JP2009026692A - Fuel cell system - Google Patents

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隼 山本
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富夫 宮▲崎▼
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To minimize diffusion of heat or fluid by arranging each apparatus for every operation temperature or function, improve desulfurization efficiency of a desulfurizer, and enable to use desulfurization agent well for a long period of time. <P>SOLUTION: A casing 26 constituting the fuel cell system 10 is divided into a module part 98, a fluid supply part 100, and an electric-equipment mounting part 102. The fluid supply part 100 is arranged on a first side face of the module part 98, and the electric-equipment mounting part 102 is arranged on a second side face of the module part 98. A fuel gas supply device 16, a desulfurizer 15 and a detector 88 are stored in a first supply part 106 structuring the fluid supply part 100, the desulfurizer 15 being fitted in a gas flow direction heading from downward to upward. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池モジュール、燃焼器、脱硫器、燃料ガス供給装置、酸化剤ガス供給装置、水供給装置、電力変換装置及び制御装置が筐体に収容される燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system in which a fuel cell module, a combustor, a desulfurizer, a fuel gas supply device, an oxidant gas supply device, a water supply device, a power conversion device, and a control device are accommodated in a casing.

通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この固体電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。   In general, a solid oxide fuel cell (SOFC) uses an oxide ion conductor, for example, stabilized zirconia, as a solid electrolyte, and an electrolyte / electrode in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of the solid electrolyte. The joined body is sandwiched between separators (bipolar plates). This fuel cell is normally used as a fuel cell stack in which a predetermined number of electrolyte / electrode assemblies and separators are laminated.

上記の燃料電池に供給される燃料ガスは、通常、改質装置によって炭化水素系の原燃料から生成される水素ガスが使用されている。改質装置では、一般的に、メタンやＬＮＧ等の化石燃料等の炭化水素系の原燃料から改質原料ガスを得た後、この改質原料ガスに水蒸気改質や部分酸化改質、又はオートサーマル改質等を施すことにより、改質ガス（燃料ガス）が生成されている。   As the fuel gas supplied to the fuel cell, hydrogen gas generated from a hydrocarbon-based raw fuel by a reformer is usually used. In a reformer, generally, after obtaining a reforming raw material gas from a hydrocarbon-based raw fuel such as fossil fuels such as methane and LNG, steam reforming, partial oxidation reforming, or A reformed gas (fuel gas) is generated by performing autothermal reforming or the like.

この場合、単一のユニットケース内に、燃料電池、改質装置、前記燃料電池で発生した直流電力を電源出力仕様に変換する電力変換装置、制御装置及び補機類を内蔵した燃料電池システム（燃料電池装置）が知られている。   In this case, a fuel cell system in which a fuel cell, a reformer, a power conversion device that converts DC power generated in the fuel cell into a power output specification, a control device, and auxiliary devices are built in a single unit case ( Fuel cell devices) are known.

例えば、特許文献１に開示されている燃料電池装置では、図１８に示すように、パッケージ１を備えており、メンテナンスの必要な部品である浄化装置２、イオン交換装置３及び脱硫器４が、前記パッケージ１の外面パネルである正面パネル５の近傍に配置されている。   For example, in the fuel cell device disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 18, a purification device 2, an ion exchange device 3, and a desulfurizer 4, which are provided with a package 1 and are components requiring maintenance, It is disposed in the vicinity of the front panel 5 which is the outer panel of the package 1.

これにより、メンテナンスを必要とする部品は、パッケージ１の内部ではなく、装置本体の外郭をなす正面パネル５の近傍に配置されている。従って、燃料電池装置の運転を継続するのに交換や再生等が必要な部品について、メンテナンスを容易に行うことができる、としている。   As a result, the parts requiring maintenance are arranged not in the package 1 but in the vicinity of the front panel 5 that forms the outline of the apparatus main body. Therefore, it is said that maintenance can be easily performed for parts that need replacement or regeneration in order to continue operation of the fuel cell device.

また、通常、改質触媒の硫黄被毒による劣化を防止するために、改質装置の上流側に脱硫器（特許文献１の脱硫器４等）を設置し、原燃料ガスに含まれる硫黄成分を除去することが行われている。   Further, in order to prevent deterioration of the reforming catalyst due to sulfur poisoning, a desulfurizer (such as the desulfurizer 4 of Patent Document 1) is usually installed upstream of the reformer, and the sulfur component contained in the raw fuel gas Has been done to remove.

例えば、特許文献２に開示されている脱硫器では、図１９に示すように、容器１ａを備え、この容器１ａの内部には、脱硫剤が充填されて脱硫剤層２ａが形成されている。脱硫剤層２ａの下部には、脱硫剤のないボトム層３ａが設けられており、このボトム層３ａでは、原料が脱硫剤と接しない。容器１ａの上部には、原料の供給管４ａと、脱硫された原料の取り出し管５ａとが接続されている。   For example, the desulfurizer disclosed in Patent Document 2 includes a container 1a as shown in FIG. 19, and a desulfurizing agent layer 2a is formed inside the container 1a by being filled with a desulfurizing agent. A bottom layer 3a having no desulfurizing agent is provided below the desulfurizing agent layer 2a, and the raw material does not contact the desulfurizing agent in the bottom layer 3a. A raw material supply pipe 4a and a desulfurized raw material take-out pipe 5a are connected to the upper portion of the container 1a.

これにより、供給管４ａから供給された原料は、一旦、ボトム層３ａに導入された後、容器１ａの下方から上昇するため、アップフローと同様の効果が得られる、としている。   Thereby, since the raw material supplied from the supply pipe 4a is once introduced into the bottom layer 3a and then rises from below the container 1a, the same effect as the upflow is obtained.

特開２００６−１４０１６４号公報JP 2006-140164 A 特開２００４−５１８６５号公報JP 2004-51865 A

しかしながら、上記の特許文献１では、各機器の作動温度域や機能を考慮した配置（レイアウト）がなされていない。このため、特に、高温型燃料電池（固体酸化物形燃料電池や溶融炭酸塩形燃料電池等）や、中温型燃料電池（リン酸形燃料電池や水素分離膜形燃料電池等）が用いられる際、作動温度が低温である低温部が、熱や流体の拡散による影響を受け易いという問題がある。   However, in said patent document 1, arrangement | positioning (layout) which considered the operating temperature range and function of each apparatus is not made. For this reason, particularly when high-temperature fuel cells (solid oxide fuel cells, molten carbonate fuel cells, etc.) and medium-temperature fuel cells (phosphoric acid fuel cells, hydrogen separation membrane fuel cells, etc.) are used. There is a problem that the low temperature portion where the operating temperature is low is easily affected by diffusion of heat and fluid.

一方、上記の特許文献２では、容器１ａの上部に供給管４ａ及び取り出し管５ａが接続されている。このため、脱硫器は、燃料電池システムの下部にしか配置されず、レイアウトの自由度が低下するとともに、幅寸法が大きくなる。しかも、特に脱硫剤層２ａの上部で且つ取り出し管５ａから離間する部分６ａには、原料が供給され難い。これにより、脱硫剤層２ａ全域を有効に利用することができず、脱硫器体積当たりの脱硫効率が低下するという問題がある。   On the other hand, in Patent Document 2, the supply pipe 4a and the take-out pipe 5a are connected to the upper part of the container 1a. For this reason, a desulfurizer is arrange | positioned only in the lower part of a fuel cell system, and while the freedom degree of a layout falls, a width dimension becomes large. In addition, it is difficult to supply the raw material particularly to the portion 6a that is located above the desulfurizing agent layer 2a and that is separated from the take-out pipe 5a. As a result, the entire desulfurization agent layer 2a cannot be used effectively, and there is a problem that the desulfurization efficiency per desulfurizer volume is reduced.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、各機器を作動温度毎及び機能毎に配置して熱や流体の拡散を最小化するとともに、脱硫器の脱硫効率を向上させ、且つ脱硫剤を長期間にわたって良好に使用することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and each device is arranged for each operating temperature and function to minimize the diffusion of heat and fluid, improve the desulfurization efficiency of the desulfurizer, and desulfurization agent An object of the present invention is to provide a fuel cell system that can be used successfully over a long period of time.

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールを昇温させる燃焼器と、原燃料に含まれる硫黄成分を除去して前記燃料ガスを生成する脱硫器と、前記燃料電池モジュールに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池モジュールに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池モジュールに水を供給する水供給装置と、前記燃料電池モジュールで発生した直流電力を要求仕様電力に変換する電力変換装置と、前記燃料電池モジュールの発電量を制御する制御装置とを筐体に収容する燃料電池システムに関するものである。   The present invention provides a fuel cell module that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, a combustor that raises the temperature of the fuel cell module, and a sulfur component contained in raw fuel to remove the fuel gas. A desulfurizer to be generated, a fuel gas supply device that supplies the fuel gas to the fuel cell module, an oxidant gas supply device that supplies the oxidant gas to the fuel cell module, and water to the fuel cell module The present invention relates to a fuel cell system in which a water supply device, a power conversion device that converts direct-current power generated in the fuel cell module into required specification power, and a control device that controls the power generation amount of the fuel cell module are housed in a casing. Is.

そして、脱硫器は、原燃料が供給される供給口を、燃料ガスが排出される排出口よりも下方に配置し、且つ前記供給口から前記排出口に向かって直線状の流れ方向に設定される一方、筐体は、燃料電池モジュール及び燃焼器が配置されるモジュール部と、前記脱硫器、燃料ガス供給装置、酸化剤ガス供給装置及び水供給装置が配置される流体供給部と、電力変換装置及び制御装置が配置される電装部とに分割されるとともに、平面視多角形状を有する前記モジュール部は、一の角部を挟んで第１の側面及び第２の側面を有し、前記第１の側面側に前記流体供給部が配置され、且つ前記第２の側面側に前記電装部が配置されている。   In the desulfurizer, the supply port to which the raw fuel is supplied is disposed below the discharge port from which the fuel gas is discharged, and is set in a linear flow direction from the supply port to the discharge port. On the other hand, the housing includes a module unit in which the fuel cell module and the combustor are disposed, a fluid supply unit in which the desulfurizer, the fuel gas supply device, the oxidant gas supply device, and the water supply device are disposed, and power conversion. The module unit having a polygonal shape in plan view and having a first side surface and a second side surface with a corner portion interposed therebetween is divided into an electrical component unit in which the device and the control device are disposed, The fluid supply unit is disposed on the side surface of the first side, and the electrical component is disposed on the second side surface side.

また、脱硫器は、原燃料に含まれる硫黄成分を除去して燃料ガスを生成する脱硫剤が充填される充填室と、前記充填室の上流側と供給口との間に設けられ、前記原燃料を前記充填室に均等に供給するための供給室と、前記充填室の下流側と排出口との間に設けられ、前記燃料ガスを前記充填室から均等に排出するための排出室とを備えることが好ましい。   The desulfurizer is provided between a filling chamber that is filled with a desulfurizing agent that removes sulfur components contained in the raw fuel and generates fuel gas, an upstream side of the filling chamber, and a supply port. A supply chamber for uniformly supplying fuel to the filling chamber; and a discharge chamber provided between the downstream side of the filling chamber and a discharge port for discharging the fuel gas from the filling chamber evenly. It is preferable to provide.

