JPWO2019021829A1 - Fuel cell device - Google Patents
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Abstract
複数の燃料電池セルを積層したセルスタックを有する燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールに一端が接続され、燃料電池モジュールから排出される排ガスが流入する排ガス流路と、排ガス流路内に配設される燃焼触媒と、燃焼触媒よりも上流側の排ガス流路内に配設され、排ガスを加熱するヒータとを備える燃料電池装置において、ヒータと燃焼触媒との間に、排ガスの流れを規制する排ガス規制部材を備える。A fuel cell module having a cell stack in which a plurality of fuel battery cells are stacked, one end of which is connected to the fuel cell module, and an exhaust gas flow path into which exhaust gas discharged from the fuel cell module flows, and an exhaust gas flow path are disposed in the exhaust gas flow path. In a fuel cell device including a combustion catalyst that is disposed in an exhaust gas flow path upstream of the combustion catalyst, and a heater that heats the exhaust gas, the exhaust gas that regulates the flow of the exhaust gas between the heater and the combustion catalyst. A regulation member is provided.
Description
本開示は、燃料電池装置に関する。 The present disclosure relates to a fuel cell device.
近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と空気（酸素含有ガス）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールを動作させるための補機とを、筐体である外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている。 In recent years, as a next-generation energy, a fuel cell module in which a fuel cell that can obtain electric power using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and air (oxygen-containing gas) is housed in a housing container, and a fuel cell Various fuel cell devices have been proposed in which an auxiliary device for operating a module is housed in an outer case that is a housing.
このような燃料電池装置においては、燃料電池セルの発電で用いられなかった燃料ガスを燃焼させることによって、燃料電池セルの温度を上昇させることが知られている。このような、燃料電池装置の稼動に伴って生じる排ガス中に、燃料ガスが不完全燃焼して生じる一酸化炭素や、未使用の燃料ガスなどの成分が含まれる場合がある。 In such a fuel cell device, it is known to raise the temperature of the fuel cell unit by burning a fuel gas that has not been used for power generation of the fuel cell unit. The exhaust gas generated by the operation of the fuel cell device may contain components such as carbon monoxide generated by incomplete combustion of the fuel gas and unused fuel gas.
これらの成分を含有する排ガスをそのまま排気すると、安全性や環境等への影響が懸念される。それゆえ、燃料電池装置の稼動に伴って生じる排ガス中に含有される成分を除去するための手段を設けた燃料電池装置が提案されている。たとえば、燃料電池セルから排出された排ガスを浄化するための燃焼触媒を具備する燃料電池装置が提案されている（たとえば、特許文献１を参照。）。 If the exhaust gas containing these components is exhausted as it is, there is a concern that it may affect safety and the environment. Therefore, there has been proposed a fuel cell device provided with means for removing a component contained in the exhaust gas generated by the operation of the fuel cell device. For example, a fuel cell device including a combustion catalyst for purifying exhaust gas discharged from a fuel cell has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
また、燃料電池装置が暖まっていない状態においては、排ガスおよび燃焼触媒が低温のため、燃料触媒が十分に機能しないおそれがある。そのため、加熱手段によって、排ガスを加熱する加熱手段を具備する燃料電池装置が提案されている（たとえば、特許文献２を参照。）。 Further, when the fuel cell device is not warm, the exhaust gas and the combustion catalyst are at a low temperature, so the fuel catalyst may not function sufficiently. Therefore, there has been proposed a fuel cell device including a heating means for heating exhaust gas by the heating means (for example, refer to Patent Document 2).
本開示の燃料電池装置は、
複数の燃料電池セルを積層したセルスタックを有する燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールに一端が接続され、前記燃料電池モジュールから排出される排ガスが流入する排ガス流路と、
前記排ガス流路内に配設される燃焼触媒と、
前記燃焼触媒よりも上流側の前記排ガス流路内に配設される、排ガス加熱用のヒータと、
前記ヒータと前記燃焼触媒との間に配設される、排ガスの流れを規制する排ガス規制部材と、を備える。The fuel cell device of the present disclosure is
A fuel cell module having a cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked,
An exhaust gas flow path, one end of which is connected to the fuel cell module, into which exhaust gas discharged from the fuel cell module flows,
A combustion catalyst arranged in the exhaust gas flow path,
A heater for heating exhaust gas, which is disposed in the exhaust gas passage on the upstream side of the combustion catalyst,
An exhaust gas regulating member that is disposed between the heater and the combustion catalyst and that regulates the flow of exhaust gas.
本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とから、より明確になるであろう。
以下、図面を参考にして、実施形態を詳細に説明する。
図１は、実施形態の燃料電池装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、実施形態の燃料電池装置のセルスタック装置の構成を示す斜視図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell device of the embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the cell stack device of the fuel cell device according to the embodiment. In the following figures, the same members will be denoted by the same reference numerals.
