JP2013134929A - Fuel battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素ガスの含有量が多い燃料ガスと、酸化ガスとを反応させて発電を行う燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell that generates power by reacting a fuel gas having a high hydrogen gas content with an oxidizing gas.
前記燃料電池の中の一つに、固体酸化物形燃料電池がある。この固体酸化物形燃料電池は、固体電解質層の両側にアノード電極層(燃料極層)とカソード電極層(空気極層)とを形成した構造の電池セルを備えており、電池セルのアノード電極層側に燃料ガスを供給し、カソード電極層側に酸化ガスを供給して、電気化学反応を生じさせることで発電を行うように構成されている。 One of the fuel cells is a solid oxide fuel cell. This solid oxide fuel cell includes a battery cell having a structure in which an anode electrode layer (fuel electrode layer) and a cathode electrode layer (air electrode layer) are formed on both sides of a solid electrolyte layer. The fuel gas is supplied to the layer side and the oxidizing gas is supplied to the cathode electrode layer side to generate an electrochemical reaction, thereby generating power.
このような固体酸化物形燃料電池においては、前記燃料ガスとして、炭化水素系ガスを改質して、水素ガスの含有量を多くした改質燃料ガスが用いられており、この改質燃料ガスは、固体酸化物形燃料電池に設けられる改質器によって生成されるようになっている。また、このような固体酸化物形燃料電池は、電気化学反応が進行する温度、即ち、発電温度(通常、700〜800℃)まで電池セルを予め加熱するための予熱装置を備えている。 In such a solid oxide fuel cell, as the fuel gas, a reformed fuel gas obtained by reforming a hydrocarbon gas to increase the content of hydrogen gas is used. Is generated by a reformer provided in the solid oxide fuel cell. Further, such a solid oxide fuel cell includes a preheating device for preheating the battery cell to a temperature at which an electrochemical reaction proceeds, that is, a power generation temperature (usually 700 to 800 ° C.).
この固体酸化物形燃料電池の一つとして、従来、特開2008−218277号公報に開示された燃料電池が知られている。 As one of the solid oxide fuel cells, a fuel cell disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-218277 is conventionally known.
かかる従来の燃料電池は、気密状態に保たれた発電反応室が内部に形成された内部缶体と、当該内部缶体の4つの外側面に設けられた起動用の予熱バーナと、前記発電反応室内に立設された複数の燃料電池スタック(複数の前記電池セルを積層したもの)と、同じく前記発電反応室内に設けられた、燃料ガスを加熱する燃料熱交換器、空気を加熱する空気熱交換器、並びに燃料ガスを改質する燃料改質器と、前記内部缶体の下方に設けられた水蒸気発生器とから構成されている。 Such a conventional fuel cell includes an internal can body in which a power generation reaction chamber maintained in an airtight state is formed, a preheating burner for activation provided on four outer surfaces of the internal can body, and the power generation reaction. A plurality of fuel cell stacks (a stack of a plurality of the battery cells) installed in the room, a fuel heat exchanger for heating the fuel gas, and air heat for heating the air, also provided in the power generation reaction chamber It is comprised from the exchanger, the fuel reformer which reforms fuel gas, and the water vapor generator provided under the said internal can body.
前記燃料電池スタックは、相互の側面間に所定の間隔を有するように、平面視縦横2列に配設され、この前記側面間に前記燃料改質器が配設されている。 The fuel cell stacks are arranged in two rows in the vertical and horizontal directions so as to have a predetermined interval between the side surfaces, and the fuel reformer is arranged between the side surfaces.
また、前記予熱バーナは、前記内部缶体の側面を挟んで、燃料電池スタックと対向する位置に配設され、この燃料電池スタックと内部缶体の側面との間には、当該燃料電池スタックが予熱バーナからの輻射熱を直接受熱するのを防止するための遮熱板が設けられている。また、前記燃料熱交換器及び空気熱交換器についても同様に、これらが前記予熱バーナからの輻射熱を直接受熱しない位置に配設されている。 The preheating burner is disposed at a position facing the fuel cell stack across the side surface of the inner can body, and the fuel cell stack is disposed between the fuel cell stack and the side surface of the inner can body. A heat shield for preventing direct reception of radiant heat from the preheating burner is provided. Similarly, the fuel heat exchanger and the air heat exchanger are arranged at positions where they do not directly receive the radiant heat from the preheating burner.
斯くして、この燃料電池では、前記予熱バーナによって発電反応室内の内部雰囲気が昇温され、当該発電反応室内に配設された燃料電池スタック、燃料熱交換器及び空気熱交換器が、昇温した内部雰囲気によって加熱される。また、燃料電池スタック間に配設された改質器は、当該燃料電池スタック及び前記内部雰囲気によって加熱される。このように、燃料電池スタック、燃料熱交換器、改質器及び空気熱交換器は、それぞれ予熱バーナによって間接的に加熱される。 Thus, in this fuel cell, the internal atmosphere in the power generation reaction chamber is heated by the preheating burner, and the fuel cell stack, the fuel heat exchanger, and the air heat exchanger disposed in the power generation reaction chamber are heated. Heated by the internal atmosphere. Further, the reformer disposed between the fuel cell stacks is heated by the fuel cell stack and the internal atmosphere. In this way, the fuel cell stack, the fuel heat exchanger, the reformer, and the air heat exchanger are each indirectly heated by the preheating burner.
以上の構成を備えた従来の燃料電池では、運転を開始するその起動時に、まず、予熱バーナを作動させて発電反応室内を昇温させるとともに、水を水蒸気発生器に供給し、燃料ガスを、水蒸気発生器によって生成される水蒸気と混合して燃料熱交換器に供給し、空気を空気熱交換器に供給する。 In the conventional fuel cell having the above configuration, at the time of starting the operation, first, the preheating burner is operated to raise the temperature in the power generation reaction chamber, and water is supplied to the steam generator, and the fuel gas is supplied. It is mixed with the steam generated by the steam generator and supplied to the fuel heat exchanger, and air is supplied to the air heat exchanger.
燃料ガスは、水蒸気発生器から供給される高温水蒸気との混合によって昇温され、ついで、燃料熱交換器、改質器に順次導入されることによって更に昇温され、このようにして、昇温された改質燃料ガスが燃料電池スタックに供給される。一方、空気も同様に、空気熱交換器に導入されることによって昇温され、昇温された空気が燃料電池スタックに供給される。 The fuel gas is heated by mixing with the high-temperature steam supplied from the steam generator, and then further heated by being sequentially introduced into the fuel heat exchanger and the reformer. The reformed fuel gas is supplied to the fuel cell stack. On the other hand, air is similarly heated by being introduced into the air heat exchanger, and the heated air is supplied to the fuel cell stack.
斯くして、起動時には、予熱バーナによって燃料電池スタックが間接的に加熱されるとともに、昇温した改質燃料ガス及び空気が供給されることによっても当該燃料電池スタックが加熱される。 Thus, at the time of start-up, the fuel cell stack is indirectly heated by the preheating burner, and the fuel cell stack is also heated by supplying the heated reformed fuel gas and air.
