JP7764334B2 - fuel cell device - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池装置に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell device.
水素を含有する燃料ガスと酸素含有ガス(空気)とを用いて発電を行ない、電気を外部に供給する燃料電池装置が知られている。このような燃料電池装置では、発電に必要な燃料や水などの流体が流れる配管を多数備えており、燃料電池モジュールおよびシステムを構成する複数の補機は、これらの配管を介して互いに接続されている(例えば特許文献1)。 Fuel cell devices are known that generate electricity using hydrogen-containing fuel gas and oxygen-containing gas (air) and supply the electricity to the outside. Such fuel cell devices are equipped with numerous pipes through which fluids such as fuel and water necessary for power generation flow, and the fuel cell module and multiple auxiliary devices that make up the system are connected to each other via these pipes (see, for example, Patent Document 1).
ところで、燃料電池装置においては、発電性能を維持するために定期的な交換を必要とする補機がある。また、故障時には修理のために補機を取り出さなければならないこともある。このようなメンテナンスの際には、補機に接続されている配管を取り外さなければならないが、配管を簡単に着脱できる構造にはなっていなかったため、交換作業を容易に行うことができるよう改善が望まれていた。 Fuel cell devices have auxiliary equipment that requires periodic replacement to maintain power generation performance. Furthermore, in the event of a malfunction, the auxiliary equipment may need to be removed for repair. During such maintenance, the piping connected to the auxiliary equipment must be removed, but the system was not designed to allow the piping to be easily attached or detached, so improvements were needed to make the replacement process easier.
本発明は、上記課題を解決するためのもので、配管の着脱を容易に行うことができ、メンテナンス性に優れた燃料電池装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to solve the above problems by providing a fuel cell device that allows for easy attachment and detachment of piping and is easy to maintain.
本発明は、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池の運転に使用される流体が流れる流体流路と、
前記流体流路に設けられる複数の補機と、を備え
前記流体流路は、複数の前記補機の間に配設される複数の配管を有し、
前記配管の少なくとも一つは、互いに略90°異なる方向に延びる第1流路、第2流路、第3流路を備えた一本の管によって構成され、前記第1流路と前記第3流路の間に前記第2流路が設けられ、かつ前記第1流路を軸に回動可能であり、
前記第3流路と前記補機とを接続する回動管接続部は、回動する前記第3流路の先端が描く軌道上に開口が設けられている接続口を有する燃料電池装置である。
The present invention provides a fuel cell that generates electricity using a fuel gas and an oxygen-containing gas,
a fluid flow path through which a fluid used to operate the fuel cell flows;
a plurality of auxiliary devices provided in the fluid flow path, the fluid flow path having a plurality of pipes arranged between the plurality of auxiliary devices,
at least one of the pipes is configured by a single pipe having a first flow path, a second flow path, and a third flow path extending in directions that are mutually different by approximately 90°, the second flow path being provided between the first flow path and the third flow path, and being rotatable about the first flow path;
The rotating pipe connection portion that connects the third flow path and the auxiliary device is a fuel cell device having a connection port that has an opening on the path that is traced by the tip of the rotating third flow path.
上述のように構成することにより、配管の着脱を容易に行うことができるため、メンテナンス性に優れた燃料電池装置となる。 The above-described configuration allows for easy attachment and detachment of the piping, resulting in a fuel cell device with excellent maintainability.
好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用を示して簡単に説明する。 We will briefly explain the preferred embodiment of the present invention, illustrating its operation.