燃料電池装置１は、収納容器（図示せず）に改質器１０およびセルスタック装置２０を収納して構成される燃料電池モジュール２を含む。また、燃料電池装置１は、燃料電池モジュール２を作動させるための、熱交換器３１、凝縮水タンク３２、パワーコンディショナ３３、燃料供給装置３４、空気供給装置３５および改質水ポンプ３６等の補機類とともに、外装ケース（図示せず）に納められている。外装ケース内には、補機類の全てが収められる必要はなく、たとえば、熱交換器３１と熱交換をした水などの熱媒体を蓄える蓄熱タンク３７を外装ケースの外部に配設してもよい。 The fuel cell device 1 includes a fuel cell module 2 configured by housing a reformer 10 and a cell stack device 20 in a storage container (not shown). Further, the fuel cell device 1 includes a heat exchanger 31, a condensed water tank 32, a power conditioner 33, a fuel supply device 34, an air supply device 35, a reforming water pump 36, and the like for operating the fuel cell module 2. It is stored in an outer case (not shown) along with accessories. It is not necessary for all of the accessories to be housed in the outer case. For example, even if a heat storage tank 37 that stores a heat medium such as water that has exchanged heat with the heat exchanger 31 is provided outside the outer case. Good.
改質器１０には、炭化水素ガスなどの原燃料を供給する原燃料供給管１００と、改質水を供給する水供給管１０１とが接続されている。原燃料供給管１００と水供給管１０１とが一体となった管路で改質器１０に接続する構成であってもよい。 A raw fuel supply pipe 100 for supplying raw fuel such as hydrocarbon gas and a water supply pipe 101 for supplying reforming water are connected to the reformer 10. The raw fuel supply pipe 100 and the water supply pipe 101 may be connected to the reformer 10 by an integrated pipe line.
原燃料供給管１００には、改質器１０に原燃料を送り込むための燃料供給装置３４が設けられている。原燃料と改質水とは、加熱された改質器１０で改質反応し、水素を含む改質ガスが生成される。改質器１０で生成された改質ガスは、改質ガス供給管１０２を通ってセルスタック装置２０に供給される。 The raw fuel supply pipe 100 is provided with a fuel supply device 34 for feeding the raw fuel into the reformer 10. The raw fuel and the reforming water undergo a reforming reaction in the heated reformer 10 to generate a reformed gas containing hydrogen. The reformed gas generated in the reformer 10 is supplied to the cell stack device 20 through the reformed gas supply pipe 102.
セルスタック装置２０は、マニホールド２１および燃料電池セル２２を多数接続したセルスタック２３を含む。なお、図２においては、燃料電池セル２２として、柱状で固体酸化物形の燃料電池セルを例示している。 The cell stack device 20 includes a cell stack 23 in which a large number of manifolds 21 and fuel cells 22 are connected. In addition, in FIG. 2, a columnar solid oxide fuel cell is illustrated as the fuel cell 22.
改質器１０から、セルスタック装置２０に供給された改質ガスはマニホールド２１から燃料電池セル２２内に供給される。セルスタック装置２０において、燃料電池セル２２の外側には空気供給路１０３から酸素含有ガスである空気が導入されている。空気供給路１０３には、空気供給装置３５が接続されており、空気供給装置３５によって、セルスタック装置２０に空気を送り込む。改質ガスが燃料電池セル２２内を通過するときに、この空気と反応して発電が行われる。 The reformed gas supplied from the reformer 10 to the cell stack device 20 is supplied from the manifold 21 into the fuel cell 22. In the cell stack device 20, air, which is an oxygen-containing gas, is introduced from the air supply passage 103 to the outside of the fuel cell unit 22. An air supply device 35 is connected to the air supply path 103, and the air supply device 35 sends air to the cell stack device 20. When the reformed gas passes through the inside of the fuel cell 22, it reacts with this air to generate electricity.
発電に使用されなかった改質ガスは、セルスタック２３の上部で発電に使用されなかった空気と合流して燃焼し、高温の排ガスが生成される。また、燃焼で発生した熱によって改質器１０を加熱する。燃料電池モジュール２で発電された電気は、パワーコンディショナ３３に送られ、電力消費および蓄電池への蓄電などに用いることができる。 The reformed gas that has not been used for power generation merges with the air that has not been used for power generation in the upper portion of the cell stack 23 and burns to generate high-temperature exhaust gas. Further, the reformer 10 is heated by the heat generated by the combustion. The electricity generated by the fuel cell module 2 is sent to the power conditioner 33 and can be used for power consumption, storage in a storage battery, and the like.
改質器１０およびセルスタック装置２０は高温となるため、断熱材などで包囲されて収納容器（図示せず）に収められ、燃料電池モジュール２として、補機とともに外装ケース内に配置されている。 Since the reformer 10 and the cell stack device 20 become high in temperature, they are enclosed in a storage container (not shown) by being surrounded by a heat insulating material or the like, and are arranged as a fuel cell module 2 in an outer case together with an auxiliary device. ..
燃料電池モジュール２内で生じた排ガスは、セルスタック装置２０から排出された後、排ガス流路１０４を通って熱交換器３１に供給される。熱交換器３１には、循環ライン１０５が接続されており、この循環ライン１０５に導入されている媒体と排ガスとで熱交換を行う。媒体としては、水などを用いることができる。 The exhaust gas generated in the fuel cell module 2 is discharged from the cell stack device 20 and then supplied to the heat exchanger 31 through the exhaust gas passage 104. A circulation line 105 is connected to the heat exchanger 31, and heat exchange is performed between the medium introduced into the circulation line 105 and the exhaust gas. Water or the like can be used as the medium.