そして、このような予熱により、燃料電池スタックが前記発電温度に達すると、以後、効率的な発電が行なわれる通常運転状態となる。 When the fuel cell stack reaches the power generation temperature due to such preheating, a normal operation state in which efficient power generation is performed thereafter is entered.
ところが、上述した従来の燃料電池では、予熱バーナによって燃料電池スタックを間接的、即ち、発電反応室内の内部雰囲気を介して加熱するようにしているので、熱効率が極めて悪いという問題があり、また、内部雰囲気の昇温に長時間を要するため、エネルギー効率的にも不効率であるという問題があった。 However, in the conventional fuel cell described above, the fuel cell stack is heated indirectly by the preheating burner, that is, through the internal atmosphere in the power generation reaction chamber, so that there is a problem that the thermal efficiency is extremely poor. Since it takes a long time to raise the internal atmosphere, there is a problem that it is inefficient in terms of energy efficiency.
また、前記改質器によって良質な改質燃料ガス(水素リッチな燃料ガス)を得るには、改質器を十分に加熱する必要があるが(通常、700℃程度)、上記従来の燃料電池では、燃料電池スタックからの熱伝導及び/又は輻射熱によって改質器を加熱するようにしているので、上記と同様の理由から、その昇温に長時間を要し、この面からもエネルギー効率的に不効率であった。 In addition, in order to obtain a high quality reformed fuel gas (hydrogen-rich fuel gas) by the reformer, it is necessary to sufficiently heat the reformer (usually about 700 ° C.). However, because the reformer is heated by heat conduction and / or radiant heat from the fuel cell stack, it takes a long time to raise the temperature for the same reason as described above. Was inefficient.
また、従来の固体酸化物形燃料電池では、運転開始期及び運転停止期に、アノード電極層が酸化するという問題が知られており、このような問題を解決するために、従来、上記水蒸気による改質器とは別に、例えば、電気ヒータなどを加熱装置として燃料ガスを部分酸化して還元ガスを含むガスに改質する部分酸化改質器を設け、運転開始期及び運転停止期に、この部分酸化改質器により燃料ガスを改質して、生成された還元ガスをアノード電極層に供給するようにしているが、このような部分酸化改質のために、別途、予熱バーナ以外に加熱装置を必要とするという問題もあった。 In addition, in the conventional solid oxide fuel cell, there is a known problem that the anode electrode layer is oxidized during the operation start period and the operation stop period. In addition to the reformer, for example, a partial oxidation reformer is provided that partially oxidizes the fuel gas and reforms it into a gas containing a reducing gas by using an electric heater or the like as a heating device. The fuel gas is reformed by the partial oxidation reformer and the generated reducing gas is supplied to the anode electrode layer. For such partial oxidation reforming, heating is performed separately from the preheating burner. There was also the problem of requiring equipment.
本発明は、以上の実情に鑑みなされたもので、従来に比べて短時間で電池セルを発電温度まで昇温させることができ、また、部分酸化改質器のためだけに特別な加熱装置を要しない燃料電池の提供をその目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can increase the temperature of a battery cell to a power generation temperature in a shorter time than conventional, and a special heating device only for a partial oxidation reformer. The purpose is to provide a fuel cell that does not need to be provided.
上記課題を解決するための本発明は、
燃焼部を備え、該燃焼部で発生した燃焼熱により、燃料用ガスを水蒸気改質する水蒸気改質装置と、
カソード及びアノードを有し、カソードに供給される酸化ガスとアノードに供給される前記水蒸気改質装置からの改質燃料ガスとの電気化学反応によって発電を行う電池セルを具備した電池スタック(複数の前記電池セルを積層して一つの構造体としたもので、これをカバー缶体内に収納したものも含む)とを備えた燃料電池において、
燃料用ガスを燃焼させるバーナ、及び該バーナに連設されるラジアントチューブから構成されるラジアントチューブバーナを、前記電池スタックと前記水蒸気改質装置との間に配設した燃料電池に係る。
The present invention for solving the above problems is as follows.
A steam reforming device comprising a combustion section, and steam reforming the fuel gas by the combustion heat generated in the combustion section;
A battery stack having a cathode and an anode, and comprising a battery cell that generates power by an electrochemical reaction between an oxidizing gas supplied to the cathode and a reformed fuel gas supplied from the steam reformer supplied to the anode In a fuel cell comprising: the battery cells stacked to form a single structure, including a case where the battery cell is housed in a cover can.
The present invention relates to a fuel cell in which a radiant tube burner including a burner for burning fuel gas and a radiant tube connected to the burner is disposed between the battery stack and the steam reformer.
本発明に係る燃料電池によれば、これを起動する際に、まず、バーナによって燃料用ガスを燃焼させ、これにより生じた燃焼ガスによってラジアントチューブを加熱し、当該ラジアントチューブから照射される輻射熱によって、電池スタック及び水蒸気改質装置を予熱する。その際、ラジアントチューブを電池スタックと水蒸気改質装置との間に配設していることから、これら電池スタック及び水蒸気改質装置はそれぞれ直接加熱される。 According to the fuel cell of the present invention, when starting the fuel cell, first, the fuel gas is combusted by the burner, the radiant tube is heated by the combustion gas generated thereby, and the radiant heat irradiated from the radiant tube is used. Preheat battery stack and steam reformer. At this time, since the radiant tube is disposed between the battery stack and the steam reformer, the battery stack and the steam reformer are each directly heated.
そして、電池スタック内の電池セル、及び水蒸気改質装置が効率的な発電を行うことができる温度に達するまで十分に加熱されると、ラジアントチューブによる加熱を停止し、燃料電池は通常の運転モードに移行する。 When the battery cells in the battery stack and the steam reformer are sufficiently heated to reach a temperature at which efficient power generation can be performed, heating by the radiant tube is stopped, and the fuel cell is in a normal operation mode. Migrate to
斯くして、本発明によれば、水蒸気改質装置及び電池スタックをそれぞれ直接加熱することができるので、その昇温時間を従来に比べて短縮することができ、エネルギー効率を高めることができる。 Thus, according to the present invention, each of the steam reformer and the battery stack can be directly heated, so that the temperature raising time can be shortened compared to the conventional case, and the energy efficiency can be increased.
尚、本発明では、前記ラジアントチューブは、少なくともその一部が、渦巻状、蛇行状、鉤状又はU字状に、屈曲又は湾曲していても良い。 In the present invention, at least a part of the radiant tube may be bent or curved in a spiral shape, a meandering shape, a saddle shape, or a U shape.
このようにすれば、ラジアントチューブの表面積が大きくなり、当該ラジアントチューブから照射される輻射熱の量が増加するため、水蒸気改質装置及び電池スタックを効率良く加熱することができる。これにより、昇温に要する時間の更なる短縮化を図ることができる。また、ラジアントチューブが占める平面的な領域が広くなり、水蒸気改質装置及び電池スタックを広範囲に加熱することができ、水蒸気改質装置及び電池スタック内部の各電池セルをムラ無く、均一に昇温させることができる。 In this way, the surface area of the radiant tube is increased, and the amount of radiant heat irradiated from the radiant tube is increased, so that the steam reformer and the battery stack can be efficiently heated. Thereby, further shortening of the time required for temperature rising can be achieved. In addition, the planar area occupied by the radiant tube is widened, the steam reformer and the battery stack can be heated in a wide range, and the battery cells inside the steam reformer and the battery stack are heated evenly and uniformly. Can be made.
