vessel 12 to burn excess reformed gas.

また、二重容器である収納容器10の内箱と外箱との間には、酸素含有ガスである空気をセルスタック11まで流過させる空気流路(図1における酸素含有ガス流路53の収納容器10内部分)と、セルスタック11上部の、前述の燃焼室内で燃焼した燃焼排ガスを収容容器10の外部に排出する排ガス流路(図1における排ガス流路41の収納容器10内部分)と、が設けられている。 In addition, between the inner box and the outer box of the storage container 10, which is a double container, there is an air flow path (the oxygen-containing gas flow path 53 in FIG. inside the container 10), and an exhaust gas flow path in the upper part of the cell stack 11 that discharges the combustion exhaust gas burned in the combustion chamber to the outside of the container 10 (the part inside the container 10 of the exhaust gas flow channel 41 in FIG. 1). and is provided.

図3に示す本実施形態のセルスタック11は、複数の柱状燃料電池セルが、図示X方向に1列に配置された構成をとる。そして、セルスタック11上側の燃焼室(図示せず)内に配設された改質器12は、図示のようにストレート状または直管状であり、セルスタック11と同様、燃料電池セルの配列方向である図示X方向に沿って配置されている。 The cell stack 11 of this embodiment shown in FIG. 3 has a structure in which a plurality of columnar fuel cells are arranged in a row in the X direction. The reformer 12 disposed in the combustion chamber (not shown) on the upper side of the cell stack 11 has a straight shape or a straight tubular shape as shown in the figure, and is similar to the cell stack 11 in the arrangement direction of the fuel cells. are arranged along the illustrated X direction.

燃料電池モジュール1内部の改質器12は、内管と外管とに分けて改質水流路51と原燃料ガス流路52とを備える二重管により供給された改質水を、X方向負側(図示右側)に位置する気化部12Aで蒸発させ、その水蒸気を用いた水蒸気改質により、X方向正側(図示左側)に位置する改質部12Bで、原燃料を改質し改質ガスを生成する。 The reformer 12 inside the fuel cell module 1 divides the reforming water into an inner pipe and an outer pipe and supplies the reforming water through a double pipe provided with a reforming water flow channel 51 and a raw fuel gas flow channel 52 in the X direction. The raw fuel is vaporized in the vaporizing section 12A located on the negative side (right side in the figure) and reformed by steam reforming using the steam in the reforming section 12B located on the positive side in the X direction (left side in the figure). produce pollutant gas.

なお、改質器12は、その中を、流体が気化部12A側から改質部12B側、すなわち上流側から下流側に向けて一方向に流過するものであり、本実施形態においては、改質器12における、気化部12Aが位置する上流側(図示右側でX方向負側)の端部を第一端部、改質部12Bが位置する下流側(図示左側でX方向正側)の端部を第二端部と呼ぶ。 In the reformer 12, the fluid flows in one direction from the vaporizing section 12A side to the reforming section 12B side, that is, from the upstream side to the downstream side. In the reformer 12, the end on the upstream side (the right side in the drawing, the negative side in the X direction) where the vaporization section 12A is located is the first end, and the downstream side where the reforming section 12B is positioned (the left side in the drawing, the positive side in the X direction). is called the second end.

そして、図3に示す、収納容器10(図示省略)及び断熱材13を貫通して容器内部に通じる前述の2つの開口のうち、X方向正側でかつ改質部12B側(図示左側)の下方に位置する貫通穴は、前述の酸素含有ガス流路53に外部の空気を導入するための空気導入配管挿通口10aであり、X方向負側でかつ気化部12A側(図示右側)の上方に位置する貫通穴は、前述の排熱回収用一次ヒートサイクルHS1の第一熱交換器4に向けて高温度の排ガスを流過させる燃焼排ガス導出口10bである。 Then, of the two openings shown in FIG. The through-hole located below is an air introduction pipe insertion port 10a for introducing external air into the oxygen-containing gas flow path 53, and is located on the negative side in the X direction and above the vaporization section 12A side (right side in the drawing). The through-hole located at is a flue gas outlet 10b through which high-temperature flue gas flows toward the first heat exchanger 4 of the primary heat cycle HS1 for exhaust heat recovery.

