JPWO2015080230A1 - Reformer, cell stack device, fuel cell module and fuel cell device - Google Patents
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Abstract
【課題】 改質効率を向上できる改質器、それを備えて発電性能を向上できるセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を提供する。【解決手段】 本発明の改質器1は、原燃料を水蒸気改質して水素を含む改質ガスを生成する改質器1であって、該改質器1は、水を水蒸気に気化するための気化部1aと、改質触媒を備える改質部1bと、気化部1aと改質部1bとの間に設けられた連結路1c2と、該連結路1c2に接続され、原燃料を供給する原燃料供給部3bとを備えることを特徴とする。【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reformer capable of improving reforming efficiency, a cell stack device, a fuel cell module and a fuel cell device provided with the reformer, which can improve power generation performance. A reformer 1 of the present invention is a reformer 1 that generates a reformed gas containing hydrogen by steam reforming a raw fuel, and the reformer 1 vaporizes water into steam. A vaporizing section 1a, a reforming section 1b having a reforming catalyst, a connecting path 1c2 provided between the vaporizing section 1a and the reforming section 1b, and connected to the connecting path 1c2, And a raw fuel supply unit 3b to be supplied. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、改質器、セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a reformer, a cell stack device, a fuel cell module, and a fuel cell device.
近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルをマニホールドに固定し、それを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールが種々提案されている。 In recent years, various fuel cell modules in which a fuel cell is fixed to a manifold and stored in a storage container have been proposed as next-generation energy.
このような燃料電池モジュールとしては、収納容器内に、複数の燃料電池セルを電気的に直列に接続してなるセルスタック装置を収納したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As such a fuel cell module, one in which a cell stack device in which a plurality of fuel cell cells are electrically connected in series is accommodated in a storage container is known (for example, see Patent Document 1).
このセルスタック装置は、複数のセルスタックの上方に改質器を配置してなるとともに、該改質器がU字状をなしており、水を気化して水蒸気を生成する気化部と、該気化部で発生した水蒸気を用いて原燃料ガスを水蒸気改質する改質部とを具備している。そして、原燃料ガス供給管および水供給管が、改質器の一端である気化部に接続され、気化部で発生した水蒸気と原燃料ガスとが混合されて、改質部に供給され、この改質部にて原燃料ガスが改質されるように構成されている。 The cell stack device includes a reformer disposed above a plurality of cell stacks, the reformer has a U-shape, a vaporization unit that vaporizes water to generate steam, and the And a reforming section for steam reforming the raw fuel gas using steam generated in the vaporization section. Then, the raw fuel gas supply pipe and the water supply pipe are connected to the vaporization section which is one end of the reformer, and the water vapor generated in the vaporization section and the raw fuel gas are mixed and supplied to the reforming section. The raw fuel gas is reformed in the reforming section.
しかしながら、特許文献1では、水供給管と原燃料ガス供給管とが気化部に接続されており、水と原燃料ガスがほぼ同じ位置の気化部に供給されるため、水の気化熱と供給された低温の原燃料ガスにより、水と原燃料ガスとが供給された気化部が著しく低温状態となり、改質効率が低下するおそれがあった。
However, in
本発明は、改質効率を向上した改質器、それを備えるセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a reformer with improved reforming efficiency, a cell stack device including the reformer, a fuel cell module, and a fuel cell device.
本発明の改質器は、原燃料を水蒸気改質して水素を含む改質ガスを生成する改質器であって、該改質器は、水を水蒸気に気化するための気化部と、改質触媒を備える改質部と、前記気化部と前記改質部との間に設けられた連結路と、該連結路に接続され、原燃料を供給する原燃料供給部とを備えることを特徴とする。 The reformer of the present invention is a reformer that generates a reformed gas containing hydrogen by steam reforming a raw fuel, and the reformer includes a vaporization unit for vaporizing water into steam; A reforming section including a reforming catalyst, a connection path provided between the vaporization section and the reforming section, and a raw fuel supply section connected to the connection path for supplying raw fuel. Features.
本発明のセルスタック装置は、酸素含有ガスと前記改質ガスとで発電を行なう燃料電池セルを一列に配置してなるセルスタックを複数備え、該複数のセルスタックの上方に、上記改質器が配置されてなることを特徴とする。 The cell stack device of the present invention includes a plurality of cell stacks in which fuel cells that generate power with an oxygen-containing gas and the reformed gas are arranged in a row, and the reformer is disposed above the plurality of cell stacks. Is arranged.
本発明の燃料電池モジュールは、上記したセルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とする。 The fuel cell module of the present invention is characterized in that the above-described cell stack device is housed in a housing container.
本発明の燃料電池装置は、上記の燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする。 A fuel cell device according to the present invention is characterized in that the fuel cell module described above and an auxiliary machine for operating the fuel cell module are housed in an outer case.