或いは、前記ラジアントチューブは、全体的に略環状に屈曲又は湾曲しても良い。このように、環状に屈曲又は湾曲させることで、ラジアントチューブが占める平面的な領域がより広くなり、水蒸気改質装置及び電池スタックをより広範囲に加熱することができ、水蒸気改質装置及び電池スタック内部の各電池セルをよりムラ無く、均一に昇温させることができる。 Alternatively, the radiant tube may be bent or curved in a substantially annular shape as a whole. Thus, by bending or curving in an annular shape, the planar area occupied by the radiant tube becomes wider, and the steam reformer and the battery stack can be heated in a wider range. It is possible to raise the temperature of each internal battery cell more uniformly and without unevenness.
また、ラジアントチューブを環状にすることで、環内部に空間が形成されるので、燃焼部により高温に加熱される水蒸気改質装置から、当該空間を介して、電池スタックに輻射熱が照射され、燃料電池の通常運転時にラジアントチューブバーナを停止しても、電池スタック内部の各電池セルの温度を適正な発電温度に維持することができる。 In addition, since the space is formed inside the ring by making the radiant tube into an annular shape, radiant heat is irradiated to the battery stack from the steam reformer heated to a high temperature by the combustion section through the space, and the fuel Even if the radiant tube burner is stopped during normal operation of the battery, the temperature of each battery cell in the battery stack can be maintained at an appropriate power generation temperature.
また、本発明では、前記ラジアントチューブの排気側が、水蒸気改質装置の燃焼部に接続され、ラジアントチューブの燃焼ガスが前記燃焼部に供給されるように構成されていても良い。 Moreover, in this invention, the exhaust side of the said radiant tube may be connected to the combustion part of a steam reformer, and it may be comprised so that the combustion gas of a radiant tube may be supplied to the said combustion part.
このようにすれば、高温の燃焼ガスが水蒸気改質装置の燃焼部に供給されるため、ラジアントチューブから照射される輻射熱とラジアントチューブの排気側から供給される高温の燃焼ガスとによって、水蒸気改質装置をより効率良く加熱し昇温させることができる。 In this way, since the high-temperature combustion gas is supplied to the combustion section of the steam reformer, the steam reforming is performed by the radiant heat irradiated from the radiant tube and the high-temperature combustion gas supplied from the exhaust side of the radiant tube. The quality device can be heated and heated more efficiently.
更に、本発明に係る燃料電池は、燃料用ガスを部分酸化改質して、電池セルのアノードに供給する部分酸化改質装置を、ラジアントチューブに付設した構成としても良い。 Furthermore, the fuel cell according to the present invention may have a configuration in which a partial oxidation reforming device for partial oxidation reforming of a fuel gas and supplying the fuel gas to the anode of the battery cell is attached to the radiant tube.
上述したように、燃料電池では、運転開始期及び運転停止期に、アノードの酸化を防止するために、部分酸化改質装置により燃料用ガスを部分酸化改質し、改質によって得られる還元ガスをアノードに供給するようにしているが、この部分酸化改質装置をラジアントチューブに付設することで、ラジアントチューブからの熱伝導及び輻射熱によって、燃料用ガスを改質することができる。したがって、部分酸化改質装置に別途加熱装置を設けることなく、燃料用ガスを部分酸化改質することができ、エネルギー効率を高めることができる。また、燃料電池の小型化や簡素化を図ることができる。 As described above, in the fuel cell, in order to prevent the oxidation of the anode in the operation start period and the operation stop period, the fuel gas is partially oxidized and reformed by the partial oxidation reforming apparatus, and the reducing gas obtained by the reforming However, by attaching this partial oxidation reforming device to the radiant tube, the fuel gas can be reformed by heat conduction and radiant heat from the radiant tube. Therefore, the fuel gas can be partially oxidized and reformed without providing a separate heating device in the partial oxidation reforming apparatus, and energy efficiency can be improved. In addition, the fuel cell can be reduced in size and simplified.
前記部分酸化改質装置は、
前記ラジアントチューブの径方向外方に間隔を隔て、且つ該ラジアントチューブの軸線に沿って周設された筒体と、
前記ラジアントチューブが表裏に貫通した状態で前記筒体の両端にそれぞれ固設される2つの蓋部材とからなり、
前記筒体の一方端又は該一方端に固設された蓋部材には、前記ラジアントチューブ、筒体及び2つの蓋部材に囲まれた反応室に前記燃料用ガスが供給される供給口が形成され、
前記筒体の他方端又は該他方端に固設された蓋部材には、前記反応室内で部分酸化改質された燃料用ガスが排出される排出口が形成された構成とすることができる。
The partial oxidation reformer is
A cylindrical body spaced around the radial direction of the radiant tube and provided around the axis of the radiant tube;
The radiant tube comprises two lid members respectively fixed to both ends of the cylindrical body in a state of penetrating the front and back.
A supply port through which the fuel gas is supplied to the reaction chamber surrounded by the radiant tube, the cylinder, and the two cover members is formed in one end of the cylinder or the lid member fixed to the one end. And
The lid member fixed to the other end of the cylindrical body or the other end may be configured to have a discharge port through which fuel gas partially oxidized and reformed in the reaction chamber is discharged.
かかる構成の部分酸化改質装置によれば、燃料用ガスは、筒体の一方端又は当該一方端に固設された蓋部材に形成された供給口から供給され、反応室内にてラジアントチューブからの熱伝導及び輻射熱によって部分酸化改質された後、筒体の他方端又は当該他方端に固設された蓋部材に形成された排出口から排出される。 According to the partial oxidation reforming apparatus having such a configuration, the fuel gas is supplied from a supply port formed in one end of the cylindrical body or a lid member fixed to the one end, and from the radiant tube in the reaction chamber. After being partially oxidized and reformed by heat conduction and radiant heat, it is discharged from the other end of the cylinder or a discharge port formed in a lid member fixed to the other end.
その際、前記反応室は、ラジアントチューブが中心に配置された円筒状の空間となっているので、反応室に供給された燃料用ガスは、ラジアントチューブの全周から熱伝導及び輻射熱を受け、効率良く改質される。 At that time, since the reaction chamber is a cylindrical space in which the radiant tube is arranged at the center, the fuel gas supplied to the reaction chamber receives heat conduction and radiant heat from the entire circumference of the radiant tube, Reformed efficiently.
また、供給口と排出口とを、反応室の相対する端部に形成しているので、供給口に供給された燃料用ガスが排出口に至る行程を十分に長くとることができ、この意味においても、燃料用ガスを十分に改質することができる。 In addition, since the supply port and the discharge port are formed at opposite ends of the reaction chamber, it is possible to take a sufficiently long process for the fuel gas supplied to the supply port to reach the discharge port. In this case, the fuel gas can be sufficiently reformed.