ここで、前述の図2に記載した、外装ケース60内の燃料電池モジュール1周りの各補機類及び流路配管の配設位置に対応する位置を、図3に記載の仮想線(二点鎖線)で確認すると、一次ヒートサイクルHS1の第一熱交換器4と、二次ヒートサイクルHS2の第二熱交換器6とは、図3では記載しない第一部材14に取り付けられた固定部材15を介して、断熱材13の少なくとも一部を覆う当該第一部材14(記載せず)に、取り付けられている。 Here, the positions corresponding to the arrangement positions of the auxiliary devices and the flow path pipes around the fuel cell module 1 in the exterior case 60 described in FIG. chain line), the first heat exchanger 4 of the primary heat cycle HS1 and the second heat exchanger 6 of the secondary heat cycle HS2 are fixed members 15 attached to a first member 14 (not shown in FIG. 3). is attached to the first member 14 (not shown) that covers at least a portion of the heat insulating material 13 via.

各熱交換器4,6は、固定部材15を介して第一部材14に取り付けられているため、第一部材14と直接的に接続されていないが、各熱交換器4,6と収納容器(図示せず)との間に、第一部材14が配設されている。この構成により、熱交換器の熱を利用して、第一部材14をより効率よく温めることができ、ひいては、燃料電池モジュール1内部の熱の放出を、効率よく抑制することができる。言うまでもなく、各熱交換器4,6と収納容器10との間に位置する第一部材14と、各熱交換器4,6と、が直接的に接続されていてもよい。 Since each heat exchanger 4, 6 is attached to the first member 14 via the fixing member 15, it is not directly connected to the first member 14, but each heat exchanger 4, 6 and the storage container (not shown), the first member 14 is arranged. With this configuration, the heat of the heat exchanger can be used to heat the first member 14 more efficiently, and the release of heat inside the fuel cell module 1 can be efficiently suppressed. Needless to say, the first member 14 located between each heat exchanger 4, 6 and the container 10 and each heat exchanger 4, 6 may be directly connected.

第一熱交換器4と第二熱交換器6のうち少なくとも1つ、本例においてはより高温となる傾向にある第一熱交換器4が、収納容器(図示せず)の側面のうち、セル配列方向(X方向)に沿った第一面(図2及び図3において視認できる正面)におけるセル配列方向(X方向)中央より第一端部側の領域、すなわち図示における気化部12A側の右半分の領域に配設されている。この構成により、比較的温度が低い収納容器10のうちの気化部12A側の領域からの放熱を抑制できるため、燃料電池モジュール全体の温度分布の均一化に貢献できる。 At least one of the first heat exchanger 4 and the second heat exchanger 6, in this case the first heat exchanger 4, which tends to be hotter, is located on the side of the container (not shown) The region on the first end side from the center in the cell arrangement direction (X direction) on the first surface (the front visible in FIGS. 2 and 3) along the cell arrangement direction (X direction), that is, the vaporization section 12A side in the drawing It is arranged in the right half area. With this configuration, it is possible to suppress the heat radiation from the region of the storage container 10 on the side of the vaporizing section 12A, which has a relatively low temperature, thereby contributing to the uniformity of the temperature distribution of the entire fuel cell module.

第一熱交換器4は、第一面(図3において視認できる正面)の外側の方向である、Y方向正の向きから見た投影視において、前述の第一熱交換器4の投影面と、前述の第一端部(図示右側でX方向負側の端部)側に位置する気化部12Aの投影面とは、その一部が重複する位置に配置されている。この構成により、比較的温度が低い収納容器10のうちの気化部12A側の領域からの放熱をさらに抑制できるため、燃料電池モジュール全体の温度分布の均一化に貢献できる。 The first heat exchanger 4 is the projection surface of the first heat exchanger 4 described above in a projection view viewed from the positive direction in the Y direction, which is the direction outside the first surface (the front visible in FIG. 3). , and the projection plane of the vaporization section 12A positioned on the first end (the right end in the drawing and on the negative side in the X direction). With this configuration, it is possible to further suppress the heat radiation from the region of the storage container 10 on the side of the vaporization section 12A, which has a relatively low temperature, thereby contributing to the uniformity of the temperature distribution of the entire fuel cell module.

本実施形態のように、熱交換器取り付け面(固定部材15のある第一面)に2つの熱交換器を配設する場合、図3に示すように、より高温となる傾向の一次ヒートサイクルHS1の第一熱交換器4を、第一面におけるセル配列方向(X方向)中央より第一端部(気化部12A)側に配置する。また、より低温となる傾向の二次ヒートサイクルHS2の第二熱交換器6は、第一面における第一熱交換器4より第二端部(改質部12B)側に配置する。 When two heat exchangers are arranged on the heat exchanger mounting surface (the first surface on which the fixing member 15 is provided) as in the present embodiment, as shown in FIG. The first heat exchanger 4 of the HS 1 is arranged on the first end (vaporization section 12A) side of the center in the cell arrangement direction (X direction) on the first surface. The second heat exchanger 6 of the secondary heat cycle HS2, which tends to have a lower temperature, is arranged closer to the second end (reforming section 12B) than the first heat exchanger 4 on the first surface.