従って、供給口から供給された原燃料は、供給室に一旦貯留されるため、充填室全域にわたって均等に供給される。一方、燃料ガス（脱硫された原燃料）は、充填室から排出室に一旦貯留されるため、前記燃料ガスを前記充填室全域から均等に排出させることができる。これにより、脱硫剤全域を有効に使用することができ、脱硫効率の向上を図ることが可能になる。   Therefore, since the raw fuel supplied from the supply port is once stored in the supply chamber, it is supplied uniformly over the entire filling chamber. On the other hand, since the fuel gas (desulfurized raw fuel) is once stored in the discharge chamber from the filling chamber, the fuel gas can be discharged uniformly from the entire filling chamber. Thereby, the entire desulfurizing agent can be used effectively, and the desulfurization efficiency can be improved.

さらに、脱硫器は、少なくとも供給室と充填室とを仕切る第１網目状部材、又は前記充填室と排出室とを仕切る第２網目状部材のいずれかを備えることが好ましい。第１網目状部材は、原燃料に含まれる塵埃等を除去するとともに、微細化した脱硫剤が上流側に流れることを阻止する機能を有する。一方、第２網目状部材は、微細化した脱硫剤が下流側に流れることを阻止する機能を有する。   Further, the desulfurizer preferably includes at least either a first mesh member that partitions the supply chamber and the filling chamber or a second mesh member that partitions the filling chamber and the discharge chamber. The first mesh member has a function of removing dust and the like contained in the raw fuel and preventing the refined desulfurizing agent from flowing upstream. On the other hand, the second mesh member has a function of preventing the refined desulfurizing agent from flowing downstream.

さらにまた、少なくとも第１網目状部材又は第２網目状部材のいずれかは、中央部分の網目が周縁部分の網目に比べて密に構成されることが好ましい。原燃料や燃料ガスが流れ易い脱硫器の中央側の流動抵抗を、周辺側の流動抵抗よりも高く設定することにより、脱硫剤全域を有効に使用して脱硫効率の向上を図ることができる。   Furthermore, it is preferable that at least one of the first mesh member and the second mesh member is configured such that the mesh in the central portion is denser than the mesh in the peripheral portion. By setting the flow resistance on the center side of the desulfurizer where the raw fuel or fuel gas easily flows to be higher than the flow resistance on the peripheral side, the entire desulfurization agent can be used effectively and the desulfurization efficiency can be improved.

また、第１網目状部材は、中央部分が供給口側に凸状に変形して構成されることが好ましい。このため、供給室は、原燃料が流れ易い中央側に比べて周辺側の容積が大きくなり、前記原燃料は、脱硫剤全域にわたって均等に供給されて脱硫効率が高くなる。   Moreover, it is preferable that a 1st mesh-shaped member is comprised by a center part deform | transforming convexly at the supply port side. For this reason, the supply chamber has a larger volume on the peripheral side than the central side where the raw fuel easily flows, and the raw fuel is evenly supplied over the entire area of the desulfurizing agent, thereby increasing the desulfurization efficiency.

さらに、第２網目状部材は、中央部分が排出口側に凸状に変形して構成されることが好ましい。従って、燃料ガスは、脱硫剤全域を流れて充填室から排出室に排出され、脱硫効率が向上する。   Further, the second mesh member is preferably configured such that the central portion is deformed in a convex shape toward the discharge port. Therefore, the fuel gas flows through the entire desulfurizing agent and is discharged from the filling chamber to the discharge chamber, thereby improving the desulfurization efficiency.

さらにまた、脱硫器は、供給口の開口断面積が排出口の開口部断面積よりも小さく設定されることが好ましい。このため、燃料ガスは、脱硫器から排出され易くなり、燃料電池システムの圧力損失及び補機損失が低減される。   Furthermore, it is preferable that the desulfurizer is set so that the opening cross-sectional area of the supply port is smaller than the cross-sectional area of the opening of the discharge port. For this reason, fuel gas becomes easy to be discharged | emitted from a desulfurizer, and the pressure loss and auxiliary machine loss of a fuel cell system are reduced.

また、脱硫器は、供給口の開口断面積が排出口の開口部断面積よりも大きく設定されることが好ましい。このため、排出口の流動抵抗が増加し、原燃料は、脱硫剤との接触時間が長くなり、脱硫効率が高くなって脱硫器の小型化が容易に図られる。   The desulfurizer is preferably set so that the opening cross-sectional area of the supply port is larger than the cross-sectional area of the opening of the discharge port. For this reason, the flow resistance of the discharge port is increased, the contact time of the raw fuel with the desulfurizing agent is increased, the desulfurization efficiency is increased, and the desulfurizer can be easily downsized.

さらに、脱硫器は、少なくとも供給口の開口断面積又は排出口の開口部断面積を調整可能な開度調整手段を備えることが好ましい。これにより、燃料電池システムの圧力損失及び補機損失や、脱硫器の小型化が容易に可能になる。   Further, the desulfurizer preferably includes an opening degree adjusting means capable of adjusting at least the opening cross-sectional area of the supply port or the opening cross-sectional area of the discharge port. Thereby, the pressure loss and auxiliary machine loss of the fuel cell system, and the desulfurizer can be easily downsized.

さらにまた、脱硫器は、燃料ガス供給装置の上流側に配置されることが好ましい。従って、原燃料の供給圧（例えば、都市ガスの供給圧）を利用して前記原燃料の脱硫を行うことができ、燃料電池システムの圧力損失及び補機損失が低減される。   Furthermore, the desulfurizer is preferably arranged on the upstream side of the fuel gas supply device. Therefore, the raw fuel can be desulfurized using the raw fuel supply pressure (for example, city gas supply pressure), and the pressure loss and auxiliary machine loss of the fuel cell system can be reduced.

また、脱硫器は、燃料ガス供給装置の下流側に配置されることが好ましい。このため、燃料ガス供給装置に脈動が発生しても、この脈動を脱硫器により吸収することが可能になる。これにより、燃料電池モジュールに燃料ガスを安定して供給することができ、前記燃料電池モジュールの発電出力が不安定になることを阻止することが可能になる。   Further, the desulfurizer is preferably arranged on the downstream side of the fuel gas supply device. For this reason, even if a pulsation occurs in the fuel gas supply device, the pulsation can be absorbed by the desulfurizer. As a result, the fuel gas can be stably supplied to the fuel cell module, and it becomes possible to prevent the power generation output of the fuel cell module from becoming unstable.

さらに、脱硫器の内部圧力を検出する圧力検出手段と、前記検出される前記内部圧力が一定範囲内に維持されるように燃料ガス供給装置の回転数を制御する制御手段とを備えることが好ましい。従って、脱硫器は、高圧力になることによる耐久性の低下や脱硫剤の劣化を抑制するとともに、低圧力になることによる燃料ガスの供給不足を抑制することができる。また、脱硫器内の第１網目状部材や第２網目状部材の寿命・詰まり等を判断する手掛かりとして利用できる。   Furthermore, it is preferable to include pressure detection means for detecting the internal pressure of the desulfurizer and control means for controlling the rotational speed of the fuel gas supply device so that the detected internal pressure is maintained within a certain range. . Therefore, the desulfurizer can suppress a decrease in durability and deterioration of the desulfurizing agent due to high pressure, and suppress shortage of fuel gas supply due to low pressure. Further, it can be used as a clue to determine the lifetime, clogging, etc. of the first mesh member and the second mesh member in the desulfurizer.

さらにまた、脱硫器は、供給口側に第１遮断弁を設けるとともに、排出口側に第２遮断弁を設けることが好ましい。このため、メンテナンス時に脱硫剤が空気に触れることがなく、前記脱硫剤の劣化を抑制することが可能になる。   Furthermore, it is preferable that the desulfurizer is provided with a first cutoff valve on the supply port side and a second cutoff valve on the discharge port side. For this reason, a desulfurization agent does not touch air at the time of a maintenance, and it becomes possible to suppress deterioration of the said desulfurization agent.

また、筐体は、モジュール部、流体供給部及び電装部を開閉自在な開閉扉を備えることが好ましい。これにより、各機器毎に応じた保守及びメンテナンスが効率的に遂行される。   Moreover, it is preferable that a housing | casing is provided with the opening-and-closing door which can open and close a module part, a fluid supply part, and an electrical equipment part. Thus, maintenance and maintenance corresponding to each device are efficiently performed.

さらに、流体供給部は、燃料ガスを検知する検知器を備えるとともに、前記検知器は、前記流体供給部の最上部に配置されることが好ましい。これにより、燃料ガス供給装置から燃料ガスの漏れが発生しても、検知器を介してガス漏れを迅速且つ確実に検出することが可能になる。   Furthermore, it is preferable that the fluid supply unit includes a detector that detects fuel gas, and the detector is disposed at the uppermost part of the fluid supply unit. Thereby, even if fuel gas leaks from the fuel gas supply device, the gas leak can be detected quickly and reliably via the detector.

さらにまた、筐体は、鉛直軸回りに回転可能な回転機構を備えることが好ましい。このため、筐体を回転させることにより、モジュール部、流体供給部又は電装部を開閉する開閉扉を、作業者が開閉し易い位置に配置させることができ、保守やメンテナンスの作業性が良好に向上する。   Furthermore, it is preferable that the housing includes a rotation mechanism that can rotate around a vertical axis. For this reason, by rotating the housing, the open / close door that opens and closes the module unit, fluid supply unit, or electrical unit can be placed at a position that is easy for the operator to open and close, and maintenance and workability of the maintenance are good. improves.

また、筐体は、モジュール部、流体供給部及び電装部を水平方向に沿って縦仕切り板により分割することが好ましい。作動温度毎及び機能毎にモジュール部、流体供給部及び電装部に分割されるため、熱や流体の拡散を最小化し得るとともに、機能上、良好に配置することが可能になる。しかも、流体供給部は、筐体の外壁部を構成しており、前記流体供給部の冷却が促進されて高温化し難くなっている。同様に、電装部も、筐体の外壁部を構成しており、前記電装部の冷却が促進されて高温化し難くなっている。   Moreover, it is preferable that a housing | casing divides | segments a module part, a fluid supply part, and an electrical equipment part with a vertical partition plate along a horizontal direction. Since it is divided into a module part, a fluid supply part, and an electrical part for each operating temperature and each function, diffusion of heat and fluid can be minimized, and it can be arranged well in terms of function. And the fluid supply part comprises the outer wall part of a housing | casing, Cooling of the said fluid supply part is accelerated | stimulated and it is hard to raise in temperature. Similarly, the electrical component also constitutes the outer wall of the housing, and cooling of the electrical component is promoted, making it difficult to increase the temperature.

さらに、燃料電池モジュールは、高温型燃料電池システム、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）モジュールであることが好ましく、これにより、良好な効果が得られる。   Further, the fuel cell module is preferably a high-temperature fuel cell system, for example, a solid oxide fuel cell (SOFC) module, which can provide a good effect.