本発明の改質器は、原燃料が低温であったとしても、原燃料が追加混合される時には、供給された水は殆ど気化しており、改質器の一部における低温化を抑制できる。これにより改質効率を向上できる。あわせて、該改質器を備えることで、発電性能の向上したセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置とすることができる。 In the reformer of the present invention, even when the raw fuel is at a low temperature, when the raw fuel is additionally mixed, the supplied water is almost vaporized, and the low temperature in a part of the reformer can be suppressed. . Thereby, the reforming efficiency can be improved. In addition, by providing the reformer, a cell stack device, a fuel cell module, and a fuel cell device with improved power generation performance can be obtained.
以下、図面を用いて本実施形態の改質器、セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置について説明する。なお、異なる図中の同一の構成要素については、同一の符号を付与するものとする。 Hereinafter, a reformer, a cell stack device, a fuel cell module, and a fuel cell device of this embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be provided about the same component in a different figure.
図1は、本実施形態の改質器の一例を示し、(a)は斜視図、(b)は平面図である。 FIG. 1 shows an example of a reformer of the present embodiment, where (a) is a perspective view and (b) is a plan view.
図1に示す改質器1は、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して改質ガス(水素含有ガス、以降、燃料ガスともいう。)を生成するためのW字状(ミアンダ形状)の改質器1を示している。
A
改質器1は、図1に示したように、水を気化して水蒸気を生成する気化部1aと該気化部1aで発生した水蒸気を用いて原燃料を水蒸気改質する改質部1bとを具備している。
As shown in FIG. 1, the
気化部1aは、水蒸気が一端側より他端側に流れる気化部往路1a1と、水蒸気が他端側より一端側に流れる気化部復路1a2とを備えている。また、気化部往路1a1には、内部に一端部から気化部往路1a1に沿って突出する第2筒状部2aと、一端部に接続され、第2筒状部2aに水を供給する水供給部2bとを備えている。なお、第2筒状部2aは、気化部を構成する管体より内側に突出するように設けて、この第2筒状部2aに水供給部2bである水供給管を接続するほか、水供給部2bである水供給管を外部より内部に挿入して、水供給管の一部が第2筒状部2aとなる構成であってもよい。以下の説明においては、水供給管2が外部より内部に挿入した構成を用いて説明する。
The vaporizer 1a includes a vaporizer forward path 1a1 in which water vapor flows from one end side to the other end side, and a vaporizer return path 1a2 in which water vapor flows from the other end side to the one end side. Further, the vaporization section forward path 1a1 has a second
また、改質部1bは、原燃料供給部3bである原燃料供給管3より供給された原燃料を改質して生成された改質ガスが一端側より他端側に流れる改質部往路1b1と、改質ガスが他端側より一端側に流れる改質部復路1b2とを備えており、改質部復路1b2には、改質ガスを導出するための改質ガス導出管4が接続されている。図1に示す改質器1において、水供給管2、原燃料供給管3および改質ガス導出管4は、改質器1の一方側に接続されている。
Further, the reforming
さらに改質器1においては、気化部往路1a1の他端側と気化部復路1a2の他端側とが連結路(以下、気化部連結路という。)1c1で連結され、気化部復路1a2の一端側と改質部往路1b1の一端側とが連結路(以下、気化改質部連結路という。)1c2で連結され、改質部往路1b1の他端側と改質部復路1b2の他端側とが連結路(以下、改質部連結路という。)1c3で連結されており、気化部往路1a1と、気化部復路1a2と、改質部往路1b1と、改質部復路1b2とが、側方が対向するように並置されている。
Further, in the
改質器1では、気化部往路1a1に供給された水が水蒸気となり、気化部連結路1c1、気化部復路1a2、気化改質部連結路1c2、改質部往路1b1を順に流れ、また、気化改質部連結路1c2では、原燃料供給部3bである原燃料供給管3から原燃料が供給され、気化改質部連結路1c2で水蒸気と混合され、改質部往路1b1、改質部連結路1c3、改質部復路1b2を流れる間に改質され、水素を含む改質ガス(燃料ガス)が生成され、改質ガス導出管4から導出される。
In the
気化部往路1a1、気化部復路1a2、改質部往路1b1、改質部復路1b2、気化部連結路1c1、気化改質部連結路1c2、改質部連結路1c3は、横断面が矩形状の管体から構成されている。なお、図1に示す改質器1にいては、気化部往路1a1を構成する管体と気化部復路1a2を構成する管体との間、および改質部往路1b1を構成する管体と改質部復路1b2を構成する管体との間には、開放空間が形成されている。
The vaporization section forward path 1a1, the vaporization section return path 1a2, the reforming section forward path 1b1, the reforming section return path 1b2, the vaporization section connection path 1c1, the vaporization reforming section connection path 1c2, and the reforming section connection path 1c3 have a rectangular cross section. It consists of a tube. In the
なお、図1に示す改質器1では、気化部復路1a2を構成する管体と改質部往路1b1を構成する管体との間は連結板5で塞がれている。それにより、気化部復路1a2と改質部往路1b1との温度分布を低減することができるとともに、改質器1の強度を向上することができる。
In the
また、気化部往路1a1および気化部復路1a2内に、仕切板1a11、1a21がそれぞれ設けられ、これらの仕切板1a11、1a21間が気化室とされており、水供給管2の先端部(第2筒状部)は仕切板6a1の上流側に位置し、気化室手前の位置に水を供給している。気化室内には、気化を促進するためセラミックボールが収納されており、仕切板1a11、1a21は、水蒸気は通過するが、セラミックボールは通過しないように形成されている。なお、これら仕切板1a11、1a21は、改質器の構造や、後述するセルスタックの構造等に応じて適宜配置を変更することができる。 In addition, partition plates 1a11 and 1a21 are provided in the vaporization section forward path 1a1 and the vaporization section return path 1a2, respectively, and the space between these partition plates 1a11 and 1a21 is a vaporization chamber. The cylindrical portion) is located on the upstream side of the partition plate 6a1, and supplies water to a position in front of the vaporization chamber. Ceramic balls are accommodated in the vaporizing chamber to promote vaporization, and the partition plates 1a11 and 1a21 are formed so that water vapor passes but ceramic balls do not pass. In addition, arrangement | positioning of these partition plates 1a11 and 1a21 can be suitably changed according to the structure of a modifier, the structure of the cell stack mentioned later, etc.