本発明は、燃料電池の運転に使用される流体が流れる流体流路の構造に関し、補機をつなぐ配管の少なくとも一つは、互いに略90°異なる方向に延びる第1流路、第2流路、第3流路を備えて構成されて第1流路を軸に回動可能であり、第3流路と補機とを接続する回動管接続部は、回動する第3流路の軌道上に開口する接続口を有する。すなわち、配管を回動させた軌道上に補機との接続口が設けられているので、第1流路を軸に回動させるだけで容易に配管と補機とを接続することができる。これにより、メンテナンス性を向上させることができる。 The present invention relates to the structure of a fluid flow path through which fluids used in fuel cell operation flow. At least one of the pipes connecting the auxiliary equipment is configured with a first flow path, a second flow path, and a third flow path extending in directions that differ by approximately 90° from each other and is rotatable around the first flow path as an axis. The rotating pipe connection section connecting the third flow path to the auxiliary equipment has a connection port that opens onto the orbit of the rotating third flow path. In other words, because the connection port with the auxiliary equipment is located on the orbit around which the pipe is rotated, the pipe and the auxiliary equipment can be easily connected simply by rotating the first flow path around the axis. This improves maintainability.
また、第1流路、第2流路、第3流路をこの順で連続させて配管を構成する。これにより、最短の配管長で補機と接続することができるため、製造コストを低減することができる。 In addition, the piping is configured by connecting the first, second, and third flow paths in this order. This allows the auxiliary equipment to be connected using the shortest piping length, thereby reducing manufacturing costs.
また、接続口は、メンテナンスの際に開閉するメンテナンス面から視認可能に設けられている。これにより、配管をメンテナンス面の方向に回動させることで取り外すことができ、また接続位置も視認できるため、メンテナンス性をより向上させることができる。 The connection port is also designed to be visible from the maintenance surface, which is opened and closed during maintenance. This allows the piping to be removed by rotating it toward the maintenance surface, and the connection position can also be seen, further improving maintainability.
また、補機である脱硫器は、容器の上面に燃料流入部と燃料流出部を有しており、燃料流入部と燃料流出部の径は異なる大きさに形成されていて、燃料流入部または燃料流出部のいずれか一方に回動管接続部が取り付けられる。これにより、燃料流入部と燃料流出部がともに上面に設けらている脱硫器であっても、メンテナンスの際に配管を間違って接続してしまうことを防止することができる。 The desulfurizer, an accessory, has a fuel inlet and a fuel outlet on the top surface of the container, with the fuel inlet and fuel outlet having different diameters, and a rotary pipe connection is attached to either the fuel inlet or fuel outlet. This prevents incorrect piping connections during maintenance, even in desulfurizers where both the fuel inlet and fuel outlet are located on the top surface.
以下、本発明の一実施例を図面により説明する。 One embodiment of the present invention is described below with reference to the drawings.
図1は本実施形態の燃料電池装置のシステム構成図である。燃料電池装置100は、燃料電池モジュール1を含み、燃料電池モジュール1を作動させるための、第1熱交換器2、蓄熱タンク3、凝縮水タンク4、放熱器5、空気供給装置14、燃料供給装置15、改質水供給装置16等の複数の補機が筐体50内に納められている。筐体50内には上述の装置全てが収められる必要はなく、例えば、第1熱交換器2や蓄熱タンク3を筐体50の外部に設けてもよい。また、上述の装置の一部を省略した燃料電池装置も可能である。 Figure 1 is a system configuration diagram of a fuel cell device according to this embodiment. The fuel cell device 100 includes a fuel cell module 1, and a number of accessories for operating the fuel cell module 1, such as a first heat exchanger 2, a heat storage tank 3, a condensed water tank 4, a radiator 5, an air supply device 14, a fuel supply device 15, and a reforming water supply device 16, are housed within a housing 50. It is not necessary for all of the above-mentioned devices to be housed within the housing 50; for example, the first heat exchanger 2 and the heat storage tank 3 may be located outside the housing 50. It is also possible to create a fuel cell device that omits some of the above-mentioned devices.
燃料電池モジュール1は、箱状の収納容器10の内部に、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池11と、燃料電池11に供給する燃料ガスを生成する改質器12と、を収容して構成される。 The fuel cell module 1 is constructed by housing, inside a box-shaped storage container 10, a fuel cell 11 that generates electricity using fuel gas and oxygen-containing gas, and a reformer 12 that generates the fuel gas to be supplied to the fuel cell 11.
