JP5770027B2 - Fuel cell material supply device, fuel cell system - Google Patents

Fuel cell material supply device, fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP5770027B2
JP5770027B2 JP2011137059A JP2011137059A JP5770027B2 JP 5770027 B2 JP5770027 B2 JP 5770027B2 JP 2011137059 A JP2011137059 A JP 2011137059A JP 2011137059 A JP2011137059 A JP 2011137059A JP 5770027 B2 JP5770027 B2 JP 5770027B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
raw material
fuel cell
pipe
introduction pipe
mixing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011137059A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013004442A (en
Inventor
大野　猛
大野　　猛
洋介 伊藤
洋介 伊藤
淑隆 臼井
淑隆 臼井
長谷川　功
長谷川　　功
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Spark Plug Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2011137059A priority Critical patent/JP5770027B2/en
Publication of JP2013004442A publication Critical patent/JP2013004442A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5770027B2 publication Critical patent/JP5770027B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、燃料電池の発電反応に利用される混合ガスを生成する原料混合器を備えた燃料電池用原料供給装置、及び、燃料電池用原料供給装置を備えた燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell raw material supply device including a raw material mixer that generates a mixed gas used for a power generation reaction of a fuel cell, and a fuel cell system including the fuel cell raw material supply device.

従来より、発電装置の一種である燃料電池として、例えば固体電解質層（固体酸化物層）を備えた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；ＳＯＦＣ）が知られている。このＳＯＦＣは、燃料ガスに接する燃料電極層と酸化剤ガスに接する空気電極層とが固体電解質層の両側に配置された発電セルを備えている。なお、燃料ガスは水素を生成するためのものであり、酸化剤ガスは酸素を生成するためのものである。そして、水素と酸素とが固体電解質層を介して反応（発電反応）することにより、空気電極層を正極、燃料電極層を負極とする直流の電力が発生するようになっている。   Conventionally, a solid oxide fuel cell (SOFC) including a solid electrolyte layer (solid oxide layer) is known as a fuel cell which is a kind of power generation device. The SOFC includes a power generation cell in which a fuel electrode layer in contact with a fuel gas and an air electrode layer in contact with an oxidant gas are disposed on both sides of the solid electrolyte layer. The fuel gas is for generating hydrogen, and the oxidant gas is for generating oxygen. Then, hydrogen and oxygen react via a solid electrolyte layer (power generation reaction), thereby generating DC power with the air electrode layer as a positive electrode and the fuel electrode layer as a negative electrode.

また、燃料電池では、都市ガスや天然ガスなどの炭化水素ガスが燃料ガスとして用いられているため、既存のインフラを利用した燃料ガスの輸送や貯蔵が容易であるという利点がある。ここで、炭化水素ガスから水素を得る改質方法としては、水蒸気改質法が知られている。水蒸気改質法とは、炭化水素ガスと水蒸気とを混合して混合ガスを生成し、混合ガスを高温で改質させることにより、水素と二酸化炭素とを得る方法である。なお、混合ガスの生成には原料混合器が用いられている（例えば特許文献１参照）。原料混合器は、水を気化させることによって水蒸気を得るとともに、得られた水蒸気を炭化水素ガスと混合する。   Further, in the fuel cell, since a hydrocarbon gas such as city gas or natural gas is used as the fuel gas, there is an advantage that the fuel gas can be easily transported and stored using the existing infrastructure. Here, a steam reforming method is known as a reforming method for obtaining hydrogen from hydrocarbon gas. The steam reforming method is a method of obtaining hydrogen and carbon dioxide by mixing a hydrocarbon gas and steam to generate a mixed gas and reforming the mixed gas at a high temperature. In addition, the raw material mixer is used for the production | generation of mixed gas (for example, refer patent document 1). The raw material mixer obtains water vapor by vaporizing water and mixes the obtained water vapor with hydrocarbon gas.

特開２００７−１８８７２号公報（図４等）JP 2007-18872 A (FIG. 4 etc.)

ところで、特許文献１に記載の従来技術では、原料混合器（蒸発混合器１３０ｂ）を構成するケーシングに、燃料ガスをケーシング内に導入する燃料導入管（燃料ガス供給管１３２ｂ）と、水をケーシング内に導入する液体導入管（水供給管１３４ｂ）とが設けられている。なお、原料混合器は外部から加熱されているため、液体導入管を介してケーシング内に導入された水は、ケーシングによって加熱されて気化され、水蒸気となる。   By the way, in the prior art described in Patent Document 1, in the casing constituting the raw material mixer (evaporation mixer 130b), a fuel introduction pipe (fuel gas supply pipe 132b) for introducing fuel gas into the casing, and water in the casing A liquid introduction pipe (water supply pipe 134b) to be introduced into the inside is provided. Since the raw material mixer is heated from the outside, the water introduced into the casing through the liquid introduction pipe is heated and vaporized by the casing to become steam.

ところが、水が気化して水蒸気になるときには体積が膨張するため、水蒸気に押されて燃料ガスが逆流する可能性がある。この場合、燃料ガスの供給が不安定になるため、十分な水素を得られなくなり、燃料電池での発電が不安定になるという問題がある。   However, since the volume expands when water is vaporized to become water vapor, there is a possibility that the fuel gas will flow backward due to being pushed by the water vapor. In this case, since the supply of the fuel gas becomes unstable, there is a problem that sufficient hydrogen cannot be obtained and the power generation in the fuel cell becomes unstable.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、燃料ガスの逆流を防止して燃料ガスの供給を安定させることにより、燃料電池での発電を安定させることができる燃料電池用原料供給装置を提供することにある。また、第２の目的は、上記の燃料電池用原料供給装置を備えた好適な燃料電池システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and a first object of the present invention is to stabilize the power generation in the fuel cell by preventing the back flow of the fuel gas and stabilizing the supply of the fuel gas. An object of the present invention is to provide a raw material supply device for a fuel cell. A second object is to provide a suitable fuel cell system including the fuel cell material supply device.

上記課題を解決するための手段（手段１）としては、包囲されて形成された内部領域に混合流路を有するケーシングと、気体状の第１原料を前記ケーシング内の前記混合流路に導入する第１原料導入管と、液体状の第２原料を前記ケーシング内の前記混合流路に導入する第２原料導入管と、前記混合流路内の前記第２原料を加熱して気化させる加熱部と、前記混合流路から前記第１原料及び前記第２原料を前記ケーシング外に導出する導出管とを有し、前記混合流路において前記第１原料及び前記加熱部によって気化された前記第２原料を混合して燃料電池の発電反応に利用される混合ガスを生成する原料混合器を備える燃料電池用原料供給装置であって、前記第１原料導入管の内端側及び前記第２原料導入管の内端側は、それぞれ前記混合流路に開口する開口部を有しており、前記混合ガスは、前記混合流路に沿って前記導出管側に流れるものであり、前記混合ガスが流れる方向に対して、前記第２原料導入管の開口部が、前記第１原料導入管の開口部の後方に配置されており、前記第２原料導入管の開口部は、前記混合流路に沿って前記導出管側に向けて前記混合ガスが流れる方向とは反対方向に開口していることを特徴とする燃料電池用原料供給装置がある。
また、上記課題を解決するための手段（手段３）としては、包囲されて形成された内部領域に混合流路を有するケーシングと、気体状の第１原料を前記ケーシング内の前記混合流路に導入する第１原料導入管と、液体状の第２原料を前記ケーシング内の前記混合流路に導入する第２原料導入管と、前記混合流路内の前記第２原料を加熱して気化させる加熱部と、前記混合流路から前記第１原料及び前記第２原料を前記ケーシング外に導出する導出管とを有し、前記混合流路において前記第１原料及び前記加熱部によって気化された前記第２原料を混合して燃料電池の発電反応に利用される混合ガスを生成する原料混合器を備える燃料電池用原料供給装置であって、前記第１原料導入管の内端側及び前記第２原料導入管の内端側は、それぞれ前記混合流路に開口する開口部を有しており、前記混合ガスは、前記混合流路に沿って前記導出管側に流れるものであり、前記混合ガスが流れる方向に対して、前記第２原料導入管の開口部が、前記第１原料導入管の開口部の後方に配置されており、前記第１原料導入管が前記混合流路に沿って前記導出管側に向けて前記混合ガスが流れる方向と同じ方向に延びるとともに、前記第２原料導入管が前記第１原料導入管に直交する方向に延びていることを特徴とする燃料電池用原料供給装置がある。 As means (means 1) for solving the above-mentioned problems, a casing having a mixing flow path in an enclosed inner region and a gaseous first raw material are introduced into the mixing flow path in the casing. A first raw material introduction pipe; a second raw material introduction pipe for introducing a liquid second raw material into the mixing flow path in the casing; and a heating unit for heating and vaporizing the second raw material in the mixing flow path. And a lead-out pipe for leading the first raw material and the second raw material out of the casing from the mixing flow path, and the second raw material vaporized by the first raw material and the heating unit in the mixing flow path A fuel cell raw material supply device comprising a raw material mixer that mixes raw materials to generate a mixed gas used in a power generation reaction of a fuel cell, the inner end side of the first raw material introduction pipe and the second raw material introduction The inner end side of the tube An opening that opens in the passage, and the mixed gas flows to the outlet tube side along the mixed flow path, and the second raw material introduction tube in the direction in which the mixed gas flows Is disposed behind the opening of the first raw material introduction pipe, and the opening of the second raw material introduction pipe is directed toward the outlet pipe along the mixing flow path. There is a raw material supply device for a fuel cell that is open in a direction opposite to the direction in which the fuel flows .
Moreover, as means (means 3) for solving the above-mentioned problems, a casing having a mixing channel in an enclosed inner region and a gaseous first raw material are supplied to the mixing channel in the casing. A first raw material introduction pipe to be introduced; a second raw material introduction pipe for introducing a liquid second raw material into the mixing flow path in the casing; and the second raw material in the mixing flow path is heated and vaporized. The heating unit, and a lead-out pipe for leading the first raw material and the second raw material out of the casing from the mixing channel, and the vaporized by the first raw material and the heating unit in the mixing channel A fuel cell raw material supply apparatus comprising a raw material mixer for mixing a second raw material to generate a mixed gas used for a power generation reaction of a fuel cell, wherein the second raw material supply device includes an inner end side of the first raw material introduction pipe and the second The inner end side of the material introduction pipe is the front An opening portion that opens to the mixing channel, and the mixed gas flows to the outlet pipe side along the mixing channel, and the second raw material with respect to a direction in which the mixed gas flows An opening of the introduction pipe is disposed behind the opening of the first raw material introduction pipe, and the first raw material introduction pipe flows along the mixing flow path toward the outlet pipe. There is a fuel cell raw material supply apparatus characterized in that the second raw material introduction pipe extends in a direction perpendicular to the first raw material introduction pipe while extending in the same direction as the direction.

手段１，３に記載の発明によると、混合ガスが流れる方向において、液体状の第２原料が流れる第２原料導入管の開口部が、気体状の第１原料が流れる第１原料導入管の開口部よりも後方に配置されている。このため、混合流路に導入された第２原料が加熱部によって気化されて膨張したとしても、混合流路に導入された第１原料が第２原料に押されて第１原料導入管内に逆流することを回避できる。その結果、第１原料の供給が安定するため、第１原料と第２原料とを混合して混合ガスを安定して生成することができる。しかも、膨張した第２原料の進行方向が混合ガスが流れる方向と同一になることにより、混合ガスが第２原料に押されて導出管側に流れるようになるため、混合ガスの供給が安定するようになる。ゆえに、燃料電池での発電を安定させることができる。 According to the first and third aspects of the invention, in the direction in which the mixed gas flows, the opening of the second raw material introduction pipe through which the liquid second raw material flows is the first raw material introduction pipe through which the gaseous first raw material flows. It arrange | positions back rather than an opening part. For this reason, even if the second raw material introduced into the mixing flow path is vaporized and expanded by the heating unit, the first raw material introduced into the mixing flow path is pushed by the second raw material and flows back into the first raw material introduction pipe. Can be avoided. As a result, since the supply of the first raw material is stable, the first raw material and the second raw material can be mixed to stably generate a mixed gas. In addition, since the traveling direction of the expanded second raw material becomes the same as the flow direction of the mixed gas, the mixed gas is pushed by the second raw material and flows toward the outlet tube, so that the supply of the mixed gas is stabilized. It becomes like this. Therefore, power generation in the fuel cell can be stabilized.