さらに、改質部往路1b1および改質部復路1b2内にも、それぞれ仕切板1b11、1b21が配置され、仕切板1b11、1b21間に位置する改質部往路1b1、改質部連結路1c3、改質部復路1b2が改質室とされ、この改質室には改質触媒が収納されている。仕切板1b11、1b21は、水蒸気、原燃料、改質ガス等のガスは通過できるが、改質触媒は通過できないように構成されている。なお、これら仕切板1b11、1b21は、改質器の構造や、後述するセルスタックの構造等に応じて適宜配置を変更することができる。 Further, partition plates 1b11 and 1b21 are also arranged in the reforming portion forward path 1b1 and the reforming portion return path 1b2, respectively, and the reforming portion forward path 1b1, the reforming portion connecting path 1c3, the reforming portion located between the partition plates 1b11 and 1b21, The mass part return path 1b2 serves as a reforming chamber, and a reforming catalyst is accommodated in the reforming chamber. The partition plates 1b11 and 1b21 are configured such that gas such as water vapor, raw fuel, and reformed gas can pass but the reforming catalyst cannot pass. In addition, arrangement | positioning of these partition plates 1b11 and 1b21 can be suitably changed according to the structure of a reformer, the structure of the cell stack mentioned later, etc.
そして、本実施形態の改質器1においては、気化部1aと改質部1bとの間である気化改質部連結路1c2に、原燃料を供給する原燃料供給部3bである原燃料供給管3が接続されている。このような改質器1においては、原燃料供給管3が、水供給管2が接続された気化部往路1a1よりも下流側の気化改質部連結路1c2に接続されているため、水が供給される地点と原燃料が供給される地点とが、気化部往路1a1を構成する管体と気化部復路1a2を構成する管体との間の空間を介しており、また、水蒸気の流れ方向で見れば、流れ方向の長さが長い。従って、原燃料が低温であったとしても、原燃料が追加混合される時には、供給された水が殆ど気化しており、改質器1の一部(気化部往路1a1)における低温化を抑制できる。それにより、改質効率を向上することができる。
And in the
図2は、図1に示す改質器の原燃料供給部3bおよびその近傍を抜粋して示す(a)は横断面図、(b)は縦断面図である。
FIGS. 2A and 2B are a cross-sectional view and a vertical cross-sectional view, respectively, of the raw
図1に示す原燃料供給部3bは、気化改質部連結路1c2の内部に、水蒸気の流れ方向に交差するように突出する第1筒状部3aを備えている。なお、第1筒状部3aは、気化改質部連結路1c2を構成する管体より内側に突出するように設けて、この第1筒状部3aに原燃料供給部3bである原燃料供給管3を接続するほか、原燃料供給部3bである原燃料供給管3を外部より内部に挿入して、原燃料供給管3の一部が第1筒状部3aとなる構成であってもよい。以下の説明においては、原燃料供給管3が外部より内部に挿入した構成を用いて説明する。
The raw
この第1筒状部3aは、図2に示すように、原燃料供給管3内の原燃料ガスの流れ方向が水蒸気の流れ方向と交差するように設けられており、さらに第1筒状部3aの上下に貫通孔3a1が複数所定間隔をおいて形成されている。水蒸気は、貫通孔3a1が形成された第1筒状部3aの外面を滑るように流れ、この際に、貫通孔3a1から導出される原燃料と混合するように構成されている。それにより、効率よく水蒸気と原燃料とを混合できる。なお、第1筒状部3aの先端は開口していても良く、閉塞していても良いが、開口している場合には、開口部が管壁近傍に位置していることが望ましい。
As shown in FIG. 2, the first cylindrical portion 3a is provided so that the flow direction of the raw fuel gas in the raw
図3は、原燃料供給管3が気化改質部連結路1c2に接合されている、言い換えれば第1筒状体3aを有していない改質器101の平面図である。上述の説明においては、気化改質部連結路1c2内に第1筒状体3aが設けられている例を用いて説明したが、このように第1筒状部3aを設けていない場合であっても、原燃料供給管3により原燃料を改質器101の気化改質部連結路1c2内に供給でき、水蒸気と原燃料とを混合でき、改質効率を向上することができる。
FIG. 3 is a plan view of the
図4は(a)は、気化部往路と気化改質部連結路との端面同士、および改質部復路と気化改質部連結路との端面同士を補強板で連結した形態を示す斜視図である。 FIG. 4A is a perspective view showing a form in which end faces of the vaporization section forward path and the vaporization reforming section connection path, and end faces of the reforming section return path and the vaporization reforming section connection path are coupled by a reinforcing plate. It is.