燃料電池11の構成については特に限定はしないが、例えば、複数の燃料電池セルが配列されてなるセルスタック構造を有していてもよい。セルスタック構造の燃料電池11は、例えば、各燃料電池セルの下端を、ガラスシール材等の絶縁性接合材を用いて、マニホールドに固定することによって構成される。 The configuration of the fuel cell 11 is not particularly limited, but it may have, for example, a cell stack structure in which multiple fuel cell units are arranged. A fuel cell 11 with a cell stack structure is constructed, for example, by fixing the lower end of each fuel cell unit to a manifold using an insulating bonding material such as a glass sealant.
改質器12は、天然ガス、LPガス等の原燃料ガスを水蒸気改質し、燃料電池11に供給する燃料ガスを生成する。改質器12には、原燃料ガスを供給する燃料供給装置15と、改質水を供給する改質水供装置16が接続されており、原燃料ガスと改質水は加熱された改質器12で改質反応し、水素を含む燃料ガスが生成される。 The reformer 12 steam-reforms raw fuel gas, such as natural gas or LP gas, to produce fuel gas that is supplied to the fuel cell 11. The reformer 12 is connected to a fuel supply device 15 that supplies the raw fuel gas and a reforming water supply device 16 that supplies reforming water. The raw fuel gas and reforming water undergo a reforming reaction in the heated reformer 12, producing fuel gas containing hydrogen.
燃料電池11には、改質器12で生成された燃料ガスと、空気供給装置14によって導入された空気(酸素含有ガス)が供給される。燃料ガスは、燃料電池セル内を通過するときに酸素含有ガスと反応して発電が行われる。発電に使用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスは、燃料電池11の上部で合流して燃焼する。この燃料ガスの燃焼によって高温の排ガスが生成され、改質器12はこの熱によって加熱される。このようにして燃料電池モジュール1内で生じた排ガスは、第1熱交換器2に供給される。 The fuel cell 11 is supplied with fuel gas produced in the reformer 12 and air (oxygen-containing gas) introduced by the air supply device 14. As the fuel gas passes through the fuel cell, it reacts with the oxygen-containing gas to generate electricity. The fuel gas and oxygen-containing gas not used for power generation join together at the top of the fuel cell 11 and are combusted. This combustion of the fuel gas produces high-temperature exhaust gas, which heats the reformer 12. The exhaust gas produced in this way within the fuel cell module 1 is supplied to the first heat exchanger 2.
第1熱交換器2には配管を介して、蓄熱タンク3、熱媒ポンプP1および放熱器5が接続され、第1熱媒循環ラインHC1が形成されている。この第1熱媒循環ラインHC1には熱媒体が導入されており、第1熱交換器2ではこの熱媒体と前述の排ガスとで熱交換が行われて熱媒体が加熱される。熱媒体としては水などを用いることができ、蓄熱タンク3は熱交換により温度が上昇した熱媒体を蓄える。蓄熱タンク3に蓄えられた熱媒体は、放熱器5に送られて冷却され、再び第1熱交換器2で排ガスと熱交換を行った後、蓄熱タンク3に還流する。これにより、蓄熱タンク3には上部から温度の高い熱媒体が蓄えられ温度成層が形成される。 The first heat exchanger 2 is connected via piping to the heat storage tank 3, heat medium pump P1, and radiator 5, forming the first heat medium circulation line HC1. A heat medium is introduced into this first heat medium circulation line HC1, and in the first heat exchanger 2, heat exchange occurs between this heat medium and the exhaust gas mentioned above, heating the heat medium. Water or other materials can be used as the heat medium, and the heat storage tank 3 stores the heat medium whose temperature has been increased by heat exchange. The heat medium stored in the heat storage tank 3 is sent to the radiator 5 to be cooled, and then exchanges heat with the exhaust gas again in the first heat exchanger 2 before returning to the heat storage tank 3. As a result, high-temperature heat medium is stored in the heat storage tank 3 from the top, creating temperature stratification.