なお、燃料電池用原料供給装置が備える原料混合器は、気体状の第１原料をケーシング内の混合流路に導入する第１原料導入管と、液体状の第２原料をケーシング内の混合流路に導入する第２原料導入管とを有する。ここで、気体状の第１原料としては、例えば、炭化水素ガス、不活性ガス、水蒸気などが挙げられる。第１原料として炭化水素ガスを選択した場合、炭化水素ガスの種類は特に限定されないが、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等であることが好ましい。また、第１原料として不活性ガスを選択した場合、不活性ガスの種類は特に限定されないが、例えば、窒素、アルゴン等であることが好ましい。なお、１種類の第１原料のみを用いてもよく、複数種類の第１原料を併用してもよい。また、第２原料と同じ原料を気化したものを第１原料として用いてもよく、複数種類の第２原料を気化したものを用いることもできる。   Note that the raw material mixer provided in the fuel cell raw material supply device includes a first raw material introduction pipe for introducing a gaseous first raw material into a mixing flow path in the casing, and a mixed second raw material in the casing. And a second raw material introduction pipe introduced into the path. Here, as a gaseous 1st raw material, hydrocarbon gas, an inert gas, water vapor | steam, etc. are mentioned, for example. When hydrocarbon gas is selected as the first raw material, the type of hydrocarbon gas is not particularly limited, but is preferably natural gas, naphtha, coal gasification gas, or the like. In addition, when an inert gas is selected as the first raw material, the type of the inert gas is not particularly limited, but is preferably nitrogen, argon, or the like. Only one type of first raw material may be used, or a plurality of types of first raw materials may be used in combination. Moreover, what vaporized the same raw material as a 2nd raw material may be used as a 1st raw material, and what vaporized several types of 2nd raw materials can also be used.

一方、液体状の第２原料としては、例えば、液状炭化水素、液状アルコール、水などが挙げられる。第２原料として液状炭化水素を選択した場合、液状炭化水素の種類は特に限定されないが、例えば、ヘキサン、１−ヘキセン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、ベンゼン等であることが好ましい。また、第２原料として液状アルコールを選択した場合、液状アルコールの種類は特に限定されないが、例えば、エチルアルコール（エタノール）、メチルアルコール（メタノール）、プロピルアルコール等であることが好ましい。なお、第２原料は水であるとともに、第１原料は炭化水素ガスであることが好ましい。   On the other hand, examples of the liquid second raw material include liquid hydrocarbons, liquid alcohols, and water. When liquid hydrocarbon is selected as the second raw material, the type of liquid hydrocarbon is not particularly limited, but for example, hexane, 1-hexene, cyclohexane, cyclohexene, benzene and the like are preferable. In addition, when liquid alcohol is selected as the second raw material, the type of liquid alcohol is not particularly limited, but is preferably ethyl alcohol (ethanol), methyl alcohol (methanol), propyl alcohol, or the like. The second raw material is preferably water and the first raw material is preferably a hydrocarbon gas.

また、第１原料導入管の内端側及び第２原料導入管の内端側は、それぞれ混合流路に開口する開口部を有している。ここで、「内端側」とは、第１，第２原料導入管の内端の「端面」の他に、端面の付近の部位（端部）も含んでいる。なお、手段１に記載の発明において、第２原料導入管の開口部は、混合流路に沿って導出管側に向けて混合ガスが流れる方向とは反対方向に開口している。このようにすれば、第２原料の導入方向が、混合ガスが流れる方向とは反対方向になるため、第１原料導入管の開口部と第２原料導入管の開口部とを最大限に離間させることが可能となる。ゆえに、混合流路に導入された第２原料が気化されて膨張したとしても、膨張した第２原料は第１原料導入管の開口部に到達しにくくなる。その結果、第１原料が膨張した第２原料に押されて第１原料導入管内に逆流する可能性が小さくなる。よって、第１原料の供給がよりいっそう安定し、混合ガスがより確実に生成されるため、燃料電池での発電がよりいっそう安定する。なお、第２原料導入管の開口部は、第１原料導入管の開口部と同じ方向に開口していてもよい。このようにした場合、第２原料導入管を第１原料導入管と同じ形状に形成できるため、原料混合器の構造を簡略化することができる。 Further, the inner end side of the first raw material introduction tube and the inner end side of the second raw material introduction tube each have an opening that opens into the mixing flow path. Here, the “inner end side” includes not only the “end face” of the inner end of the first and second raw material introduction pipes but also a portion (end part) near the end face. Incidentally, in the invention according to the means 1, the opening portion of the second material introducing pipe, the direction in which the mixed gas flows toward the outlet pipe side along a mixing channel that has opened in the opposite direction. In this way, the direction of introduction of the second raw material is opposite to the direction in which the mixed gas flows, so that the opening of the first raw material introduction pipe and the opening of the second raw material introduction pipe are separated as much as possible. It becomes possible to make it. Therefore, even if the second raw material introduced into the mixing channel is vaporized and expanded, the expanded second raw material becomes difficult to reach the opening of the first raw material introduction pipe. As a result, the possibility that the first raw material is pushed by the expanded second raw material and flows back into the first raw material introduction pipe is reduced. Therefore, the supply of the first raw material is further stabilized, and the mixed gas is more reliably generated, so that the power generation in the fuel cell is further stabilized. The opening of the second raw material introduction pipe may be opened in the same direction as the opening of the first raw material introduction pipe. In this case, since the second raw material introduction pipe can be formed in the same shape as the first raw material introduction pipe, the structure of the raw material mixer can be simplified.

また、手段３に記載の発明では、第１原料導入管が混合流路に沿って導出管側に向けて混合ガスが流れる方向と同じ方向に延びるとともに、第２原料導入管が第１原料導入管に直交する方向に延びている。このようにすれば、第１原料導入管を流れてきた第１原料が第２原料に押されたとしても、第１原料が第１原料導入管内に逆流しにくくなる。その結果、第１原料の供給がよりいっそう安定し、混合ガスがより確実に生成されるため、安定した燃料改質が可能となり、燃料電池での発電がよりいっそう安定する。 In the invention described in the means 3, the first raw material introduction pipe extends in the same direction as the mixed gas flows along the mixing flow path toward the outlet pipe side, and the second raw material introduction pipe is provided with the first raw material introduction pipe. that extend in a direction perpendicular to the tube. If it does in this way, even if the 1st raw material which has flowed through the 1st raw material introduction pipe is pushed by the 2nd raw material, it will become difficult to flow back into the 1st raw material introduction pipe. As a result, the supply of the first raw material is further stabilized and the mixed gas is more reliably generated, so that stable fuel reforming is possible, and power generation in the fuel cell is further stabilized.

しかも、第２原料導入管は、ケーシングの内壁から混合流路に延びる第１管部と、第１管部の先端側に連結され、混合流路に沿って導出管側に向けて混合ガスが流れる方向とは反対方向に延びる第２管部とを備え、第２原料導入管の開口部が、第２管部に形成されることが好ましい。このようにすれば、第２原料導入管が一直線上に延びる管である場合に比べて、第２原料導入管の開口部を第１原料導入管の開口部から離間させることができる。この場合、第２原料導入管の開口部から混合流路に導入された第２原料が加熱部によって気化されて膨張したとしても、膨張した第２原料が第１原料導入管の開口部に到達しにくくなるため、第１原料が第２原料に押されて第１原料導入管内に逆流しにくくなる。その結果、第１原料の供給がよりいっそう安定し、混合ガスがより確実に生成されるため、安定した燃料改質が可能となり、燃料電池での発電がよりいっそう安定する。   In addition, the second raw material introduction pipe is connected to the first pipe portion extending from the inner wall of the casing to the mixing flow path and the distal end side of the first pipe section, and the mixed gas flows toward the outlet pipe side along the mixing flow path. It is preferable that a second pipe portion extending in a direction opposite to the flowing direction is provided, and an opening of the second raw material introduction pipe is formed in the second pipe portion. In this way, the opening of the second raw material introduction pipe can be separated from the opening of the first raw material introduction pipe as compared with the case where the second raw material introduction pipe is a pipe extending in a straight line. In this case, even if the second raw material introduced into the mixing channel from the opening of the second raw material introduction pipe is vaporized and expanded by the heating unit, the expanded second raw material reaches the opening of the first raw material introduction pipe. Therefore, the first raw material is pushed by the second raw material and is difficult to flow back into the first raw material introduction pipe. As a result, the supply of the first raw material is further stabilized and the mixed gas is more reliably generated, so that stable fuel reforming is possible, and power generation in the fuel cell is further stabilized.

なお、第２原料導入管は加熱部に熱伝導可能に接触していることが好ましい。このようにすれば、加熱部の熱が第２原料導入管内を流れる第２原料に伝わりやすくなる。よって、第２原料が確実に加熱されるため、第２原料を安定的に気化させることができる。さらに、第２原料導入管が第１管部と第２管部とを備える場合、第１管部が加熱部から離間する一方、第２管部が加熱部に熱伝導可能に接触していることが好ましい。このようにした場合、第２原料導入管と加熱部との接触面積が小さくなるため、第２原料導入管内での第２原料の気化が最小限に抑えられる。その結果、気化されない微量の不純物が第２原料導入管内に蓄積することに起因した第２原料導入管の閉塞が防止されるため、第２原料の供給が安定し、燃料電池用原料供給装置の信頼性が向上する。   In addition, it is preferable that the 2nd raw material introduction pipe is contacting the heating part so that heat conduction is possible. If it does in this way, it will become easy to transmit the heat of a heating part to the 2nd raw material which flows through the inside of the 2nd raw material introduction pipe. Therefore, since the second raw material is reliably heated, the second raw material can be stably vaporized. Further, when the second raw material introduction tube includes the first tube portion and the second tube portion, the first tube portion is separated from the heating portion, while the second tube portion is in contact with the heating portion so as to conduct heat. It is preferable. In this case, since the contact area between the second raw material introduction pipe and the heating unit is reduced, vaporization of the second raw material in the second raw material introduction pipe can be minimized. As a result, since the clogging of the second raw material introduction pipe caused by the accumulation of a small amount of impurities not vaporized in the second raw material introduction pipe is prevented, the supply of the second raw material is stabilized, and the fuel cell raw material supply apparatus Reliability is improved.

また、加熱部は、ケーシングに熱伝導可能に接触し、燃料電池での発電反応によって加熱されて燃料電池から排出された排ガスが流れる排ガス流路構造体を備え、液体状の第２原料が、排ガス流路構造体に導入した排ガスとの間で熱交換を行うことにより、加熱されて気化されることが好ましい。このようにした場合、排ガス流路構造体を流れる排ガスの熱が第２原料の気化に用いられるため、燃料電池用原料供給装置全体の効率を向上させることができる。   The heating unit includes an exhaust gas flow channel structure that is in contact with the casing so as to be capable of conducting heat, flows through the exhaust gas that is heated by the power generation reaction in the fuel cell, and is discharged from the fuel cell. It is preferably heated and vaporized by exchanging heat with the exhaust gas introduced into the exhaust gas flow channel structure. In this case, since the heat of the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow channel structure is used for vaporization of the second raw material, the efficiency of the entire fuel cell raw material supply apparatus can be improved.

なお、第２原料導入管が、ケーシングの内壁から混合流路に延びる第１管部と、第１管部の先端側に連結され、混合流路に沿って導出管側に向けて混合ガスが流れる方向とは反対方向に延びる第２管部とを備え、第１管部が排ガス流路構造体から離間する一方、第２管部が排ガス流路構造体に熱伝導可能に接触する場合、排ガス流路構造体内の排ガスと第２管部内の第２原料とが同じ方向に流れることが好ましい。このようにした場合、第２管部が排ガス流路構造体に接触するため、第２原料を第２管部内で効率的に加熱することができる。また、排ガス流路構造体内の排ガスと第２管部内の第２原料とが同じ方向に流れるため、第２管部の内端は、排ガス流路構造体の下流部分に接触するようになる。なお、排ガス流路構造体の下流部分を流れる排ガスの温度は、上流部分を流れる排ガスの温度よりも低い。よって、第２管部の内端は、排ガスの温度が相対的に低い部分に接触するため、第２原料が第２原料導入管の内端からケーシング内に導入された際に、第２原料が急激に気化する可能性を小さくすることができる。   The second raw material introduction pipe is connected to the first pipe section extending from the inner wall of the casing to the mixing flow path and the tip side of the first pipe section, and the mixed gas flows toward the outlet pipe side along the mixing flow path. A second pipe portion extending in a direction opposite to the flow direction, and the first pipe portion is separated from the exhaust gas flow channel structure, while the second pipe portion is in contact with the exhaust gas flow channel structure in a heat conductive manner, It is preferable that the exhaust gas in the exhaust gas flow channel structure and the second raw material in the second pipe part flow in the same direction. In such a case, since the second pipe part comes into contact with the exhaust gas flow channel structure, the second raw material can be efficiently heated in the second pipe part. Moreover, since the exhaust gas in the exhaust gas flow channel structure and the second raw material in the second pipe part flow in the same direction, the inner end of the second pipe part comes into contact with the downstream portion of the exhaust gas flow channel structure. Note that the temperature of the exhaust gas flowing through the downstream portion of the exhaust gas flow channel structure is lower than the temperature of the exhaust gas flowing through the upstream portion. Therefore, since the inner end of the second pipe portion is in contact with a portion where the temperature of the exhaust gas is relatively low, the second raw material is introduced when the second raw material is introduced into the casing from the inner end of the second raw material introduction pipe. The possibility of sudden vaporization can be reduced.

また、燃料電池用原料供給装置は、原料混合器から供給された混合ガスを改質することによって水素を生成し、生成した水素を燃料電池に供給する改質器をさらに備えることが好ましい。このようにすれば、既存の第１原料及び第２原料を混合して得られた混合ガスを用いて、燃料電池の発電反応に必要な水素を得ることができる。   The fuel cell raw material supply device preferably further includes a reformer that generates hydrogen by reforming the mixed gas supplied from the raw material mixer and supplies the generated hydrogen to the fuel cell. If it does in this way, hydrogen required for the power generation reaction of a fuel cell can be obtained using the mixed gas obtained by mixing the existing 1st raw material and the 2nd raw material.