図4(a)に示すように、気化部往路1a1と気化部復路1a2との端面同士、および改質部往路1b1と改質部復路1b2との端面同士を補強板6で連結することで、改質器102を補強できる。
As shown in FIG. 4A, by connecting the end faces of the vaporization section forward path 1a1 and the vaporization section return path 1a2 and the end faces of the reforming section forward path 1b1 and the reforming section return path 1b2 with a reinforcing plate 6, The
また、図4(b)は、気化部往路と、気化部復路と、改質部往路と、改質部復路とのそれぞれの間が開放空間とされた形態を示す斜視図である。 FIG. 4B is a perspective view showing a configuration in which the spaces between the vaporization section outward path, the vaporization section return path, the reforming section outbound path, and the reforming section return path are open spaces.
図4(b)に示すように、気化部往路1a1と、気化部復路1a2と、改質部往路1b1と、改質部復路1b2とのそれぞれの間が開放空間とされることで、改質器103の周囲を流れるガスがさらに効率よく流れることとなる。
As shown in FIG. 4 (b), the reforming section forward path 1a1, the vaporization section return path 1a2, the reforming section outbound path 1b1, and the reforming section return path 1b2 are each made an open space, thereby reforming. The gas flowing around the
図5は、本実施形態の改質器のさらに他の一例を示し、(a)は斜視図、(b)は平面図である。 FIG. 5 shows still another example of the reformer of the present embodiment, where (a) is a perspective view and (b) is a plan view.
図5に示す改質器104においては、ガス流れ方向に対して垂直な断面における改質部往路1b1の断面積が、改質部復路1b2の断面積よりも大きくなっている。言い換えると、改質部往路1b1と改質部復路1b2の高さhが同一であり、幅wが改質部往路1b1の方が大きくなっている(図において、W1>W2として示している。)。それに伴い、改質部往路1b1内には、改質部復路1b2よりも多く改質触媒が収容されている。
In the
それにより、改質部往路1b1内に収容される改質触媒を多くでき、さらに改質部往路1b1でのガスの流速が遅くなることによって、改質部往路1b1において吸熱反応である水蒸気改質反応を促進し、高温となりやすい改質器104の中央部の温度を低下させ、改質器104の均熱化を図ることができる。これにより改質効率を向上することができる。
As a result, the reforming catalyst stored in the reforming section forward path 1b1 can be increased, and the gas flow rate in the reforming section outbound path 1b1 is reduced, so that steam reforming, which is an endothermic reaction, in the reforming section outbound path 1b1. The reaction is promoted, the temperature of the central portion of the
さらに、改質部往路1b1の断面積を大きくすることによって、改質器104の圧力損失を低減できる。それにより、原燃料を供給するポンプの消費電力を低減することができる。
Furthermore, the pressure loss of the
なお、上記例では、改質部往路1b1と改質部復路1b2の高さhが同一であり、幅wが改質部往路1b1の方が大きくなっている例を示したが、改質部往路1b1と改質部復路1b2の幅wが同一であり、高さhが改質部往路1b1の方が大きくなっていてもよい。 In the above example, the height h of the reforming section forward path 1b1 and the reforming section return path 1b2 is the same, and the width w of the reforming section outbound path 1b1 is larger. The width w of the outward path 1b1 and the reforming part return path 1b2 may be the same, and the height h may be larger in the reforming part outbound path 1b1.
図6は、本実施形態の改質器のさらに他の一例を示し、(a)は斜視図、(b)は平面図である。 FIG. 6 shows still another example of the reformer of the present embodiment, in which (a) is a perspective view and (b) is a plan view.