さらにまた、固体酸化物形燃料電池モジュールは、少なくとも固体電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される固体酸化物形燃料電池を設け、複数の前記固体酸化物形燃料電池が積層される固体酸化物形燃料電池スタックと、酸化剤ガスを前記固体酸化物形燃料電池スタックに供給する前に加熱する熱交換器と、炭化水素を主体とする原燃料と水蒸気との混合燃料を生成するために、水を蒸発させる蒸発器と、前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器とを備えることが好ましい。   Furthermore, a solid oxide fuel cell module is provided with a solid oxide fuel cell in which an electrolyte / electrode assembly configured by sandwiching at least a solid electrolyte between an anode electrode and a cathode electrode and a separator are stacked. A solid oxide fuel cell stack in which the solid oxide fuel cells are stacked, a heat exchanger that heats an oxidant gas before being supplied to the solid oxide fuel cell stack, and a hydrocarbon as a main component. In order to generate a mixed fuel of raw fuel and water vapor, it is preferable to include an evaporator that evaporates water and a reformer that reforms the mixed fuel to generate a reformed gas.

本発明によれば、筐体内は、燃料電池モジュール及び燃焼器が収容されるモジュール部と、燃料ガス供給装置、酸化剤ガス供給装置及び水供給装置が配置される流体供給部と、電力変換装置及び制御装置が配置される電装部とに分割されている。このため、筐体内は、作動温度毎及び機能毎に分割されており、熱や流体の拡散を最小化するとともに、機能上、最適な配置が遂行可能になる。   According to the present invention, the housing includes a module unit that accommodates the fuel cell module and the combustor, a fluid supply unit in which the fuel gas supply device, the oxidant gas supply device, and the water supply device are disposed, and the power conversion device. And an electrical component in which the control device is arranged. For this reason, the inside of the housing is divided for each operating temperature and for each function, so that the diffusion of heat and fluid is minimized, and an optimal arrangement for the function can be performed.

さらに、モジュール部の第１の側面側には、流体供給部が配置されている。従って、流体供給部は、筐体の外壁部を構成しており、前記流体供給部の冷却が促進されて高温化し難くなっている。同様に、モジュール部の第２の側面側には、電装部が配置されている。このため、電装部は、筐体の外壁部を構成しており、前記電装部の冷却が促進されて高温化し難くなっている。これにより、比較的低温で使用される機器、例えば、ポンプ類を含む流体供給部及び制御装置を含む電装部は、熱影響が及ぶことを可及的に阻止されるため、良好な機能を確実に維持して作動することが可能になる。   Furthermore, a fluid supply unit is disposed on the first side surface side of the module unit. Therefore, the fluid supply part constitutes the outer wall part of the housing, and cooling of the fluid supply part is promoted, and it is difficult to increase the temperature. Similarly, an electrical component is disposed on the second side surface side of the module unit. For this reason, the electrical equipment part constitutes the outer wall part of the housing, and cooling of the electrical equipment part is promoted and it is difficult to increase the temperature. As a result, devices that are used at a relatively low temperature, for example, a fluid supply unit including pumps and an electrical component including a control device are prevented from being affected by heat as much as possible. It is possible to operate while maintaining the above.

さらにまた、脱硫器は、原燃料が供給される供給口を、燃料ガスが排出される排出口よりも下方に配置し、且つ前記供給口から排出口に向かって直線状の流れ方向に設定されている。   Furthermore, the desulfurizer has a supply port to which raw fuel is supplied disposed below a discharge port from which fuel gas is discharged, and is set in a linear flow direction from the supply port to the discharge port. ing.

従って、原燃料は、脱硫器を下方から上方に向かって流れるため、脱硫剤との接触時間が長くなり、脱硫効率が向上して脱硫器の小型化を図ることができる。しかも、長期間の使用等によって脱硫剤が劣化して微細化しても、原燃料がアップフローとなるため、前記脱硫剤が脱硫器の下部に堆積することを阻止し、原燃料を有効に流すことが可能になる。   Therefore, since the raw fuel flows from the lower side to the upper side of the desulfurizer, the contact time with the desulfurizing agent becomes longer, the desulfurization efficiency is improved, and the desulfurizer can be downsized. In addition, even if the desulfurization agent deteriorates and becomes finer due to long-term use or the like, the raw fuel becomes an upflow, so that the desulfurization agent is prevented from depositing in the lower part of the desulfurizer, and the raw fuel is allowed to flow effectively. It becomes possible.

このため、脱硫剤全域を有効に使用するとともに、前記脱硫剤を長期間にわたって用いることができる。その上、微細化した脱硫剤が脱硫器の下流側に流れることを抑制することが可能になる。これにより、燃料電池システムの圧力損失及び補機損失が低減され、前記燃料電池システムの発電効率の向上及び長寿命化が図られる。   For this reason, while using the whole desulfurization agent effectively, the said desulfurization agent can be used over a long period of time. In addition, it is possible to suppress the refined desulfurizing agent from flowing to the downstream side of the desulfurizer. Thereby, the pressure loss and auxiliary machine loss of the fuel cell system are reduced, and the power generation efficiency and the life of the fuel cell system are improved.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システム１０の機械系回路を示す概略構成説明図である。図２は、前記燃料電池システム１０の斜視説明図であり、図３は、前記燃料電池システム１０の平面説明図であり、図４は、前記燃料電池システム１０の正面説明図であり、図５は、前記燃料電池システム１０の回路図である。   FIG. 1 is a schematic configuration explanatory view showing a mechanical circuit of a fuel cell system 10 according to a first embodiment of the present invention. 2 is an explanatory perspective view of the fuel cell system 10, FIG. 3 is an explanatory plan view of the fuel cell system 10, and FIG. 4 is an explanatory front view of the fuel cell system 10. FIG. 2 is a circuit diagram of the fuel cell system 10.

燃料電池システム１０は、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。燃料電池システム１０は、燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電する燃料電池モジュール１２と、前記燃料電池モジュール１２を昇温させる燃焼器（例えば、トーチヒータ）１４と、炭化水素を主体とする原燃料（例えば、都市ガス）に含まれる硫黄成分を除去して前記燃料ガス、具体的には、脱硫された原燃料（以下、脱硫原燃料ともいう）を生成する脱硫器１５と、前記燃料電池モジュール１２に前記脱硫原燃料を供給する燃料ガス供給装置（燃料ガスポンプを含む）１６と、前記燃料電池モジュール１２に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置（エアポンプを含む）１８と、前記燃料電池モジュール１２に水を供給する水供給装置（水ポンプを含む）２０と、前記燃料電池モジュール１２で発生した直流電力を要求仕様電力に変換する電力変換装置２２と、前記燃料電池モジュール１２の発電量を制御する制御装置２４とを備え、これらが単一の筐体２６に収容される。   The fuel cell system 10 is used for various purposes such as in-vehicle use as well as stationary use. The fuel cell system 10 includes a fuel cell module 12 that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas (hydrogen gas) and an oxidant gas (air), and a combustor (for example, a torch heater) 14 that raises the temperature of the fuel cell module 12. And removing the sulfur component contained in the raw fuel mainly composed of hydrocarbons (for example, city gas) to produce the fuel gas, specifically, desulfurized raw fuel (hereinafter also referred to as desulfurized raw fuel). A desulfurizer 15, a fuel gas supply device (including a fuel gas pump) 16 for supplying the raw desulfurization fuel to the fuel cell module 12, and an oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the fuel cell module 12. (Including an air pump) 18, a water supply device (including a water pump) 20 for supplying water to the fuel cell module 12, and the fuel cell module 12 A power converter 22 for converting the DC power without the requirement specification power, and a control unit 24 for controlling the power generation amount of the fuel cell module 12, it is housed in a single housing 26.

燃料電池モジュール１２は、図示しないが、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される固体電解質（固体酸化物）をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体２８とセパレータ３０とが積層される固体酸化物形の燃料電池３２を設け、複数の前記燃料電池３２が鉛直方向に積層される固体酸化物形の燃料電池スタック３４を備える（図６参照）。   Although not shown, the fuel cell module 12 is, for example, an electrolyte / electrode joint configured by sandwiching a solid electrolyte (solid oxide) composed of an oxide ion conductor such as stabilized zirconia between an anode electrode and a cathode electrode. A solid oxide fuel cell 32 in which the body 28 and the separator 30 are stacked is provided, and a solid oxide fuel cell stack 34 in which the plurality of fuel cells 32 are stacked in the vertical direction is provided (see FIG. 6). .

図４に示すように、燃料電池スタック３４の積層方向上端側には、酸化剤ガスを前記燃料電池スタック３４に供給する前に加熱する熱交換器３６と、脱硫原燃料と水蒸気との混合燃料を生成するために、水を蒸発させる蒸発器３８と、前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器４０とが配設される。   As shown in FIG. 4, on the upper end side in the stacking direction of the fuel cell stack 34, a heat exchanger 36 for heating before supplying the oxidant gas to the fuel cell stack 34, and a mixed fuel of desulfurized raw fuel and steam In order to produce the above, an evaporator 38 for evaporating water and a reformer 40 for reforming the mixed fuel to produce a reformed gas are disposed.

燃料電池スタック３４の積層方向下端側には、前記燃料電池スタック３４を構成する燃料電池３２に積層方向（矢印Ａ方向）に沿って締め付け荷重を付与するための荷重付与機構４２が配設される（図５参照）。   At the lower end side in the stacking direction of the fuel cell stack 34, a load applying mechanism 42 for applying a tightening load along the stacking direction (arrow A direction) to the fuel cells 32 constituting the fuel cell stack 34 is disposed. (See FIG. 5).

改質器４０は、脱硫された都市ガス（燃料ガス）中に含まれるエタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ6）及びブタン（Ｃ4Ｈ10）等の高級炭化水素（Ｃ2+）を、主としてメタン（ＣＨ4）を含む燃料ガスに水蒸気改質するための予備改質器であり、数百℃の作動温度に設定される。 The reformer 40 includes higher hydrocarbons (C 2 ) such as ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 6 ), and butane (C 4 H 10 ) contained in the desulfurized city gas (fuel gas). + ) Is a pre-reformer for steam reforming to a fuel gas mainly containing methane (CH 4 ), and is set to an operating temperature of several hundred degrees Celsius.

燃料電池３２は、作動温度が数百℃と高温であり、電解質・電極接合体２８では、燃料ガス中のメタンが改質されて水素が得られ、この水素がアノード電極に供給される。   The fuel cell 32 has an operating temperature as high as several hundred degrees Celsius, and the electrolyte / electrode assembly 28 reforms methane in the fuel gas to obtain hydrogen, which is supplied to the anode electrode.

熱交換器３６は、図６に示すように、燃料電池スタック３４から排出される使用済み反応ガス（以下、排ガス又は燃焼排ガスともいう）を流すための第１排ガス通路４４と、被加熱流体である空気を排ガスと対向流に流すための空気通路４６とを有する。第１排ガス通路４４は、蒸発器３８に水を蒸発させるための熱源として排ガスを供給するための第２排ガス通路４８に連通する。この第２排ガス通路４８は、排気管５０に連通する。空気通路４６の上流側は、空気供給管５２に連通するとともに、前記空気通路４６の下流側は、燃料電池スタック３４の酸化剤ガス供給連通孔５３に連通する。   As shown in FIG. 6, the heat exchanger 36 includes a first exhaust gas passage 44 for flowing used reaction gas (hereinafter also referred to as exhaust gas or combustion exhaust gas) discharged from the fuel cell stack 34, and a heated fluid. It has an air passage 46 for flowing certain air in the counterflow with the exhaust gas. The first exhaust gas passage 44 communicates with a second exhaust gas passage 48 for supplying exhaust gas as a heat source for evaporating water to the evaporator 38. The second exhaust gas passage 48 communicates with the exhaust pipe 50. The upstream side of the air passage 46 communicates with the air supply pipe 52, and the downstream side of the air passage 46 communicates with the oxidant gas supply communication hole 53 of the fuel cell stack 34.