なお、上記手段１において、前記ケーシングを構成する複数の壁部の少なくとも１つが、前記ケーシングの内部領域と前記ケーシングに隣接する前記加熱部とを区画する区画壁である場合には、前記区画壁に前記第２原料導入管を熱伝導可能に接触させることができる。   In the above-mentioned means 1, when at least one of the plurality of wall portions constituting the casing is a partition wall that partitions an inner region of the casing and the heating portion adjacent to the casing, the partition wall The second raw material introduction pipe can be brought into contact with each other so as to be capable of conducting heat.

さらに、複数の壁部の少なくとも１つが区画壁である場合には、前記ケーシングの高さ方向の長さを、前記ケーシングの横方向の長さよりも短く設定し、前記ケーシングの下側に、前記加熱部を前記区画壁を介して配置することもできる。   Furthermore, when at least one of the plurality of wall portions is a partition wall, the length in the height direction of the casing is set to be shorter than the length in the lateral direction of the casing, A heating part can also be arrange | positioned through the said partition wall.

また、前記第２原料導入管が、前記ケーシングの内壁から前記混合流路に延びる第１管部と、前記第１管部の先端側に連結され、前記第１管部内を流れてきた前記第２原料の進行方向を変更させる方向に延びる進行方向変更部と、前記進行方向変更部の先端側に連結され、前記混合流路に沿って前記導出管側に向けて前記混合ガスが流れる方向とは反対方向に延びる第２管部とを備える場合には、前記第１管部を前記加熱部から離間させる一方、前記第２管部を前記加熱部に接触させることができる。なお、この場合、前記第１管部の長さを、前記第２管部の長さよりも長くすることもできる。   In addition, the second raw material introduction pipe is connected to the first pipe part extending from the inner wall of the casing to the mixing flow path and the distal end side of the first pipe part, and flows through the first pipe part. A traveling direction changing portion extending in a direction to change the traveling direction of the two raw materials, a direction connected to a tip side of the traveling direction changing portion, and a direction in which the mixed gas flows toward the outlet pipe along the mixing flow path; When a 2nd pipe part extended in the opposite direction is provided, the 2nd pipe part can be made to contact the heating part while separating the 1st pipe part from the heating part. In this case, the length of the first tube portion can be made longer than the length of the second tube portion.

上記課題を解決するための別の手段（手段２）としては、上記手段１または３に記載の燃料電池用原料供給装置と、前記燃料電池を構成し、電解質層と、前記電解質層の両側に配置される燃料電極層及び空気電極層とを有する発電セルを備え、前記発電セルでの発電反応により電力を発生する燃料電池スタックと、熱交換媒体と、前記燃料電池での発電反応後に前記燃料電池から排出された排ガスとの間で熱交換を行う排ガス熱交換装置とを備えたことを特徴とする燃料電池システムがある。 As another means (means 2) for solving the above-mentioned problem, the fuel cell material supply device according to the above means 1 or 3 and the fuel cell are configured, and an electrolyte layer and both sides of the electrolyte layer are provided. A fuel cell stack having a fuel electrode layer and an air electrode layer disposed; a fuel cell stack for generating power by a power generation reaction in the power generation cell; a heat exchange medium; and the fuel after the power generation reaction in the fuel cell. there is a fuel cell system is characterized in that a flue gas heat exchanger for exchanging heat between the exhaust gas discharged from the battery.

手段２に記載の発明によると、燃料電池用原料供給装置が備える原料混合器では、混合ガスが流れる方向において、液体状の第２原料が流れる第２原料導入管の開口部が、気体状の第１原料が流れる第１原料導入管の開口部よりも後方に配置されている。このため、混合流路に導入された第２原料が加熱部によって気化されて膨張したとしても、混合流路に導入された第１原料が第２原料に押されて第１原料導入管内に逆流することを回避できる。その結果、第１原料の供給が安定するため、第１原料と第２原料とを混合して混合ガスを安定して生成することができる。しかも、膨張した第２原料の進行方向が混合ガスが流れる方向と同一になることにより、混合ガスが第２原料に押されて導出管側に流れるようになるため、混合ガスの供給が安定するようになる。ゆえに、燃料電池での発電を安定させることができる。従って、信頼性が高い燃料電池用原料供給装置を備えた好適な燃料電池システムを提供することができる。   According to the invention described in the means 2, in the raw material mixer provided in the fuel cell raw material supply device, the opening of the second raw material introduction pipe through which the liquid second raw material flows in the direction in which the mixed gas flows is gaseous. It arrange | positions back rather than the opening part of the 1st raw material introduction pipe | tube through which a 1st raw material flows. For this reason, even if the second raw material introduced into the mixing flow path is vaporized and expanded by the heating unit, the first raw material introduced into the mixing flow path is pushed by the second raw material and flows back into the first raw material introduction pipe. Can be avoided. As a result, since the supply of the first raw material is stable, the first raw material and the second raw material can be mixed to stably generate a mixed gas. In addition, since the traveling direction of the expanded second raw material becomes the same as the flow direction of the mixed gas, the mixed gas is pushed by the second raw material and flows toward the outlet tube, so that the supply of the mixed gas is stabilized. It becomes like this. Therefore, power generation in the fuel cell can be stabilized. Accordingly, it is possible to provide a suitable fuel cell system including a highly reliable fuel cell material supply device.

ここで、燃料電池としては、例えば、ＺｒＯ２系セラミックなどを電解質とする固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、高分子電解質膜を電解質とする固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、Ｌｉ−Ｎａ／Ｋ系炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸を電解質とするリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）などの燃料電池が挙げられる。なお、燃料電池の稼動温度（即ち、イオンが電解質中を移動可能となる温度）は、燃料電池の種類ごとに異なっている。具体的に言うと、ＳＯＦＣの稼動温度は７００℃〜１０００℃程度、ＰＥＦＣの稼動温度は常温〜９０℃程度、ＭＣＦＣの稼動温度は６５０℃〜７００℃程度、ＰＡＦＣの稼動温度は１５０℃〜２００℃程度である。 Here, as the fuel cell, for example, a solid oxide fuel cell (SOFC) using a ZrO 2 ceramic as an electrolyte, a solid polymer fuel cell (PEFC) using a polymer electrolyte membrane as an electrolyte, Li-Na, and the like. Fuel cells such as a molten carbonate fuel cell (MCFC) using an / K-based carbonate as an electrolyte, and a phosphoric acid fuel cell (PAFC) using phosphoric acid as an electrolyte. Note that the operating temperature of the fuel cell (that is, the temperature at which ions can move in the electrolyte) differs for each type of fuel cell. Specifically, the operating temperature of SOFC is about 700 ° C. to 1000 ° C., the operating temperature of PEFC is about room temperature to about 90 ° C., the operating temperature of MCFC is about 650 ° C. to 700 ° C., and the operating temperature of PAFC is 150 ° C. to 200 ° C. It is about ℃.

また、燃料電池システムを構成する燃料電池スタックは発電セルを備えている。燃料電池がＳＯＦＣである場合、発電セルを構成する電解質層（固体酸化物層）の形成材料としては、例えばＺｒＯ２系セラミック、ＬａＧａＯ３系セラミック、ＢａＣｅＯ３系セラミック、ＳｒＣｅＯ３系セラミック、ＳｒＺｒＯ３系セラミック、ＣａＺｒＯ３系セラミックなどがある。 Further, the fuel cell stack constituting the fuel cell system includes a power generation cell. When the fuel cell is an SOFC, examples of the material for forming an electrolyte layer (solid oxide layer) constituting the power generation cell include ZrO 2 ceramic, LaGaO 3 ceramic, BaCeO 3 ceramic, SrCeO 3 ceramic, SrZrO 3. Type ceramics and CaZrO 3 type ceramics.

さらに、発電セルを構成する燃料電極層は、発電セルにおける負電極として機能する。ここで、燃料電極層の形成材料としては、例えば、希土類元素（Ｓｃ、Ｙなど）により安定化されたＺｒＯ２系セラミック、及び、希土類元素（Ｓｍ、Ｇｄなど）をドープしたＣｅＯ２系セラミック等のうち、少なくとも１つのセラミック材料と、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｆｅ等の金属材料及びそれら金属材料の合金のうちの少なくとも１つと、を混合した金属セラミック材料の混合物（サーメット）を使用することができる。 Furthermore, the fuel electrode layer constituting the power generation cell functions as a negative electrode in the power generation cell. Here, as the material for forming the fuel electrode layer, for example, ZrO 2 ceramics stabilized by rare earth elements (Sc, Y, etc.), CeO 2 ceramics doped with rare earth elements (Sm, Gd, etc.), etc. Metal ceramic material in which at least one ceramic material is mixed with at least one of metal materials such as Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, Rh, Ni, Fe and alloys of these metal materials A mixture of cermets can be used.

発電セルを構成する空気電極層は、発電セルにおける正電極として機能する。ここで、空気電極層の形成材料としては、例えば、金属材料、金属の酸化物、金属の複合酸化物などを挙げることができる。金属材料の好適例としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ等やそれらの合金などがある。金属の酸化物の好適例としては、例えば、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅの酸化物（Ｌａ２Ｏ３、ＳｒＯ、Ｃｅ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＦｅＯ）などがある。金属の複合酸化物の好適例としては、例えば、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎを含有する複合酸化物（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＦｅＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ3系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３系複合酸化物、Ｐｒ１−ｘＢａｘＣｏＯ３系複合酸化物、Ｓｍ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複合酸化物）などがある。 The air electrode layer constituting the power generation cell functions as a positive electrode in the power generation cell. Here, examples of the material for forming the air electrode layer include metal materials, metal oxides, metal composite oxides, and the like. Preferable examples of the metal material include Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, Rh, etc., and alloys thereof. Preferable examples of the metal oxide include La, Sr, Ce, Co, Mn, Fe oxide (La 2 O 3 , SrO, Ce 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO 2 , FeO), etc. There is. Preferable examples of metal composite oxides include, for example, composite oxides containing La, Pr, Sm, Sr, Ba, Co, Fe, and Mn (La 1-x Sr x CoO 3 -based composite oxide, La 1 -X Sr x FeO 3 composite oxide, La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3 composite oxide, La 1-x Sr x MnO 3 composite oxide, Pr 1-x Ba x CoO 3 type composite oxide, Sm 1-x Sr x CoO 3 type composite oxide) and the like.

本実施形態における燃料電池システムの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the fuel cell system in this embodiment. 燃料電池システムを示す概略斜視図。1 is a schematic perspective view showing a fuel cell system. 燃料電池システムを示す概略背面図。The schematic rear view which shows a fuel cell system. 原料混合器を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows a raw material mixer. 原料混合器を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows a raw material mixer. 他の実施形態における原料混合器を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the raw material mixer in other embodiment. 他の実施形態における原料混合器を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the raw material mixer in other embodiment. 他の実施形態における原料混合器を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the raw material mixer in other embodiment. 他の実施形態における原料混合器を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the raw material mixer in other embodiment. 他の実施形態における原料混合器を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the raw material mixer in other embodiment. 他の実施形態における原料混合器を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the raw material mixer in other embodiment. 他の実施形態における原料混合器を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the raw material mixer in other embodiment. 他の実施形態における原料混合器を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the raw material mixer in other embodiment. 他の実施形態における原料混合器を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the raw material mixer in other embodiment. 他の実施形態における原料混合器を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the raw material mixer in other embodiment.

以下、本発明を燃料電池システム１に具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a fuel cell system 1 will be described in detail with reference to the drawings.

図１に示されるように、燃料電池システム１は、燃料電池用原料供給装置１０、燃料電池２０及び排ガス熱交換装置３０を備えている。燃料電池２０を構成する燃料電池スタック２１には、燃料電池スタック２１に混合ガスを供給する混合ガス供給流路１０１が接続されている。なお、本実施形態の混合ガスは、燃料電池２０の発電反応に利用されるものである。混合ガスは、気体状の第１原料である燃料ガス（本実施形態では、メタンやプロパン等の炭化水素ガス）と、液体状の第２原料である水を気化した水蒸気とを混合することにより生成されるようになっている。また、混合ガス供給流路１０１は、燃料電池スタック２１に設けられた改質層２２（改質器）を介して、燃料電池スタック２１の燃料供給経路（図示略）に連通している。改質層２２は、改質用の触媒（例えばルテニウム、あるいはニッケル）を用いて混合ガスを水蒸気改質させることにより、水素を得るためのものである。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel cell material supply device 10, a fuel cell 20, and an exhaust gas heat exchange device 30. A mixed gas supply channel 101 that supplies a mixed gas to the fuel cell stack 21 is connected to the fuel cell stack 21 that constitutes the fuel cell 20. Note that the mixed gas of the present embodiment is used for the power generation reaction of the fuel cell 20. The mixed gas is obtained by mixing a fuel gas (a hydrocarbon gas such as methane or propane in the present embodiment) that is a gaseous first raw material with water vapor that vaporizes water that is a liquid second raw material. It is to be generated. Further, the mixed gas supply channel 101 communicates with a fuel supply path (not shown) of the fuel cell stack 21 via a reforming layer 22 (reformer) provided in the fuel cell stack 21. The reforming layer 22 is for obtaining hydrogen by steam reforming the mixed gas using a reforming catalyst (for example, ruthenium or nickel).