図6に示す改質器105は、図1に示す改質器1と比較して、連結板5にガス流通口5aが設けられている点で異なっている。このような改質器105においては、上述の図4(b)で示した改質器103と同様に、改質器105の周囲を流れるガスが効率よく流れるとともに、改質器105の強度を向上することができる。
The reformer 105 shown in FIG. 6 differs from the
図7は、本実施形態の燃料電池モジュール(以下、モジュールという場合がある。)の一例を示す縦断面図であり、図8は改質器を取り外した状態のセルスタック装置の一例を示す図であり、図9は本実施形態のセルスタック装置を示す側面図である。 FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an example of a fuel cell module (hereinafter sometimes referred to as a module) according to the present embodiment, and FIG. 8 is a view showing an example of a cell stack apparatus with a reformer removed. FIG. 9 is a side view showing the cell stack device of this embodiment.
モジュール7は、直方体状の収納容器8の内部に、内部に燃料ガス流路を有する燃料電池セル15を立設させた状態で一列に配列し、隣接する燃料電池セル15間に集電部材(図示せず)を介して電気的に直列に接続してなる4個のセルスタック10を収納して構成されている。
The
燃料電池セル15の下端部はガラスシール材等の絶縁性接合材17でマニホールド9に固定されている。一個のマニホールド9には、2個のセルスタック10が固定されており、4個のセルスタック10のそれぞれの両端には、図8(a)に示すように、導電部材16に設けられた引出部16aが接続され、一方側の引出部16a同士は連結部材16bで連結され、4個のセルスタック10が電気的に直列に接続されている。
The lower end portion of the
また、図7、図8、図9においては、燃料電池セル15の内部に燃料電池セル15の長さ方向yに設けられた燃料ガス流路を燃料ガスが流れる中空平板型で、支持基板の表面に、燃料側電極、固体電解質及び酸素側電極を順に設けてなる固体酸化物形の燃料電池セル15を例示している。
7, 8, and 9, a hollow plate type in which the fuel gas flows through the fuel gas flow path provided in the length direction y of the
また、燃料電池セル15にて使用する水素含有ガスを得るために、任意の複数のセルスタック10を1群として、1群につき1個の改質器1がセルスタック10の情報に配置されている。なお、図7においては、4個のセルスタック10を1群として、改質器1が、4個のセルスタック10の上方に1個配置されている。以下の説明においては、4個のセルスタック10を1群として改質器1が1個配置されている例を用いて説明する。
In addition, in order to obtain a hydrogen-containing gas used in the
そして、図9に示すように、改質器1で生成された改質ガス(燃料ガス)は、改質ガス導出管4により2つのマニホールド9に供給され、マニホールド9を介して燃料電池セル15の内部に設けられた燃料ガス流路に供給される。これにより、セルスタック装置11が構成されている。すなわち、セルスタック装置11は、図7に示したように、マニホールド9と、マニホールド9に固定されたセルスタック10と、4個のセルスタック10の上方に配置された1個の改質器1とを具備して構成されている。
Then, as shown in FIG. 9, the reformed gas (fuel gas) generated by the
なお、改質器1で生成された改質ガスは、図9に示すように、改質ガス導出管4により、分配器18を介して2つのマニホールド9に供給される。すなわち、改質ガス導出管4は、改質器1から分配器18までのU字状の第1改質ガス導出管18aと、分配器18から下方の2つのマニホールド9にそれぞれ延びる第2改質ガス導出管18bとを具備している。第1改質ガス導出管18a、第2改質ガス導出管18bの長さは、改質ガスをマニホールド9に均等に供給すべく、同じ長さ(圧力損失)とされている。
The reformed gas generated by the
また、燃料電池セル15の燃料ガス流路に供給され、発電に使用されなかった余剰の燃料ガスは、燃料電池セル15の上方に放出される。余剰の燃料ガスは、燃料電池セル15と改質器1との間に位置する燃焼部にて、燃料電池セル15の外部に供給された酸素含有ガス(空気)と反応させ燃焼させることができる。それにより、改質器1を直接加熱できるほか、この燃焼により生成される燃焼ガスが、上述した改質器の気化部往路1a1と、気化部復路1a2と、改質部往路1b1と、改質部復路1b2との間に設けられた空間を流れることでも加熱することができ、効率よく改質器1の温度を上昇させることができる。
In addition, surplus fuel gas that is supplied to the fuel gas flow path of the
なお、改質器1においては、水供給管2(第2筒状部2b)は、セルスタック10の燃料電池セル15の配列方向x中央部の上方における気化室に水を供給するように構成されている。燃料電池セル15の配列方向x中央部は温度が高くなり易いため、気化を促進できる。これにより改質器1の気化部往路1a1下方におけるセルスタック10の低温化を抑制して発電性能が低下することを抑制でき、セルスタック装置11全体としての発電性能を向上できる。
In the
さらに、図1に示した改質器1では、気化部復路1a2内の仕切板1a21は、セルスタック10の燃料電池セル15の配列方向x中央部に位置させたが、セルスタック10の燃料電池セル15の配列方向x中央部よりも、原燃料供給管3側に配置することもできる。この場合、セルスタック10の燃料電池セル15の配列方向x中央部の熱を水の気化に有効利用できる。
Further, in the