蒸発器３８は、互いに同軸上に配設される外管部材５４ａと内管部材５４ｂとを備える２重管構造を採用し、この２重管は、第２排ガス通路４８内に配置される。外管部材５４ａと内管部材５４ｂとの間には、原燃料通路５６が形成されるとともに、前記内管部材５４ｂ内には、水通路５８が形成される。蒸発器３８の第２排ガス通路４８は、主排気管６０に連通する。   The evaporator 38 employs a double pipe structure including an outer pipe member 54 a and an inner pipe member 54 b disposed coaxially with each other, and the double pipe is disposed in the second exhaust gas passage 48. A raw fuel passage 56 is formed between the outer tube member 54a and the inner tube member 54b, and a water passage 58 is formed in the inner tube member 54b. The second exhaust gas passage 48 of the evaporator 38 communicates with the main exhaust pipe 60.

外管部材５４ａには、改質器４０の入口部に連結される混合燃料供給管６２が接続される。改質器４０の出口側には、改質ガス供給路６４の一端が連結されるとともに、前記改質ガス供給路６４の他端は、燃料電池スタック３４の燃料ガス供給連通孔６６に連通する。燃料電池モジュール１２及び燃焼器１４は、断熱材６８に囲繞される（図４参照）。   A mixed fuel supply pipe 62 connected to the inlet of the reformer 40 is connected to the outer pipe member 54a. One end of the reformed gas supply path 64 is connected to the outlet side of the reformer 40, and the other end of the reformed gas supply path 64 communicates with the fuel gas supply communication hole 66 of the fuel cell stack 34. . The fuel cell module 12 and the combustor 14 are surrounded by a heat insulating material 68 (see FIG. 4).

図５に示すように、燃料ガス供給装置１６は、原燃料通路５６に接続されるとともに、前記原燃料通路５６の途上には、前記燃料ガス供給装置１６の下流側に位置して脱硫器１５が設けられる。   As shown in FIG. 5, the fuel gas supply device 16 is connected to the raw fuel passage 56 and is located on the downstream side of the fuel gas supply device 16 in the middle of the raw fuel passage 56. Is provided.

図７に示すように、脱硫器１５は、上下に延在して配置される筒体７０を備える。筒体７０の下端部には、原燃料が供給される供給口７２が設けられるとともに、前記筒体７０の上端部には、脱硫原燃料が排出される排出口７４が設けられる。筒体７０は、下方から上方に直線状に向かうガス流れ方向が設定される。供給口７２は、燃料ガス供給装置１６の出口側（下流側）に接続される一方、排出口７４は、燃料電池スタック３４の入口側に接続される。   As shown in FIG. 7, the desulfurizer 15 includes a cylindrical body 70 that extends vertically. A supply port 72 for supplying raw fuel is provided at the lower end portion of the cylindrical body 70, and a discharge port 74 for discharging desulfurized raw fuel is provided at the upper end portion of the cylindrical body 70. The cylinder 70 is set with a gas flow direction that extends linearly from below to above. The supply port 72 is connected to the outlet side (downstream side) of the fuel gas supply device 16, while the discharge port 74 is connected to the inlet side of the fuel cell stack 34.

筒体７０の内部には、原燃料に含まれる硫黄成分を除去して脱硫原燃料を生成する脱硫剤７５が充填される充填室７６と、前記充填室７６の上流側と供給口７２との間に設けられ、前記原燃料を前記充填室７６に均等に供給するための供給室７８と、前記充填室７６の下流側と排出口７４との間に設けられ、脱硫原燃料を前記充填室７６から均等に排出するための排出室８０とが形成される。   Inside the cylindrical body 70, a filling chamber 76 filled with a desulfurizing agent 75 that removes sulfur components contained in the raw fuel and generates desulfurized raw fuel, an upstream side of the filling chamber 76, and a supply port 72 are provided. Provided between the supply chamber 78 for uniformly supplying the raw fuel to the filling chamber 76, and between the downstream side of the filling chamber 76 and the discharge port 74, and supplying the desulfurized raw fuel to the filling chamber A discharge chamber 80 for uniformly discharging from 76 is formed.

脱硫器１５は、供給室７８と充填室７６とを仕切る第１網目状部材８２ａと、前記充填室７６と排出室８０とを仕切る第２網目状部材８２ｂとを備える。なお、第１網目状部材８２ａ又は第２網目状部材８２ｂのいずれか一方を備えていてもよい。   The desulfurizer 15 includes a first mesh member 82 a that partitions the supply chamber 78 and the filling chamber 76, and a second mesh member 82 b that partitions the filling chamber 76 and the discharge chamber 80. Note that either the first mesh member 82a or the second mesh member 82b may be provided.

脱硫器１５には、前記脱硫器１５の内部圧力を検出する圧力検出手段８３を備えていてもよい。その際、図５に示すように、制御装置２４は、検出された脱硫器１５の内部圧力が一定範囲内に維持されるように燃料ガス供給装置１６のポンプ回転数を制御する制御手段として機能する。   The desulfurizer 15 may be provided with pressure detecting means 83 for detecting the internal pressure of the desulfurizer 15. At that time, as shown in FIG. 5, the control device 24 functions as a control means for controlling the pump rotational speed of the fuel gas supply device 16 so that the detected internal pressure of the desulfurizer 15 is maintained within a certain range. To do.

酸化剤ガス供給装置１８は、空気供給管５２に接続されるとともに、前記空気供給管５２の途上に設けられた切換弁８４には、空気分岐通路８６が接続される。この空気分岐通路８６は、燃焼器１４に接続される。燃焼器１４は、例えば、トーチヒータを備えており、空気及び電流が供給される。   The oxidant gas supply device 18 is connected to an air supply pipe 52, and an air branch passage 86 is connected to a switching valve 84 provided in the middle of the air supply pipe 52. The air branch passage 86 is connected to the combustor 14. The combustor 14 includes, for example, a torch heater, and is supplied with air and current.

水供給装置２０には、水通路５８が連通する。燃料ガス供給装置１６、酸化剤ガス供給装置１８及び水供給装置２０は、制御装置２４により制御されるとともに、前記制御装置２４には、燃料ガスを検知する検知器８８が電気的に接続される。電力変換装置２２には、例えば、商用電源９０（又は、負荷や２次電池等）が接続される。   A water passage 58 communicates with the water supply device 20. The fuel gas supply device 16, the oxidant gas supply device 18, and the water supply device 20 are controlled by a control device 24, and a detector 88 that detects fuel gas is electrically connected to the control device 24. . For example, a commercial power supply 90 (or a load, a secondary battery, or the like) is connected to the power conversion device 22.

図２〜図４に示すように、筐体２６は、全体として矩形状を有する外枠９２を有する。この外枠９２内には、筐体２６内を矢印Ｂ方向（水平方向）に分割するための第１縦仕切り板９４と、矢印Ｃ方向（矢印Ｂ方向に交差する水平方向）に分割するための第２縦仕切り板９６とが設けられる。   As shown in FIGS. 2 to 4, the housing 26 has an outer frame 92 having a rectangular shape as a whole. In the outer frame 92, the casing 26 is divided into a first vertical partition 94 for dividing the interior of the casing 26 in the direction of arrow B (horizontal direction) and an arrow C direction (horizontal direction intersecting with the arrow B direction). The second vertical partition plate 96 is provided.

図２及び図３に示すように、平面視四角形状（多角形状）を有するモジュール部９８は、一の角部を挟んで第１の側面である第１縦仕切り板９４及び第２の側面である第２縦仕切り板９６を有する。第１縦仕切り板９４側には、流体供給部１００が配置される一方、第２縦仕切り板９６側には、電装部１０２が配置されることにより、前記流体供給部１００及び前記電装部１０２は、それぞれ筐体２６の外壁部を構成する。   As shown in FIGS. 2 and 3, the module portion 98 having a quadrangular shape (polygonal shape) in plan view is formed by the first vertical partition plate 94 and the second side surface which are the first side surface with one corner portion interposed therebetween. A second vertical partition plate 96 is provided. The fluid supply unit 100 is disposed on the first vertical partition plate 94 side, while the electrical component unit 102 is disposed on the second vertical partition plate 96 side, whereby the fluid supply unit 100 and the electrical component unit 102 are disposed. Respectively constitute the outer wall portion of the housing 26.

図２及び図４に示すように、モジュール部９８には、燃料電池モジュール１２及び燃焼器１４が収容されるとともに、前記燃料電池モジュール１２は、前記燃焼器１４の上方に配置される。燃料電池モジュール１２及び燃焼器１４は、断熱材６８内に収容されている。電装部１０２には、電力変換装置２２及び制御装置２４が配置される。なお、図２及び図３に示すように、電装部１０２は、流体供給部１００よりも大きな容積に設定されているが、前記流体供給部１００を前記電装部１０２よりも大きな容積に設定してもよい。   As shown in FIGS. 2 and 4, the module unit 98 houses the fuel cell module 12 and the combustor 14, and the fuel cell module 12 is disposed above the combustor 14. The fuel cell module 12 and the combustor 14 are accommodated in a heat insulating material 68. A power conversion device 22 and a control device 24 are disposed in the electrical component unit 102. 2 and 3, the electrical component 102 is set to have a larger volume than the fluid supply unit 100, but the fluid supply unit 100 is set to a larger volume than the electrical component 102. Also good.

流体供給部１００は、横仕切り板１０４を介して第１供給部１０６と第２供給部１０８とに、上下に２分割される。第１供給部１０６には、燃料ガス供給装置１６、脱硫器１５及び検知器８８が収容されるとともに、前記検知器８８は、前記燃料ガス供給装置１６の上方に配置される。第２供給部１０８には、酸化剤ガス供給装置１８及び水供給装置２０が配置されるとともに、前記水供給装置２０は、流体供給部１００の最下部に配置される。酸化剤ガス供給装置１８は、第２供給部１０８内で載置台１１０を介して保持される。   The fluid supply unit 100 is vertically divided into a first supply unit 106 and a second supply unit 108 via a horizontal partition plate 104. The first supply unit 106 accommodates the fuel gas supply device 16, the desulfurizer 15 and the detector 88, and the detector 88 is disposed above the fuel gas supply device 16. The oxidant gas supply device 18 and the water supply device 20 are disposed in the second supply unit 108, and the water supply device 20 is disposed at the lowermost part of the fluid supply unit 100. The oxidant gas supply device 18 is held in the second supply unit 108 via the mounting table 110.