熱交換によって、排ガスは冷却され、媒体は排ガスの熱によって加熱される。排ガスは冷却されて、排ガス中に含まれる水蒸気が、水と気体に分離される。気体は、排気流路１０７を通って外部に排出される。排ガスを冷却することによって分離された水は、凝縮水回収流路１０６を通って凝縮水タンク３２に送られる。 Due to the heat exchange, the exhaust gas is cooled and the medium is heated by the heat of the exhaust gas. The exhaust gas is cooled, and the water vapor contained in the exhaust gas is separated into water and gas. The gas is discharged to the outside through the exhaust passage 107. The water separated by cooling the exhaust gas is sent to the condensed water tank 32 through the condensed water recovery passage 106.
凝縮水タンク３２においては、水はイオン交換などを経て純水化され、純水化された水は、水供給管１０１に導入され、改質水ポンプ３６により改質水として改質器１０に供給される。不要な水はドレイン１０８から排出される。 In the condensed water tank 32, the water is purified by ion exchange or the like, and the purified water is introduced into the water supply pipe 101 and is supplied to the reformer 10 as reforming water by the reforming water pump 36. Supplied. Unwanted water is discharged from the drain 108.
熱交換器３１で暖められた媒体は、蓄熱タンク３７に移動する。媒体は、循環ライン１０５を循環しながら熱を蓄えることができる。蓄えられた熱は、給湯などに利用することができる。蓄熱タンク３７に蓄えられた媒体が水の場合には、蓄熱タンク３７の水を給湯に利用してもよい。 The medium warmed by the heat exchanger 31 moves to the heat storage tank 37. The medium can store heat while circulating in the circulation line 105. The stored heat can be used for hot water supply. When the medium stored in the heat storage tank 37 is water, the water in the heat storage tank 37 may be used for hot water supply.
蓄熱タンク３７の媒体の温度が高くなりすぎた場合には、ラジエタを設けて熱交換器３１に供給する媒体の温度を低下させる構成にしてもよい。 When the temperature of the medium in the heat storage tank 37 becomes too high, a radiator may be provided to lower the temperature of the medium supplied to the heat exchanger 31.
図３は、実施形態の燃料電池装置の排ガス流路を示す断面図である。排ガス流路１０４は、燃料電池モジュール２と、熱交換器３１とを接続している。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing an exhaust gas passage of the fuel cell device of the embodiment. The exhaust gas passage 104 connects the fuel cell module 2 and the heat exchanger 31.
排ガス流路１０４は、たとえば、フィルタ室４０、ヒータ室５０、燃焼触媒室６０および接続室７０をこの順に連結して構成されている。フィルタ室４０、ヒータ室５０、燃焼触媒室６０および接続室７０からなる排ガス流路１０４を構成する管路は、たとえば、ステンレス鋼板などで構成されている The exhaust gas passage 104 is configured by connecting, for example, the filter chamber 40, the heater chamber 50, the combustion catalyst chamber 60, and the connection chamber 70 in this order. The exhaust gas flow path 104 including the filter chamber 40, the heater chamber 50, the combustion catalyst chamber 60, and the connection chamber 70 is made of, for example, a stainless steel plate.
排ガス流路１０４の上方には、燃料電池モジュール２が配置されており、燃料電池モジュール２の排気口２９は燃料電池モジュール２の底面に設けられている。排ガス流路１０４の下方には熱交換器３１が配置されている。 The fuel cell module 2 is arranged above the exhaust gas passage 104, and the exhaust port 29 of the fuel cell module 2 is provided on the bottom surface of the fuel cell module 2. The heat exchanger 31 is arranged below the exhaust gas passage 104.
本実施形態においては、排ガス流路１０４は上方から下方に排ガスが流れるように設けられており、排ガスは上方の燃料電池モジュール２の排気口２９からフィルタ室４０に流入し、ヒータ室５０、燃焼触媒室６０および接続室７０を順に通過して、熱交換器３１に流出する。 In the present embodiment, the exhaust gas passage 104 is provided so that the exhaust gas flows from the upper side to the lower side, and the exhaust gas flows into the filter chamber 40 from the exhaust port 29 of the fuel cell module 2 at the upper side, the heater chamber 50, the combustion chamber. It passes through the catalyst chamber 60 and the connection chamber 70 in order and flows out to the heat exchanger 31.
フィルタ室４０は、上流側が燃料電池モジュール２の排気口２９に連通し、下流側がヒータ室５０に連通している。フィルタ室４０は、管体４１で構成され、円筒状である。フィルタ室４０内には、シリカ除去部材であるフィルタ４２と、第３制限部材であるフィルタ支持部材４３とが設けられている。 The filter chamber 40 has its upstream side communicating with the exhaust port 29 of the fuel cell module 2 and its downstream side communicating with the heater chamber 50. The filter chamber 40 is composed of a tubular body 41 and has a cylindrical shape. A filter 42, which is a silica removing member, and a filter supporting member 43, which is a third limiting member, are provided in the filter chamber 40.
また、排ガス流路１０４を構成するフィルタ室４０の機能の一部を燃料電池モジュール２内に設けてもよい。たとえば、フィルタ室４０は、燃料電池モジュール２の内部に設けることもでき、たとえば、シリカ除去部材であるフィルタ４２およびフィルタ支持部材４３は、燃料電池モジュールの排気口２９内に設けてもよい。 Further, a part of the function of the filter chamber 40 that constitutes the exhaust gas passage 104 may be provided in the fuel cell module 2. For example, the filter chamber 40 may be provided inside the fuel cell module 2, and for example, the filter 42, which is a silica removing member, and the filter support member 43 may be provided inside the exhaust port 29 of the fuel cell module.