また図１に示されるように、混合ガス供給流路１０１は、上流側において、燃料ガス供給管１０２及び水供給管１０３に分岐している。燃料ガス供給管１０２上には、電磁弁１０４及び燃料ポンプ１０５が設置されている。電磁弁１０４は、燃料ガス供給管１０２を開状態または閉状態に切り替えるようになっている。電磁弁１０４は、開状態に切り替えられた際に、燃料ガスを下流側に供給可能とするようになっている。なお、本実施形態の電磁弁１０４は、図示しないソレノイドにより作動する電磁弁である。燃料ポンプ１０５は、電磁弁１０４の下流側に配置されており、上流側から供給されてきた燃料ガスを燃料電池スタック２１側に供給するようになっている。一方、水供給管１０３上には、水タンク１０６及び水ポンプ１０７が設置されている。水タンク１０６は、水を貯留するためのものである。水ポンプ１０７は、水タンク１０６の下流側に配置されており、水タンク１０６内の水を燃料電池スタック２１側に供給するようになっている。   Further, as shown in FIG. 1, the mixed gas supply channel 101 is branched into a fuel gas supply pipe 102 and a water supply pipe 103 on the upstream side. An electromagnetic valve 104 and a fuel pump 105 are installed on the fuel gas supply pipe 102. The electromagnetic valve 104 is configured to switch the fuel gas supply pipe 102 to an open state or a closed state. When the solenoid valve 104 is switched to the open state, the fuel gas can be supplied to the downstream side. Note that the electromagnetic valve 104 of the present embodiment is an electromagnetic valve that is operated by a solenoid (not shown). The fuel pump 105 is disposed on the downstream side of the electromagnetic valve 104 and supplies the fuel gas supplied from the upstream side to the fuel cell stack 21 side. On the other hand, a water tank 106 and a water pump 107 are installed on the water supply pipe 103. The water tank 106 is for storing water. The water pump 107 is disposed on the downstream side of the water tank 106 and supplies water in the water tank 106 to the fuel cell stack 21 side.

図１に示されるように、燃料電池スタック２１には、燃料電池スタック２１に空気を供給する空気供給流路１１１が接続されている。空気供給流路１１１は、燃料電池スタック２１の空気供給経路（図示略）に連通している。また、空気供給流路１１１上には、空気ポンプ１１２及び熱交換器１１３が設置されている。空気ポンプ１１２は、外部から取り入れた空気を熱交換器１１３に供給するようになっている。熱交換器１１３は、燃料電池スタック２１での発電反応時に燃料電池スタック２１から発生する熱によって、空気ポンプ１１２から供給された空気（酸化剤ガス）の温度を上昇させる機能（予熱を行う機能）を有している。そして、熱交換器１１３は、加熱された空気を燃料電池スタック２１に供給するようになっている。なお、発電後の使用済みガスなどの排ガスは、排出流路１１４を介して燃料電池スタック２１から排ガス熱交換装置３０に排出される。   As shown in FIG. 1, an air supply channel 111 that supplies air to the fuel cell stack 21 is connected to the fuel cell stack 21. The air supply passage 111 communicates with an air supply path (not shown) of the fuel cell stack 21. An air pump 112 and a heat exchanger 113 are installed on the air supply channel 111. The air pump 112 supplies air taken from outside to the heat exchanger 113. The heat exchanger 113 has a function of increasing the temperature of the air (oxidant gas) supplied from the air pump 112 by the heat generated from the fuel cell stack 21 during a power generation reaction in the fuel cell stack 21 (function of performing preheating). have. The heat exchanger 113 supplies heated air to the fuel cell stack 21. Exhaust gas such as used gas after power generation is discharged from the fuel cell stack 21 to the exhaust gas heat exchange device 30 via the discharge channel 114.

図１に示されるように、燃料電池２０を構成する起動用バーナー４０には、起動用バーナー４０に空気及び着火用ガスを供給するガス供給流路１２１が接続されている。ガス供給流路１２１は、上流側において、空気供給管１２２及び着火用ガス供給管１２３に分岐している。空気供給管１２２上には、空気ブロワ１２４が設置されている。空気ブロワ１２４は、外部から取り入れた空気を起動用バーナー４０に供給するようになっている。一方、着火用ガス供給管１２３上には、電磁弁１２５が設置されている。電磁弁１２５は、着火用ガス供給管１２３を開状態または閉状態に切り替えるようになっている。電磁弁１２５は、開状態に切り替えられた際に、下流側に着火用ガスを供給可能とするようになっている。なお、本実施形態の電磁弁１２５は、図示しないソレノイドにより作動する電磁弁である。   As shown in FIG. 1, a gas supply passage 121 that supplies air and ignition gas to the activation burner 40 is connected to the activation burner 40 that constitutes the fuel cell 20. The gas supply channel 121 is branched into an air supply pipe 122 and an ignition gas supply pipe 123 on the upstream side. An air blower 124 is installed on the air supply pipe 122. The air blower 124 supplies air taken from outside to the activation burner 40. On the other hand, an electromagnetic valve 125 is installed on the ignition gas supply pipe 123. The solenoid valve 125 is configured to switch the ignition gas supply pipe 123 to an open state or a closed state. When the solenoid valve 125 is switched to the open state, the ignition gas can be supplied to the downstream side. Note that the electromagnetic valve 125 of the present embodiment is an electromagnetic valve that is operated by a solenoid (not shown).

そして図１に示されるように、空気供給管１２２と着火用ガス供給管１２３との接続部分には、比例弁１２６が設置されている。比例弁１２６は、空気供給管１２２から起動用バーナー４０に供給される空気の量と、着火用ガス供給管１２３から起動用バーナー４０に供給される着火用ガスの量との割合（空燃比）を調整するようになっている。なお、起動用バーナー４０に送り込まれた空気及び着火用ガスは、図示しない着火源によって着火され、断熱容器１２７内を加熱するようになっている。   As shown in FIG. 1, a proportional valve 126 is installed at a connection portion between the air supply pipe 122 and the ignition gas supply pipe 123. The proportional valve 126 is a ratio between the amount of air supplied from the air supply pipe 122 to the activation burner 40 and the amount of ignition gas supplied from the ignition gas supply pipe 123 to the activation burner 40 (air-fuel ratio). To be adjusted. Note that the air and the ignition gas sent to the starter burner 40 are ignited by an ignition source (not shown) to heat the inside of the heat insulating container 127.

なお、本実施形態の燃料電池２０は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。燃料電池２０は、発電反応により電力を発生する燃料電池スタック２１を備えている。また、燃料電池２０は、熱交換器１１３、起動用バーナー４０及び原料混合器５０等を備えている。なお、燃料電池２０の稼動温度は高温（本実施形態では６００℃〜１０００℃）であるため、燃料電池スタック２１、熱交換器１１３、起動用バーナー４０及び原料混合器５０は、断熱容器１２７内に収容されて保護されている。   Note that the fuel cell 20 of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC). The fuel cell 20 includes a fuel cell stack 21 that generates electric power through a power generation reaction. Further, the fuel cell 20 includes a heat exchanger 113, an activation burner 40, a raw material mixer 50, and the like. Since the operating temperature of the fuel cell 20 is high (600 to 1000 ° C. in the present embodiment), the fuel cell stack 21, the heat exchanger 113, the starter burner 40, and the raw material mixer 50 are included in the heat insulating container 127. It is housed and protected.

図１〜図３に示されるように、起動用バーナー４０は、略平板状をなし、燃料電池スタック２１を下方から支持するようになっている。また、起動用バーナー４０は、原料混合器５０の側面に近接して配置されている。起動用バーナー４０は、燃料電池スタック２１を稼動温度（例えば７００℃）まで加熱するとともに、原料混合器５０内を流れる水を加熱して気化させるようになっている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the activation burner 40 has a substantially flat plate shape and supports the fuel cell stack 21 from below. The activation burner 40 is disposed close to the side surface of the raw material mixer 50. The activation burner 40 heats the fuel cell stack 21 to the operating temperature (for example, 700 ° C.) and heats and vaporizes the water flowing in the raw material mixer 50.

また、燃料電池スタック２１は、縦１８０ｍｍ×横１８０ｍｍ×高さ８０ｍｍの略直方体状をなしている。さらに、燃料電池スタック２１の上面上には、熱交換器１１３によって加熱された空気（酸化剤ガス）をさらに加熱する酸化剤ガス予熱層２３（図１参照）が積層されている。また、燃料電池スタック２１の下面上には、排ガスの完全燃焼を促すためのオフガス燃焼層２４（図１参照）が積層されている。そして、オフガス燃焼層２４の下面上には、上記した改質層２２が積層されている。なお、燃料電池スタック２１は、発電の最小単位である略矩形状の発電セル（図示略）を複数積層してなるものである。発電セルは、セパレータ、空気電極層、電解質層及び燃料電極層などを積層することによって構成されている。   The fuel cell stack 21 has a substantially rectangular parallelepiped shape with a length of 180 mm × width of 180 mm × height of 80 mm. Further, an oxidant gas preheating layer 23 (see FIG. 1) for further heating the air (oxidant gas) heated by the heat exchanger 113 is laminated on the upper surface of the fuel cell stack 21. Further, an off-gas combustion layer 24 (see FIG. 1) for promoting complete combustion of exhaust gas is laminated on the lower surface of the fuel cell stack 21. The above-described modified layer 22 is laminated on the lower surface of the offgas combustion layer 24. The fuel cell stack 21 is formed by laminating a plurality of substantially rectangular power generation cells (not shown), which is the minimum unit of power generation. The power generation cell is configured by laminating a separator, an air electrode layer, an electrolyte layer, a fuel electrode layer, and the like.

セパレータは、ステンレスなどの導電性材料によって矩形状に形成されており、中央部に矩形状の開口部を有している。また、電解質層は、例えばＺｒＯ２などのセラミック材料（酸化物）によって矩形状に形成されている。電解質層は、セパレータの下面に固定されるとともに、セパレータの開口部を塞ぐように配置されている。電解質層は、酸素イオン伝導性固体電解質体として機能するようになっている。また、電解質層の上面には、燃料電池スタック２１に供給された空気に接する空気電極層が貼付され、電解質の下面には、同じく燃料電池スタック２１に供給された燃料ガスに接する燃料電極層が貼付されている。即ち、空気電極層及び燃料電極層は、電解質層の両側に配置されている。また、空気電極層は、セパレータの開口部内に配置され、セパレータと接触しないようになっている。さらに、空気電極層は、金属の複合酸化物によって矩形板状に形成され、燃料電極層は、金属材料とセラミック材料との混合物（本実施形態ではサーメット）によって同じく矩形板状に形成されている。   The separator is formed in a rectangular shape using a conductive material such as stainless steel, and has a rectangular opening at the center. Further, the electrolyte layer is formed in a rectangular shape by a ceramic material (oxide) such as ZrO 2. The electrolyte layer is fixed to the lower surface of the separator and is disposed so as to close the opening of the separator. The electrolyte layer functions as an oxygen ion conductive solid electrolyte body. Further, an air electrode layer in contact with the air supplied to the fuel cell stack 21 is affixed to the upper surface of the electrolyte layer, and a fuel electrode layer in contact with the fuel gas supplied to the fuel cell stack 21 is also attached to the lower surface of the electrolyte. It is affixed. That is, the air electrode layer and the fuel electrode layer are disposed on both sides of the electrolyte layer. The air electrode layer is disposed in the opening of the separator so as not to contact the separator. Further, the air electrode layer is formed in a rectangular plate shape by a metal complex oxide, and the fuel electrode layer is also formed in a rectangular plate shape by a mixture (cermet in this embodiment) of a metal material and a ceramic material. .

なお、本実施形態の発電セルでは、セパレータの下方に燃料室が形成されるとともに、セパレータの上方に空気室が形成されるようになっている。また、燃料電池スタック２１は、各発電セルの燃料室に燃料ガスを供給する燃料供給経路（図示略）と、燃料室から燃料ガスを排出する燃料排出経路（図示略）とを備えている。よって、燃料ガスは、燃料供給経路を通過して燃料室に供給され、燃料排出経路を通過して燃料室から排出される。さらに、燃料電池スタック２１は、各発電セルの空気室に空気を供給する空気供給経路（図示略）と、空気室から空気を排出する空気排出経路（図示略）とを備えている。よって、空気は、空気供給経路を通過して空気室に供給され、空気排出経路を通過して空気室から排出される。   In the power generation cell of this embodiment, a fuel chamber is formed below the separator and an air chamber is formed above the separator. The fuel cell stack 21 includes a fuel supply path (not shown) for supplying fuel gas to the fuel chamber of each power generation cell, and a fuel discharge path (not shown) for discharging the fuel gas from the fuel chamber. Therefore, the fuel gas is supplied to the fuel chamber through the fuel supply path, and is discharged from the fuel chamber through the fuel discharge path. Further, the fuel cell stack 21 includes an air supply path (not shown) for supplying air to the air chamber of each power generation cell, and an air discharge path (not shown) for discharging air from the air chamber. Therefore, the air is supplied to the air chamber through the air supply path, and is discharged from the air chamber through the air discharge path.