また、図7に示したように、改質器1において、気化部往路1a1、気化部復路1a2改質部往路1b1、改質部復路1b2のそれぞれは、1つのセルスタックと対応して、セルスタックの上方に配置されている。それにより、気化部往路1a1、気化部復路1a2改質部往路1b1、改質部復路1b2のそれぞれを効率よく加熱することができる。
Further, as shown in FIG. 7, in the
モジュール7は、図7に示したように、収納容器8の内部にセルスタック装置11を収納してなるもので、セルスタック10の配列方向(燃料電池セル15の配列方向xと直交する方向)の両側における収納容器8の側壁には、外側から酸素含有ガス導入路13、排ガス排出路14が形成されている。酸素含有ガス導入路13は、収納容器8の底部から側部を介して上部まで形成され、酸素含有ガス供給板12に酸素含有ガスを供給するように構成されている。
As shown in FIG. 7, the
一方、排ガス排出路14は、収納容器8の側部から底部まで形成され、燃料電池セル15の上端からの排ガスが、気化部往路1a1を構成する管体と気化部復路1a2を構成する管体との間、および改質部往路1b1を構成する管体と改質部復路1b2を構成する管体との間に形成された空間を通過し、排ガス排出路14により、収納容器8の側部を介して底部の排出口から排出されるように構成されている。それにより、酸素含有ガスが酸素含有ガス導入路13を流れる間に、排ガス排出路14を流れる排ガスにより加熱される。
On the other hand, the exhaust
以上のようなセルスタック装置11では、改質器1において、原燃料供給部3b(原燃料供給管3)が、気化改質部連結路1c2に接続されているため、改質器1の一部(気化部往路1a1)における低温化を抑制できることから、改質器1の気化部往路1a1の下方におけるセルスタック10の低温化を抑制して発電性能が低下することを抑制でき、セルスタック装置11全体としての発電性能を向上できる。
In the
図10は、本実施形態の燃料電池モジュールの他の一例を示し、改質器として図6に示す改質器105を備えるセルスタック装置11を備えている例を示している。
FIG. 10 shows another example of the fuel cell module of the present embodiment, and shows an example in which the
このような改質器105を有するモジュール7は、マニホールド9間に配置され、下端が排ガス排出路14に接続された排ガス導出管19の上端部を、連結板5の排ガス導出孔5aに接続して構成されている。
The
このようなモジュール7では、燃料電池セル15の上端からの排ガスが、気化部往路1a1と気化部復路1a2との間、改質部往路1b1と改質部復路1b2との間を通って、排ガス導出孔5a、排ガス導出管19を介して排出することができ、これにより、排ガスの熱をより効率よく改質器1に伝熱することでき、さらに排ガスの滞留を抑制し、セル上端部の燃焼を安定的に行うことができる。
In such a
図11は、本実施形態の燃料電池モジュールのさらに他の一例を示し、(a)は気化部復路と改質部往路との間の空間の下端部を連結板で塞ぎ、この連結板の下方に排ガス導出管を設けた形態の縦断面図、(b)は気化部復路と改質部往路との間の空間の上端部を連結板で塞ぎ、この連結板の下方に排ガス導出管を設けた形態の縦断面図である。 FIG. 11 shows still another example of the fuel cell module according to the present embodiment. FIG. 11A shows a lower portion of the space between the vaporization section return path and the reforming section outbound path with a connection plate. Fig. 8B is a longitudinal sectional view of the configuration in which the exhaust gas outlet pipe is provided on the upper end of the space between the vaporization section return path and the reforming section forward path, and the exhaust gas outlet pipe is provided below the connection plate. It is the longitudinal cross-sectional view of the form.
上記図7のモジュール7では、収納容器8の側壁側に排ガスを集めて排出するようにしたが、図11(a)に示すように、気化部復路1a2を構成する管体と改質部往路1b1を構成する管体との間の下側(セルスタック10側)を連結板5で塞ぎ、この連結板5の下方に、下端が排ガス排出路14に接続された排ガス導出管20を設けても良い。
In the
このようなモジュール7では、燃料電池セル15の上端からの排ガスが、気化部復路1a2の下面、改質部往路1b1の下面を通って加熱した後、排ガス導出管20から排出することができ、これにより、気化部復路1a2および改質部往路1b1の加熱を促進できる。
In such a
さらに、上記図7のモジュール7では、収納容器8の側壁側に排ガスを集めて排出するようにしたが、図11(b)に示すように、気化部復路1a2を構成する管体と改質部往路1b1を構成する管体との間の上側(収納容器8の壁側)を連結板5で塞ぎ、この連結板5の下方に、下端が排ガス排出路14に接続された排ガス導出管21を設けても良い。
Further, in the
このようなモジュール7では、燃料電池セル15の上端からの排ガスが、気化部復路1a2、改質部往路1b1の下面および側面を通って加熱した後、排ガス導出管21から排出することができ、これにより、気化部復路1a2および改質部往路1b1をさらに加熱できる。
In such a
図12は、本実施形態の燃料電池モジュールのさらに他の一例を示し、(a)は縦断面図、(b)は並置された2個の改質器を抜粋して示す平面図である。 FIG. 12 shows still another example of the fuel cell module of the present embodiment, in which (a) is a longitudinal sectional view, and (b) is a plan view showing two reformers arranged side by side.