図２及び図３に示すように、筐体２６は、平面視四角形状を有し、この筐体２６の各側面を開閉自在な第１開閉扉１１２ａ、第２開閉扉１１２ｂ、第３開閉扉１１２ｃ及び第４開閉扉１１２ｄを備える。第１開閉扉１１２ａ〜第４開閉扉１１２ｄの一端部は、蝶番（又は、ヒンジ）１１４を介して、筐体２６の外枠９２に対し開閉自在に支持される。   As shown in FIGS. 2 and 3, the casing 26 has a quadrangular shape in plan view, and a first opening / closing door 112 a, a second opening / closing door 112 b, and a third opening / closing door that can freely open and close each side surface of the casing 26. 112c and a fourth open / close door 112d. One end portions of the first opening / closing door 112a to the fourth opening / closing door 112d are supported by a hinge (or hinge) 114 so as to be freely opened and closed with respect to the outer frame 92 of the housing 26.

第１開閉扉１１２ａは、モジュール部９８及び電装部１０２の一部を一体に開閉し、第２開閉扉１１２ｂは、前記モジュール部９８及び流体供給部１００の一部を一体に開閉する。第３開閉扉１１２ｃは、流体供給部１００及び電装部１０２の一部を一体に開閉し、第４開閉扉１１２ｄは、前記電装部１０２を開閉する。   The first opening / closing door 112a integrally opens and closes a part of the module part 98 and the electrical component part 102, and the second opening / closing door 112b integrally opens and closes a part of the module part 98 and the fluid supply part 100. The third open / close door 112c integrally opens and closes a part of the fluid supply unit 100 and the electrical component 102, and the fourth open / close door 112d opens and closes the electrical component 102.

なお、第１開閉扉１１２ａ及び第２開閉扉１１２ｂが、モジュール部９８のみを開閉し、第３開閉扉１１２ｃが流体供給部１００のみを開閉し、第４開閉扉１１２ｄが、電装部１０２のみを開閉するように構成してもよい。   The first opening / closing door 112a and the second opening / closing door 112b open / close only the module part 98, the third opening / closing door 112c opens / closes only the fluid supply part 100, and the fourth opening / closing door 112d opens only the electrical part 102. You may comprise so that it may open and close.

筐体２６は、図２及び図４に示すように、回転機構１２０を介して鉛直軸回りに回転可能に構成される。この回転機構１２０は、例えば、回転テーブル等の公知の構造を採用している。   As shown in FIGS. 2 and 4, the casing 26 is configured to be rotatable around a vertical axis via a rotation mechanism 120. The rotating mechanism 120 employs a known structure such as a rotating table, for example.

このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell system 10 configured as described above will be described below.

図５に示すように、燃料ガス供給装置１６の駆動作用下に、原燃料通路５６には、例えば、都市ガス（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10を含む）等の原燃料が供給される。この原燃料は、脱硫器１５を通過することにより、脱硫原燃料が得られる。一方、水供給装置２０の駆動作用下に、水通路５８には、水が供給されるとともに、空気供給管５２には、酸化剤ガス供給装置１８を介して酸化剤ガスである、例えば、空気が供給される。 As shown in FIG. 5, under the driving action of the fuel gas supply device 16, for example, city gas (including CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , and C 4 H 10 ) is provided in the raw fuel passage 56. The raw fuel such as is supplied. The raw fuel passes through the desulfurizer 15 to obtain a desulfurized raw fuel. On the other hand, under the driving action of the water supply device 20, water is supplied to the water passage 58 and oxidant gas is supplied to the air supply pipe 52 via the oxidant gas supply device 18. Is supplied.

図６に示すように、蒸発器３８では、原燃料通路５６を流れる脱硫原燃料に水蒸気が混在されて混合燃料が得られ、この混合燃料は、混合燃料供給管６２を介して改質器４０の入口部に供給される。混合燃料は、改質器４０内で水蒸気改質され、Ｃ2+の炭化水素が除去（改質）されてメタンを主成分とする改質ガスが得られる。この改質ガスは、改質器４０の出口部に連通する改質ガス供給路６４を通って燃料電池スタック３４の燃料ガス供給連通孔６６に供給される。このため、改質ガス中のメタンが改質されて水素ガスが得られ、この水素ガスを主成分とする燃料ガスは、アノード電極（図示せず）に供給される。 As shown in FIG. 6, in the evaporator 38, steam is mixed with the desulfurized raw fuel flowing through the raw fuel passage 56 to obtain a mixed fuel, and this mixed fuel is supplied to the reformer 40 via the mixed fuel supply pipe 62. Is supplied to the inlet portion. The mixed fuel is steam reformed in the reformer 40, and C 2+ hydrocarbons are removed (reformed) to obtain a reformed gas mainly composed of methane. The reformed gas is supplied to the fuel gas supply passage 66 of the fuel cell stack 34 through the reformed gas supply path 64 communicating with the outlet of the reformer 40. Therefore, methane in the reformed gas is reformed to obtain hydrogen gas, and the fuel gas containing the hydrogen gas as a main component is supplied to an anode electrode (not shown).

一方、空気供給管５２から熱交換器３６に供給される空気は、この熱交換器３６の空気通路４６に沿って移動する際、第１排ガス通路４４に沿って移動する後述する排ガスとの間で熱交換が行われ、所望の温度に予め加温されている。熱交換器３６で加温された空気は、燃料電池スタック３４の酸化剤ガス供給連通孔５３に供給され、図示しないカソード電極に供給される。   On the other hand, when the air supplied from the air supply pipe 52 to the heat exchanger 36 moves along the air passage 46 of the heat exchanger 36, it moves between the exhaust gas described later moving along the first exhaust gas passage 44. In this case, heat exchange is performed, and the temperature is preheated to a desired temperature. The air heated by the heat exchanger 36 is supplied to the oxidant gas supply communication hole 53 of the fuel cell stack 34 and supplied to a cathode electrode (not shown).

従って、電解質・電極接合体２８では、燃料ガスと空気との電気化学反応により発電が行われる。各電解質・電極接合体２８の外周部に排出される高温（数百℃）の排ガスは、熱交換器３６の第１排ガス通路４４を通って空気と熱交換を行い、この空気を所望の温度に加温して温度低下が惹起される。   Therefore, in the electrolyte / electrode assembly 28, power generation is performed by an electrochemical reaction between the fuel gas and air. The high-temperature (several hundred degrees Celsius) exhaust gas discharged to the outer periphery of each electrolyte / electrode assembly 28 exchanges heat with air through the first exhaust gas passage 44 of the heat exchanger 36, and this air is exchanged at a desired temperature. The temperature is lowered by heating.

この排ガスは、第２排ガス通路４８に沿って移動することにより、水通路５８を通過する水を蒸発させる。蒸発器３８を通過した排ガスは、主排気管６０を介して外部に排出される。   The exhaust gas moves along the second exhaust gas passage 48 to evaporate water passing through the water passage 58. The exhaust gas that has passed through the evaporator 38 is discharged to the outside through the main exhaust pipe 60.

この場合、第１の実施形態では、図２〜図４に示すように、筐体２６内は、燃料電池モジュール１２及び燃焼器１４が収容されるモジュール部９８と、燃料ガス供給装置１６、脱硫器１５、酸化剤ガス供給装置１８及び水供給装置２０が配置される流体供給部１００と、電力変換装置２２及び制御装置２４が配置される電装部１０２とに分割されている。このため、筐体２６内は、作動温度毎及び機能毎に分割されており、熱や流体の拡散を最小化するとともに、機能上、最適な配置が遂行可能になる。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 2 to 4, the inside of the casing 26 includes a module unit 98 in which the fuel cell module 12 and the combustor 14 are accommodated, the fuel gas supply device 16, and desulfurization. It is divided into a fluid supply unit 100 in which the vessel 15, the oxidant gas supply device 18 and the water supply device 20 are arranged, and an electrical component unit 102 in which the power conversion device 22 and the control device 24 are arranged. For this reason, the inside of the housing | casing 26 is divided | segmented for every operating temperature and every function, While spreading | diffusion of a heat | fever and a fluid is minimized, optimal arrangement | positioning can be performed functionally.

さらに、第１の実施形態では、モジュール部９８の第１の側面（第１縦仕切り板９４）側には、流体供給部１００が配置されている。従って、流体供給部１００は、実質的に筐体２６の外壁部を構成しており、前記流体供給部１００の冷却が促進されて高温化し難くなっている。同様に、モジュール部９８の第２の側面（第２縦仕切り板９６）側には、電装部１０２が配置されている。このため、電装部１０２は、実質的に筐体２６の外壁部を構成しており、前記電装部１０２の冷却が促進されて高温化し難くなっている。   Furthermore, in the first embodiment, the fluid supply unit 100 is disposed on the first side surface (first vertical partition plate 94) side of the module unit 98. Therefore, the fluid supply part 100 substantially constitutes the outer wall part of the casing 26, and the cooling of the fluid supply part 100 is promoted and it is difficult to increase the temperature. Similarly, on the second side surface (second vertical partition plate 96) side of the module unit 98, the electrical component unit 102 is disposed. For this reason, the electrical component part 102 substantially constitutes the outer wall part of the housing 26, and cooling of the electrical component part 102 is promoted and it is difficult to increase the temperature.

これにより、低温部（４０℃前後）に維持する必要がある制御装置２４を含む電装部１０２及びポンプ類を含む流体供給部１００は、良好な機能を確実に維持して作動することが可能になるという利点がある。   As a result, the electrical component 102 including the control device 24 that needs to be maintained in the low temperature part (about 40 ° C.) and the fluid supply unit 100 including the pumps can reliably operate with good functions. There is an advantage of becoming.

さらにまた、第１の実施形態では、図２及び図３に示すように、筐体２６を構成する各側面に対応して第１開閉扉１１２ａ、第２開閉扉１１２ｂ、第３開閉扉１１２ｃ及び第４開閉扉１１２ｄが設けられている。従って、例えば、モジュール部９８のメンテナンスを行う際には、第１開閉扉１１２ａ及び／又は第２開閉扉１１２ｂを開放するだけでよく、前記モジュール部９８内のメンテナンス作業が容易に行われる。   Furthermore, in the first embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the first opening / closing door 112a, the second opening / closing door 112b, the third opening / closing door 112c, A fourth open / close door 112d is provided. Therefore, for example, when the maintenance of the module unit 98 is performed, it is only necessary to open the first opening / closing door 112a and / or the second opening / closing door 112b, and the maintenance work in the module unit 98 is easily performed.

一方、電装部１０２内の制御装置２４の保守点検等を行う際には、第４開閉扉１１２ｄのみを開放させるだけでよく、前記制御装置２４の保守点検作業が迅速且つ容易に遂行される。さらに、流体供給部１００のポンプ類の保守点検等を行う際には、第３開閉扉１１２ｃのみを開放させるだけでよく、前記ポンプ類の保守点検作業が迅速且つ容易に遂行される。これにより、モジュール部９８、流体供給部１００及び電装部１０２毎に応じた保守やメンテナンスが、効率的に遂行可能になるという効果がある。   On the other hand, when performing maintenance and inspection of the control device 24 in the electrical component 102, it is only necessary to open only the fourth door 112d, and the maintenance and inspection work of the control device 24 is performed quickly and easily. Furthermore, when performing maintenance and inspection of the pumps of the fluid supply unit 100, it is only necessary to open only the third opening / closing door 112c, and maintenance and inspection work for the pumps can be performed quickly and easily. Thereby, there exists an effect that the maintenance according to every module part 98, the fluid supply part 100, and the electrical equipment part 102 and maintenance can be performed efficiently.