例えば、断熱容器１２７内を稼動温度に加熱した状態で、燃料供給経路から燃料室に燃料ガスを導入するとともに、空気供給経路から空気室に空気を導入する。その結果、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とが電解質層を介して反応（発電反応）し、空気電極層を正極、燃料電極層を負極とする直流の電力が発生する。   For example, in a state where the inside of the heat insulating container 127 is heated to the operating temperature, the fuel gas is introduced into the fuel chamber from the fuel supply path, and air is introduced into the air chamber from the air supply path. As a result, hydrogen in the fuel gas and oxygen in the air react (electric power generation reaction) through the electrolyte layer, and DC power is generated with the air electrode layer as the positive electrode and the fuel electrode layer as the negative electrode.

図１に示されるように、原料混合器５０は、燃料ガス供給管１０２と水供給管１０３との接続部分に設置されている。図２〜図５に示されるように、原料混合器５０は、耐熱性に優れたステンレスなどの金属材料によって形成され、第１ケーシング５１と第２ケーシング７１とによって構成されている。第１ケーシング５１は、天井部５２、底部５３、及び、４つの側壁５４，５５，５６，５７によって略直方体状に形成されている。なお、第１ケーシング５１の高さ方向の長さ（即ち、側壁５４〜５７の高さ）は、第１ケーシング５１の縦方向の長さ（即ち、側壁５５，５７の幅）とほぼ等しく設定されるとともに、第１ケーシング５１の横方向の長さ（即ち、側壁５４，５６の幅）よりも短く設定されている。また、天井部５２の一部は、第１ケーシング５１の内部領域と第２ケーシング７１の内部領域とを区画する区画壁である。即ち、天井部５２は、第１ケーシング５１の上側に隣接する第２ケーシング７１の底部を兼ねている。さらに、第１ケーシング５１は、包囲されて形成された内部領域に混合流路５８を有している。   As shown in FIG. 1, the raw material mixer 50 is installed at a connection portion between the fuel gas supply pipe 102 and the water supply pipe 103. As shown in FIGS. 2 to 5, the raw material mixer 50 is formed of a metal material such as stainless steel having excellent heat resistance, and includes a first casing 51 and a second casing 71. The first casing 51 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape by the ceiling 52, the bottom 53, and the four side walls 54, 55, 56, 57. The length in the height direction of the first casing 51 (that is, the height of the side walls 54 to 57) is set substantially equal to the length in the vertical direction of the first casing 51 (that is, the width of the side walls 55 and 57). In addition, the length of the first casing 51 is set to be shorter than the lateral length (that is, the width of the side walls 54 and 56). Further, a part of the ceiling portion 52 is a partition wall that partitions the inner region of the first casing 51 and the inner region of the second casing 71. That is, the ceiling 52 serves also as the bottom of the second casing 71 adjacent to the upper side of the first casing 51. Further, the first casing 51 has a mixing channel 58 in an inner region formed by being surrounded.

なお、図４は、第１ケーシング５１を上下方向（図２では下方向）に見たときの断面を示している。また、図５は、第１ケーシング５１及び排ガス流路構造体８１を図２における横方向に見たときの断面を示している。図４，図５に示されるように、第１ケーシング５１には、第１ケーシング５１の内部領域と外部領域との間を連通する燃料ガス導入管６１（第１原料導入管、燃料導入管）及び水導入管６２（第２原料導入管、液体導入管）が設けられている。なお、第１ケーシング５１では、燃料ガスが燃料ガス導入管６１を介して混合流路５８に導入され、水が水導入管６２を介して混合流路５８に導入されるようになっている。   FIG. 4 shows a cross section when the first casing 51 is viewed in the vertical direction (downward in FIG. 2). FIG. 5 shows a cross section when the first casing 51 and the exhaust gas flow channel structure 81 are viewed in the lateral direction in FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, the first casing 51 has a fuel gas introduction pipe 61 (first raw material introduction pipe, fuel introduction pipe) that communicates between the inner area and the outer area of the first casing 51. And a water introduction pipe 62 (second raw material introduction pipe, liquid introduction pipe) are provided. In the first casing 51, the fuel gas is introduced into the mixing channel 58 through the fuel gas introduction pipe 61, and the water is introduced into the mixing channel 58 through the water introduction pipe 62.

詳述すると、燃料ガス導入管６１の外端は、燃料ガス供給管１０２に連通している。また、燃料ガス導入管６１は、４つの側壁５４〜５７のうち１つの側壁５７を貫通し、第１ケーシング５１の横方向に沿って延びている。そして、燃料ガス導入管６１の内端側は、第１ケーシング５１内に突出しており、混合流路５８に開口する開口部６４を内端面に有している。なお本実施形態では、燃料ガス導入管６１において第１ケーシング５１内に突出する部分の長さが、水導入管６２の第１管部６５の長さの４分の３程度に設定されている（図４参照）。また、燃料ガス導入管６１は、第１ケーシング５１の高さの半分となる位置において、第１ケーシング５１の横方向に沿って延びている（図５参照）。   More specifically, the outer end of the fuel gas introduction pipe 61 communicates with the fuel gas supply pipe 102. The fuel gas introduction pipe 61 passes through one side wall 57 of the four side walls 54 to 57 and extends along the lateral direction of the first casing 51. The inner end side of the fuel gas introduction pipe 61 protrudes into the first casing 51 and has an opening 64 that opens to the mixing flow path 58 on the inner end surface. In the present embodiment, the length of the portion of the fuel gas introduction pipe 61 that protrudes into the first casing 51 is set to about three quarters of the length of the first pipe portion 65 of the water introduction pipe 62. (See FIG. 4). The fuel gas introduction pipe 61 extends along the lateral direction of the first casing 51 at a position that is half the height of the first casing 51 (see FIG. 5).

図４，図５に示されるように、水導入管６２の外端は、水供給管１０３に連通している。なお、水導入管６２の断面積は、燃料ガス導入管６１の断面積よりも小さく、本実施形態では燃料ガス導入管６１の断面積の６％に設定されている。また、水導入管６２は、第１管部６５、第２管部６６及び進行方向変更部６７を備えている。第１管部６５は、４つの側壁５４〜５７のうち１つの側壁５７を貫通して第１ケーシング５１内に突出し、第１ケーシング５１の内壁（本実施形態では、側壁５７の内面）から混合流路５８に向けて第１ケーシング５１の横方向に沿って延びている。なお、接続箇所の気密性を確保するためには、溶接による接続や、Swagelok社などの接続部材による接続を採用することができる。本実施形態では、Swagelok社の接続部材９１，９２を採用して、水導入管６２を第１ケーシング５１に挿通した状態で固定している。そして、第１管部６５は、混合流路５８の上流側から下流側に向かって延びている。なお本実施形態では、第１管部６５において第１ケーシング５１内に突出する部分の長さが、燃料ガス導入管６１において第１ケーシング５１内に突出する部分の長さよりもやや長く設定されている。また、第１管部６５は、第１ケーシング５１の中央となる高さに位置している（図５参照）。従って、第１管部６５は、第１ケーシング５１の底部５３から離間した状態に配置されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the outer end of the water introduction pipe 62 communicates with the water supply pipe 103. The cross-sectional area of the water introduction pipe 62 is smaller than the cross-sectional area of the fuel gas introduction pipe 61 and is set to 6% of the cross-sectional area of the fuel gas introduction pipe 61 in this embodiment. The water introduction pipe 62 includes a first pipe part 65, a second pipe part 66, and a traveling direction changing part 67. The first pipe portion 65 penetrates through one side wall 57 of the four side walls 54 to 57 and protrudes into the first casing 51, and is mixed from the inner wall of the first casing 51 (in this embodiment, the inner surface of the side wall 57). It extends along the lateral direction of the first casing 51 toward the flow path 58. In addition, in order to ensure the airtightness of a connection location, the connection by welding and the connection by connection members, such as Swagelok, can be employ | adopted. In the present embodiment, the connection members 91 and 92 of Swagelok are employed, and the water introduction pipe 62 is fixed in a state of being inserted through the first casing 51. The first pipe portion 65 extends from the upstream side of the mixing channel 58 toward the downstream side. In the present embodiment, the length of the portion of the first pipe portion 65 protruding into the first casing 51 is set slightly longer than the length of the portion of the fuel gas introduction pipe 61 protruding into the first casing 51. Yes. Moreover, the 1st pipe part 65 is located in the height used as the center of the 1st casing 51 (refer FIG. 5). Accordingly, the first pipe portion 65 is disposed in a state of being separated from the bottom portion 53 of the first casing 51.

図４，図５に示されるように、進行方向変更部６７は、円弧状をなし、第１管部６５内を流れてきた水の進行方向を反対方向に変更させる方向に延びている。進行方向変更部６７の基端側は第１管部６５に連結され、進行方向変更部６７の先端側は第２管部６６に連結されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the traveling direction changing portion 67 has an arc shape and extends in a direction that changes the traveling direction of the water flowing through the first pipe portion 65 in the opposite direction. The proximal end side of the traveling direction changing portion 67 is connected to the first tube portion 65, and the distal end side of the traveling direction changing portion 67 is connected to the second tube portion 66.

また、第２管部６６は、進行方向変更部６７を介して第１管部６５の先端側に連結され、混合流路５８に沿って導出管６３側に向けて混合ガスが流れる方向とは反対方向に延びている。なお、本実施形態では、第２管部６６の先端部を第１ケーシング５１の底部５３と１個または複数個の金属製のバンド９３とによって挟持し、この状態で溶接を行ってバンド９３を底部５３に固定することにより、第２管部６６が底部５３に固定されるようになっている。よって、第２管部６６は底部５３に接触するようになっている。そして、第２管部６６の先端側（即ち、水導入管６２の内端側）は、混合流路５８に開口する開口部６８を先端面（内端面）に有している。換言すると、開口部６８は、混合流路５８に沿って導出管６３側に向けて混合ガスが流れる方向とは反対方向に開口している。従って、水導入管６２は、混合流路５８の下流側から上流側に向けて水を噴出するようになっている。また、開口部６８は、混合ガスが流れる方向に対して、燃料ガス導入管６１の開口部６４の後方に配置されている。なお本実施形態では、第２管部６６の長さが、第１管部６５の長さの半分程度に設定されている。   Further, the second pipe portion 66 is connected to the distal end side of the first pipe portion 65 via the traveling direction changing portion 67, and the direction in which the mixed gas flows along the mixing flow path 58 toward the outlet pipe 63 side. It extends in the opposite direction. In the present embodiment, the distal end portion of the second pipe portion 66 is sandwiched between the bottom portion 53 of the first casing 51 and one or a plurality of metal bands 93, and welding is performed in this state so that the band 93 is formed. By fixing to the bottom portion 53, the second pipe portion 66 is fixed to the bottom portion 53. Therefore, the second pipe portion 66 comes into contact with the bottom portion 53. The distal end side of the second pipe portion 66 (that is, the inner end side of the water introduction tube 62) has an opening 68 that opens to the mixing channel 58 on the distal end surface (inner end surface). In other words, the opening 68 opens in the direction opposite to the direction in which the mixed gas flows along the mixing channel 58 toward the outlet pipe 63 side. Therefore, the water introduction pipe 62 ejects water from the downstream side of the mixing channel 58 toward the upstream side. Further, the opening 68 is disposed behind the opening 64 of the fuel gas introduction pipe 61 with respect to the direction in which the mixed gas flows. In the present embodiment, the length of the second pipe portion 66 is set to about half of the length of the first pipe portion 65.

図２，図３に示されるように、第２ケーシング７１は、第１ケーシング５１の上側に位置している。第２ケーシング７１は、天井部７２、４つの側壁７３，７４，７５，７６、及び、第１ケーシング５１の天井部５２によって略直方体状に形成されている。なお、第２ケーシング７１の高さ方向の長さ（即ち、側壁７３〜７６の高さ）は、第２ケーシング７１の横方向の長さ（即ち、側壁７３〜７６の幅）よりも長くなっている。そして、側壁７３，７５の幅は、側壁７４，７６の幅よりもかなり大きくなっている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the second casing 71 is located above the first casing 51. The second casing 71 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape by the ceiling portion 72, the four side walls 73, 74, 75, 76 and the ceiling portion 52 of the first casing 51. The length in the height direction of the second casing 71 (that is, the height of the side walls 73 to 76) is longer than the length in the lateral direction of the second casing 71 (that is, the width of the side walls 73 to 76). ing. The width of the side walls 73 and 75 is considerably larger than the width of the side walls 74 and 76.