図４は、実施形態の燃料電池装置のフィルタ室の構成例を示す斜視図である。フィルタ室４０の内壁４１ａは仮想線で示している。フィルタ４２は円柱状であり、直径は管体４１の内径とほぼ同じであり、フィルタ４２の側面が管体４１の内壁４１ａに密着して設けられている。フィルタ４２の下方に設けられたフィルタ支持部材４３は、フィルタ４２が、ヒータ室５０に落下することを防いでいる。 FIG. 4 is a perspective view showing a configuration example of the filter chamber of the fuel cell device of the embodiment. The inner wall 41a of the filter chamber 40 is shown by an imaginary line. The filter 42 has a cylindrical shape, the diameter is almost the same as the inner diameter of the tube 41, and the side surface of the filter 42 is provided in close contact with the inner wall 41 a of the tube 41. The filter support member 43 provided below the filter 42 prevents the filter 42 from falling into the heater chamber 50.
フィルタ４２は、たとえば、酸化アルミニウム（アルミナ）がコーティングされたＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系ステンレス合金で構成されており、排ガスに含まれるシリカ粒子を取り除くことが可能である。このことによって、燃料触媒に粒子が詰まって性能が低下することを軽減できる。また、排ガスとともにシリカの微粒子が大気中に放出されることを抑制することができる。 The filter 42 is made of, for example, a Fe—Cr—Al-based stainless alloy coated with aluminum oxide (alumina), and can remove silica particles contained in the exhaust gas. As a result, it is possible to prevent the performance of the fuel catalyst from being degraded due to the particles being clogged. Further, it is possible to suppress the release of silica fine particles into the atmosphere together with the exhaust gas.
フィルタ支持部材４３は、たとえば、フェライト系ステンレス鋼板からなる円弧状のばねであり、フィルタ室４０の内壁４１ａに付勢接触するように取り付けられている。たとえば、振動などによって、フィルタ４２が下方に移動しようとしても、フィルタ支持部材４３によって支持されるので、フィルタ４２がヒータ室に落ちることを防ぐことができ、フィルタ４２の位置を安定させることができる。 The filter support member 43 is, for example, an arc-shaped spring made of a ferritic stainless steel plate, and is attached to the inner wall 41 a of the filter chamber 40 so as to urge it. For example, even if the filter 42 tries to move downward due to vibration or the like, it is supported by the filter support member 43, so that the filter 42 can be prevented from falling into the heater chamber, and the position of the filter 42 can be stabilized. ..
図５は、実施形態の燃料電池装置のフィルタ室の他の構成例を示す斜視図である。フィルタ室４０の内壁４１ａは仮想線で示している。フィルタ４２は、図３に示すものと同様である。フィルタ４２の上下に円弧状のばねであるフィルタ支持部材４３ａ、４３ｂが、フィルタ４２を上下から挟むように設けられている。このことによって、輸送時などにおいて、フィルタ４２の振動などによる位置ずれを軽減することができる。 FIG. 5 is a perspective view showing another configuration example of the filter chamber of the fuel cell device of the embodiment. The inner wall 41a of the filter chamber 40 is shown by an imaginary line. The filter 42 is similar to that shown in FIG. Filter supporting members 43a and 43b, which are arcuate springs, are provided above and below the filter 42 so as to sandwich the filter 42 from above and below. As a result, it is possible to reduce positional deviation due to vibration of the filter 42 during transportation or the like.
つぎに、図３に示すヒータ室５０は、直方体状である。ヒータ室５０は、上方がフィルタ室４０に連通しており、下方が燃焼触媒室６０に連通している。ヒータ室５０を構成する管体５１の内壁５１ａにはヒータ５２を挿入するための穴が複数設けられており、棒状のヒータ５２が複数挿入されている。 Next, the heater chamber 50 shown in FIG. 3 has a rectangular parallelepiped shape. The heater chamber 50 has an upper portion communicating with the filter chamber 40 and a lower portion communicating with the combustion catalyst chamber 60. A plurality of holes for inserting the heaters 52 are provided in the inner wall 51a of the tubular body 51 that constitutes the heater chamber 50, and a plurality of rod-shaped heaters 52 are inserted.
ヒータ室５０に流入した排ガスはヒータ５２によって加熱される。ヒータ５２を制御して、燃焼触媒が機能する温度を超えるように排ガスを加熱する。燃料電池装置１の運転が継続されて、排ガスの温度が十分高くなっている場合には、ヒータ５２は、動作させなくてもよい。なおヒータ室５０は直方体状に限られるものではなく、円柱状であってもよい。また、ヒータ５２は１つであってもよい。 The exhaust gas flowing into the heater chamber 50 is heated by the heater 52. The heater 52 is controlled to heat the exhaust gas so that the temperature exceeds the temperature at which the combustion catalyst functions. When the operation of the fuel cell device 1 is continued and the temperature of the exhaust gas is sufficiently high, the heater 52 may not be operated. The heater chamber 50 is not limited to the rectangular parallelepiped shape and may be a columnar shape. Further, the number of heaters 52 may be one.
