固体氧化物型燃料电池装置的制造方法_4

文档序号:9632843阅读:来源:国知局
混合气体供给到重整器20,并能够解除上述这样的将蒸发器25设置在模块箱体8的外部时的问题。
[0075]此外,根据本实施方式,因为将换热器23和蒸发器25在水平方向上并排配置,同时在换热器23及蒸发器25的各自的下层沿水平方向形成有排气通路部23c、25c(参照图2等),所以能够使绝热材料7的配置结构及排放气体的处理最优化,并抑制无用的热交换。因而,在能够使燃料电池模块2小型化的同时,能够有效地使用排放气体的热量在换热器23及蒸发器25中进行热交换。
[0076]此外,根据本实施方式,因为使用将换热器23和蒸发器25 —体形成的热交换模块21,并利用具有上部开放的大致U字截面形状的箱体21a构成了换热器23的排气通路部23c及蒸发器25的排气通路部25c(参照图4),所以能够利用一个箱体21a制作排气通路部23c、25c,从而可实现燃料电池模块2的小型化及低成本化。此外,因为以覆盖该箱体21a的开放部的方式对换热器23的发电用空气通路部23a和蒸发器25的蒸发部25a及混合部25b进行了固定,所以能够简化换热器23的发电用空气通路部23a和蒸发器25的蒸发部25a及混合部25b的支撑,从而可实现燃料电池模块2的进一步的小型化及低成本化。
[0077]此外,根据本实施方式,因为将热交换模块21固定在模块箱体8的顶板8a上(参照图4),所以能够简单地且切实地对换热器23及蒸发器25进行固定支撑。此外,因为夹着绝热材料7a而对热交换模块21进行支撑(参照图2等),所以也能够使绝热材料7a的固定简单化,从而可实现燃料电池模块2的小型化及低成本化。
[0078]在本实施方式中的其他的观点中,因为将蒸发器25配置在模块箱体8上方的绝热材料7内且与向重整器20供给混合气体的入口(混合气体供给口 20a)侧相对应,并且利用在上下方向上横穿绝热材料7及模块箱体8内的混合气体供给管62来连结蒸发器25和重整器20的入口(参照图2等),所以能够通过使蒸发器25和重整器20的入口的位置关系最优化这样的简单的构成来使混合气体供给管62最短,并能够解除将上述这样的蒸发器25设置在模块箱体8的外部时的问题。具体而言,能够抑制供给到重整器20的混合气体的温度降低(尤其是能够抑制混合气体中的水蒸气的液化),从而能够确保重整器20中的重整性能。
尤其,在本实施方式中,因为将连通蒸发器25和重整器20的混合气体供给管62构成为在模块箱体8内横穿,即因为将混合气体供给管62构成为在与重整器20连接的过程中使其通过模块箱体8内,所以能够利用模块箱体8内的排放气体加热混合气体供给管62内的混合气体,并能够将升温后的混合气体供给到重整器20。因而,即使是将蒸发器25设置在模块箱体8的外部的构成,也能够通过简单的构成实现重整器20中的高重整性能。
[0079]此外,根据本实施方式,因为将排气口 11形成在与重整器20上设置有混合气体供给口 20a—侧的相反侧相对应的模块箱体8的顶板8a上的位置上,且将换热器23配置在该排气口 11的上方(参照图2等),所以在能够将高温的排放气体以最短距离供给到换热器23的同时,仅通过配置的措施就能够加长换热器23的在发电用空气和排放气体之间进行热交换的距离(即换热器23的水平方向的长度)。因而,通过简单的构成,即使是起动工序中的热量少的排放气体,也能够使发电用空气适当地升温,从而在能够缩短燃料电池模块2的升温时间的同时,能够实现稳定起动。此外,由于将蒸发器25配置在换热器23的下游侧且重整器20的入口(混合气体供给口 20a)侧,因此能够抑制无用的热交换,并确保蒸发器25的稳定的蒸发性能。