また、第２ケーシング７１は、燃料電池スタック２１での発電反応時に燃料電池スタック２１から発生する熱によって、燃料電池スタック２１への供給前に混合ガスの温度を上昇させる熱交換器としての機能（予熱を行う機能）を有している。そして、第２ケーシング７１は、加熱された混合ガスを燃料電池スタック２１に供給するようになっている。なお、本実施形態の第２ケーシング７１は、包囲されて形成された内部領域に導出流路７７を有している。また、第２ケーシング７１は、同第２ケーシング７１の内部領域を区画する３枚の仕切板７８を内部に備えている。具体的に言うと、各仕切板７８は、第２ケーシング７１において互いに異なる高さに位置している。また、各仕切板７８は、帯状をなし、一方の端部と側壁７４，７６との間に生じる空間が連通部７９となっている。本実施形態では、最上層及び最下層の仕切板７８と側壁７６との間に生じる空間が連通部７９となり、中間層の仕切板７８と側壁７４との間に生じる空間が連通部７９となる。   Further, the second casing 71 functions as a heat exchanger that raises the temperature of the mixed gas before being supplied to the fuel cell stack 21 by heat generated from the fuel cell stack 21 during a power generation reaction in the fuel cell stack 21 ( Preheating function). The second casing 71 supplies the heated mixed gas to the fuel cell stack 21. In addition, the 2nd casing 71 of this embodiment has the derivation | leading-out flow path 77 in the internal area | region formed by being enclosed. In addition, the second casing 71 includes three partition plates 78 that divide the inner region of the second casing 71. Specifically, the partition plates 78 are located at different heights in the second casing 71. Each partition plate 78 has a strip shape, and a space generated between one end portion and the side walls 74 and 76 is a communication portion 79. In the present embodiment, a space generated between the uppermost and lowermost partition plates 78 and the side walls 76 is the communication portion 79, and a space generated between the intermediate layer partition plate 78 and the side walls 74 is the communication portion 79. .

図２，図３に示されるように、第２ケーシング７１には、第２ケーシング７１の内部領域と外部領域との間を連通する導出管６３が設けられている。なお、第２ケーシング７１では、混合ガスが第１ケーシング５１の天井部５２に設けられた連通孔５９（図２参照）を介して導出流路７７に導入され、導入された混合ガスが導出管６３を介して第２ケーシング７１外に導出されるようになっている。そして、導出管６３の内端側は、４つの側壁７３〜７６のうち１つの側壁７５を貫通し、導出流路７７、具体的には、最上層の仕切板７８の上側領域にて開口する開口部（図示略）を内端面に有している。また、導出管６３は、導出流路７７を流れてきた混合ガスの進行方向を下方に変更させる方向に延びている。そして、導出管６３の外端は、混合ガス供給流路１０１を介して燃料電池スタック２１の改質層２２に連結されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the second casing 71 is provided with a lead-out pipe 63 that communicates between the inner region and the outer region of the second casing 71. In the second casing 71, the mixed gas is introduced into the outlet channel 77 via the communication hole 59 (see FIG. 2) provided in the ceiling portion 52 of the first casing 51, and the introduced mixed gas is introduced into the outlet pipe. It is led out of the second casing 71 through 63. The inner end side of the outlet pipe 63 passes through one side wall 75 of the four side walls 73 to 76 and opens in the outlet channel 77, specifically, the upper region of the uppermost partition plate 78. An opening (not shown) is provided on the inner end surface. Further, the outlet pipe 63 extends in a direction in which the traveling direction of the mixed gas flowing through the outlet passage 77 is changed downward. The outer end of the outlet pipe 63 is connected to the reforming layer 22 of the fuel cell stack 21 via the mixed gas supply channel 101.

図５に示されるように、原料混合器５０は、第１ケーシング５１の混合流路５８内の水を加熱して気化させる加熱部８０を備えている。加熱部８０は、燃料電池２０での発電反応によって加熱されて燃料電池２０から排出された排ガスが流れる排ガス流路構造体８１を備えている。排ガス流路構造体８１は、耐熱性に優れたステンレスなどの金属材料によって形成されている。排ガス流路構造体８１は、底部８２、第１ケーシング５１の底部５３、及び、第１ケーシング５１の側壁５４〜５７によって略直方体状に形成されている。なお、排ガス流路構造体８１の上流側端部（側壁５５側の端部）は、排出流路１１４に連通している。また、底部５３は、第１ケーシング５１の内部領域と排ガス流路構造体８１とを区画する区画壁である。即ち、底部５３は、第１ケーシング５１に隣接する排ガス流路構造体８１の天井部を兼ねている。   As shown in FIG. 5, the raw material mixer 50 includes a heating unit 80 that heats and vaporizes water in the mixing flow path 58 of the first casing 51. The heating unit 80 includes an exhaust gas flow channel structure 81 through which exhaust gas heated by the power generation reaction in the fuel cell 20 and discharged from the fuel cell 20 flows. The exhaust gas flow channel structure 81 is made of a metal material such as stainless steel having excellent heat resistance. The exhaust gas flow channel structure 81 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape by the bottom 82, the bottom 53 of the first casing 51, and the side walls 54 to 57 of the first casing 51. Note that the upstream end portion (end portion on the side wall 55 side) of the exhaust gas flow channel structure 81 communicates with the discharge flow channel 114. The bottom 53 is a partition wall that partitions the internal region of the first casing 51 and the exhaust gas flow channel structure 81. That is, the bottom 53 also serves as the ceiling of the exhaust gas flow channel structure 81 adjacent to the first casing 51.

また図５に示されるように、排ガス流路構造体８１は、第１ケーシング５１に熱伝導可能に接触している。さらに、排ガス流路構造体８１を構成する底部５３には、水導入管６２が熱伝導可能に接触している。具体的に言うと、第１管部６５が底部５３から離間する一方、第２管部６６が底部５３に熱伝導可能に接触している。よって、加熱部８０では、第２管部６６内を流れる水と排ガス流路構造体８１に導入した排ガスとの間で熱交換が行われるようになっている。具体的に言うと、第２管部６６内を流れる水には、排ガス流路構造体８１内を流れる排ガスの熱が伝達（吸熱）されるようになっている。その結果、水導入管６２を流れる水が加熱されて気化される。   As shown in FIG. 5, the exhaust gas flow channel structure 81 is in contact with the first casing 51 so as to be able to conduct heat. Further, the water introduction pipe 62 is in contact with the bottom 53 constituting the exhaust gas flow channel structure 81 so as to be able to conduct heat. Specifically, the first pipe portion 65 is separated from the bottom portion 53, while the second pipe portion 66 is in contact with the bottom portion 53 so as to be capable of conducting heat. Therefore, in the heating unit 80, heat exchange is performed between the water flowing in the second pipe portion 66 and the exhaust gas introduced into the exhaust gas flow channel structure 81. More specifically, the heat of the exhaust gas flowing in the exhaust gas flow channel structure 81 is transmitted (heat absorption) to the water flowing in the second pipe portion 66. As a result, the water flowing through the water introduction pipe 62 is heated and vaporized.

また、排ガス流路構造体８１は、同排ガス流路構造体８１の内部領域を上流側領域Ａ１及び下流側領域Ａ２に区画するパンチングメタル８３を内部に備えている。パンチングメタル８３は、耐熱性に優れたステンレスなどの金属材料によって平面視略矩形状に形成され、円形状をなす複数の貫通孔を有している。   The exhaust gas flow channel structure 81 includes a punching metal 83 that divides the internal region of the exhaust gas flow channel structure 81 into an upstream region A1 and a downstream region A2. The punching metal 83 is formed in a substantially rectangular shape in plan view with a metal material such as stainless steel having excellent heat resistance, and has a plurality of circular through holes.

図５に示されるように、排ガス流路構造体８１には、４つの側壁５４〜５７のうち１つの側壁５７を貫通し、横方向に沿って延びる排ガス排出管８４が設けられている。排ガス排出管８４は、排ガスが流れる流路であり、内端が排ガス流路構造体８１の下流側領域Ａ２内に突出している。なお、排ガス流路構造体８１内及び排ガス排出管８４内を流れる排ガスは、第２管部６６内を流れる水と同じ方向に流れるようになっている。また、排ガスは、排ガス流路構造体８１内において２５０℃〜４００℃に冷却された後、排ガス排出管８４の下流側端部から排ガス熱交換装置３０に導かれる。   As shown in FIG. 5, the exhaust gas flow channel structure 81 is provided with an exhaust gas exhaust pipe 84 that passes through one of the four side walls 54 to 57 and extends along the lateral direction. The exhaust gas discharge pipe 84 is a flow path through which exhaust gas flows, and an inner end protrudes into the downstream region A <b> 2 of the exhaust gas flow path structure 81. The exhaust gas flowing through the exhaust gas flow channel structure 81 and the exhaust gas discharge pipe 84 flows in the same direction as the water flowing through the second pipe portion 66. Further, the exhaust gas is cooled to 250 ° C. to 400 ° C. in the exhaust gas flow channel structure 81, and then guided to the exhaust gas heat exchange device 30 from the downstream end of the exhaust gas discharge pipe 84.

図１に示されるように、排ガス熱交換装置３０は、加熱部８０から排ガス排出管８４を介して供給された排ガスと熱交換媒体である冷媒（本実施形態では水）との間で熱交換を行う機能を有している。排ガス熱交換装置３０は、排ガス導入部（図示略）及び冷媒流路（図示略）を備えている。排ガス導入部は、排ガスが流れる流路であり、上流側端部が排ガス排出管８４の外端に連通している。一方、冷媒流路は、冷媒が流れる流路であって、冷媒流路内を流れる冷媒には排ガス導入部内を流れる排ガスの熱が伝達（吸熱）されるようになっている。なお、排ガス導入部を流れる排ガスは、３０〜４０℃に冷却された後、排ガス導入部の下流側端部から大気に放出される。   As shown in FIG. 1, the exhaust gas heat exchange device 30 exchanges heat between the exhaust gas supplied from the heating unit 80 via the exhaust gas discharge pipe 84 and the refrigerant (water in this embodiment) that is a heat exchange medium. It has a function to perform. The exhaust gas heat exchange device 30 includes an exhaust gas introduction part (not shown) and a refrigerant channel (not shown). The exhaust gas introduction part is a flow path through which exhaust gas flows, and an upstream end communicates with the outer end of the exhaust gas discharge pipe 84. On the other hand, the refrigerant channel is a channel through which the refrigerant flows, and the heat of the exhaust gas flowing through the exhaust gas introduction portion is transmitted (heat absorption) to the refrigerant flowing through the refrigerant channel. In addition, after the exhaust gas flowing through the exhaust gas introduction part is cooled to 30 to 40 ° C., it is released to the atmosphere from the downstream end of the exhaust gas introduction part.

次に、燃料電池用原料供給装置１０を用いて、燃料電池２０の発電反応に利用される混合ガスを生成する方法を説明する。   Next, a method for generating a mixed gas used for the power generation reaction of the fuel cell 20 using the fuel cell material supply device 10 will be described.

まず、燃料ガス供給管１０２から供給された燃料ガスが、燃料ガス導入管６１を介して第１ケーシング５１内の混合流路５８に導入される。また、水供給管１０３から供給された水が、水導入管６２を介して混合流路５８に導入される。なお、水は、水導入管６２の第２管部６６を通過する際に、排ガス流路構造体８１を流れる排ガスから伝達された熱によって気化され、水蒸気となる。このため、水導入管６２を通過した水は、水蒸気となって混合流路５８に導入される。   First, the fuel gas supplied from the fuel gas supply pipe 102 is introduced into the mixing flow path 58 in the first casing 51 through the fuel gas introduction pipe 61. Further, the water supplied from the water supply pipe 103 is introduced into the mixing channel 58 via the water introduction pipe 62. In addition, when water passes the 2nd pipe part 66 of the water introduction pipe | tube 62, water is vaporized by the heat | fever transmitted from the waste gas which flows through the waste gas flow path structure 81, and turns into water vapor | steam. Therefore, the water that has passed through the water introduction pipe 62 is introduced into the mixing channel 58 as water vapor.

その後、混合流路５８内において燃料ガスと水蒸気とが混合されることにより、混合ガスが生成される。そして、混合ガスは、燃料電池２０の改質層２２に導かれて水素となり、燃料電池２０の発電反応に利用される。   Thereafter, the fuel gas and the water vapor are mixed in the mixing channel 58 to generate a mixed gas. Then, the mixed gas is led to the reforming layer 22 of the fuel cell 20 to become hydrogen and used for the power generation reaction of the fuel cell 20.