ヒータ５２の下流側に、排ガス規制部材５３が設けられている。図６は、実施形態の燃料電池装置の排ガス規制部材の構成を示す平面図であり、図７は、施形態の燃料電池装置の排ガス規制部材のＡ−Ａ断面を示す断面図である。 An exhaust gas regulation member 53 is provided on the downstream side of the heater 52. FIG. 6 is a plan view showing a configuration of an exhaust gas regulation member of the fuel cell device of the embodiment, and FIG. 7 is a sectional view showing an AA cross section of the exhaust gas regulation member of the fuel cell device of the embodiment.
排ガス規制部材５３は、上面５３ａがヒータ室５０の内壁５１ａに沿った矩形状であり、孔５３ｂが縦横に多数設けられている穴あき板である。排ガス規制部材５３の開口の形状としては、開口が多数設けられたパンチングメタル状のほか、メッシュ状であってもよい。 The exhaust gas regulation member 53 is a perforated plate having an upper surface 53a in a rectangular shape along the inner wall 51a of the heater chamber 50 and a plurality of holes 53b provided vertically and horizontally. The shape of the opening of the exhaust gas control member 53 may be a punching metal shape provided with a large number of openings or a mesh shape.
また、排ガス規制部材５３の縁部５３ｃ、５３ｄは折曲げられて脚部５３ｅ，５２ｆが形成されている。排ガス規制部材５３の断面は、コの字状である。また、脚部５３ｅ，５３ｆは、管体５１の底面５１ｂ上に載置されている。排ガス規制部材５３は、縁部５３ｃ，５３ｄが折曲げられているので、排ガス規制部材５３の強度を確保することができる。なお、排ガス規制部材５３の形状は、ヒータ室５０の内壁５１ａの形状に合わせて適宜変更することができる。 Further, the edge portions 53c and 53d of the exhaust gas control member 53 are bent to form leg portions 53e and 52f. The exhaust gas regulation member 53 has a U-shaped cross section. The leg portions 53e and 53f are placed on the bottom surface 51b of the tubular body 51. Since the edge portions 53c and 53d of the exhaust gas regulation member 53 are bent, the strength of the exhaust gas regulation member 53 can be ensured. The shape of the exhaust gas control member 53 can be appropriately changed according to the shape of the inner wall 51a of the heater chamber 50.
排ガス規制部材５３によって、ヒータ室５０を通って燃焼触媒室６０へ流れる排ガスに対する流路抵抗が増加し、排ガスがヒータ室５０内に滞留するようになって、ヒータ５２で加熱され、温度が上昇しやすくなる。 Due to the exhaust gas regulating member 53, the flow path resistance to the exhaust gas flowing through the heater chamber 50 to the combustion catalyst chamber 60 increases, and the exhaust gas stays in the heater chamber 50, and is heated by the heater 52 and the temperature rises. Easier to do.
また、ステンレス鋼板などの金属で構成されている排ガス規制部材５３は、ヒータ５２の輻射熱で加熱されているので、排ガスが排ガス規制部材５３を通過することによって、排ガス規制部材５３から排ガスに熱が伝導して排ガスをさらに加熱することができる。排ガス規制部材５３によって、ヒータ室５０から流れる排ガスは整流されて燃焼触媒室６０に送られる。 Further, since the exhaust gas regulation member 53 made of a metal such as a stainless steel plate is heated by the radiant heat of the heater 52, when the exhaust gas passes through the exhaust gas regulation member 53, heat is generated from the exhaust gas regulation member 53 to the exhaust gas. The exhaust gas can be further heated by conduction. The exhaust gas flowing from the heater chamber 50 is rectified by the exhaust gas regulation member 53 and sent to the combustion catalyst chamber 60.
特に、ヒータ５２にて排ガスをより効率よく加熱するにあたっては、排ガス規制部材５３の開口を、ヒータ５２の直下にのみ位置するように設けることがよい。それにより、ヒータ５２を稼働させたときに、排ガスがヒータ５２の熱を受けた後に、燃焼触媒室６０に流れることとなり、より効率よく排ガスを加熱することができる。 In particular, in order to heat the exhaust gas more efficiently with the heater 52, it is preferable to provide the opening of the exhaust gas regulation member 53 so as to be located only directly below the heater 52. Thereby, when the heater 52 is operated, the exhaust gas flows into the combustion catalyst chamber 60 after receiving the heat of the heater 52, and the exhaust gas can be heated more efficiently.
以上、詳述したように、本実施形態の燃料電池装置１によれば、ヒータ５２による排ガスの加熱状況が改善され、燃焼触媒の機能が高まって、排ガスの処理効率を向上させることができる。 As described above in detail, according to the fuel cell device 1 of the present embodiment, the heating condition of the exhaust gas by the heater 52 is improved, the function of the combustion catalyst is enhanced, and the exhaust gas treatment efficiency can be improved.
つぎに、図３において、燃焼触媒室６０は円筒状であり、上流側がヒータ室５０と連通し、下流側が接続室７０と連通している。燃焼触媒室６０は、管体６１で構成されている。燃焼触媒室６０の形状は円柱状である。 Next, in FIG. 3, the combustion catalyst chamber 60 has a cylindrical shape, and the upstream side communicates with the heater chamber 50 and the downstream side communicates with the connection chamber 70. The combustion catalyst chamber 60 is composed of a tube body 61. The combustion catalyst chamber 60 has a cylindrical shape.