また、図1及び図2に示す燃料電池装置100において、燃料電池モジュール1は、空気導入配管53挿通用の貫通穴(図3においては空気導入配管挿通口10a)を、第一面におけるセル配列方向(X方向)中央より第二端部(改質部12B)側に備える。なお、空気導入配管53には、収納容器10内の温度より温度の低い空気が流れるため、貫通穴(空気導入配管挿通口10a)の周辺は、比較的温度が低い。 In the fuel cell device 100 shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell module 1 has a through hole for inserting the air introduction pipe 53 (air introduction pipe insertion port 10a in FIG. It is provided on the second end (reforming section 12B) side from the center in the direction (X direction). Since air having a temperature lower than the temperature inside the storage container 10 flows through the air introduction pipe 53, the temperature around the through hole (air introduction pipe insertion port 10a) is relatively low.

そのため、図2及び図3に示すような、燃料電池モジュール1の全体で見ると、前述の第一熱交換器4、第二熱交換器6、前記の貫通穴(空気導入配管挿通口10a)及びそれに挿通される空気導入配管53は、図示のように、第一面において、セル配列方向(X方向)の第一端部(気化部12A)から第二端部(改質部12B)にかけて順に配設される。これらの構成により、燃料電池モジュール全体の温度分布の均一化に、さらに貢献できる。 Therefore, when viewed as a whole of the fuel cell module 1 as shown in FIGS. and the air introduction pipe 53 inserted through it extends from the first end (vaporization section 12A) to the second end (reformation section 12B) in the cell arrangement direction (X direction) on the first surface as shown in the figure. They are arranged in order. These configurations can further contribute to making the temperature distribution uniform throughout the fuel cell module.

なお、前述の各熱交換器4,6が、ブレージングプレート式の熱交換器である場合、燃料電池モジュール1の保温のために、ブレージングプレート式熱交換器において最も高温となる面を、第一部材14側に向けて、固定部材15に固定すればよい。すなわち、各熱交換器4,6において、高温の熱媒が流過する高温流路に対向する外側面を、第一部材14に近接させることにより、燃料電池モジュール1をより保温することができる。 In addition, when each of the heat exchangers 4 and 6 described above is a brazed plate type heat exchanger, in order to keep the fuel cell module 1 warm, the surface of the brazed plate type heat exchanger that becomes the highest temperature is the first It may be fixed to the fixing member 15 toward the member 14 side. That is, in each of the heat exchangers 4 and 6, by bringing the outer surface facing the high-temperature flow path through which the high-temperature heat medium flows closer to the first member 14, the fuel cell module 1 can be kept warmer. .

さらに、たとえば第二熱交換器6がブレージングプレート式で、かつ、図2に示すように、その第二熱交換器6の低温流体のインレットである導入口に、上水道に繋がる上水配管31が接続され、低温流体のアウトレットである導出口に、給湯器に繋がる給湯配管32が接続される場合、最も低温となる上水配管31は、熱交換器取り付け面(固定部材15のある第一面)から最も離れるように配設する。すなわち、燃料電池モジュール1からは、第二熱交換器6を挟んで離れた位置に、上水配管31を取り回しする。これにより、低温な上水配管31が燃料電池モジュール1から熱を奪うことを抑制できる。 Further, for example, the second heat exchanger 6 is of a brazing plate type, and as shown in FIG. When the hot water supply pipe 32 connected to the water heater is connected to the outlet that is the outlet of the low temperature fluid, the water supply pipe 31 with the lowest temperature is the heat exchanger mounting surface (the first surface with the fixing member 15 ) so as to be farthest from the That is, the water supply pipe 31 is routed at a position away from the fuel cell module 1 with the second heat exchanger 6 interposed therebetween. As a result, it is possible to prevent the low-temperature tap water pipe 31 from taking heat from the fuel cell module 1 .

以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良等が可能である。 Although the embodiments of the present disclosure have been described in detail above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications, improvements, etc. are possible without departing from the gist of the present disclosure. .