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

（１）本実施形態の燃料電池用原料供給装置１０では、混合ガスが流れる方向において、水導入管６２の開口部６８が、燃料ガス導入管６１の開口部６４よりも後方に配置されている。このため、水導入管６２から混合流路５８に導入された水が加熱部８０によって気化されて膨張し、水蒸気になったとしても、燃料ガス導入管６１から混合流路５８に導入された燃料ガスが水蒸気に押されて燃料ガス導入管６１内に逆流することを回避できる。その結果、燃料ガスの供給が安定するため、燃料ガスと水とを混合して混合ガスを安定して生成することができる。しかも、水導入管６２の開口部６８が燃料ガス導入管６１の開口部６４よりも後方に配置されるため、水導入管６２から混合流路５８に導入された水蒸気の進行方向が、混合ガスが流れる方向と同一になる。その結果、混合ガスが水蒸気に押されて導出管６３側に流れるようになるため、改質層２２への混合ガスの供給が安定するようになる。以上のことから、燃料電池２０での発電を安定させることができる。   (1) In the fuel cell raw material supply apparatus 10 of the present embodiment, the opening 68 of the water introduction pipe 62 is arranged behind the opening 64 of the fuel gas introduction pipe 61 in the direction in which the mixed gas flows. . For this reason, even if the water introduced from the water introduction pipe 62 to the mixing flow path 58 is vaporized and expanded by the heating unit 80 to become water vapor, the fuel introduced from the fuel gas introduction pipe 61 to the mixing flow path 58 It can be avoided that the gas is pushed by the water vapor and flows back into the fuel gas introduction pipe 61. As a result, since the supply of the fuel gas is stabilized, the fuel gas and water can be mixed to stably generate the mixed gas. In addition, since the opening 68 of the water introduction pipe 62 is disposed behind the opening 64 of the fuel gas introduction pipe 61, the traveling direction of the water vapor introduced from the water introduction pipe 62 into the mixing channel 58 is the mixed gas. Is the same as the direction of flow. As a result, the mixed gas is pushed by the water vapor and flows toward the outlet pipe 63, so that the supply of the mixed gas to the reformed layer 22 is stabilized. From the above, power generation in the fuel cell 20 can be stabilized.

（２）本実施形態では、水導入管６２の第１管部６５が排ガス流路構造体８１から離間する一方、水導入管６２の第２管部６６が排ガス流路構造体８１に熱伝導可能に接触している。しかも、排ガス流路構造体８１に接触する第２管部６６の長さは、排ガス流路構造体８１から離間する第１管部６５の長さよりも短くなっている。このため、水導入管６２と排ガス流路構造体８１との接触面積が小さくなり、水導入管６２と排ガス流路構造体８１との接触部分が開口部６８の近傍に位置するようになる。その結果、水導入管６２内を水が流れたとしても、水導入管６２内での水の気化は混合流路５８に導入される直前まで抑えられるようになる。よって、水導入管６２内において気化されない微量の不純物の蓄積が防止されることにより、水の供給が安定するようになるため、燃料電池用原料供給装置１０の信頼性が向上する。   (2) In the present embodiment, the first pipe portion 65 of the water introduction pipe 62 is separated from the exhaust gas flow path structure 81, while the second pipe portion 66 of the water introduction pipe 62 is thermally conducted to the exhaust gas flow path structure 81. Contact is possible. Moreover, the length of the second pipe portion 66 that contacts the exhaust gas flow channel structure 81 is shorter than the length of the first pipe portion 65 that is separated from the exhaust gas flow channel structure 81. For this reason, the contact area between the water introduction pipe 62 and the exhaust gas flow path structure 81 is reduced, and the contact portion between the water introduction pipe 62 and the exhaust gas flow path structure 81 is positioned in the vicinity of the opening 68. As a result, even if water flows in the water introduction pipe 62, the vaporization of water in the water introduction pipe 62 is suppressed until just before being introduced into the mixing flow path 58. Therefore, accumulation of a small amount of impurities that are not vaporized in the water introduction pipe 62 is prevented, so that the supply of water becomes stable, and the reliability of the fuel cell raw material supply apparatus 10 is improved.

なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。   In addition, you may change this embodiment as follows.

・上記実施形態の原料混合器５０では、水導入管６２の開口部６８が、混合流路５８に沿って混合ガスが流れる方向（即ち、燃料ガス導入管６１の開口部６４が開口する方向）とは反対方向に開口していた。しかし、図６に示されるように、水導入管１６２の開口部１６８が、燃料ガス導入管１６１の開口部１６４と同じ方向に開口する原料混合器１５０であってもよい。また図７に示されるように、燃料ガス導入管２６１が混合流路２５８に沿って混合ガスが流れる方向と同じ方向に延びるとともに、水導入管２６２が燃料ガス導入管２６１に直交する方向に延びる原料混合器２５０であってもよい。   In the raw material mixer 50 of the above embodiment, the opening 68 of the water introduction pipe 62 flows in the direction in which the mixed gas flows along the mixing flow path 58 (that is, the direction in which the opening 64 of the fuel gas introduction pipe 61 opens). It was open in the opposite direction. However, as shown in FIG. 6, the raw material mixer 150 in which the opening 168 of the water introduction pipe 162 opens in the same direction as the opening 164 of the fuel gas introduction pipe 161 may be used. Further, as shown in FIG. 7, the fuel gas introduction pipe 261 extends in the same direction as the mixed gas flows along the mixing flow path 258, and the water introduction pipe 262 extends in a direction orthogonal to the fuel gas introduction pipe 261. The raw material mixer 250 may be used.

・上記実施形態の原料混合器５０では、水導入管６２が加熱部８０に熱伝導可能に接触していた。しかし、図８〜図１０に示されるように、水導入管３６２，３６３，３６４が加熱部３８０，３８１，３８２から離間した原料混合器３５０，３５１，３５２であってもよい。   -In the raw material mixer 50 of the said embodiment, the water introduction pipe | tube 62 was contacting the heating part 80 so that heat conduction was possible. However, as shown in FIGS. 8 to 10, the water introduction pipes 362, 363, 364 may be raw material mixers 350, 351, 352 separated from the heating units 380, 381, 382.

・上記実施形態の原料混合器５０では、水導入管６２の第１管部６５が加熱部８０から離間する一方、水導入管６２の第２管部６６が加熱部８０に接触していた。しかし、図１１〜図１３に示されるように、水導入管４６２，４６３，４６４の第１管部４６５，４６６，４６７が加熱部４８０，４８１，４８２に接触する一方、水導入管４６２〜４６４の第２管部４６８，４６９，４７０から離間する原料混合器４５０，４５１，４５２であってもよい。   In the raw material mixer 50 of the above embodiment, the first pipe portion 65 of the water introduction pipe 62 is separated from the heating section 80, while the second pipe section 66 of the water introduction pipe 62 is in contact with the heating section 80. However, as shown in FIGS. 11 to 13, the first pipe portions 465, 466, 467 of the water introduction pipes 462, 463, 464 are in contact with the heating parts 480, 481, 482, while the water introduction pipes 462-464 are in contact. The raw material mixers 450, 451, 452 may be spaced apart from the second pipe portions 468, 469, 470.

・上記実施形態の原料混合器５０では、水導入管６２の第１管部６５が、側壁５７を貫通して第１ケーシング５１内に突出し、第１ケーシング５１の横方向に沿って延びていた。即ち、第１管部６５は、混合流路５８の上流側から下流側に向かって延びていた。しかし、第１管部の構造が異なる原料混合器に変更してもよい。例えば図１４に示されるように、第１管部５６５が、天井部５５２を貫通して第１ケーシング５５１内に突出し、第１ケーシング５５１の高さ方向に延びる原料混合器５５０であってもよい。また図１５に示されるように、第１管部６６５が、側壁６５４を貫通して第１ケーシング６５１内に突出し、第１ケーシング６５１の横方向に延びる原料混合器６５０であってもよい。即ち、第１管部６６５は、混合流路６５８の下流側から上流側に向かって延びていてもよい。   In the raw material mixer 50 of the above embodiment, the first pipe portion 65 of the water introduction pipe 62 protrudes into the first casing 51 through the side wall 57 and extends along the lateral direction of the first casing 51. . In other words, the first pipe portion 65 extends from the upstream side of the mixing channel 58 toward the downstream side. However, you may change into the raw material mixer from which the structure of a 1st pipe part differs. For example, as shown in FIG. 14, the first pipe portion 565 may be a raw material mixer 550 that protrudes into the first casing 551 through the ceiling portion 552 and extends in the height direction of the first casing 551. . As shown in FIG. 15, the first pipe portion 665 may be a raw material mixer 650 that extends through the side wall 654 and protrudes into the first casing 651 and extends in the lateral direction of the first casing 651. That is, the first pipe portion 665 may extend from the downstream side of the mixing channel 658 toward the upstream side.

・上記実施形態では、燃料ガス導入管６１の内端面（先端面）に開口部６４が設けられていたが、燃料ガス導入管６１の内端部外周面などの異なる位置に開口部が設けられていてもよい。同様に、上記実施形態では、水導入管６２（第２管部６６）の内端面（先端面）に開口部６８が設けられていたが、水導入管６２の内端部外周面などの異なる位置に開口部が設けられていてもよい。   In the above embodiment, the opening 64 is provided on the inner end surface (tip surface) of the fuel gas introduction pipe 61, but the opening is provided at a different position such as the outer peripheral surface of the inner end of the fuel gas introduction pipe 61. It may be. Similarly, in the above-described embodiment, the opening 68 is provided on the inner end surface (tip surface) of the water introduction pipe 62 (second pipe portion 66), but the inner end portion outer peripheral surface of the water introduction pipe 62 is different. An opening may be provided at the position.

・上記実施形態の加熱部８０は、燃料電池２０での発電反応によって加熱されて燃料電池２０から排出された排ガスを用いて、第１ケーシング５１の混合流路５８内の水を加熱して気化させるものであった。しかし、加熱部は、混合流路５８内の水を加熱する電熱ヒーターなどであってもよいし、燃料電池２０自身などであってもよい。   The heating unit 80 of the above embodiment heats and vaporizes the water in the mixing channel 58 of the first casing 51 using the exhaust gas heated by the power generation reaction in the fuel cell 20 and discharged from the fuel cell 20. It was something to be made. However, the heating unit may be an electric heater that heats the water in the mixing channel 58 or the fuel cell 20 itself.

・上記実施形態では、燃料電池スタック２１に酸化剤ガス予熱層２３及びオフガス燃焼層２４が積層されていたが、酸化剤ガス予熱層２３及びオフガス燃焼層２４は省略されていてもよい。   In the above embodiment, the oxidant gas preheating layer 23 and the offgas combustion layer 24 are stacked on the fuel cell stack 21, but the oxidant gas preheating layer 23 and the offgas combustion layer 24 may be omitted.

・上記実施形態では、気体状の第１原料である燃料ガス（メタンやプロパン等の炭化水素ガス）と、液体状の第２原料である水を気化した水蒸気とを混合して混合ガスを生成し、生成した混合ガスを改質層２２の触媒（ルテニウムやニッケル等）に接触させることによって水素を得る水蒸気改質法が用いられていた。その代わりに、例えば、気体状の第１原料である空気と、液体状の第２原料であるメタノールを気化したものとを混合して混合ガスを生成し、生成した混合ガスを白金等の触媒に接触させることによって水素を得る部分酸化改質法を用いてもよい。このような部分酸化改質法であれば、第１原料として大気中に存在する空気を用いれば済むため、燃料電池システム１の構成を簡略化することができる。   In the above-described embodiment, a mixed gas is generated by mixing fuel gas (hydrocarbon gas such as methane or propane) that is a gaseous first raw material and water vapor that vaporizes water that is a liquid second raw material. Then, a steam reforming method has been used in which hydrogen is obtained by bringing the produced mixed gas into contact with a catalyst (ruthenium, nickel, etc.) of the reforming layer 22. Instead, for example, air, which is a gaseous first raw material, and vaporized methanol, which is a liquid second raw material, are mixed to generate a mixed gas, and the generated mixed gas is converted into a catalyst such as platinum. Alternatively, a partial oxidation reforming method for obtaining hydrogen by contacting with the substrate may be used. With such a partial oxidation reforming method, it is only necessary to use air present in the atmosphere as the first raw material, so that the configuration of the fuel cell system 1 can be simplified.