また、第1熱交換器2には、凝縮水回収路20を介して凝縮水タンク4が接続されている。燃料電池モジュール1で発生した排ガスが熱交換によって冷却されると、排ガス中に含まれる水蒸気が水と気体に分離され、分離された水は、凝縮水回収流路20を通って凝縮水タンク4に回収される。凝縮水タンク4では、イオン交換器(図示せず)などを経て、回収した水から不純物を取り除いて純水化する。純水化した水は水供給装置16により改質器12に供給され、改質水として使用される。一方で、水分が取り除かれた気体は、排気流路21を通ってから筐体50の外に排出される。 The first heat exchanger 2 is also connected to a condensed water tank 4 via a condensed water recovery path 20. When the exhaust gas generated in the fuel cell module 1 is cooled by heat exchange, the water vapor contained in the exhaust gas is separated into water and gas, and the separated water is collected in the condensed water tank 4 through the condensed water recovery path 20. In the condensed water tank 4, the collected water is purified by removing impurities through an ion exchanger (not shown) or the like. The purified water is supplied to the reformer 12 by the water supply device 16 and used as reforming water. Meanwhile, the gas from which the water has been removed passes through the exhaust path 21 and is then discharged outside the housing 50.
改質器12に原燃料を供給する燃料供給装置15は、燃料の供給源から繋がる原燃料流路22上に、第1電磁弁150、圧力センサ151、脱硫器152、ガス流量計153、燃料ポンプ154、第2電磁弁155等の補機が設けられている。改質器12に改質水を供給する改質水供給装置16は、凝縮水タンク4から繋がる改質水流路23上に改質水ポンプ160等の補機が設けられている。燃料電池モジュール1に酸素含有ガスを供給する空気供給装置14は、酸素含有ガス流路24上に、空気流量計140、ブロワ141等の補機が設けられている。なお、ここに挙げた補機は一例であって、この他の補機を備える構成としてもよい。 The fuel supply device 15, which supplies raw fuel to the reformer 12, is provided with accessories such as a first solenoid valve 150, pressure sensor 151, desulfurizer 152, gas flow meter 153, fuel pump 154, and second solenoid valve 155 on a raw fuel flow path 22 connected to the fuel supply source. The reforming water supply device 16, which supplies reforming water to the reformer 12, is provided with accessories such as a reforming water pump 160 on a reforming water flow path 23 connected to the condensed water tank 4. The air supply device 14, which supplies oxygen-containing gas to the fuel cell module 1, is provided with accessories such as an air flow meter 140 and blower 141 on an oxygen-containing gas flow path 24. Note that the accessories listed here are merely examples, and other accessories may also be included.
さらに、燃料電池装置100には、各種機器の動作を制御する制御装置30が設けられているほか、燃料電池モジュール1にて発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電気の外部負荷への供給量を調整するための供給電力調整部(パワーコンディショナ)40を備えている。 Furthermore, the fuel cell device 100 is equipped with a control device 30 that controls the operation of various devices, as well as a power supply adjustment unit (power conditioner) 40 that converts the DC power generated by the fuel cell module 1 into AC power and adjusts the amount of converted electricity supplied to an external load.