[0080]此外,根据本实施方式,因为将蒸发器25的混合部25c配置在排放气体的流动方向的上游侧,并介由混合气体供给管62将混合气体从该混合部25c而供给到重整器20 (参照图2等),所以能够在下游侧的蒸发部20a中未被用于汽化的较高温度的排放气体和在混合部25c的温度容易提高的处于气体状态的混合气体之间进行热交换,从而能够在混合部25c中使混合气体有效地升温。因而,能够使重整器20的重整性能稳定化。在这样的构成中,能够使混合气体供给管62成为最短路径,且还适当地抑制混合气体的温度降低。
[0081]此外,由于在如上所述将蒸发器25设置在模块箱体8的外部情况下汽化性能降低,因此存在有因为汽化延迟而引起水在混合气体供给管62中落下并被供给到重整器20从而产生混合不良的危险,但根据本实施方式,因为将混合气体供给管62的上游侧的端部62b设置为,向比蒸发器25的蒸发部25a及混合部25b的底面更上方突出(参照图2),所以通过配设混合气体供给管62的措施,用简单的构成就能够抑制水在混合气体供给管62内落下并被供给到重整器20。
[0082]此外,如上所述,当将蒸发器25设置在模块箱体8外,且将重整器20设置在模块箱体8内,并通过横穿模块箱体8内的混合气体供给管62将它们连结时,则存在有因较大的温度差,而在混合气体供给管62上施加有因膨胀差而产生的应力,从而导致劣化的危险,但在本实施方式中,因为在混合气体供给管62的位于模块箱体8内的部分上应用了在水平方向上可吸收热膨胀差的波纹管62c(参照图9),所以能够适当地抑制因这样的大的温度差而导致的混合气体供给管62的劣化。
此外,在本实施方式中,由于又将重整器20在水平方向上可滑动地安装于模块箱体8的顶板8a(参照图8),以便在水平方向上可吸收热膨胀,因此不仅能够缓和重整器20的应力,而且还能够抑制重整器20的变形应力的作用于混合气体供给管62,并且在能够使上述的混合气体供给管62的波纹管62c简化的同时,还能够提高混合气体供给管62的向重整器20等的连结强度。
[0083]此外,根据本实施方式,因为以通过重整器20的贯通孔20d内的方式对混合气体供给管62进行了配置(参照图2等),所以能够在使混合气体供给管62成为更短的最短路径的同时,能够在模块箱体8内利用排放气体有效地加热混合气体供给管62内的混合气体。尤其,在本实施方式中,因为将重整器20的贯通孔20d的倾斜面20e形成为,在从水平方向的与排气口 11相对应的重整器20的一侧端侧离开的位置上,使排放气体指向混合气体供给管62,所以能够有效地加热位于重整器20的贯通孔20d内的混合气体供给管62内的混合气体,并能够将高温的混合气体供给到重整器20,从而提高重整器20的重整性能。
[0084]在本实施方式中的进一步的其他的观点中,因为将预热部20b设置在重整器20中的混合气体的流动方向的重整部20c的上游侧(参照图2等),所以能够在该预热部20b中利用流过其周围的排放气体使混合气体适当地升温。因此,能够将升温到适当的温度的混合气体供给到重整部20c,从而能够使重整部20c中的重整性能稳定化。
[0085]此外,根据本实施方式,因为将重整器20的预热部20b配置在燃料电池单电池集合体12的上端的正上方且暴露于通过燃烧室18而产生的燃烧热及排放气体的位置上(参照图2等),所以能够在重整器20的预热部20b中使混合气体适当地升温,从而能够解除将上述的蒸发器25设置在模块箱体8的外部时的问题。尤其,根据本实施方式,因为通过重整器20的贯通孔20d的倾斜面20e、在模块箱体8的内侧面上设置的排气导向板80,而积极地使燃烧室18中生成的排放气体指向重整器20的预热部20b(参照图2等),所以即使利用起动工序中的较少热量的排放气体,也能够使向重整器20的重整部20c供给的混合气体适当地升温,并使重整部20c中的重整性能迅速地稳定化。
此外,在本实施方式中,因为如上所述指向重整器20的预热部20b的排放气体构成为在与该预热部20b相撞后返回并指向排气口 11,所以能够使混合气体切实地加热,而不减少朝向预热部20b的排放气体。此时,利用因排放气体的返回而产生的压力损失升高,能够确保排放气体和预热部20b内的混合气体的较长的热交换时间,并能够根据简单的构成更加稳定地加热混合气体。
[0086]此外,根据本实施方式,因为在混合气体供给管62上也设置有预热部62a,所以能够更进一步切实地加热向重整器20供给的混合气体。尤其,在本实施方式中,因为将混合气体供给管62的预热部62a设置在混合气体的流动方向的下游侧的部分上,且将其配置为与通过燃料电池单电池集合体12的上端部而形成的假想平面平行,以便使来自燃烧室18的排放气体与该预热部62a相撞(即预热部62a积极地被暴露于燃烧热、排放气体)(参照图2等),所以能够通过简单的构成加热混合气体。
[0087]此外,根据本实施方式,因为构成为从混合气体供给管62的预热部62a喷出到重整器20的预热部20b的混合气体在重整器20的预热部20b中扩张并流速降低,所以通过简单的构成,能够增大重整器20的预热部20b内的混合气体和排放气体的热交换时间,从而能够使混合气体有效地升温。此外,在本实施方式中,因为构成为重整器20的预热部20b内的混合气体与预热部20b的下游端侧的壁面20k相撞而返回并流入重整部20c,所以能够适当地实现介由形成预热部20b的壁面的有效的热交换、热交换时间的扩大,而不用牺牲重整部20c的容积来扩大预热部20b的容积。此外,根据本实施方式,通过混合气体如上所述在重整器20的预热部20b内流过,能够提高该预热部20b中的混合气体的混合性。
[0088]此外,根据本实施方式,由于将混合气体供给管62的预热部62a配置在重整器20的贯通孔20d内(参照图2等),因此能够在混合气体供给管62的预热部62a中有效地使混合气体升温。尤其,在本实施方式中,因为通过重整器20的贯通孔20d的倾斜面20e,使排放气体朝向重整器20的预热部20b及混合气体供给管62的预热部62a进行指向,所以能够实现重整器20及混合气体供给管62的预热部20b、62a中的混合气体和排放气体的有效的热交换,而不使结构复杂化。
[0089]在本实施方式中的进一步的其他的观点中,因为将重整器20在上下方向上与模块箱体8的顶板8a隔开规定距离,且在水平方向上可滑动地固定于该顶板8a,即因为将重整器20从模块箱体8的顶板8a悬下(参照图2及图3等),所以能够实现燃料电池模块2的小型化及低成本化。对此进行具体的说明。在下述的构成中,即在重整器的底板上使用托架等支撑部件而从下方进行支撑的比较例所涉及的构成中,由于将支撑部件与变成高温的燃料电池单电池单元16隔开距离进行配置,因此使燃料电池模块大型化,此外,由于使用有可承受高温的支撑部件,因此导致高成本化。对此,如本实施方式这样,在将重整器20从模块箱体8的顶板8a悬下的情况下,因为不需要像比较例那样确保与燃料电池单电池单元16的距离,所以能够使燃料电池模块2小型化,此外,因为不需要如比较例那样地使用可承受高温的支撑部件,所以能够使重整器20的支撑构造低成本化。
此外,在本实施方式中,因为通过在重整器20上一体地形成的排气通路壁(具体而言,为筒状部20h),将第2排气通路72形成在模块箱体8内,该第2排气通路72与形成于模块箱体8的顶板8a的排气口 11连通(参照图2及图5等),所以能够确保排出排放气体的排气性能,同时由于将上述的排气通路壁兼用作向模块箱体8的顶板8a的重整器20的支撑部件,因此能够使燃料电池模块2更进一步小型化。
[0090]此外,根据本实施方式,因为在通过从重整器20的顶板20g的边缘部向上方延伸的筒状部20h而形成上述的第2排气通路72的排气通路壁的同时,在与模块箱体8的顶板8a的设置有排气口 11 一侧的相反侧相对应的筒状部20h上的部位上,形成有作为向第2排气通路72导入排放气体的排放气体导入口的缺口部20i (参照图2及图5等),使得排气流最优化,所以能够提高顶板8a上的排气口 11的配置自由度,并可以使换热器23等小型化。此外,通过对用于将重整器20支撑于模块箱体8的顶板8a的部分即筒状部20h进行开槽,能够在确保相对于顶板8a的重整器20的支撑的同时,简单地形成排放气体导入口。
[0091]此外,根据本实施方式,因为在与重整器20的缺口部20i(排放气体导入口)相对应的模块箱体8的内侧面上的位置上,设置有使排放气体指向该缺口部20i的排气导向板81 (参照图3),所以即使缩小重整器20的顶板20g和模块箱体8的顶板8a的距离,即缩小第2排气通路72的上下方向的宽度,也能够使排放气体从重整器20的缺口部20i向第2排气通路72内切实地导入。对此进行具体的说明。
在如上所述将重整器20从模块箱体8的顶板8a悬下的构成中,由于重整器20较重及当变成高温时则支撑部件的强度下降,因而不能使将重整器20支撑于顶板8a的部件(具体而言,是筒状部20h)过长,即难以使重整器20的顶板20g与模块箱体8的顶板8a的距离更长。因此,第2排气通路72的上下方向的宽度变小,变得使排放气体不容易导入第2排气通路72,即,变得使排放气体从作为排放气体导入口的筒状部20h的缺口部20i向第2排气通路72内不容易导入。因而,在本实施方式中,设置了使排放气体指向作为排放气体导入口的缺口部20i的排气导向板81。由此,即使缩小重整器20的顶板20g与模块箱体8的顶板8a的距离,也因为能够使排放气体从重整器20的缺口部20i向第2排气通路72内切实地导入,所以可以使燃料电池模块2小型化。
[0092]此外,虽然当如上所述缩小第2排气通路72的上下方向的宽度时,则压力损失升高且排气性能降低,但是在本实施方式中,因为在重整器20上设置有贯通孔20d,从而使排放气体也从该贯通孔20d向第2排气通路72内导入(参照图2等),所以即使压力损失升高,也能够使排放气体切实地导入到第2排气通路72内。此时,由于在重整器20的上面(具体而言,是重整器20的顶板20g)围绕的高温的排放气体的量增加,因此能够提高通过排放气体重整器20的升温性能。
[0093]此外,根据本实施方式,因为在与模块箱体8的顶板8a的设置有排气口 11 一侧的相反侧相对应的重整器20上的部位上形成有贯通孔20d,所以能够通过简单的构成而使排气流最优化,并可以使模块箱体8内及重整器20整体均匀地升温。
[0094]此外,根据本实施方式,因为使在重整器20的筒状部20h的上端部设置的突缘部20 j与模块箱体8的顶板8a的支撑部8d卡合,并使重整器20在水平方向上可滑动地支撑于模块箱体8的顶板8a(参照图8),所以能够适当地吸收重整器20的热膨胀。此时,因为通过相对于模块箱体8的顶板8a的重整器20的支撑构造来吸收重整器20的热膨胀,所以能够使燃料电池模块2小型化,而不需要另外使用吸收热膨胀的装置。此外,因为通过使重整器20的突缘部20 j与模块箱体8的顶板8a的支撑部8d卡合,抑制了这些突缘部20 j和支撑部8d之间的排放气体的流动,所以能够适当地确保作为第2排气通路72的性能(具体而言为气密性)。
[0095]此外,根据本实施方式,因为将向燃料电池单电池单元16 —侧突出的凸部8c —体形成于模块箱体8的侧板8b (参照图4),从而使对于多个燃料电池单电池单元16的每一个的来自周围的热的反射成为均等,所以能够使燃料电池模块2小型化,而不需要另外使用热的反射板。