図12に示すモジュール22は、収納容器8内に、8個のセルスタック10と、2つの改質器1とを収納して構成されている。この8個のセルスタック10は、それぞれ電気的に直列に接続されている。また、1個の改質器1が、4個のセルスタック10の上方に配置され、モジュール22には2個の改質器1が並置されている。すなわち、収納容器8内に2つのセルスタック装置11が配置されている。
A
そして、本実施形態では、収納容器8内の2個の平箱状の改質器1が、図12に示したように、気化部1aが内側になるように点対称に並置されている。すなわち、2個の改質器1は、4個のセルスタック10の上方にそれぞれ配置されており、内側から外側に向けて気化部往路1a1、気化部復路1a2、改質部往路1b1、改質部復路1b2が順次設けられている。これにより、収納容器8内の中央部に気化部1aが位置するように2個の改質器1が並置されている。
And in this embodiment, the two flat box-shaped
このようなモジュール22では、収納容器8内の中央部に、2個の改質器1の気化部1aが位置しているため、高温となり易い収納容器8内の中央部温度を低下することができる。すなわち、セルスタック10は、多数の燃料電池セル15を集積しており、燃料電池セル15で生じる反応熱、および燃料電池セル15から排出される余剰燃料ガスの燃焼により、収納容器8の中央部の温度が高温となる傾向にある。さらに、収納容器8の対向する側部には、酸素含有ガス導入路13を流れる酸素含有ガスと、排ガス排出路14を流れる排ガスとが熱交換し、酸素含有ガス導入路13、排ガス排出路14が形成された収納容器8の側部側よりも、収納容器8内の中央部が見かけ上高温となる。このような場合であっても、収納容器8内の中央部に2個の改質器1の気化部1aが位置しているため、高温となり易い収納容器8の中央部温度を低下できる。
In such a
また、2個の改質器1から、水供給管2、原燃料供給管3および改質ガス導出管4が、対向する方向に引き出されているため、水供給管2、原燃料供給管3および改質ガス導出管4の引出方向における温度差も低減できる。
Further, since the
図13は、本実施形態の燃料電池モジュールの他の一例を示し、改質器として図6に示す改質器105を備えるセルスタック装置11を2個備えている例を示している。
FIG. 13 shows another example of the fuel cell module of the present embodiment, and shows an example in which two
このような改質器105を有するモジュール22は、マニホールド9間に配置され、下端が排ガス排出路14に接続された排ガス導出管19の上端部を、連結板5の排ガス導出孔5aに接続して構成されている。
The
このようなモジュール22では、燃料電池セル15の上端からの排ガスが、気化部往路1a1と気化部復路1a2との間、改質部往路1b1と改質部復路1b2との間を通って、排ガス導出孔5a、排ガス導出管19を介して排出することができ、これにより、排ガスの熱をより効率よく改質器1に伝熱することでき、さらに排ガスの滞留を抑制し、セル上端部の燃焼を安定的に行うことができる。
In such a
図14は、本実施形態の燃料電池モジュールのさらに他の一例を示し、(a)は気化部復路と改質部往路との間の空間の下端部を連結板で塞ぎ、この連結板の下方に排ガス導出管を設けた形態の縦断面図、(b)は気化部復路と改質部往路との間の空間の上端部を連結板で塞ぎ、この連結板の下方に排ガス導出管を設けた形態の縦断面図である。 FIG. 14 shows still another example of the fuel cell module of the present embodiment. FIG. 14A shows a lower portion of the space between the vaporization section return path and the reforming section forward path, which is closed below the connection board. Fig. 8B is a longitudinal sectional view of the configuration in which the exhaust gas outlet pipe is provided on the upper end of the space between the vaporization section return path and the reforming section forward path, and the exhaust gas outlet pipe is provided below the connection plate. It is the longitudinal cross-sectional view of the form.