また、前記部分酸化改質装置は、その前記反応室内が、該反応室内に配設される仕切り板によって二つの空間に二分されるとともに、一方の空間には前記供給口が接続され、他方の空間には前記排出口が接続され、
前記仕切り板に、前記供給口側の空間と前記排出口側の空間とを連通せしめる連通孔が穿設された構成とすることができる。
In the partial oxidation reforming apparatus, the reaction chamber is divided into two spaces by a partition plate disposed in the reaction chamber, and the supply port is connected to one space, The outlet is connected to the space,
The partition plate may have a communication hole that allows the space on the supply port side and the space on the discharge port side to communicate with each other.
この構成によれば、供給口から供給された燃料用ガスは、供給口側の空間内を流通し、仕切り板に穿設された連通孔を通って、排出口側の空間へ移動した後、排出口から排出される。このように、連通孔を介して燃料用ガスを移動させることで、二分された各反応室内における燃料用ガスの滞留時間を長くとることができ、燃料用ガスをより効率的に改質することができる。 According to this configuration, the fuel gas supplied from the supply port circulates in the space on the supply port side, passes through the communication hole formed in the partition plate, and moves to the space on the discharge port side. It is discharged from the outlet. As described above, by moving the fuel gas through the communication hole, the residence time of the fuel gas in each of the divided reaction chambers can be increased, and the fuel gas can be reformed more efficiently. Can do.
更に、前記部分酸化改質装置は、その前記反応室内が、該反応室内に配設される一又は複数の仕切り板によって、前記ラジアントチューブの軸方向に沿って二又は三以上の複数の環状の空間に分割されるとともに、前記軸方向において、その両端の空間の一方には前記供給口が接続され、他方には前記排出口が接続され、
前記仕切り板に、隣接する空間同士を連通せしめる連通孔が穿設された構成としても良い。
Further, the partial oxidation reforming apparatus includes a plurality of annular rings formed in the reaction chamber along the axial direction of the radiant tube by one or a plurality of partition plates disposed in the reaction chamber. While being divided into spaces, in the axial direction, the supply port is connected to one of the spaces at both ends thereof, and the discharge port is connected to the other.
The partition plate may have a communication hole that allows adjacent spaces to communicate with each other.
このような構成によっても、燃料用ガスの移動が連通孔を介したものとなるので、各反応室内における燃料用ガスの滞留時間を長くとることができ、燃料用ガスをより効率的に改質することができる。尚、反応室を三以上の空間に分割すれば、燃料用ガスの反応室内への滞留時間を更に長くとることができ、更に効率的に改質することができる。 Even with such a configuration, since the movement of the fuel gas is performed through the communication hole, the residence time of the fuel gas in each reaction chamber can be increased, and the fuel gas can be reformed more efficiently. can do. If the reaction chamber is divided into three or more spaces, the residence time of the fuel gas in the reaction chamber can be further increased, and reforming can be performed more efficiently.
更に、前記反応室内の各環状の空間内に、その周方向の連通状態を遮断する隔壁を設け、
前記各隔壁を、前記ラジアントチューブの軸方向に沿って一列に整列した状態で配設し、
前記供給口、連通孔及び排出口を、前記隔壁に近接した位置に配設されるとともに、該隔壁を挟んで、前記ラジアントチューブの軸方向に沿って、千鳥状となる位置に順次配設した構成としても良い。
Furthermore, in each annular space in the reaction chamber, a partition wall that blocks the circumferential communication state is provided,
The partition walls are arranged in a line along the axial direction of the radiant tube,
The supply port, the communication hole, and the discharge port are disposed at positions close to the partition wall, and are sequentially disposed at staggered positions along the axial direction of the radiant tube with the partition wall interposed therebetween. It is good also as a structure.
このようにすれば、前記一方端側の空間に供給された燃料用ガスは、各反応室内において、隔壁を避けるように前記ラジアントチューブの周りを迂回するように流通し、最終的に排出口から排出される。したがって、燃料用ガスが供給口から排出口に至るまでの行程をより長くとることができ、燃料用ガスが反応室内に滞留する時間をより長くすることができ、これにより、当該燃料用ガスをより効率的に改質することができる。 In this way, the fuel gas supplied to the space on the one end side flows in each reaction chamber so as to bypass the radiant tube so as to avoid the partition wall, and finally from the discharge port. Discharged. Therefore, the process from the supply port to the discharge port can be made longer, and the time for the fuel gas to stay in the reaction chamber can be made longer. More efficient reforming can be achieved.
また、本発明に係る燃料電池は、断熱部材に囲まれて、外部と熱的に遮断された空間を有し、
該空間内に、前記水蒸気改質装置、前記電池スタック及び前記ラジアントチューブを配設し、
前記部分酸化改質装置の一方端が前記空間内に露出し、他方端が前記断熱部材内に埋設した構成とすることができる。
Further, the fuel cell according to the present invention has a space surrounded by a heat insulating member and thermally blocked from the outside,
In the space, the steam reformer, the battery stack and the radiant tube are disposed,
One end of the partial oxidation reforming apparatus may be exposed in the space, and the other end may be embedded in the heat insulating member.
水蒸気改質装置、電池スタック及びラジアントチューブを前記空間内に配設することで、ラジアントチューブから照射される輻射熱によって水蒸気改質装置及び電池スタックを効率的に昇温させることができる。 By disposing the steam reformer, the battery stack, and the radiant tube in the space, the steam reformer and the battery stack can be efficiently heated by the radiant heat irradiated from the radiant tube.
そして、このように水蒸気改質装置、電池スタック及びラジアントチューブを前記空間内に配設する場合には、熱効率の面から、部分酸化改質装置の少なくとも一部を部分的に前記空間内に露出させるのが好ましい。 When the steam reformer, the battery stack, and the radiant tube are arranged in the space as described above, at least a part of the partial oxidation reformer is partially exposed in the space from the viewpoint of thermal efficiency. Preferably.
これにより、ラジアントチューブバーナを停止させた通常運転時に、前記空間内に露出された部分酸化改質装置が、水蒸気改質装置から照射される輻射熱によって加熱されて、部分酸化改質するために必要な温度(通常600℃)に維持させることができる。 As a result, during normal operation with the radiant tube burner stopped, the partial oxidation reformer exposed in the space is heated by the radiant heat radiated from the steam reformer and is necessary for partial oxidation reforming. Temperature (usually 600 ° C.).
斯くして、運転停止期においては、ラジアントチューブバーナを燃焼せずとも、燃料用ガスを部分酸化改質装置に供給することで速やかに改質ガスを得ることができる。したがって、水蒸気改質装置への燃料用ガスの供給を停止させて、速やかに停止モードに移行することができる。 Thus, in the shutdown period, the reformed gas can be obtained quickly by supplying the fuel gas to the partial oxidation reformer without burning the radiant tube burner. Therefore, the supply of the fuel gas to the steam reformer can be stopped, and the mode can be quickly shifted to the stop mode.