また、燃料電池装置100は、第2熱交換器6、蓄熱タンク3から熱媒を循環させる与熱ポンプP2およびこれらを繋ぐ配管を含む第2熱媒循環ラインHC2を備えていてもよい。第2熱媒循環ラインHC2では、外部から供給流路25を介して供給された水道水を、蓄熱タンク3に貯留された高温の熱媒体を用いて第2熱交換器6で加温する。加温された水を外部の給湯器等の再加熱装置に向けて送給流路26を介して送給することができる。燃料電池装置100は、外部への温水供給を行わない、いわゆるモノジェネレーションシステムであってもよい。 Furthermore, the fuel cell device 100 may be equipped with a second heat exchanger 6, a heat pump P2 that circulates the heat medium from the heat storage tank 3, and a second heat medium circulation line HC2 that includes piping connecting these. In the second heat medium circulation line HC2, tap water supplied from the outside via the supply flow path 25 is heated in the second heat exchanger 6 using the high-temperature heat medium stored in the heat storage tank 3. The heated water can be supplied via the supply flow path 26 to an external reheating device such as a water heater. The fuel cell device 100 may be a so-called monogeneration system that does not supply hot water to the outside.
このように、燃料電池装置100は、燃料電池11の運転に使用される流体が流れる流体流路を備えている。流体としては、原燃料、水、空気があり、本実施形態における原燃料流路22、凝縮水回収流路20、改質水流路23、酸素含有ガス流路24は、流体流路の一例である。 As such, the fuel cell device 100 has fluid flow paths through which fluids used to operate the fuel cell 11 flow. Fluids include raw fuel, water, and air. In this embodiment, the raw fuel flow path 22, condensed water recovery flow path 20, reforming water flow path 23, and oxygen-containing gas flow path 24 are examples of fluid flow paths.
図2は、燃料電池装置の外観斜視図である。燃料電池装置100の外装ケース50は、直方体形状であって、底板51と、上面パネル52と、複数の側面パネル53~56を備えている。側面パネルは、左側面パネル53、右側面パネル54、正面パネル55、背面パネル56を備えている。また、燃料電池装置100には、メンテナンスを行うメンテナンス面があらかじめ設定されていて、上面パネル52と、複数の側面パネル53~56の一部は、メンテナンス時に取り外されるメンテナンスパネルである。本実施形態では、右側面パネル54と正面パネル55がメンテナンスパネルになっている。 Figure 2 is an external perspective view of the fuel cell device. The exterior case 50 of the fuel cell device 100 is rectangular and includes a bottom plate 51, a top panel 52, and multiple side panels 53-56. The side panels include a left side panel 53, a right side panel 54, a front panel 55, and a rear panel 56. The fuel cell device 100 also has a pre-defined maintenance surface for maintenance, with the top panel 52 and some of the multiple side panels 53-56 being maintenance panels that are removed during maintenance. In this embodiment, the right side panel 54 and the front panel 55 serve as maintenance panels.
右側面パネル54は、上部パネル541と下部パネル542から構成されている。上部パネル541は、開閉可能なカバー部541aを備えていて、このカバー部541aを外すと燃料電池装置100の電源スイッチやブレーカスイッチを操作することができるようになっている。そして、メンテナンスの際には下部パネル542は取り付けたまま、上部パネル541だけを取り外すことができるようになっている。また、下部パネル542には、原燃料や水等の流路が継手を介して接続されている。ここでは継手の一例として、原燃料流路22に接続される原燃料継手60、水供給流路27に接続される水供給継手61、水送給流路28に接続される水送給継手62、排水流路25に接続される排水継手63を有している。 The right side panel 54 is composed of an upper panel 541 and a lower panel 542. The upper panel 541 has an openable cover 541a, and removing this cover 541a allows the power switch and breaker switch of the fuel cell device 100 to be operated. Furthermore, during maintenance, the upper panel 541 can be removed while the lower panel 542 remains attached. The lower panel 542 is also connected to flow paths for raw fuel, water, etc. via fittings. Examples of fittings include a raw fuel fitting 60 connected to the raw fuel flow path 22, a water supply fitting 61 connected to the water supply flow path 27, a water supply fitting 62 connected to the water supply flow path 28, and a drain fitting 63 connected to the drain flow path 25.
次に、図3~図5を加えて、本実施形態の燃料電池装置における、流体流路と補機とを接続する構造について説明する。以下では、流体流路として原燃料流路22を例に説明する。 Next, the structure for connecting the fluid flow paths and the auxiliary equipment in the fuel cell device of this embodiment will be described with reference to Figures 3 to 5. Below, the raw fuel flow path 22 will be used as an example of the fluid flow path.
図3は、燃料供給装置の一部を抜粋した図である。流体流路の一例である原燃料流路22は、燃料供給装置16を構成している。燃料供給装置16は上流から順に、第1電磁弁150、圧力センサ151、脱硫器152、ガス流量計153、を備えるとともに、これらを接続して流路を構成する配管である電磁弁往き配管70、脱硫器往き配管71、流量計往き配管72を備えている。配管は、熱伝導率の高い銅配管であり、適宜曲げ加工が施されている。 Figure 3 shows an excerpt from a fuel supply device. The raw fuel flow path 22, which is an example of a fluid flow path, constitutes the fuel supply device 16. From upstream, the fuel supply device 16 is equipped with a first solenoid valve 150, a pressure sensor 151, a desulfurizer 152, and a gas flow meter 153, as well as pipes that connect these to form the flow path: a solenoid valve supply pipe 70, a desulfurizer supply pipe 71, and a flow meter supply pipe 72. The pipes are copper pipes with high thermal conductivity, and are appropriately bent.
第1電磁弁150は、図1に示すようにケーシング内に2つの電磁弁150a、150bを連ねて構成されており、この電磁弁150a、150bを開閉することで原燃料流路22の開状態と閉状態とを切り替えて、燃料電池装置100への原燃料の供給と遮断を制御する。そして、第1電磁弁150には、電磁弁往き配管70と、脱硫器往き配管71が接続される。電磁弁往き配管70は、原燃料継手60を介して燃料電池装置100外部の燃料供給源と接続されており、脱硫器往き配管71は、原燃料中に含まれる硫黄を除去するための脱硫器152と接続されている。 As shown in FIG. 1, the first solenoid valve 150 is configured with two solenoid valves 150a, 150b connected in a casing. Opening and closing these solenoid valves 150a, 150b switches the raw fuel flow path 22 between an open and closed state, thereby controlling the supply and cut-off of raw fuel to the fuel cell device 100. The first solenoid valve 150 is connected to a solenoid valve feed pipe 70 and a desulfurizer feed pipe 71. The solenoid valve feed pipe 70 is connected to a fuel supply source external to the fuel cell device 100 via a raw fuel coupling 60, and the desulfurizer feed pipe 71 is connected to a desulfurizer 152 for removing sulfur contained in the raw fuel.
脱硫器152は、内部に脱硫剤が充填された筒状の容器本体80と、この容器本体80の上面に設けられた容器蓋81を有し、容器蓋81は原燃料が流入する燃料流入部82と、脱硫剤を通過して硫黄が取り除かれた原燃料が流出する燃料流出部83を備えている。燃料流入部82から脱硫器152内に流入した原燃料は、容器本体80内を下方に流れ、容器本体80の下端部で折り返して上方に向かって流れ、容器本体80内を流れる間に脱硫剤に硫黄が吸着される。そして、燃料流入部82には流入部継手84が取り付けられており、流入部継手84を介して脱硫器往き配管71が接続されている。同様に、燃料流出部83には流出部継手85が取り付けられており、流出部継手85を介して流量計往き配管72が接続されている。 The desulfurizer 152 comprises a cylindrical container body 80 filled with a desulfurizing agent and a container lid 81 attached to the top of the container body 80. The container lid 81 is equipped with a fuel inlet 82 through which the raw fuel flows and a fuel outlet 83 through which the raw fuel flows after passing through the desulfurizing agent to remove sulfur. The raw fuel that flows into the desulfurizer 152 from the fuel inlet 82 flows downward within the container body 80, turns around at the bottom end of the container body 80, and flows upward. As it flows within the container body 80, sulfur is adsorbed by the desulfurizing agent. An inlet joint 84 is attached to the fuel inlet 82, and the desulfurizer supply pipe 71 is connected via the inlet joint 84. Similarly, an outlet joint 85 is attached to the fuel outlet 83, and the flow meter supply pipe 72 is connected via the outlet joint 85.