上記図12のモジュール22では、収納容器8の側壁側に排ガスを集めて排出するようにしたが、図14(a)に示すように、気化部復路1a2を構成する管体と改質部往路1b1を構成する管体との間の下側(セルスタック10側)を連結板5で塞ぎ、この連結板5の下方に、下端が排ガス排出路14に接続された排ガス導出管23を設けても良い。
In the
このような燃料電池モジュール7では、燃料電池セル15の上端からの排ガスが、気化部復路1a2の下面、改質部往路1b1の下面を通って加熱した後、排ガス導出管23から排出することができ、これにより、気化部復路1a2および改質部往路1b1の加熱を促進できる。
In such a
さらに、上記図12のモジュール22では、収納容器8の側壁側に排ガスを集めて排出するようにしたが、図14(b)に示すように、気化部復路1a2を構成する管体と改質部往路1b1を構成する管体との間の上側(収納容器8の壁側)を連結板5で塞ぎ、この連結板5の下方に、下端が排ガス排出路14に接続された排ガス導出管24を設けても良い。
Further, in the
このような燃料電池モジュール22では、燃料電池セル15の上端からの排ガスが、気化部復路1a2、改質部往路1b1の下面および側面を通って加熱した後、排ガス導出管24から排出することができ、これにより、気化部復路1a2および改質部往路1b1をさらに加熱できる。
In such a
図15は、外装ケース内にモジュール7と、モジュール7を動作させるための補機とを収納してなる燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図15においては一部構成を省略して示している。
FIG. 15 is an exploded perspective view showing an example of a fuel cell device in which a
図15に示す燃料電池装置32は、支柱25と外装板26とから構成される外装ケース内を仕切板27により上下に区画し、その上方側を上述したモジュール7を収納するモジュール収納室28とし、下方側をモジュール7を動作させるための補機類を収納する補機収納室29として構成されている。なお、補機収納室29に収納する補機類は省略して示している。
The
また、仕切板27には、補機収納室29の空気をモジュール収納室28側に流すための空気流通口30が設けられており、モジュール収納室28を構成する外装板26の一部に、モジュール収納室28内の空気を排気するための排気口31が設けられている。
In addition, the partition plate 27 is provided with an
このような燃料電池装置では、上述したようなモジュール1を外装ケース内に収納することにより、発電効率を向上した燃料電池装置32とすることができる。
In such a fuel cell device, the
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明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 present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、燃料電池セル15の形状としては、平板型、円筒型、中空平板型等のいずれであっても良い。燃料電池セル15(セルスタック10)の発電を効率よく行なう上で、中空平板型の燃料電池セルとすることが好ましい。
For example, the shape of the
また、上記形態では、4個のセルスタック10の上方に1個の改質器1を配置したセルスタック装置を具備する形態について説明したが、例えば、2個または3個のセルスタック10の上方に1個の改質器1を配置したセルスタック装置でも良く、さらに、5個以上のセルスタックの上方に1個の改質器1を配置したセルスタック装置でも良い。
Moreover, although the said form demonstrated the form which comprises the cell stack apparatus which has arrange | positioned the one
さらに、1個のマニホールド4に2個のセルスタック10を配置した形態について説明したが、1個のマニホールドに1個のセルスタックを配置しても良く、また、1個のマニホールドに3個以上のセルスタックを配置しても良い。
Furthermore, although the configuration in which two
また、上記形態では、2個の改質器を、気化部が内側となるように並置した形態について説明したが、これに限定されるものではなく、2個の改質器を、気化部が外側となるように並置した形態であっても良い。この場合には、収納容器8の側部側が高温となる場合、例えば、酸素含有ガス導入路13、排ガス排出路14が、収納容器8の側部ではなく、収納容器8の中央部にあるとき、収納容器8の側部側が見かけ上高温となる傾向にあるため、この収納容器8の側部側の温度を低下できる。
Moreover, although the said form demonstrated the form which juxtaposed two reformers so that a vaporization part may become an inner side, it is not limited to this, Two vaporizers are used for a vaporization part. The form juxtaposed so that it may become an outer side may be sufficient. In this case, when the side part side of the
さらに、上記形態では、2個の改質器を具備するモジュールについて説明したが、3個以上の改質器を有する場合であっても良い。この場合でも、上記形態と同様の効果を得ることができる。 Furthermore, in the above embodiment, a module having two reformers has been described, but it may be a case having three or more reformers. Even in this case, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.
1、101、102、103、104、105:改質器
1a:気化部
1a1:気化部往路
1a2:気化部復路
1b:改質部
1b1:改質部往路
1b2:改質部復路
1c1:気化部連結路
1c2:気化改質部連結路
1c3:改質部連結路
2:水供給管
2a:第2筒状部
2b:水供給部
3:原燃料供給管
3a:第1筒状部
3a1:貫通孔
3b:原燃料供給部
4:改質ガス導出管
5:連結板
7、22:燃料電池モジュール
8:収納容器
10:セルスタック
11:セルスタック装置
15:燃料電池セル
32:燃料電池装置1, 101, 102, 103, 104, 105: reformer 1a: vaporizer 1a1: vaporizer forward path 1a2: vaporizer return
Claims (12)
12. A fuel cell device comprising: the fuel cell module according to claim 9; and an auxiliary machine for operating the fuel cell module, housed in an outer case.
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