図８は、実施形態の燃料電池装置の燃焼触媒室の構成例を示す斜視図である。仮想線は、管体６１の内壁６１ａを示す。なお、図８において、燃焼触媒保持部材６４は省略されている。 FIG. 8 is a perspective view showing a configuration example of the combustion catalyst chamber of the fuel cell device of the embodiment. The virtual line indicates the inner wall 61a of the tubular body 61. The combustion catalyst holding member 64 is omitted in FIG.
管体６１内に、円柱状の燃焼触媒６２が配設されている。燃焼触媒６２の直径は、燃焼触媒室６０の内径とほぼ同じである。燃焼触媒６２としては、たとえば、多孔質のアルミナ担持体に白金を担持させた燃焼触媒や、酸化アルミニウム（アルミナ）がコーティングされたＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系ステンレス合金に白金、パラジウムを坦持させた燃焼触媒を用いることができる。なお、燃焼触媒室６０は円筒状に限られるものではなく、また燃焼触媒６２も燃焼触媒室６０の形状に合わせて適宜変更可能である。 A cylindrical combustion catalyst 62 is arranged in the tube body 61. The diameter of the combustion catalyst 62 is almost the same as the inner diameter of the combustion catalyst chamber 60. As the combustion catalyst 62, for example, a combustion catalyst in which platinum is supported on a porous alumina carrier or a Fe-Cr-Al-based stainless alloy coated with aluminum oxide (alumina) is supported by platinum and palladium. A combustion catalyst can be used. The combustion catalyst chamber 60 is not limited to the cylindrical shape, and the combustion catalyst 62 can be appropriately changed according to the shape of the combustion catalyst chamber 60.
燃焼触媒６２の上方に、第１制限部材である燃焼触媒支持部材６３が設けられている。燃焼触媒支持部材６３は、円弧状のばねであり、円筒状の燃焼触媒室６０の内壁６１ａに付勢接触して取付けられている。たとえば、振動などによって、燃焼触媒６２が上方に移動しようとしても、燃焼触媒６２の上面が、燃焼触媒支持部材６３に当接して、燃料触媒の変位を制限する。このことによって、燃焼触媒６２の位置を安定させることができる。 Above the combustion catalyst 62, a combustion catalyst support member 63 that is a first limiting member is provided. The combustion catalyst support member 63 is an arc-shaped spring and is attached to the inner wall 61a of the cylindrical combustion catalyst chamber 60 in a biasing contact. For example, even if the combustion catalyst 62 tries to move upward due to vibration or the like, the upper surface of the combustion catalyst 62 comes into contact with the combustion catalyst support member 63 to limit the displacement of the fuel catalyst. As a result, the position of the combustion catalyst 62 can be stabilized.
燃焼触媒６２の下面に当接して、第２制限部材である燃焼触媒保持部材６４が設けられている。燃焼触媒保持部材６４の外径は、内壁６１ａの直径とほぼ等しく、燃焼触媒保持部材６４は、円盤状の部材であって、円形の開口を有しており、円環部６４ａと、円環部６４ａから下方に伸びる脚部６４ｂとからなっている。 A combustion catalyst holding member 64, which is a second limiting member, is provided in contact with the lower surface of the combustion catalyst 62. The outer diameter of the combustion catalyst holding member 64 is substantially equal to the diameter of the inner wall 61a, and the combustion catalyst holding member 64 is a disc-shaped member having a circular opening, and has an annular portion 64a and an annular ring. It comprises a leg portion 64b extending downward from the portion 64a.
燃焼触媒６２が下方に移動しようとすると、燃焼触媒保持部材６４が当接して、燃焼触媒６２の変位を制限する。また、燃焼触媒保持部材６４の脚部６４ｂは、管体６１の底面６１ｂ上に載置されている。このため、燃焼触媒６２は、底面６１ｂに接触せず、燃焼触媒６２と、底面６１ｂとの間に空間が確保される。 When the combustion catalyst 62 tries to move downward, the combustion catalyst holding member 64 abuts and limits the displacement of the combustion catalyst 62. Further, the leg portion 64b of the combustion catalyst holding member 64 is placed on the bottom surface 61b of the pipe body 61. Therefore, the combustion catalyst 62 does not contact the bottom surface 61b, and a space is secured between the combustion catalyst 62 and the bottom surface 61b.
たとえば、燃焼触媒６２が底面６１ｂと接触していると、燃焼触媒６２を通過する排ガスの出口が狭くなり、燃焼触媒６２の中央部に排ガスが集中するので、流路抵抗が大きくなったり、排ガスを処理する効率が悪くなったりするおそれがある。しかしながら、燃焼触媒保持部材６４によって燃焼触媒６２下方の空間を確保することで、燃焼触媒６２全体に排ガスを流すことができるので、燃焼触媒６２おける排ガスの処理効率を高めることができる。 For example, when the combustion catalyst 62 is in contact with the bottom surface 61b, the outlet of the exhaust gas passing through the combustion catalyst 62 becomes narrow, and the exhaust gas concentrates in the central portion of the combustion catalyst 62. May be less efficient in processing. However, by ensuring the space below the combustion catalyst 62 by the combustion catalyst holding member 64, the exhaust gas can flow through the entire combustion catalyst 62, so that the processing efficiency of the exhaust gas in the combustion catalyst 62 can be improved.
図９は、実施形態の燃料電池装置の燃焼触媒室の他の構成例を示す斜視図である。仮想線は、管体６１の内壁６１ａを示す。 FIG. 9 is a perspective view showing another configuration example of the combustion catalyst chamber of the fuel cell device of the embodiment. The virtual line indicates the inner wall 61a of the tubular body 61.