尚、部分酸化改質装置の一部を部分的に露出させるようにしたのは、部分酸化改質装置の全部を露出させると、水蒸気改質装置から照射される輻射熱が当該部分酸化改質装置によって遮られ、電池スタックの効率的な加熱が妨げられるからであり、また、この場合には、部分酸化改質装置が必要以上に加熱され、かかる熱量が、部分酸化改質装置に外部から接続する他の部材を介して外部に放熱され、熱エネルギーに無駄を生じるからである。 The partial oxidation reforming device is partially exposed because when the partial oxidation reforming device is exposed, the radiant heat radiated from the steam reforming device is used. In this case, the partial oxidation reforming apparatus is heated more than necessary, and this amount of heat is connected to the partial oxidation reforming apparatus from the outside. This is because heat is radiated to the outside through other members that cause waste of heat energy.
以上説明したように、本発明に係る燃料電池によれば、ラジアントチューブバーナを水蒸気改質装置と電池スタックとの間に配設したことにより、ラジアントチューブから照射される輻射熱によって、水蒸気改質装置及び電池スタックをそれぞれ直接加熱することができ、その昇温に要する時間を短縮することができる。更に、部分酸化改質装置をラジアントチューブに付設したことで、部分酸化改質装置に別途加熱装置を設けることなく、燃料用ガスを改質することができ、エネルギー効率の向上や、燃料電池の小型化、簡素化を図ることができる。更に、部分酸化改質装置の少なくとも一部を水蒸気改質装置からの輻射熱が照射される空間に露出させることで、通常運転時以降は常に部分酸化改質装置が改質ガスを生成できる温度に維持させることができ、停止モードへの速やかな移行が可能となる。 As described above, according to the fuel cell of the present invention, the radiant tube burner is disposed between the steam reformer and the battery stack, so that the steam reformer is radiated by the radiant heat irradiated from the radiant tube. The battery stack can be directly heated, and the time required for the temperature rise can be shortened. Furthermore, by attaching the partial oxidation reforming device to the radiant tube, it is possible to reform the fuel gas without providing a separate heating device in the partial oxidation reforming device. Miniaturization and simplification can be achieved. Furthermore, by exposing at least a part of the partial oxidation reforming device to a space irradiated with radiant heat from the steam reforming device, the partial oxidation reforming device can always generate a reformed gas after normal operation. Can be maintained, and a quick transition to the stop mode is possible.
以下、本発明の具体的な実施形態に係る燃料電池について、図1乃至図7を参照しつつ説明する。 Hereinafter, a fuel cell according to a specific embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
図1及び図2に示すように、本例の燃料電池1は、内部に空間3が形成された筐体2と、前記空間3内に配設された水蒸気発生装置4と、同じく前記空間3内で、前記水蒸気発生装置4の上方に配設された熱交換器5と、前記水蒸気発生装置4及び前記熱交換器5の側方に隣接するように前記空間3内に配設された水蒸気改質装置10と、バーナ21及びラジアントチューブ22からなり、前記ラジアントチューブ22が、同空間3内で、前記水蒸気改質装置10を挟んで前記水蒸気発生装置4及び前記熱交換器5と対峙する位置に配設されたラジアントチューブバーナ20と、同空間3内に、前記ラジアントチューブ22を挟んで前記水蒸気改質装置10と対峙する位置に配設された円筒形状の電池スタック30(複数の電池セルを積層して一つの構造体としたもので、本例では、これをカバー缶体内に収納している)と、前記ラジアントチューブに付設された部分酸化改質装置40とから構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
前記筐体2は、断熱性を有する材料から構成されており、前記空間3は、外部と熱的に遮断された空間となっている。
The
前記水蒸気発生装置4は、純水及びアノード用燃料ガスが、適宜配管を介して外部から供給されるようになっており、供給された純水から水蒸気を発生させる装置である。また、発生させた水蒸気は、アノード用燃料ガスと混合され、適宜配管を介して前記水蒸気改質装置10に供給される。
The water vapor generator 4 is an apparatus for generating pure water and anode fuel gas from outside through appropriate piping and generating water vapor from the supplied pure water. Further, the generated steam is mixed with anode fuel gas and supplied to the
前記熱交換器5は、適宜配管を介して外部から供給されるカソード用空気を予熱する装置であり、予熱されたカソード用空気は、適宜配管を介して電池セルの後述するカソード電極層側空間32に供給される。
The
前記水蒸気改質装置10は、水蒸気改質を行う改質部11と、水蒸気改質に必要な熱を発生させるための燃焼部12とを備えている。前記改質部11は、水蒸気発生装置4から前記混合ガスとして供給されたアノード用燃料ガスを水蒸気によって水蒸気改質して、水蒸気改質燃料ガスとする。そして、水蒸気改質燃料ガスは、適宜配管を介して電池セルの後述するアノード電極層側空間31に供給される。
The
尚、前記燃焼部12は、適宜配管などにより熱交換器5と接続されており、当該燃焼部12から熱交換器5へと排気ガスが供給され、更に、熱交換器5へ供給された排気ガスは、適宜配管を介して水蒸気発生装置4に供給されるようになっている。
The
斯くして、前記水蒸気発生装置4は、排気ガスを純水と熱交換して水蒸気を発生させ、前記熱交換器5は、排気ガスをカソード用空気と熱交換して、当該カソード用空気を予熱する。尚、水蒸気発生装置4及び熱交換器5は、加熱された水蒸気改質装置10から照射される輻射熱によっても加熱されるようになっている。
Thus, the steam generator 4 exchanges exhaust gas with pure water to generate steam, and the
前記ラジアントチューブバーナ20は、上述したように、バーナ21及びラジアントチューブ22から構成される。バーナ21は、前記筐体2の底部に埋設されており、適宜配管を介してバーナ用燃料ガス及びバーナ用空気が外部から供給されるようになっている。また、前記ラジアントチューブ22は、U字状に成形された管材であり、湾曲部を上にし、その一方端部が前記筐体2の底部に埋没した状態で前記空間3内に配設され、更に、当該一方端部が前記バーナ21の先端部に接続され、他方端部が前記水蒸気改質装置10の燃焼部12に接続されている。尚、前記水蒸気改質装置10と電池スタック30とは、ラジアントチューブ22の間の空間22aを介して連通している。