１…燃料電池システム
１０…燃料電池用原料供給装置
２０…燃料電池
２１…燃料電池スタック
２２…改質器としての改質層
３０…排ガス熱交換装置
５０，１５０，２５０，３５０，３５１，３５２，４５０，４５１，４５２，５５０，６５０…原料混合器
５１，５５１，６５１…ケーシングとしての第１ケーシング
５８，２５８，６５８…混合流路
６１，１６１，２６１…第１原料導入管としての燃料ガス導入管
６２，１６２，２６２，３６２，３６３，３６４，４６２，４６３，４６４…第２原料導入管としての水導入管
６３…導出管
６４，１６４…第１原料導入管の開口部
６５…第１管部
６６…第２管部
６８，１６８…第２原料導入管の開口部
８０，３８０，３８１，３８２…加熱部
８１…排ガス流路構造体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell raw material supply apparatus 20 ... Fuel cell 21 ... Fuel cell stack 22 ... Reformed layer 30 as a reformer ... Exhaust gas heat exchange device 50, 150, 250, 350, 351, 352 450, 451, 452, 550, 650 ... Raw material mixer 51, 551, 651 ... First casing 58, 258, 658 as casing Casing flow path 61, 161, 261 ... Fuel gas introduction as first raw material introduction pipe Pipe 62, 162, 262, 362, 363, 364, 462, 463, 464 ... Water introduction pipe 63 as second raw material introduction pipe ... Derivation pipe 64, 164 ... Opening 65 of first raw material introduction pipe ... First pipe Part 66 ... second pipe part 68, 168 ... second raw material introduction pipe opening 80, 380, 381, 382 ... heating part 81 ... exhaust gas flow channel structure

Claims (8)

包囲されて形成された内部領域に混合流路を有するケーシングと、気体状の第１原料を前記ケーシング内の前記混合流路に導入する第１原料導入管と、液体状の第２原料を前記ケーシング内の前記混合流路に導入する第２原料導入管と、前記混合流路内の前記第２原料を加熱して気化させる加熱部と、前記混合流路から前記第１原料及び前記第２原料を前記ケーシング外に導出する導出管とを有し、前記混合流路において前記第１原料及び前記加熱部によって気化された前記第２原料を混合して燃料電池の発電反応に利用される混合ガスを生成する原料混合器を備える燃料電池用原料供給装置であって、
前記第１原料導入管の内端側及び前記第２原料導入管の内端側は、それぞれ前記混合流路に開口する開口部を有しており、
前記混合ガスは、前記混合流路に沿って前記導出管側に流れるものであり、
前記混合ガスが流れる方向に対して、前記第２原料導入管の開口部が、前記第１原料導入管の開口部の後方に配置されており、
前記第２原料導入管の開口部は、前記混合流路に沿って前記導出管側に向けて前記混合ガスが流れる方向とは反対方向に開口している
ことを特徴とする燃料電池用原料供給装置。 A casing having a mixing channel in an enclosed inner region, a first source introduction pipe for introducing a gaseous first source into the mixing channel in the casing, and a liquid second source as described above A second raw material introduction pipe to be introduced into the mixing flow path in the casing; a heating unit for heating and vaporizing the second raw material in the mixing flow path; and the first raw material and the second from the mixing flow path. A mixing pipe used for power generation reaction of the fuel cell by mixing the first raw material and the second raw material vaporized by the heating unit in the mixing flow path A fuel cell raw material supply device including a raw material mixer for generating gas,
The inner end side of the first raw material introduction pipe and the inner end side of the second raw material introduction pipe each have an opening that opens to the mixing channel,
The mixed gas flows to the outlet tube side along the mixing channel,
The opening of the second raw material introduction pipe is disposed behind the opening of the first raw material introduction pipe with respect to the direction in which the mixed gas flows ,
The fuel is characterized in that the opening of the second raw material introduction pipe opens in a direction opposite to the direction in which the mixed gas flows along the mixing flow path toward the outlet pipe. Battery material supply equipment. 包囲されて形成された内部領域に混合流路を有するケーシングと、気体状の第１原料を前記ケーシング内の前記混合流路に導入する第１原料導入管と、液体状の第２原料を前記ケーシング内の前記混合流路に導入する第２原料導入管と、前記混合流路内の前記第２原料を加熱して気化させる加熱部と、前記混合流路から前記第１原料及び前記第２原料を前記ケーシング外に導出する導出管とを有し、前記混合流路において前記第１原料及び前記加熱部によって気化された前記第２原料を混合して燃料電池の発電反応に利用される混合ガスを生成する原料混合器を備える燃料電池用原料供給装置であって、A casing having a mixing channel in an enclosed inner region, a first source introduction pipe for introducing a gaseous first source into the mixing channel in the casing, and a liquid second source as described above A second raw material introduction pipe to be introduced into the mixing flow path in the casing; a heating unit for heating and vaporizing the second raw material in the mixing flow path; and the first raw material and the second from the mixing flow path. A mixing pipe used for power generation reaction of the fuel cell by mixing the first raw material and the second raw material vaporized by the heating unit in the mixing flow path A fuel cell raw material supply device including a raw material mixer for generating gas,
前記第１原料導入管の内端側及び前記第２原料導入管の内端側は、それぞれ前記混合流路に開口する開口部を有しており、The inner end side of the first raw material introduction pipe and the inner end side of the second raw material introduction pipe each have an opening that opens to the mixing channel,
前記混合ガスは、前記混合流路に沿って前記導出管側に流れるものであり、The mixed gas flows to the outlet tube side along the mixing channel,
前記混合ガスが流れる方向に対して、前記第２原料導入管の開口部が、前記第１原料導入管の開口部の後方に配置されており、The opening of the second raw material introduction pipe is disposed behind the opening of the first raw material introduction pipe with respect to the direction in which the mixed gas flows,
前記第１原料導入管が前記混合流路に沿って前記導出管側に向けて前記混合ガスが流れる方向と同じ方向に延びるとともに、前記第２原料導入管が前記第１原料導入管に直交する方向に延びているThe first raw material introduction pipe extends in the same direction as the mixed gas flows along the mixing flow path toward the outlet pipe side, and the second raw material introduction pipe is orthogonal to the first raw material introduction pipe. Extending in the direction
ことを特徴とする燃料電池用原料供給装置。A fuel cell raw material supply apparatus. 前記第２原料導入管が前記加熱部に熱伝導可能に接触していることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用原料供給装置。 Fuel cell material supply device according to claim 1 or 2, characterized in that said second material introducing pipe is in contact to conduct heat to the heating unit. 前記第２原料導入管は、前記ケーシングの内壁から前記混合流路に延びる第１管部と、前記第１管部の先端側に連結され、前記混合流路に沿って前記導出管側に向けて前記混合ガスが流れる方向とは反対方向に延びる第２管部とを備え、
前記第２原料導入管の開口部が、前記第２管部に形成されるとともに、
前記第１管部が前記加熱部から離間する一方、前記第２管部が前記加熱部に熱伝導可能に接触している
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用原料供給装置。 The second raw material introduction pipe is connected to a first pipe portion extending from the inner wall of the casing to the mixing flow path, and a distal end side of the first pipe section, and is directed to the outlet pipe side along the mixing flow path. A second pipe portion extending in a direction opposite to the direction in which the mixed gas flows,
An opening of the second raw material introduction pipe is formed in the second pipe section,
4. The fuel cell material supply apparatus according to claim 3 , wherein the first pipe part is separated from the heating part, and the second pipe part is in contact with the heating part so as to allow heat conduction. 前記加熱部は、
前記ケーシングに熱伝導可能に接触し、前記燃料電池での発電反応によって加熱されて前記燃料電池から排出された排ガスが流れる排ガス流路構造体を備え、
液体状の前記第２原料が、前記排ガス流路構造体に導入した前記排ガスとの間で熱交換を行うことにより、加熱されて気化される
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池用原料供給装置。 The heating unit is
An exhaust gas flow path structure that contacts the casing in a heat conductive manner and that is heated by a power generation reaction in the fuel cell and through which exhaust gas discharged from the fuel cell flows,
Liquid of the second raw material, by performing heat exchange between the exhaust gas introduced into the exhaust gas passage structure, any one of claims 1 to 4, characterized in that it is vaporized by being heated 2. A fuel cell material supply apparatus according to item 1. 前記第２原料導入管は、前記ケーシングの内壁から前記混合流路に延びる第１管部と、前記第１管部の先端側に連結され、前記混合流路に沿って前記導出管側に向けて前記混合ガスが流れる方向とは反対方向に延びる第２管部とを備え、
前記第１管部が前記排ガス流路構造体から離間する一方、前記第２管部が前記排ガス流路構造体に熱伝導可能に接触し、
前記排ガス流路構造体内の前記排ガスと前記第２管部内の前記第２原料とが同じ方向に流れる
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池用原料供給装置。 The second raw material introduction pipe is connected to a first pipe portion extending from the inner wall of the casing to the mixing flow path, and a distal end side of the first pipe section, and is directed to the outlet pipe side along the mixing flow path. A second pipe portion extending in a direction opposite to the direction in which the mixed gas flows,
While the first pipe portion is separated from the exhaust gas flow channel structure, the second pipe portion is in contact with the exhaust gas flow channel structure so as to be capable of conducting heat,
6. The fuel cell raw material supply apparatus according to claim 5 , wherein the exhaust gas in the exhaust gas flow channel structure and the second raw material in the second pipe portion flow in the same direction. 前記原料混合器から供給された前記混合ガスを改質することによって水素を生成し、生成した前記水素を燃料電池に供給する改質器をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池用原料供給装置。 Wherein the mixed gas supplied from the raw material mixer to produce hydrogen by reforming, either the generated the hydrogen of claims 1 to 6, further comprising a reformer for supplying the fuel cell The fuel cell material supply device according to claim 1. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料電池用原料供給装置と、
前記燃料電池を構成し、電解質層と、前記電解質層の両側に配置される燃料電極層及び空気電極層とを有する発電セルを備え、前記発電セルでの発電反応により電力を発生する燃料電池スタックと、
熱交換媒体と、前記燃料電池での発電反応後に前記燃料電池から排出された排ガスとの間で熱交換を行う排ガス熱交換装置と
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell material supply device according to any one of claims 1 to 7 ,
A fuel cell stack that constitutes the fuel cell, includes a power generation cell having an electrolyte layer, and a fuel electrode layer and an air electrode layer disposed on both sides of the electrolyte layer, and generates power by a power generation reaction in the power generation cell When,
A fuel cell system comprising: a heat exchange medium; and an exhaust gas heat exchange device that exchanges heat between an exhaust gas discharged from the fuel cell after a power generation reaction in the fuel cell.
JP2011137059A 2011-06-21 2011-06-21 Fuel cell material supply device, fuel cell system Expired - Fee Related JP5770027B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011137059A JP5770027B2 (en) 2011-06-21 2011-06-21 Fuel cell material supply device, fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011137059A JP5770027B2 (en) 2011-06-21 2011-06-21 Fuel cell material supply device, fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013004442A JP2013004442A (en) 2013-01-07
JP5770027B2 true JP5770027B2 (en) 2015-08-26

Family

ID=47672787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011137059A Expired - Fee Related JP5770027B2 (en) 2011-06-21 2011-06-21 Fuel cell material supply device, fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5770027B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6015939B2 (en) * 2013-01-15 2016-10-26 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell
JP6237114B2 (en) * 2013-01-18 2017-11-29 株式会社デンソー Fuel cell device
JP6219622B2 (en) * 2013-07-03 2017-10-25 京セラ株式会社 Reformer, cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP6264544B2 (en) * 2014-02-03 2018-01-24 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell device
CN116031431B (en) * 2023-01-17 2024-04-12 中国第一汽车股份有限公司 Bipolar flow plate structure, fuel cell, and fuel cell stack system

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6440596B1 (en) * 1999-10-20 2002-08-27 Technology Management, Inc. Solid-oxide fuel cell hot assembly
JP4417022B2 (en) * 2003-04-17 2010-02-17 出光興産株式会社 Kerosene fuel vaporizer and method for fuel cell
JP4745618B2 (en) * 2004-03-30 2011-08-10 京セラ株式会社 Operation method of fuel cell structure
JP4906249B2 (en) * 2004-06-30 2012-03-28 京セラ株式会社 Fuel cell reformer
JP4986403B2 (en) * 2004-10-22 2012-07-25 東京瓦斯株式会社 Power generator
JP4955230B2 (en) * 2005-07-07 2012-06-20 東京瓦斯株式会社 Evaporative mixer and fuel cell power generator
JP5292667B2 (en) * 2005-12-16 2013-09-18 三菱マテリアル株式会社 Evaporative gas generator and fuel cell using the same
JP4836668B2 (en) * 2006-05-29 2011-12-14 京セラ株式会社 Fuel cell
JP4832184B2 (en) * 2006-06-28 2011-12-07 京セラ株式会社 Fuel cell
JP5121269B2 (en) * 2007-03-27 2013-01-16 京セラ株式会社 Fuel cell device
JP5213865B2 (en) * 2007-08-29 2013-06-19 京セラ株式会社 Fuel cell device
JP2010238444A (en) * 2009-03-30 2010-10-21 Aisin Seiki Co Ltd Fuel battery device
US8495973B2 (en) * 2009-11-03 2013-07-30 Protonex Technology Corporation Thin film vaporizer
JP5485666B2 (en) * 2009-11-30 2014-05-07 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013004442A (en) 2013-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5770027B2 (en) Fuel cell material supply device, fuel cell system
US9614233B2 (en) Fuel cell module
EP2696417A1 (en) Fuel cell module
JP2009099267A (en) Solid oxide fuel cell module
JP5619482B2 (en) Fuel cell
US9698440B2 (en) Fuel cell module
JP3872491B2 (en) Fuel cell reformer and fuel cell system
JP5828690B2 (en) Fuel cell material supply device, fuel cell system
JP6092681B2 (en) Fuel cell device and fuel cell system
JP2015185280A (en) Fuel battery device
JP5936967B2 (en) Fuel cell device
US10790522B2 (en) Fuel cell module
JP2007253094A (en) Gas mixer and hydrogen generator
JP5262483B2 (en) Fuel cell system
JP2011018604A (en) Fuel battery
JP2009104846A (en) Fuel battery module, fuel battery equipped with it, and operation method of fuel battery
JP6628084B2 (en) Solid oxide fuel cell device
JP2011014495A (en) Fuel battery module
JP2014165118A (en) Fuel cell device
JP5360358B2 (en) Fuel cell reformer unit and fuel cell module
US20240210030A1 (en) Reformer burner for uniform gas blending
JP6635853B2 (en) Fuel cell system
JP2010040416A (en) Reformer unit for fuel cell and fuel cell module
JP2013026132A (en) Fuel cell module
JP2010040312A (en) Reformer unit for fuel cell and fuel cell module

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140414

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150225

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150303

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150424

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150602

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150624

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5770027

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees