JP6356480B2 - ホットモジュール - Google Patents
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Description
請求項2に記載のホットモジュールによれば、燃料電池セルスタックの中央部を優先的に冷却することができる。
請求項3に記載のホットモジュールによれば、上側通路と下側通路とを用いることで、燃料電池セルスタックの上部分の熱と下部分の熱を各々同一条件で効率的に吸収することができる。
請求項4に記載のホットモジュールによれば、燃料電池セルスタックの外周に沿って途切れなく熱を吸収することができる。
請求項5に記載のホットモジュールによれば、内壁によって効率的に熱を吸収することができる。
請求項6に記載のホットモジュールによれば、効率的に熱を吸収することができる。
請求項7に記載のホットモジュールによれば、熱吸収層を金属の酸化皮膜としたので、熱に強く、耐久性に優れた熱吸収層となる。
請求項8に記載のホットモジュールによれば、酸化剤ガスを余熱する装置を別途必要としないため、部品点数の増加を抑えることができる。
(ホットモジュールの全体構成)
図1に示すように、燃料電池システム8のホットモジュール10は、箱状の断熱容器12を備えており、断熱容器12の内部には、燃料電池セルスタック14、気化器15、改質器16、第1熱交換器18A、第2熱交換器18B、第3熱交換器18C等が収容されている。
図1、及び図3に示すように、断熱容器12の内部には、燃料電池セルスタック14の水平方向の周囲を囲むように形成された第3熱交換器18Cが配置されている。第3熱交換器18Cは、4枚のステンレス板で平面視で矩形に形成された内壁120と、内壁120の外側に間隔を開けて配置される4枚のステンレス板で形成された外壁122とを備えている。内壁120の上端と外壁122の上端と間に形成される角枠状の開口部分はステンレス板で角枠状に形成された上蓋124で塞がれている。また、内壁120の下端と外壁122の下端との間に形成される角枠状の開口部分はステンレス板で角枠状に形成された下蓋126で塞がれている。これにより、第3熱交換器18Cには、内壁120、外壁122、上蓋124、及び下蓋126との間に密閉された内部空間128が形成されている。
通路隔壁130、132、134、136の内周部は内壁120に密着固定され、通路隔壁130、132、134、136の外周部は外壁122に密着固定されている。このため、内部空間128は、これらの通路隔壁130、132、134、136によって上下方向に5分割されており、下蓋126と通路隔壁130との間が第1通路138、通路隔壁130と通路隔壁132との間が第2通路140、通路隔壁132と通路隔壁134との間が第3通路142、通路隔壁134と通路隔壁136との間が第4通路144、通路隔壁136と上蓋124との間が第5通路146とされている。
次に、本実施形態の作用を説明する。
ブロア20から送風された空気(酸化剤ガス)は、第1熱交換器18A、第2熱交換器18B、及び第3熱交換器18Cを通過して予熱されて燃料電池セルスタック14に供給される。
一方、外部より供給された水は気化器15で水蒸気とされ、改質器16は、外部より供給されたガスと、気化器15で生成された水蒸気とが混合され、排ガスの熱が付与されて燃料ガスに改質されて燃料電池セルスタック14に供給される。
上記実施形態の第3熱交換器18Cでは、燃料電池セルスタック14を周回する通路が上下方向に5段形成されていたが、本発明はこれに限らず、通路の段数は4段以下であっても良く、5段以上であっても良い。また、第3熱交換器18Cは、長手方向全体が水平方向に対して傾斜した単一の螺旋状の通路が形成されていても良い。この場合、通路の上下方向中央部から空気を流入し、螺旋状の通路の上端、及び下端から空気を排出すれば良い。単一の螺旋状の通路としては、例えば、丸パイプ、角パイプ等を螺旋状に曲げ加工したものを挙げることができる。
また、高温となる部分が複数ある場合には、高温部分毎に空気流入口158を複数設けても良い。
12 断熱容器
14 燃料電池セルスタック
16 改質器
18C 第3熱交換器(吸熱装置)
120 内壁
122 外壁
138 第1通路(下側通路)
140 第2通路(下側通路)
142 第3通路(中央通路)
144 第4通路(上側通路)
146 第5通路(上側通路)
158 空気流入口(流入部)
Claims (8)
- 燃料ガスと酸化剤ガスとで発電を行う発電セルを積層した燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルスタックで生じる発電反応熱を用いて改質反応により原料ガスから前記燃料ガスを得て前記発電セルに供給する改質器と、
前記燃料電池セルスタックの水平方向の側部全体に対向するように前記燃料電池セルスタックの周囲に配置され、前記燃料電池セルスタックの最も高温となる部分と対向する位置に冷媒を流入する流入部を備え、前記流入部から前記燃料電池セルスタックの温度の低い部分と対向する位置に向けて前記冷媒を流す通路を備えた吸熱装置と、
前記燃料電池セルスタック、前記改質器、及び前記吸熱装置を収納する収納容器と、を有するホットモジュール。 - 前記流入部は、前記燃料電池セルスタックの最も高温となる上下方向の中央部と対向する位置に設けられており、
前記通路は、前記流入部から前記燃料電池セルスタックの上部と対応する位置、及び前記流入部から前記燃料電池セルスタックの下部と対向する位置に向けて前記冷媒を流す、請求項1に記載のホットモジュール。 - 前記通路は、前記流入部を備え前記燃料電池セルスタックの上下方向中央部と対向する位置を1周する中央通路と、前記中央通路の下流側端部に接続され前記中央通路の上側に配置されて前記燃料電池セルスタックの上部と対向する位置を周回する上側通路と、前記中央通路の下流側端部に接続され前記中央通路の下側に配置されて前記燃料電池セルスタックの下部と対向する位置を周回する下側通路と、を備えている、請求項2に記載のホットモジュール。
- 前記上側通路、及び前記下側通路は、前記燃料電池セルスタックの周りを螺旋状に複数周回している、請求項3に記載のホットモジュール。
- 前記吸熱装置は、前記燃料電池セルスタックの周囲を囲む内壁と、前記内壁の外側に配置されて前記内壁を囲む外壁との間に前記通路が設けられている、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載のホットモジュール。
- 前記吸熱装置は、前記燃料電池セルスタックと対向する面に輻射熱を吸収する熱吸収層が設けられている、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載のホットモジュール。
- 前記吸熱装置は前記燃料電池セルスタックと対向する部分が金属で形成され、前記熱吸収層は前記金属の表面に形成された酸化皮膜である、請求項6に記載のホットモジュール。
- 前記冷媒は、前記発電セルに供給する前の酸化剤ガスである、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載のホットモジュール。
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