The
斯くして、前記バーナ21によってバーナ用燃料ガスを燃焼させることで、高温の排気ガスがラジアントチューブ22内を流通した後、水蒸気改質装置10の燃焼部12に排出される。尚、前記バーナ21の一つとして、パイロットバーナを例示することができる。
Thus, by burning the burner fuel gas by the
前記電池セルは、アノード電極層及びカソード電極層が形成された固体電解質板がインターコネクタの各間に挟まれた構造を有するもので、これを複数積層したものが上述した電池スタックである。また、当該電池セルは、アノード電極層側空間31に水蒸気改質燃料ガスが供給され、カソード電極側空間32にカソード用空気が供給されるようになっており、アノード電極層とカソード電極層との間の電気化学反応によって発電を行う。
The battery cell has a structure in which a solid electrolyte plate on which an anode electrode layer and a cathode electrode layer are formed is sandwiched between interconnectors, and a stack of a plurality of these is the above-described battery stack. Further, the battery cell is configured such that the steam reformed fuel gas is supplied to the anode electrode
尚、アノード電極層側空間31及びカソード電極層側空間32から排出される排気ガス(反応後の水蒸気改質燃料ガス、未反応の水蒸気改質燃料ガス及びカソード用空気)は、適宜配管を介して水蒸気改質装置10の燃焼部12に供給され、燃焼される。
Exhaust gas (reacted steam reformed fuel gas, unreacted steam reformed fuel gas and cathode air) discharged from the anode electrode
前記部分酸化改質装置40は、空気を用いて燃料ガスを部分酸化改質(還元ガスを含むように改質)して、部分酸化改質燃料ガスとする装置であり、図3乃至図7に示すように、前記ラジアントチューブ22の径方向外方に間隔を隔て、且つラジアントチューブ22の軸方向に沿って周設された筒体41と、それぞれラジアントチューブ22が表裏に貫通した状態で、前記筒体41の一方端部に固設された下側蓋部材42、前記筒体41の他方端部に固設された上側蓋部材43、及び前記筒体41の中間部に固設された仕切り板44とから構成されている。
The partial
尚、下側蓋部材42、上側蓋部材43及び仕切り板44には、その中心部に表裏を貫通する挿通孔42a,43a,44aがそれぞれ穿設され、当該3つの挿通孔42a,43a,44aに、前記ラジアントチューブ22が挿通されることで、上述した如く、下側蓋部材42、上側蓋部材43及び仕切り板44がそれぞれラジアントチューブ22によって貫通された状態となっている。
The
斯くして、この部分酸化改質装置40では、ラジアントチューブ22、筒体41、下側蓋部材42及び仕切り板44に囲まれた第1反応室45aと、ラジアントチューブ22、筒体41、上側蓋部材43及び仕切り板44に囲まれた第2反応室45bを有する。尚、第1反応室45aと第2反応室45bとは、前記仕切り板44に穿設された連通孔44bを介して連通されている。
Thus, in this partial
また、前記下側蓋部材42の縁部には、改質用燃料ガス及び改質用空気が供給される供給口42bが表裏を貫通して穿設されており、適宜配管を介して、この供給口42bに、外部から改質用燃料ガスが供給される。
Further, a
また、前記筒体41の他方端部には、部分酸化改質された燃料ガスが排出される排出口41aが表裏を貫通して穿設されており、この排出口41aは、適宜配管を介して、電池セルのアノード電極層側空間31に接続されている。また、前記筒体41の他方端部には、表裏に貫通する挿入孔41bが穿設されており、当該挿入孔41bには、適宜熱電対が挿入される。
In addition, a
前記第1反応室45a内には、前記ラジアントチューブ22の軸方向に沿って隔壁46aが設けられており、第1反応室45aは、この隔壁46aによってその周方向の連通状態が遮断されている。
A
同様に、第2反応室45b内には、前記ラジアントチューブ22の軸方向に沿って、前記隔壁46aと同一直線上となるように、隔壁46bが設けられており、この隔壁46bによって、第2反応室45bにおける周方向の連通状態が遮断されている。
Similarly, a
また、前記下側蓋部材42の供給口42b、仕切り板44の連通孔44b及び筒体41の排出口41aは、前記隔壁46a,46bを挟んで千鳥状、即ち互い違いに位置するように穿設されている。
Further, the
尚、前記第1反応室45a及び第2反応室45b内には、部分酸化改質反応を促進させるための触媒が充填されている。
The
また、この部分酸化改質装置40は、図1及び図2に示すように、その一方端側が前記空間3内に露出し、他方端側が筐体2の底部に埋設されている。
In addition, as shown in FIGS. 1 and 2, the partial
次に、以上の構成を備えた燃料電池1における発電方法について説明する。
Next, a power generation method in the
本例の燃料電池1では、まず、これを起動する起動時に、電池セルを発電温度(通常700〜800℃)まで昇温させる予熱モードが実行されるとともに、この予熱モードが実行される間、部分酸化改質装置40からアノード電極層側空間31に還元ガスを含む部分酸化改質燃料ガスが供給され、このガスによってアノード電極層の酸化が防止される。
In the
前記予熱モードは、バーナ21にバーナ用燃料ガス及びバーナ用空気を供給して燃焼させ、高温の燃焼ガスをラジアントチューブ22内に供給して、当該ラジアントチューブ22を燃焼ガスにより加熱することによって行なわれる。
The preheating mode is performed by supplying burner fuel gas and burner air to the
即ち、ラジアントチューブ22が加熱されると、このラジアントチューブ22から周囲に向けて輻射熱が照射され、この輻射熱によって、当該ラジアントチューブ22の両側に配設された水蒸気改質装置10及び電池スタック30がそれぞれ直接加熱され、昇温される。
That is, when the
斯くして、本例の燃料電池1では、水蒸気改質装置10及び電池スタック30を、ラジアントチューブ22からの輻射熱によって、それぞれ直接加熱するようにしているので、従来に比べて、その昇温時間を短縮することができ、エネルギー効率を高めることができる。
Thus, in the
また、前記ラジアントチューブ22をU字状に湾曲させた構造としているので、ラジアントチューブ22が占める平面的な領域が広く、このため、水蒸気改質装置10及び電池スタック30を広範囲に亘って加熱することができ、水蒸気改質装置10及び電池スタック30内部の各電池セルをムラ無く、均一に昇温させることができる。
Further, since the
また、水蒸気改質装置10は、ラジアントチューブ22からの燃焼ガスがその燃焼部12に供給されるようになっており、この燃焼ガスを熱源としても加熱されるため、より効率良く加熱され、昇温される。
Further, the
一方、前記予熱モードの間、部分酸化改質装置40には、その供給口42bに、改質用燃料ガスと改質用空気との混合ガスが供給される。供給口42bに供給された混合ガスは、当該供給口42bから第1反応室45a内に移動し、ラジアントチューブ22の周りを迂回するように第1反応室45a内を流通した後、仕切り板44に穿設された連通孔44bを通って第2反応室45b内に移動し、同様に、第2反応室45b内で、ラジアントチューブ22の周りを迂回するように流通する。そして、このように、第1反応室45a及び第2反応室45b内を流通する過程で、改質用燃料ガスは、ラジアントチューブ22からの熱伝導及び輻射熱を受けて改質用空気により部分酸化改質され、還元ガス(水素ガス)を含む部分酸化改質燃料ガスとして排出口41aから排出される。そして、排出口41aから排出された部分酸化改質燃料ガスは、上述したように、アノード電極層側空間31に供給され、かかる部分酸化改質燃料ガスによってアノード電極層の酸化が防止される。尚、このような混合ガスの流れを図3に示している。図中の矢印Bは、供給口42bから供給された混合ガスが排出口41aに至るまでの行程を示したものである。