1 燃料電池モジュール
2 蓄熱タンク
4 第一熱交換器
6 第二熱交換器
10 収納容器
10a 空気導入配管挿通口(貫通穴)
10b 燃焼排ガス導出口
11 セルスタック
12 改質器
12A 気化部
12B 改質部
13 断熱材
14 第一部材
15 固定部材
31 上水配管
32 給湯配管
53 酸素含有ガス流路(空気導入配管)
100 燃料電池装置
REFERENCE SIGNS LIST 1 fuel cell module 2 heat storage tank 4 first heat exchanger 6 second heat exchanger 10 storage container 10a air introduction pipe insertion port (through hole)
10b flue gas outlet 11 cell stack 12 reformer 12A vaporizer 12B reformer 13 heat insulating material 14 first member 15 fixing member 31 tap water pipe 32 hot water supply pipe 53 oxygen-containing gas flow path (air introduction pipe)
100 fuel cell device

Claims (6)

複数の燃料電池セルが所定の方向に沿って配列されたセルスタックと、該セルスタックを収容する収納容器と、
収納容器内に収納され、前記燃料電池セルの配列方向に沿って延びる水蒸気改質可能であって、セル配列方向一端の第一端部側に気化部が位置し、セル配列方向他端の第二端部側に改質部が位置する改質器とを備える、燃料電池モジュールと、
該収納容器の全面を覆って位置する断熱材と、
該断熱材を覆って位置する第一部材と、
熱媒を貯留する蓄熱タンクと、
第一面に並設されて、かつ前記第一部材に接続された、
前記燃料電池モジュール内で発生する高温の排ガスと熱媒とを熱交換させる第一熱交換器と、
前記蓄熱タンク内に貯留された熱媒と外部から導入された流体とを熱交換させる第二熱交換器と、を備えており、
前記第一熱交換器は、前記第一面におけるセル配列方向中央より第一端部側に位置し、
前記第二熱交換器は、前記第一面における前記第一熱交換器より第二端部側に位置する
燃料電池装置。
a cell stack in which a plurality of fuel cells are arranged along a predetermined direction ; a storage container that stores the cell stack;
It is housed in a storage container and is capable of steam reforming extending along the arrangement direction of the fuel cells, and has a vaporization section located on the first end side of one end in the cell arrangement direction and a second end at the other end in the cell arrangement direction. a fuel cell module comprising a reformer having a reformer located on the two end side ;
a heat insulating material covering the entire surface of the storage container;
a first member positioned over the insulation ;
a heat storage tank that stores a heat medium;
arranged side by side on the first surface and connected to the first member,
a first heat exchanger for exchanging heat between high-temperature exhaust gas generated in the fuel cell module and a heat medium;
a second heat exchanger that exchanges heat between the heat medium stored in the heat storage tank and the fluid introduced from the outside,
The first heat exchanger is located on the first end side from the center in the cell arrangement direction on the first surface,
The second heat exchanger is located closer to the second end than the first heat exchanger on the first surface
fuel cell device.
前記熱交換器と前記収納容器との間に、前記第一部材が位置する、請求項1に記載の燃料電池装置。 2. The fuel cell apparatus according to claim 1, wherein said first member is positioned between said heat exchanger and said container. 前記熱交換器は、前記第一部材と対向する面に最も近い流路が、高温の熱媒が流過する高温流路である、請求項1または2に記載の燃料電池装置。 3. The fuel cell device according to claim 1, wherein said heat exchanger has a high-temperature channel through which a high-temperature heat medium flows, the channel closest to the surface facing said first member. 前記第一面の外側から見た投影視において、
前記第一端部側の領域と対向して位置する前記熱交換器の投影面と、前記気化部の投影面との少なくとも一部が重複する、請求項1に記載の燃料電池装置。
In a projection view seen from the outside of the first surface,
2. The fuel cell device according to claim 1, wherein a projected plane of said heat exchanger and a projected plane of said evaporating section, which are located facing said first end region, at least partially overlap.
外部から前記燃料電池モジュールに、酸素含有ガスとして空気を供給する空気導入配管と、
前記第一面に設けられた空気導入配管挿通用の貫通穴と、を備え、
前記貫通穴は、前記第一面における、セル配列方向中央より第二端部側に位置する、請求項1~4のうちのいずれか1つに記載の燃料電池装置。
an air introduction pipe that supplies air as an oxygen-containing gas from the outside to the fuel cell module;
a through hole for inserting an air introduction pipe provided on the first surface,
5. The fuel cell device according to any one of claims 1 to 4, wherein the through-hole is located on the second end side of the center in the cell arrangement direction on the first surface.
記第一面において、セル配列方向の第一端部から第二端部にかけて、前記第一熱交換器、前記第二熱交換器、前記貫通穴の順に配設される、請求項5に記載の燃料電池装置。 6. The method according to claim 5, wherein the first heat exchanger, the second heat exchanger, and the through hole are arranged in this order from the first end to the second end in the cell arrangement direction on the first surface. A fuel cell device as described.
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