その際、筐体２６は、回転機構１２０を介して鉛直軸回りに回転可能に構成されている。このため、筐体２６を回転させることにより、第１開閉扉１１２ａ、第２開閉扉１１２ｂ、第３開閉扉１１２ｃ又は第４開閉扉１１２ｄを、作業者が開閉し易い位置に配置させることができ、保守やメンテナンスの作業性が一層向上するという利点がある。   At that time, the casing 26 is configured to be rotatable around the vertical axis via the rotation mechanism 120. Therefore, by rotating the casing 26, the first opening / closing door 112a, the second opening / closing door 112b, the third opening / closing door 112c, or the fourth opening / closing door 112d can be arranged at a position where the operator can easily open and close the door. There is an advantage that maintenance and maintenance workability are further improved.

また、筐体２６の内部は、第１縦仕切り板９４及び第２縦仕切り板９６を介してモジュール部９８、流体供給部１００及び電装部１０２に分割されている。そして、モジュール部９８には、燃料電池モジュール１２及び燃焼器１４が配置され、流体供給部１００には、検知器８８、燃料ガス供給装置１６、脱硫器１５、酸化剤ガス供給装置１８及び水供給装置２０が配置され、電装部１０２には、電力変換装置２２及び制御装置２４が配置されている。   The interior of the housing 26 is divided into a module part 98, a fluid supply part 100, and an electrical component part 102 via a first vertical partition plate 94 and a second vertical partition plate 96. The module unit 98 includes the fuel cell module 12 and the combustor 14, and the fluid supply unit 100 includes a detector 88, a fuel gas supply device 16, a desulfurizer 15, an oxidant gas supply device 18, and water supply. The device 20 is disposed, and the electric component 102 is disposed with a power conversion device 22 and a control device 24.

このため、筐体２６内は、作動温度毎及び機能毎にモジュール部９８、流体供給部１００及び電装部１０２に分割されており、熱や流体の拡散を最小化し得るとともに、機能上、良好に配置することが可能になる。なお、高温部であるモジュール部９８において、例えば、燃料電池モジュール１２及び燃焼器１４を囲繞して断熱する断熱材６８を相当に肉厚に構成することにより、外部への熱影響を抑制することも考えられる。   For this reason, the inside of the housing 26 is divided into a module unit 98, a fluid supply unit 100, and an electrical component unit 102 for each operating temperature and for each function, so that the diffusion of heat and fluid can be minimized and the function is good. It becomes possible to arrange. In addition, in the module part 98 that is a high temperature part, for example, the heat insulating material 68 that surrounds and insulates the fuel cell module 12 and the combustor 14 is configured to have a considerably thick wall, thereby suppressing the influence of heat to the outside. Is also possible.

さらに、流体供給部１００では、検知器８８がこの流体供給部１００の最上部に配置されている。このため、燃料ガス供給装置１６から燃料ガスの漏れが発生しても、検知器８８を介してガス漏れを迅速且つ確実に検出することが可能になる。   Further, in the fluid supply unit 100, the detector 88 is disposed at the top of the fluid supply unit 100. For this reason, even if fuel gas leaks from the fuel gas supply device 16, the gas leak can be detected quickly and reliably via the detector 88.

さらにまた、燃料電池モジュール１２では、高温型燃料電池システム、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）モジュールにより構成されることにより、良好な効果が得られるが、固体酸化物形燃料電池モジュールに代えて、他の高温型燃料電池モジュールや中温型燃料電池モジュールにも好適に用いることができる。例えば、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）及び水素分離膜形燃料電池（ＨＭＦＣ）等が良好に採用可能である。   Furthermore, the fuel cell module 12 can be provided with a high-temperature fuel cell system, for example, a solid oxide fuel cell (SOFC) module. Instead, it can be suitably used for other high-temperature fuel cell modules and medium-temperature fuel cell modules. For example, a molten carbonate fuel cell (MCFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a hydrogen separation membrane fuel cell (HMFC) and the like can be favorably employed.

また、第１の実施形態では、図７に示すように、脱硫器１５は、原燃料が供給される供給口７２を下端部に設けるとともに、脱硫原燃料が排出される排出口７４が上端部に設けられている。従って、原燃料は、脱硫器１５を構成する充填室７６内を下方から上方に向かって流れるため、この充填室７６に充填されている脱硫剤７５との接触時間が長くなり、脱硫効率が向上して前記脱硫器１５全体の小型化が図られるという効果が得られる。   In the first embodiment, as shown in FIG. 7, the desulfurizer 15 is provided with a supply port 72 to which raw fuel is supplied at the lower end portion, and a discharge port 74 through which the desulfurized raw fuel is discharged has an upper end portion. Is provided. Accordingly, since the raw fuel flows from the lower side to the upper side in the filling chamber 76 constituting the desulfurizer 15, the contact time with the desulfurizing agent 75 filled in the filling chamber 76 becomes longer, and the desulfurization efficiency is improved. And the effect that size reduction of the said desulfurizer 15 whole is achieved is acquired.

しかも、脱硫器１５では、長期間の使用等によって脱硫剤７５が劣化して微細化しても、前記脱硫剤７５が前記脱硫器１５の下部に堆積することを阻止し、原燃料を有効に流すことが可能になる。原燃料が、アップフローとなるからである。   Moreover, in the desulfurizer 15, even if the desulfurization agent 75 deteriorates and becomes finer due to long-term use or the like, the desulfurization agent 75 is prevented from depositing in the lower portion of the desulfurizer 15, and the raw fuel is effectively flowed. It becomes possible. This is because the raw fuel becomes an upflow.

このため、脱硫剤７５全域を有効に使用するとともに、前記脱硫剤７５を長期間にわたって用いることができる。その上、微細化した脱硫剤７５が脱硫器１５の下流側、すなわち、上方側に流れることを抑制される。これにより、燃料電池システム１０の圧力損失及び補機損失が低減され、前記燃料電池システム１０の発電効率の向上及び長寿命化が図られるという利点がある。   Therefore, the entire desulfurizing agent 75 can be used effectively, and the desulfurizing agent 75 can be used over a long period of time. In addition, the refined desulfurizing agent 75 is prevented from flowing downstream of the desulfurizer 15, that is, upward. Thereby, the pressure loss and auxiliary machine loss of the fuel cell system 10 are reduced, and there is an advantage that the power generation efficiency of the fuel cell system 10 is improved and the life is extended.

また、脱硫器１５は、充填室７６の上流側と供給口７２との間に供給室７８を設けるとともに、前記充填室７６の下流側と排出口７４との間に排出室８０を設けている。このため、供給口７２から供給された原燃料は、供給室７８に、一旦貯留された後、充填室７６全域にわたって均一に供給される。   Further, the desulfurizer 15 is provided with a supply chamber 78 between the upstream side of the filling chamber 76 and the supply port 72, and with a discharge chamber 80 between the downstream side of the filling chamber 76 and the discharge port 74. . For this reason, the raw fuel supplied from the supply port 72 is once stored in the supply chamber 78 and then uniformly supplied over the entire filling chamber 76.

一方、脱硫処理が行われた脱硫原燃料は、充填室７６から排出室８０に、一旦貯留されるため、前記脱硫原燃料を前記充填室７６全域から均等に排出させることができる。これにより、脱硫剤７５全域を有効に使用することができ、脱硫効率の向上を図ることが可能になる。   On the other hand, the desulfurized raw fuel that has been subjected to the desulfurization process is temporarily stored in the discharge chamber 80 from the filling chamber 76, so that the desulfurized raw fuel can be discharged uniformly from the entire filling chamber 76. As a result, the entire desulfurization agent 75 can be used effectively, and the desulfurization efficiency can be improved.

さらに、脱硫器１５は、供給室７８と充填室７６とを仕切る第１網目状部材８２ａと、前記充填室７６と排出室８０とを仕切る第２網目状部材８２ｂとを備えている。従って、第１網目状部材８２ａは、原燃料に含まれる塵埃等を除去するとともに、微細化した脱硫剤７５が上流側（供給口７２側）に流れることを阻止することができる。   Further, the desulfurizer 15 includes a first mesh member 82 a that partitions the supply chamber 78 and the filling chamber 76, and a second mesh member 82 b that partitions the filling chamber 76 and the discharge chamber 80. Therefore, the first mesh member 82a can remove dust and the like contained in the raw fuel and prevent the refined desulfurization agent 75 from flowing upstream (supply port 72 side).

一方、第２網目状部材８２ｂは、微細化した脱硫剤７５が下流側（排出口７４側）に流れることを阻止することが可能になる。   On the other hand, the second mesh member 82b can prevent the refined desulfurizing agent 75 from flowing to the downstream side (the discharge port 74 side).

さらにまた、図１及び図５に示すように、脱硫器１５は、燃料ガス供給装置１６の下流側に配置されている。このため、燃料ガス供給装置１６に脈動が発生しても、この脈動を脱硫器１５により吸収することが可能になる。従って、燃料電池モジュール１２の発電出力が不安定になることを阻止することが可能になる。   Furthermore, as shown in FIGS. 1 and 5, the desulfurizer 15 is disposed on the downstream side of the fuel gas supply device 16. For this reason, even if pulsation occurs in the fuel gas supply device 16, this pulsation can be absorbed by the desulfurizer 15. Therefore, it becomes possible to prevent the power generation output of the fuel cell module 12 from becoming unstable.

また、脱硫器１５は、この脱硫器１５の内部圧力を検出する圧力検出手段８３を備えるとともに、前記検出された内部圧力が一定範囲内に維持されるように、前記燃料ガス供給装置１６の回転数を制御する制御手段である制御装置２４が設けられている。従って、脱硫器１５は、高圧力になることによる耐久性の低下や脱硫剤７５の劣化を抑制するとともに、低圧力になることによる脱硫原燃料の供給不足を抑制することができる。   Further, the desulfurizer 15 includes pressure detection means 83 for detecting the internal pressure of the desulfurizer 15 and the rotation of the fuel gas supply device 16 so that the detected internal pressure is maintained within a certain range. A control device 24 which is a control means for controlling the number is provided. Therefore, the desulfurizer 15 can suppress a decrease in durability due to high pressure and deterioration of the desulfurizing agent 75, and can also suppress a shortage of supply of desulfurized raw fuel due to low pressure.

なお、第１の実施形態では、脱硫器１５が第１網目状部材８２ａと第２網目状部材８２ｂとを用いているが、少なくともいずれか一方のみを用いてもよい。   In the first embodiment, the desulfurizer 15 uses the first mesh member 82a and the second mesh member 82b, but at least one of them may be used.

図８は、本発明の第２の実施形態に係る脱硫器に組み込まれる網目状部材１３０の説明図である。   FIG. 8 is an explanatory diagram of the mesh member 130 incorporated in the desulfurizer according to the second embodiment of the present invention.

網目状部材１３０は、中央部分の編み目１３０ａが周辺部分の編み目１３０ｂに比べて密に構成される。このため、原燃料や脱硫原燃料が流れ易い脱硫器１５の中央側の流動抵抗を、周辺側の流動抵抗よりも高く設定することができ、脱硫剤７５全域を有効に使用して脱硫効率の向上を図ることが可能になる。   In the mesh member 130, the stitches 130a in the central part are denser than the stitches 130b in the peripheral part. For this reason, the flow resistance on the center side of the desulfurizer 15 in which the raw fuel and the desulfurized raw fuel easily flow can be set higher than the flow resistance on the peripheral side, and the entire desulfurization agent 75 is effectively used to improve the desulfurization efficiency. Improvements can be made.

図９は、本発明の第３の実施形態に係る脱硫器１４０の説明図である。なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第４〜第１０の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。   FIG. 9 is an explanatory diagram of a desulfurizer 140 according to the third embodiment of the present invention. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the fourth to tenth embodiments described below, detailed description thereof is omitted.

脱硫器１４０は、第１及び第２網目状部材８２ａ、８２ｂに代えて、第１及び第２網目状部材１４２ａ、１４２ｂ（少なくともいずれか一方）を備える。第１網目状部材１４２ａは、中央部分が供給口７２側に凸状に変形することにより、供給室７８は、中央側に比べて周辺側の容積が大きく設定される。第２網目状部材１４２ｂは、同様に、中央部分が排出口７４側に凸状に変形して構成されることにより、排出室８０は、中央側に比べて周辺側の容積が大きく設定される。従って、原燃料は、脱硫剤７５全域を流れて排出口７４に排出されるため、脱硫効率が向上するという利点がある。   The desulfurizer 140 includes first and second mesh members 142a and 142b (at least one) instead of the first and second mesh members 82a and 82b. The first mesh member 142a is deformed so that the central portion is convex toward the supply port 72, so that the supply chamber 78 has a larger volume on the peripheral side than on the central side. Similarly, the second mesh member 142b is configured such that the central portion is deformed in a convex shape toward the discharge port 74, so that the discharge chamber 80 has a larger volume on the peripheral side than the central side. . Accordingly, the raw fuel flows through the entire desulfurization agent 75 and is discharged to the discharge port 74, which has an advantage of improving the desulfurization efficiency.

図１０は、本発明の第４の実施形態に係る脱硫器１５０の説明図である。   FIG. 10 is an explanatory diagram of a desulfurizer 150 according to the fourth embodiment of the present invention.

脱硫器１５０では、筒体７０の下端部に供給口１５２が設けられるとともに、前記筒体７０の上端部に排出口１５４が設けられる。供給口１５２の開口断面積は、排出口１５４の開口断面積よりも小さく設定される。従って、脱硫原燃料は、脱硫器１５０から排出され易くなり、燃料電池システム１０の圧力損失及び補機損失が低減される。   In the desulfurizer 150, a supply port 152 is provided at the lower end portion of the cylindrical body 70, and a discharge port 154 is provided at the upper end portion of the cylindrical body 70. The opening cross-sectional area of the supply port 152 is set smaller than the opening cross-sectional area of the discharge port 154. Therefore, the desulfurized raw fuel is easily discharged from the desulfurizer 150, and the pressure loss and auxiliary machine loss of the fuel cell system 10 are reduced.

図１１は、本発明の第５の実施形態に係る脱硫器１６０の説明図である。   FIG. 11 is an explanatory diagram of a desulfurizer 160 according to the fifth embodiment of the present invention.

脱硫器１６０は、筒体７０の下端部に設けられる供給口１６２と、前記筒体７０の上端部に設けられる排出口１６４とを有するとともに、前記供給口１６２の開口断面積は、前記排出口１６４の開口断面積よりも大きく設定される。これにより、排出口１６４側に流動抵抗が発生し、原燃料は脱硫剤７５との接触時間が長くなり、脱硫効率が高くなって脱硫器１６０の小型化が容易に図られる。   The desulfurizer 160 has a supply port 162 provided at the lower end portion of the cylindrical body 70 and a discharge port 164 provided at the upper end portion of the cylindrical body 70, and the opening cross-sectional area of the supply port 162 It is set larger than the opening cross-sectional area of 164. As a result, a flow resistance is generated on the discharge port 164 side, the contact time of the raw fuel with the desulfurization agent 75 is increased, the desulfurization efficiency is increased, and the desulfurizer 160 can be easily downsized.

図１２は、本発明の第６の実施形態に係る脱硫器１７０の説明図である。   FIG. 12 is an explanatory diagram of a desulfurizer 170 according to the sixth embodiment of the present invention.

この脱硫器１７０は、供給口１５２と排出口１５４とを備えるとともに、前記排出口１５４に流量調整弁（開度調整手段）１７２が配設される。従って、流量調整弁１７２を調整することにより、供給口１５２の開口断面積を排出口１５４の開口断面積よりも大きく設定したり、小さく設定したりすることができる。これにより、第４の実施形態及び第５の実施形態の効果を兼用することができる。   The desulfurizer 170 includes a supply port 152 and a discharge port 154, and a flow rate adjustment valve (opening adjustment unit) 172 is disposed in the discharge port 154. Therefore, by adjusting the flow rate adjustment valve 172, the opening cross-sectional area of the supply port 152 can be set larger or smaller than the opening cross-sectional area of the discharge port 154. Thereby, the effect of 4th Embodiment and 5th Embodiment can be combined.

図１３は、本発明の第７の実施形態に係る脱硫器１８０の説明図である。   FIG. 13 is an explanatory diagram of a desulfurizer 180 according to the seventh embodiment of the present invention.

脱硫器１８０は、供給口７２の上流にフィルタ１８２ａを介して第１遮断弁１８４ａが設けられるとともに、排出口７４の下流側にフィルタ１８２ｂを介して第２遮断弁１８４ｂが設けられる。脱硫器１８０は、第１遮断弁１８４ａ及び第２遮断弁１８４ｂ間で取り外し自在である。   In the desulfurizer 180, a first cutoff valve 184a is provided upstream of the supply port 72 via a filter 182a, and a second cutoff valve 184b is provided downstream of the discharge port 74 via a filter 182b. The desulfurizer 180 is detachable between the first cutoff valve 184a and the second cutoff valve 184b.

このように構成される脱硫器１８０では、交換自在に構成されるとともに、例えば、メンテナンス時に第１及び第２遮断弁１８４ａ、１８４ｂを閉塞することにより、脱硫剤７５が空気に触れて劣化することを有効に抑制することができる。   The desulfurizer 180 configured as described above is configured to be exchangeable and, for example, the first and second shutoff valves 184a and 184b are closed during maintenance, so that the desulfurization agent 75 is exposed to air and deteriorates. Can be effectively suppressed.

図１４は、本発明の第８の実施形態に係る燃料電池システム１９０の機械系回路を示す概略構成説明図である。   FIG. 14 is a schematic configuration explanatory view showing a mechanical circuit of a fuel cell system 190 according to the eighth embodiment of the present invention.

燃料電池システム１９０は、燃料電池モジュール１２を昇温させる燃焼器（例えば、バーナー）１９２を備える。原燃料通路５６には、燃料ガス供給装置１６の下流に切替バルブ１９４が配設され、この切替バルブ１９４に接続される原燃料分岐通路１９６は、燃焼器１９２に接続される。燃焼器１９２は、原燃料と空気とが供給されることにより燃焼を行う。   The fuel cell system 190 includes a combustor (for example, a burner) 192 that raises the temperature of the fuel cell module 12. A switching valve 194 is disposed in the raw fuel passage 56 downstream of the fuel gas supply device 16, and a raw fuel branch passage 196 connected to the switching valve 194 is connected to the combustor 192. The combustor 192 performs combustion by being supplied with raw fuel and air.

図１５は、本発明の第９の実施形態に係る燃料電池システム２００の機械系回路を示す概略構成説明図である。   FIG. 15 is a schematic configuration explanatory diagram showing a mechanical circuit of a fuel cell system 200 according to the ninth embodiment of the present invention.

燃料電池システム２００は、燃料ガス供給装置１６の上流側に脱硫器１５が配設される。従って、燃料電池システム２００では、原燃料の供給圧（例えば、都市ガスの供給圧）を利用して前記原燃料の脱硫を行うことができ、前記燃料電池システム２００の圧力損失及び補機損失が低減される。   In the fuel cell system 200, the desulfurizer 15 is disposed on the upstream side of the fuel gas supply device 16. Therefore, in the fuel cell system 200, the raw fuel can be desulfurized using the supply pressure of the raw fuel (for example, the supply pressure of city gas), and the pressure loss and the auxiliary machine loss of the fuel cell system 200 can be reduced. Reduced.

図１６は、本発明の第１０の実施形態に係る燃料電池システム２１０の正面説明図であり、図１７は、前記燃料電池システム２１０の回路図である。   FIG. 16 is an explanatory front view of a fuel cell system 210 according to the tenth embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a circuit diagram of the fuel cell system 210.

図１６に示すように、燃料電池スタック３４の積層方向上端側には、燃焼器１４が配設される。この燃料電池スタック３４の積層方向下端側には、熱交換器３６と蒸発器３８と改質器４０とが配設される。   As shown in FIG. 16, the combustor 14 is disposed on the upper end side in the stacking direction of the fuel cell stack 34. A heat exchanger 36, an evaporator 38, and a reformer 40 are disposed on the lower end side in the stacking direction of the fuel cell stack 34.

このように構成される燃料電池システム２１０では、上記の第１〜第９の実施形態と同様の効果が得られる。   In the fuel cell system 210 configured as described above, the same effects as those of the first to ninth embodiments can be obtained.

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの機械系回路を示す概略構成説明図である。1 is a schematic configuration explanatory view showing a mechanical circuit of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池システムの斜視説明図である。It is a perspective view of the fuel cell system. 前記燃料電池システムの平面説明図である。It is a plane explanatory view of the fuel cell system. 前記燃料電池システムの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the said fuel cell system. 前記燃料電池システムの回路図である。It is a circuit diagram of the fuel cell system. 前記燃料電池システムを構成する燃料電池モジュールの要部断面説明図である。It is principal part sectional explanatory drawing of the fuel cell module which comprises the said fuel cell system. 前記燃料電池システムを構成する脱硫器の説明図である。It is explanatory drawing of the desulfurizer which comprises the said fuel cell system. 本発明の第２の実施形態に係る脱硫器に組み込まれる網目状部材の説明図である。It is explanatory drawing of the mesh-shaped member integrated in the desulfurizer concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る脱硫器の説明図である。It is explanatory drawing of the desulfurizer which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施形態に係る脱硫器の説明図である。It is explanatory drawing of the desulfurizer which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施形態に係る脱硫器の説明図である。It is explanatory drawing of the desulfurizer which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第６の実施形態に係る脱硫器の説明図である。It is explanatory drawing of the desulfurizer which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第７の実施形態に係る脱硫器の説明図である。It is explanatory drawing of the desulfurizer which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第８の実施形態に係る燃料電池システムの機械系回路を示す概略構成説明図である。It is schematic structure explanatory drawing which shows the mechanical system circuit of the fuel cell system which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第９の実施形態に係る燃料電池システムの機械系回路を示す概略構成説明図である。It is schematic structure explanatory drawing which shows the mechanical system circuit of the fuel cell system which concerns on the 9th Embodiment of this invention. 本発明の第１０の実施形態に係る燃料電池システムの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the fuel cell system which concerns on the 10th Embodiment of this invention. 前記燃料電池システムの回路図である。It is a circuit diagram of the fuel cell system. 特許文献１の燃料電池装置の概略斜視説明図である。1 is a schematic perspective view of a fuel cell device of Patent Document 1. FIG. 特許文献２の脱硫器の説明図である。It is explanatory drawing of the desulfurizer of patent document 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０、１９０、２００、２１０…燃料電池システム
１２…燃料電池モジュール １４、１９２…燃焼器
１５、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０…脱硫器
１６…燃料ガス供給装置 １８…酸化剤ガス供給装置
２０…水供給装置 ２２…電力変換装置
２４…制御装置 ２６…筐体
２８…電解質・電極接合体 ３０…セパレータ
３２…燃料電池 ３４…燃料電池スタック
３６…熱交換器 ３８…蒸発器
４０…改質器 ７２、１５２、１６２…供給口
７４、１５４、１６４…排出口 ７５…脱硫剤
７６…充填室 ７８…供給室
８０…排出室
８２ａ、８２ｂ、１３０、１４２ａ、１４２ｂ…網目状部材
８３…圧力検出手段 ８８…検知器
９２…外枠 ９４、９６…縦仕切り板
９８…モジュール部 １００…流体供給部
１０２…電装部 １０６、１０８…供給部
１１２ａ〜１１２ｄ…開閉扉 １２０…回転機構
１７２…流量調整弁 １８４ａ、１８４ｂ…遮断弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 190, 200, 210 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell module 14, 192 ... Combustor 15, 140, 150, 160, 170, 180 ... Desulfurizer 16 ... Fuel gas supply device 18 ... Oxidant gas supply device 20 ... Water supply device 22 ... Power conversion device 24 ... Control device 26 ... Case 28 ... Electrolyte / electrode assembly 30 ... Separator 32 ... Fuel cell 34 ... Fuel cell stack 36 ... Heat exchanger 38 ... Evaporator 40 ... Reformer 72, 152, 162 ... supply port 74, 154, 164 ... discharge port 75 ... desulfurization agent 76 ... filling chamber 78 ... supply chamber 80 ... discharge chamber 82a, 82b, 130, 142a, 142b ... mesh member 83 ... pressure detection means 88 ... Detector 92 ... Outer frame 94, 96 ... Vertical partition plate 98 ... Module part 100 ... Fluid supply part 102 ... Electrical equipment part 106, 108 ... Supply part 11 A～112d ... door 120 ... rotating mechanism 172 ... flow control valve 184a, 184b ... shutoff valve

Claims (19)

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールを昇温させる燃焼器と、
原燃料に含まれる硫黄成分を除去して前記燃料ガスを生成する脱硫器と、
前記燃料電池モジュールに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池モジュールに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池モジュールに水を供給する水供給装置と、
前記燃料電池モジュールで発生した直流電力を要求仕様電力に変換する電力変換装置と、
前記燃料電池モジュールの発電量を制御する制御装置と、
を筐体に収容する燃料電池システムであって、
前記脱硫器は、前記原燃料が供給される供給口を、前記燃料ガスが排出される排出口よりも下方に配置し、且つ前記供給口から前記排出口に向かって直線状の流れ方向に設定される一方、
前記筐体は、前記燃料電池モジュール及び前記燃焼器が配置されるモジュール部と、
前記脱硫器、前記燃料ガス供給装置、前記酸化剤ガス供給装置及び前記水供給装置が配置される流体供給部と、
前記電力変換装置及び前記制御装置が配置される電装部と、
に分割されるとともに、
平面視多角形状を有する前記モジュール部は、一の角部を挟んで第１の側面及び第２の側面を有し、前記第１の側面側に前記流体供給部が配置され、且つ前記第２の側面側に前記電装部が配置されることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell module that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
A combustor for heating the fuel cell module;
A desulfurizer for removing the sulfur component contained in the raw fuel and generating the fuel gas;
A fuel gas supply device for supplying the fuel gas to the fuel cell module;
An oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the fuel cell module;
A water supply device for supplying water to the fuel cell module;
A power converter for converting direct current power generated in the fuel cell module into required specification power;
A control device for controlling the power generation amount of the fuel cell module;
A fuel cell system for housing
The desulfurizer has a supply port to which the raw fuel is supplied disposed below a discharge port from which the fuel gas is discharged, and is set in a linear flow direction from the supply port to the discharge port. While
The housing includes a module part in which the fuel cell module and the combustor are disposed,
A fluid supply unit in which the desulfurizer, the fuel gas supply device, the oxidant gas supply device, and the water supply device are disposed;
An electrical component in which the power conversion device and the control device are disposed;
Is divided into
The module portion having a polygonal shape in plan view has a first side surface and a second side surface across one corner, the fluid supply unit is disposed on the first side surface side, and the second side surface. The fuel cell system is characterized in that the electrical component is disposed on the side surface of the fuel cell. 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記脱硫器は、前記原燃料に含まれる硫黄成分を除去して前記燃料ガスを生成する脱硫剤が充填される充填室と、
前記充填室の上流側と前記供給口との間に設けられ、前記原燃料を前記充填室に均等に供給するための供給室と、
前記充填室の下流側と前記排出口との間に設けられ、前記燃料ガスを前記充填室から均等に排出するための排出室と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the desulfurizer is filled with a desulfurizing agent that removes a sulfur component contained in the raw fuel and generates the fuel gas;
A supply chamber provided between the upstream side of the filling chamber and the supply port, for supplying the raw fuel evenly to the filling chamber;
A discharge chamber provided between the downstream side of the filling chamber and the discharge port, for discharging the fuel gas uniformly from the filling chamber;
A fuel cell system comprising: 請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記脱硫器は、少なくとも前記供給室と前記充填室とを仕切る第１網目状部材、又は前記充填室と前記排出室とを仕切る第２網目状部材のいずれかを備えることを特徴とする燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the desulfurizer is at least one of a first mesh member that partitions the supply chamber and the filling chamber, or a second mesh member that partitions the filling chamber and the discharge chamber. A fuel cell system comprising: 請求項３記載の燃料電池システムにおいて、少なくとも前記第１網目状部材又は前記第２網目状部材のいずれかは、中央部分の網目が周縁部分の網目に比べて密に構成されることを特徴とする燃料電池システム。   4. The fuel cell system according to claim 3, wherein at least one of the first mesh member and the second mesh member is configured such that a mesh in a central portion is denser than a mesh in a peripheral portion. Fuel cell system. 請求項３又は４記載の燃料電池システムにおいて、前記第１網目状部材は、中央部分が前記供給口側に凸状に変形して構成されることを特徴とする燃料電池システム。   5. The fuel cell system according to claim 3, wherein the first mesh member is configured such that a central portion is deformed in a convex shape toward the supply port. 請求項３〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記第２網目状部材は、中央部分が前記排出口側に凸状に変形して構成されることを特徴とする燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 3 to 5, wherein the second mesh member is configured such that a central portion thereof is deformed in a convex shape toward the discharge port. system. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記脱硫器は、前記供給口の開口断面積が前記排出口の開口部断面積よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the desulfurizer has an opening cross-sectional area of the supply port set smaller than an opening cross-sectional area of the discharge port. Fuel cell system. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記脱硫器は、前記供給口の開口断面積が前記排出口の開口部断面積よりも大きく設定されることを特徴とする燃料電池システム。   7. The fuel cell system according to claim 1, wherein the desulfurizer has an opening cross-sectional area of the supply port larger than an opening cross-sectional area of the discharge port. Fuel cell system. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記脱硫器は、少なくとも前記供給口の開口断面積又は前記排出口の開口部断面積を調整可能な開度調整手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the desulfurizer includes an opening degree adjusting unit capable of adjusting at least an opening cross-sectional area of the supply port or an opening cross-sectional area of the discharge port. A fuel cell system. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記脱硫器は、前記燃料ガス供給装置の上流側に配置されることを特徴とする燃料電池システム。   10. The fuel cell system according to claim 1, wherein the desulfurizer is disposed upstream of the fuel gas supply device. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記脱硫器は、前記燃料ガス供給装置の下流側に配置されることを特徴とする燃料電池システム。   10. The fuel cell system according to claim 1, wherein the desulfurizer is disposed downstream of the fuel gas supply device. 11. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記脱硫器の内部圧力を検出する圧力検出手段と、
検出される前記内部圧力が一定範囲内に維持されるように前記燃料ガス供給装置の回転数を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 11, wherein pressure detecting means for detecting an internal pressure of the desulfurizer;
Control means for controlling the rotational speed of the fuel gas supply device so that the detected internal pressure is maintained within a certain range;
A fuel cell system comprising: 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記脱硫器は、前記供給口側に第１遮断弁を設けるとともに、
前記排出口側に第２遮断弁を設けることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 12, wherein the desulfurizer is provided with a first shut-off valve on the supply port side,
A fuel cell system comprising a second shut-off valve on the discharge port side. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記筐体は、前記モジュール部、前記流体供給部及び前記電装部を開閉自在な開閉扉を備えることを特徴とする燃料電池システム。   14. The fuel cell system according to claim 1, wherein the casing includes an open / close door that can open and close the module unit, the fluid supply unit, and the electrical unit. system. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記流体供給部は、前記燃料ガスを検知する検知器を備えるとともに、
前記検知器は、前記流体供給部の最上部に配置されることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 14, wherein the fluid supply unit includes a detector that detects the fuel gas,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the detector is disposed at an uppermost part of the fluid supply unit. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記筐体は、鉛直軸回りに回転可能な回転機構を備えることを特徴とする燃料電池システム。   16. The fuel cell system according to claim 1, wherein the casing includes a rotation mechanism that is rotatable about a vertical axis. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記筐体は、前記モジュール部、前記流体供給部及び前記電装部を水平方向に沿って縦仕切り板により分割することを特徴とする燃料電池システム。   17. The fuel cell system according to claim 1, wherein the casing divides the module part, the fluid supply part, and the electrical part by a vertical partition plate along a horizontal direction. A fuel cell system. 請求項１〜１７のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池モジュールは、固体酸化物形燃料電池モジュールであることを特徴とする燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 17, wherein the fuel cell module is a solid oxide fuel cell module. 請求項１８記載の燃料電池システムにおいて、前記固体酸化物形燃料電池モジュールは、少なくとも固体電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される固体酸化物形燃料電池を設け、複数の前記固体酸化物形燃料電池が積層される固体酸化物形燃料電池スタックと、
酸化剤ガスを前記固体酸化物形燃料電池スタックに供給する前に加熱する熱交換器と、
炭化水素を主体とする原燃料と水蒸気との混合燃料を生成するために、水を蒸発させる蒸発器と、
前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 19. The fuel cell system according to claim 18, wherein the solid oxide fuel cell module comprises a solid oxide in which at least a solid electrolyte is sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode and a separator is laminated. A solid oxide fuel cell stack in which a solid fuel cell is provided and a plurality of the solid oxide fuel cells are stacked;
A heat exchanger that heats oxidant gas before supplying it to the solid oxide fuel cell stack;
An evaporator for evaporating water in order to produce a mixed fuel of raw fuel mainly composed of hydrocarbon and water vapor;
A reformer for reforming the mixed fuel to generate a reformed gas;
A fuel cell system comprising:
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