On the other hand, during the preheating mode, the
斯くして、本例の部分酸化改質装置40によれば、予熱用のラジアントチューブ22からの熱伝導及び輻射熱によって、改質用燃料ガスを改質するようにしており、当該改質のために専用の加熱装置を用いていないので、燃料電池1全体のエネルギー効率を高めることができ、また、燃料電池1の小型化や簡素化を図ることができる。
Thus, according to the partial
また、改質反応を行なうための前記第1反応室45a及び第2反応室45bは、ラジアントチューブ22が中心に配置された円筒状の空間となっているので、当該反応室45a及び45bに供給された混合ガスは、ラジアントチューブの全周から熱伝導及び輻射熱を受けることができ、これが効率良く改質される。
Further, the
また、供給口42bと排出口41aとを、前記第1反応室45a及び第2反応室45bから構成される反応室の相対する端部に形成し、且つ混合ガスが第1反応室45a及び第2反応室45b内で迂回する流路をとるように構成して、混合ガスの流動行程がより長くなるように設定するとともに、混合ガスが連通孔44bを介して第1反応室45aから第2反応室45bに流入し、排出口41aから外部に排出されるように構成しているので、当該混合ガスを、第1反応室45a及び第2反応室45b内に十分な時間滞留させることができ、改質用燃料ガスをより効率的に改質することができる。
Further, the
以上の予熱モードの実行により、電池セルの温度が発電温度に達すると、バーナ21へのバーナ用燃料ガス及びバーナ用空気の供給を停止して、予熱モードを終了するとともに、部分酸化改質装置40への改質用燃料ガス及び改質用空気の供給を停止して、次に、通常運転モードへと移行する。
When the temperature of the battery cell reaches the power generation temperature by executing the above preheating mode, the supply of the burner fuel gas and the burner air to the
即ち、水蒸気発生装置4によって発生された水蒸気とアノード用燃料ガスとの混合ガスを水蒸気改質装置10に供給して、アノード用燃料ガスを水蒸気改質し、改質したアノード用燃料ガスをアノード電極層側空間31に供給するとともに、熱交換器5によって予熱したカソード用空気をカソード電極層側空間32に供給する。これにより、電池セルは、アノード電極層とカソード電極層との間の電気化学反応によって発電を開始する。
That is, a mixed gas of water vapor and anode fuel gas generated by the water vapor generator 4 is supplied to the
尚、アノード用燃料ガスを水蒸気改質するためには、650℃以上、好ましくは700℃以上の温度が必要であるが、前記水蒸気改質装置10は、予熱モードにおいて、電池スタック30と同様に、ラジアントチューブ22から照射される輻射熱によって加熱され、電池スタック30と同程度の温度(700℃程度)にまで昇温されており、当該水蒸気改質装置10では、予熱モード終了時点までに、十分に効率的な水蒸気改質が行なわれる。
In order to steam reform the anode fuel gas, a temperature of 650 ° C. or higher, preferably 700 ° C. or higher is required. The
また、予熱モードを終了することで、ラジアントチューブバーナ20による電池スタック30の加熱が停止されるが、水蒸気改質装置10では、水蒸気改質の熱源を得るために燃焼部12において燃焼が行われ、この燃焼によって水蒸気改質装置10が高温に維持されているため、水蒸気改質装置10からの輻射熱が、U字状に湾曲したラジアントチューブ22間の空間22aを通して電池スタック30に照射され、電池スタック30は、かかる輻射熱によって、発電温度以上の高温に維持される。
Moreover, although heating of the
また、電池セルのアノード電極層側空間31及びカソード電極層側空間32から排出される排気ガス(反応後の水蒸気改質燃料ガス、未反応の水蒸気改質燃料ガス及びカソード用空気)は、水蒸気改質装置10の燃焼部12に供給され、同燃焼部12で燃焼される。このようにすることで、燃料電池1のエネルギー効率を高めることができる。
The exhaust gas (reacted steam reformed fuel gas, unreacted steam reformed fuel gas and cathode air) discharged from the anode electrode
そして、通常運転を停止させる停止モードでは、アノード用燃料ガス、純水及びカソード用空気の供給を停止し、水蒸気改質装置10の燃焼部12への燃料の供給を停止するとともに、部分酸化改質装置40に改質用燃料ガス及び改質用空気を供給して、アノード電極層側空間31に還元ガスを含む部分酸化改質燃料ガスを供給する。
In the stop mode in which the normal operation is stopped, the supply of anode fuel gas, pure water, and cathode air is stopped, the supply of fuel to the
尚、部分酸化改質装置40は、上述したように、その一方端側が前記空間3内に露出されているため、通常運転モードにおいては、水蒸気改質装置10から輻射熱を受けており、これにより、部分酸化改質するために必要な温度(通常600℃)に維持されている。したがって、改質用燃料ガス及び改質用空気を部分酸化改質装置40に供給すると、改質用燃料ガスが部分酸化改質され、改質された部分酸化改質燃料ガスがアノード電極層側空間31に供給される。
As described above, the partial
以上詳述したように、本実施形態に係る燃料電池1によれば、水蒸気改質装置10と電池スタック30との間にU字状のラジアントチューブ22を配設しているので、予熱モードにおいて、ラジアントチューブ22から照射される輻射熱により、水蒸気改質装置10及び電池スタック30内部の各電池セルを効率的に加熱し、昇温させることができる。また、通常運転モードにおいては、水蒸気改質装置10から照射される輻射熱によって電池スタック30を加熱し、その温度を維持することができる。更に、部分酸化改質装置40の熱源として予熱用のラジアントチューブ22の熱伝導及び輻射熱を利用しているので、燃料電池1全体のエネルギー効率を高めることができ、また、燃料電池1の小型化や簡素化を図ることができる。更に、部分酸化改質装置40においては、混合ガスが第1及び第2反応室45a,45b内に長時間滞留するようにしているので、改質用燃料ガスを効率的に部分酸化改質することができる。更に、部分酸化改質装置40の少なくとも一部を水蒸気改質装置10からの輻射熱が照射される空間3に露出させることで、通常運転モードでは常に部分酸化改質装置40が改質ガスを生成できる温度に維持させることができ、停止モードへの速やかな移行が可能となる。
As described above in detail, according to the
尚、本例では、部分酸化改質装置40の一部を部分的に空間3内に露出させた構成としているが、これは、部分酸化改質装置40の全部を露出させると、水蒸気改質装置10から照射される輻射熱が当該部分酸化改質装置40によって遮られ、電池スタック30の効率的な加熱が妨げられるからであり、また、この場合には、部分酸化改質装置40が必要以上に加熱され、かかる熱量が、部分酸化改質装置40に外部から接続する他の部材を介して外部に放熱され、熱エネルギーに無駄を生じるからである。
In this example, a part of the partial
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は何らこれに限定されるものではない。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the specific aspect which this invention can take is not limited to this at all.