[0096]接下来,参照图12对本发明的第1实施方式的变形例的蒸发器进行说明。图12是本发明的第1实施方式的变形例的蒸发器的示意剖视图。在此,仅对与上述的蒸发器25不同的构成进行说明。
[0097]如图12所示,变形例的蒸发器25X在其上层的蒸发部25a的内部填充配置有陶瓷球25e,在其下层的排气通路部25c的内部填充配置有承载具有排放气体的净化功能的排气净化催化剂(换言之为燃烧催化剂)的陶瓷球25f,且蒸发部25a和排气通路部25c的边界面是由凹凸面25g形成的。此外,在蒸发器25X的蒸发部25a的上部设置有陶瓷加热器等加热器25d。也就是说,在蒸发器25X中以下述的顺序从上至下配置有加热器25d、蒸发部25a (也包含混合部25b)、及排气通路部25c,且在加热器25d的上部及排气通路部25c的下部配置有上述的绝热材料7 (在图12中未图示。参照图2及图3)。
[0098]如此,因为在排气通路部25c内填充有排气净化催化剂的蒸发器25X中,在产生含有很多C0的排放气体的冷起动时,排气通路部25c内的排气净化催化剂在去除C0时放热(由于通过排气净化催化剂去除C0的重整是放热反应),所以能够利用该排气净化催化剂所产生的热(氧化反应热)从下方加热蒸发部25a。也就是说,不仅能够利用流经排气通路部25c的排放气体的热,还能够利用排气通路部25c内的排气净化催化剂所产生的氧化反应热来加热蒸发部25a。由此,利用比较简单的蒸发器25X的构成,能够在促进蒸发部25a内的水的稳定的汽化的同时,通过将蒸发部25a中产生的水蒸气切实地供给到重整器20来实现重整器20的稳定的重整。
[0099]此外,由于将加热器25d设置在蒸发部25a的上部,因此通过在冷起动时使用该加热器25d,如上所述,能够不仅使排气通路部25c内的排气净化催化剂所产生的氧化反应热,而且使通过加热器25d而产生的热也传递到蒸发部25a,即能够从上方及下方的双方加热蒸发部25a,从而能够有效地确保蒸发部25a中的稳定的汽化及重整器20的稳定的重整。此时,能够将单一加热器25d适当地兼做在冷起动时为了使排气通路部25c内的排气净化催化剂活性化而进行加热的用途、及如上所述加热蒸发部25a的用途,从而不需要应用用于这2个用途的2个加热器。
[0100]尤其,通过在蒸发部25a及排气通路部25c的双方的内部填充有陶瓷球25e、25f,即通过将陶瓷球25e、25f在蒸发部25a内及排气通路部25c内的整体中进行填充配置,以便加热器25d的热从蒸发部25a跨越至排气通路部25c,能够将陶瓷球25e、25f作为热传导部件,而使加热器25d的热介由蒸发部25a高效地传递到排气通路部25c (参照图12中的箭头A1)。利用填充配置陶瓷球25e、25f这样的简单的构成,通过单一加热器25d,能够使排气通路部25c内的排气净化催化剂迅速地活性化,并能够利用该排气净化催化剂的氧化反应热从下方有效的加热蒸发部25a。
[0101]此外,因为通过利用凹凸面25g来形成蒸发部25a和排气通路部25c的边界面,夹着蒸发部25a和排气通路部25c的边界面的陶瓷球25e和陶瓷球25f的接触面积扩大,所以能够实现介由陶瓷球25e、25f的加热器25d的热的有效的跨越。
[0102]接下来,参照图13对本发明的第1实施方式的固体氧化物型燃料电池装置的制造方法进行说明。图13是表示本发明的第1实施方式的固体氧化物型燃料电池装置的制造方法的流程图。<
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