燃焼触媒６２の上方に、第１制限部材である燃焼触媒支持部材６３ａが設けられている。また、前述の燃焼触媒保持部材６４に代えて、燃焼触媒６２の下方に、第１制限部材である燃焼触媒支持部材６３ｂが設けられている。燃焼触媒支持部材６３ａ，６３ｂは、円弧状のばねであり、燃焼触媒室６０の内壁６１ａに付勢接触して取付けられている。 Above the combustion catalyst 62, a combustion catalyst support member 63a that is a first limiting member is provided. Further, instead of the above-mentioned combustion catalyst holding member 64, a combustion catalyst support member 63b which is a first limiting member is provided below the combustion catalyst 62. The combustion catalyst support members 63a and 63b are arcuate springs, and are attached to the inner wall 61a of the combustion catalyst chamber 60 in a biasing contact.
このように、燃焼触媒６２の上下を燃焼触媒支持部材６３ａ，６３ｂで挟むことによって、燃焼触媒６２の位置ずれを抑制することができる。また、燃焼触媒６２は、底面６１ｂに接触せず、燃焼触媒６２と、底面６１ｂとの間に空間が確保されているので、燃焼触媒６２全体に排ガスを流すことができるので、燃焼触媒６２おける排ガスの処理効率を高めることができる。 As described above, by sandwiching the upper and lower sides of the combustion catalyst 62 with the combustion catalyst support members 63a and 63b, it is possible to suppress the displacement of the combustion catalyst 62. Further, since the combustion catalyst 62 does not contact the bottom surface 61b and a space is secured between the combustion catalyst 62 and the bottom surface 61b, exhaust gas can flow through the entire combustion catalyst 62, so that the combustion catalyst 62 can be used. The treatment efficiency of exhaust gas can be improved.
つぎに、燃焼触媒室６０の下流側には開口６０ａが設けられており、開口６０ａに接続室７０が接続されている。接続室７０は管体７１で形成されている。 Next, an opening 60a is provided on the downstream side of the combustion catalyst chamber 60, and the connection chamber 70 is connected to the opening 60a. The connection chamber 70 is formed by a pipe body 71.
接続室７０はＬ字状であり、接続室７０の上流側は、燃焼触媒室６０に接続され、下流側は、熱交換器３１の側面に接続している。このように接続室７０をＬ字状にして熱交換器３１の側面に接続する構成とすることによって、排ガス流路１０４および熱交換器３１を含む全体の高さを抑制する。 The connection chamber 70 is L-shaped, the upstream side of the connection chamber 70 is connected to the combustion catalyst chamber 60, and the downstream side is connected to the side surface of the heat exchanger 31. By thus forming the connection chamber 70 into an L shape and connecting it to the side surface of the heat exchanger 31, the overall height including the exhaust gas passage 104 and the heat exchanger 31 is suppressed.
また、このことによって、燃料電池装置１の高さを抑え、小型化を実現することができる。なお、接続室７０は、熱交換器３１の排ガス流入口の場所に合わせて適宜変更することができる。 Further, by this, the height of the fuel cell device 1 can be suppressed and downsizing can be realized. The connection chamber 70 can be appropriately changed according to the location of the exhaust gas inlet of the heat exchanger 31.
図１０は、実施形態の燃料電池装置の燃料電池モジュールと排気流路の構成を示す断面図である。燃料電池モジュール２は、図２に示すセルスタック装置２０が４つ横並びに収納容器３０に納められている。 FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configurations of the fuel cell module and the exhaust passage of the fuel cell device of the embodiment. The fuel cell module 2 has four cell stack devices 20 shown in FIG.
セルスタック装置２０は内壁２６内に設置され、内壁２６の外側を中壁２５が覆っている。空気供給路１０３から供給された空気と燃料電池セル２２内を通る改質ガスを反応させて発電を行った後、空気と改質ガスは燃料電池セル２２上方で合流して燃焼し、改質器１０を加熱し、排ガスになる。 The cell stack device 20 is installed in the inner wall 26, and the inner wall 26 covers the outer side of the inner wall 26. After the air supplied from the air supply path 103 reacts with the reformed gas passing through the inside of the fuel cell 22 to generate electric power, the air and the reformed gas merge and burn above the fuel cell 22 to burn the reformed gas. The container 10 is heated to become exhaust gas.
排ガスは、改質器上方の内壁２６の開口２６ａから内壁２６と中壁２５の間の空間に形成された排出流路２７を通って排気口２９へ導かれる。排気口２９に導かれた排ガスは、排ガス流路１０４のフィルタ室４０に流入して、熱交換器３１へ向かって移動していく。なお、外壁２４と、中壁２５との間の空間２８には、酸素含有ガスである空気が流通している。 The exhaust gas is guided from the opening 26a of the inner wall 26 above the reformer to the exhaust port 29 through the discharge flow passage 27 formed in the space between the inner wall 26 and the inner wall 25. The exhaust gas guided to the exhaust port 29 flows into the filter chamber 40 of the exhaust gas passage 104 and moves toward the heat exchanger 31. Air that is an oxygen-containing gas flows through a space 28 between the outer wall 24 and the inner wall 25.
図１１は、実施形態の燃料電池装置の構成を示す分解斜視図である。外装ケース８０内に燃料電池モジュール２、各モジュールを動作させるための補機およびそれらを接続する配管を収納してなる。なお、図１１においては一部構成を省略して示している。 FIG. 11 is an exploded perspective view showing the configuration of the fuel cell device of the embodiment. The outer case 80 accommodates the fuel cell module 2, auxiliary equipment for operating each module, and piping for connecting them. In addition, in FIG. 11, a part of the configuration is omitted.
燃料電池装置１は、支柱８１と外装板８２とから構成される外装ケース８０の内部を仕切板８３によって上下に区画し、その上方側に燃料電池モジュール２を収納している。下方側には、各モジュールを動作させるための補機類が収納されている。また、燃料電池モジュール２の底面に接続された排ガス流路１０４（図示せず）は、仕切板８３を貫通して設けられ、仕切板８３の下方側に設置された熱交換器３１（図示せず）に接続されている。 In the fuel cell device 1, an interior of an exterior case 80 composed of columns 81 and an exterior plate 82 is vertically divided by a partition plate 83, and the fuel cell module 2 is housed on the upper side thereof. Auxiliary equipment for operating each module is housed on the lower side. Further, an exhaust gas passage 104 (not shown) connected to the bottom surface of the fuel cell module 2 is provided so as to penetrate the partition plate 83, and the heat exchanger 31 (not shown) installed below the partition plate 83. Connected).
仕切板８３には、仕切板８３の下方側の空気を仕切板８３の上方側に流すための空気流通口８４が設けられており、外装板８２の上部には、外装ケース８０内の空気を排気するための排気口８５が設けられている。 The partition plate 83 is provided with an air flow port 84 for allowing the air on the lower side of the partition plate 83 to flow to the upper side of the partition plate 83, and the air inside the outer case 80 is provided on the upper side of the outer plate 82. An exhaust port 85 for exhausting air is provided.
上記構成の燃料電池装置１によれば、先にも述べたように、ヒータ５２による排ガスの加熱状況が改善され、燃焼触媒の機能が高まって、排ガスの処理効率を向上させることができる。 According to the fuel cell device 1 having the above-described configuration, as described above, the heating condition of the exhaust gas by the heater 52 is improved, the function of the combustion catalyst is enhanced, and the exhaust gas treatment efficiency can be improved.
以上、本開示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 present disclosure has been described in detail above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the gist of the present disclosure.
さらに、本開示は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本開示の範囲は請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、請求の範囲に属する変形や変更は全て本開示の範囲内のものである。 Furthermore, the present disclosure may be embodied in various forms without departing from the spirit or the main feature thereof. Therefore, the above embodiments are merely examples in all respects, and the scope of the present disclosure is shown in the claims and is not bound by the specification text. Furthermore, all modifications and changes that come within the scope of the claims are within the scope of the present disclosure.
１ 燃料電池装置
２ 燃料電池モジュール
５２ ヒータ
５３ 排ガス規制部材
６２ 燃焼触媒
１０４ 排ガス流路DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell device 2 Fuel cell module 52 Heater 53 Exhaust gas regulation member 62 Combustion catalyst 104 Exhaust gas passage
Claims (9)
前記燃料電池モジュールに一端が接続され、前記燃料電池モジュールから排出される排ガスが流入する排ガス流路と、
前記排ガス流路内に配設される燃焼触媒と、
前記燃焼触媒よりも上流側の前記排ガス流路内に配設される、排ガス加熱用のヒータと、
前記ヒータと前記燃焼触媒との間に配設される、排ガスの流れを規制する排ガス規制部材と、を備える燃料電池装置。A fuel cell module having a cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked,
An exhaust gas flow path, one end of which is connected to the fuel cell module, into which exhaust gas discharged from the fuel cell module flows,
A combustion catalyst arranged in the exhaust gas flow path,
A heater for heating exhaust gas, which is disposed in the exhaust gas passage on the upstream side of the combustion catalyst,
A fuel cell device comprising: an exhaust gas regulating member which is disposed between the heater and the combustion catalyst and which regulates a flow of exhaust gas.
前記燃焼触媒室内に、前記燃焼触媒と、前記第１制限部材とが配置され、
前記燃焼触媒は、円柱状であり、
前記第１制限部材は、前記燃焼触媒室内壁に付勢接触している円弧状ばねである、請求項４に記載の燃料電池装置。The exhaust gas passage includes a cylindrical combustion catalyst chamber,
The combustion catalyst and the first limiting member are arranged in the combustion catalyst chamber,
The combustion catalyst has a cylindrical shape,
The fuel cell device according to claim 4, wherein the first limiting member is an arc-shaped spring that is in urging contact with the inner wall of the combustion catalyst chamber.
前記フィルタ室内に、前記シリカ除去部材と、前記シリカ除去部材の下方配置された前記第３制限部材とを備え、
前記シリカ除去部材は円柱状であり、
前記第３制限部材は、前記フィルタ室内壁に付勢接触している円弧状ばねである、請求項８に記載の燃料電池装置。Provided with a cylindrical filter chamber on the upstream side of the heater,
In the filter chamber, the silica removing member, and the third limiting member disposed below the silica removing member,
The silica removing member has a cylindrical shape,
The fuel cell device according to claim 8, wherein the third limiting member is an arc-shaped spring that is in urging contact with the inner wall of the filter chamber.
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