例えば、前記ラジアントチューブ22の形状は、U字状の他に、渦巻状、蛇行状及び鉤状を例示することができる。
For example, examples of the shape of the
このようにしても、ラジアントチューブ22の表面積を大きくでき、ラジアントチューブ22から照射される輻射熱の量を増加させることができるため、水蒸気改質装置10及び電池スタック30を効率良く加熱することができ、昇温時間の短縮化を図ることができる。また、ラジアントチューブ22が占める平面的な領域が広くなるため、水蒸気改質装置10及び電池スタック30を広範囲に加熱でき、水蒸気改質装置10及び電池スタック30内部の各電池セルをムラ無く、均一に昇温させることができる。
Even in this case, the surface area of the
更に、前記ラジアントチューブ22の形状を、全体的に略環状に屈曲又は湾曲した形状にすることで、ラジアントチューブ22が占める平面的な領域がより広くなるため、水蒸気改質装置10及び電池スタック30をより広範囲に加熱することができ、水蒸気改質装置10及び電池スタック30内部の各電池セルをよりムラ無く、均一に昇温させることができる。
Furthermore, since the planar area occupied by the
また、本例においては、部分酸化改質装置40に第1及び第2反応室45a,45bが形成された態様を示したが、これに限られるものではない。
Moreover, in this example, although the 1st and
例えば、前記ラジアントチューブ22、筒体41、下側蓋部材42及び上側蓋部材43に囲まれた空間を、前記供給口42b側の空間と前記排出口41a側の空間とに二分するように仕切り板を設け、この仕切り板に2つの空間を連通する連通孔を穿設した構成としても良い。尚、仕切り板は、供給口42b側の空間と排出口41a側の空間とを二分しさえすれば良い。
For example, the space surrounded by the
このようにすれば、供給口42bから供給された改質用燃料ガスと改質用空気との混合ガスが、供給口42b側の空間を流通し、連通孔を通って、排出口41a側の空間に移動し、排出口41aから排出されるため、反応室内における混合ガスの滞留時間を長くとることができ、改質用燃料ガスを、改質用空気によって効率的に改質することができる。
In this way, the mixed gas of the reforming fuel gas and the reforming air supplied from the
また、仕切り板44を更に設けて、3つ以上の反応室を形成し、供給口42bから供給された改質用燃料ガスと改質用空気との混合ガスが、これら3つ以上の反応室を経由して排出口41aから排出されるようにしても良い。これにより、反応室内における混合ガスの滞留時間をより長くとることができ、改質用燃料ガスを、改質用空気によってより効率的に改質することができる。
Further, a
1 燃料電池
2 筐体
3 空間
4 水蒸気発生装置
5 熱交換器
10 水蒸気改質装置
20 ラジアントチューブバーナ
21 バーナ
22 ラジアントチューブ
22a 空間
30 電池スタック
31 アノード電極層側空間
32 カソード電極層側空間
40 部分酸化改質装置
41 筒体
41a 排出口
42 下側蓋部材
42b 供給口
43 上側蓋部材
44 仕切り板
44b 連通孔
45a 第1反応室
45b 第2反応室
46a,46b 隔壁
DESCRIPTION OF
Claims (10)
カソード及びアノードを有し、カソードに供給される酸化ガスとアノードに供給される前記水蒸気改質装置からの改質燃料ガスとの電気化学反応によって発電を行う電池セルを具備した電池スタックとを備えた燃料電池において、
燃料用ガスを燃焼させるバーナ、及び該バーナに連設されるラジアントチューブから構成されるラジアントチューブバーナを、前記電池スタックと前記水蒸気改質装置との間に配設したことを特徴とする燃料電池。 A steam reforming device comprising a combustion section, and steam reforming the fuel gas by the combustion heat generated in the combustion section;
A battery stack including a battery cell having a cathode and an anode, and generating power by an electrochemical reaction between an oxidizing gas supplied to the cathode and a reformed fuel gas supplied from the steam reformer supplied to the anode; In a fuel cell,
A fuel cell characterized in that a radiant tube burner comprising a burner for burning fuel gas and a radiant tube connected to the burner is disposed between the cell stack and the steam reformer. .
前記ラジアントチューブの径方向外方に間隔を隔て、且つ該ラジアントチューブの軸線に沿って周設された筒体と、
前記ラジアントチューブが表裏に貫通した状態で前記筒体の両端にそれぞれ固設される2つの蓋部材とからなり、
前記筒体の一方端又は該一方端に固設された蓋部材には、前記ラジアントチューブ、筒体及び2つの蓋部材に囲まれた反応室に前記燃料用ガスが供給される供給口が形成され、
前記筒体の他方端又は該他方端に固設された蓋部材には、前記反応室内で部分酸化改質された燃料用ガスが排出される排出口が形成されていることを特徴とする請求項5記載の燃料電池。 The partial oxidation reformer is
A cylindrical body spaced around the radial direction of the radiant tube and provided around the axis of the radiant tube;
The radiant tube comprises two lid members respectively fixed to both ends of the cylindrical body in a state of penetrating the front and back.
A supply port through which the fuel gas is supplied to the reaction chamber surrounded by the radiant tube, the cylinder, and the two cover members is formed in one end of the cylinder or the lid member fixed to the one end. And
The lid member fixed to the other end of the cylindrical body or the other end is provided with an exhaust port through which fuel gas partially oxidized and reformed in the reaction chamber is discharged. Item 6. The fuel cell according to Item 5.
更に、前記仕切り板には、前記供給口側の空間と前記排出口側の空間とを連通せしめる連通孔が穿設されていること特徴とする請求項6記載の燃料電池。 In the partial oxidation reforming apparatus, the reaction chamber is divided into two spaces by a partition plate disposed in the reaction chamber, the supply port is connected to one space, and the other space is connected to the other space. Is connected to the outlet,
7. The fuel cell according to claim 6, wherein the partition plate is provided with a communication hole that allows the space on the supply port side and the space on the discharge port side to communicate with each other.
更に、前記仕切り板には、隣接する空間同士を連通せしめる連通孔が穿設されていること特徴とする請求項6記載の燃料電池。 In the partial oxidation reforming apparatus, the reaction chamber is divided into two or more annular spaces along the axial direction of the radiant tube by one or more partition plates disposed in the reaction chamber. In addition to being divided, in the axial direction, the supply port is connected to one of the spaces at both ends thereof, and the discharge port is connected to the other.
The fuel cell according to claim 6, wherein the partition plate is provided with a communication hole that allows adjacent spaces to communicate with each other.
前記各隔壁は、前記ラジアントチューブの軸方向に沿って一列に整列した状態で配設され、
前記供給口、連通孔及び排出口は、前記隔壁に近接した位置に配設されるとともに、該隔壁を挟んで、前記ラジアントチューブの軸方向に沿って、千鳥状となる位置に順次配設されていること特徴とする請求項8記載の燃料電池。 Each annular space in the reaction chamber is provided with a partition wall that blocks the circumferential communication state,
The partition walls are arranged in a line along the axial direction of the radiant tube,
The supply port, the communication hole, and the discharge port are disposed at positions close to the partition wall, and are sequentially disposed at staggered positions along the axial direction of the radiant tube across the partition wall. The fuel cell according to claim 8, wherein
該空間内に、前記水蒸気改質装置、前記電池スタック及び前記ラジアントチューブが配設され、
前記部分酸化改質装置は、その一方端が前記空間内に露出され、他方端が前記空間外に配置されていることを特徴とする請求項5乃至9記載のいずれかの燃料電池。 Surrounded by a heat insulating member, it has a space thermally insulated from the outside,
In the space, the steam reformer, the battery stack and the radiant tube are disposed,
10. The fuel cell according to claim 5, wherein one end of the partial oxidation reforming apparatus is exposed in the space and the other end is disposed outside the space.
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