ここで、脱硫器往き配管71は、互いに略90°異なる方向に延びる第1流路711、第2流路712、第3流路713を備えている。つまり、第1流路711と略90°の角度をなすように配管を曲げて第2流路712が形成され、第2流路と略90°の角度をなすように配管を曲げて第3流路713が形成され、第3流路713は第1流路711とも略90°の角度を形成している。 Here, the desulfurizer-bound piping 71 has a first flow path 711, a second flow path 712, and a third flow path 713 that extend in different directions at approximately 90° angles from each other. In other words, the second flow path 712 is formed by bending the piping so that it forms an angle of approximately 90° with the first flow path 711, and the third flow path 713 is formed by bending the piping so that it forms an angle of approximately 90° with the second flow path, and the third flow path 713 also forms an angle of approximately 90° with the first flow path 711.
第1流路711は、配管の上流側の補機である第1電磁弁151に接続されていて、第1電磁弁151との接続部を中心にして回動可能に設けられる。そのため、脱硫器往き配管71は、第1流路711を軸に回動したとき、第2流路712は回動する円の半径、第3流路713は第2流路712を半径とする円の接線に相当する。また、第3流路713は、配管の下流側の補機である脱硫器152に接続されている。本構成においては、第3流路713は流入部継手84を介して脱硫器152の燃料流入部82に接続されており、流入部継手84が回動管接続部となる。 The first flow path 711 is connected to the first solenoid valve 151, an accessory located upstream of the piping, and is rotatable around the connection with the first solenoid valve 151. Therefore, when the desulfurizer-supply piping 71 rotates around the first flow path 711, the second flow path 712 corresponds to the radius of the rotation circle, and the third flow path 713 corresponds to the tangent to a circle with the second flow path 712 as its radius. Furthermore, the third flow path 713 is connected to the desulfurizer 152, an accessory located downstream of the piping. In this configuration, the third flow path 713 is connected to the fuel inlet 82 of the desulfurizer 152 via the inlet joint 84, and the inlet joint 84 serves as the rotating pipe connection.
図4は、脱硫器から脱硫器往き配管を取り外した図であり、図5は、脱硫器を上面から見た図である。図5においては、第1流路711を軸に脱硫器往き配管71を回動させたときの第3流路713の軌道を破線で示している。流入部継手84はL字形状をなすとともに、第3流路713が接続される接続口86を備えていて、この接続口86は破線で示した第3流路713の軌道上に開口している。これにより、脱硫器往き配管71は、第1流路711を軸に回動させるだけで接続口86に容易に着脱することができる。 Figure 4 shows the desulfurizer with the desulfurizer supply piping removed from the desulfurizer, and Figure 5 shows the desulfurizer from above. In Figure 5, the trajectory of the third flow path 713 when the desulfurizer supply piping 71 is rotated around the first flow path 711 is indicated by a dashed line. The inlet joint 84 is L-shaped and has a connection port 86 to which the third flow path 713 is connected, and this connection port 86 opens onto the trajectory of the third flow path 713 indicated by the dashed line. This allows the desulfurizer supply piping 71 to be easily attached and detached to the connection port 86 simply by rotating it around the first flow path 711.
脱硫器152は、脱硫剤の吸着作用を利用して原燃料に含まれる硫黄を除去している。脱硫剤が吸着することのできる硫黄成分量には限界があるため、燃料電池装置100を継続して使用すると次第に硫黄の除去性能が低下する。そこで、脱硫剤が寿命を迎える前に、定期的に脱硫器152を新品に交換するようになっている。脱硫器152を交換する際は、メンテナンスパネルを取り外し、燃料流入部82と脱硫器往き配管71との接続と、燃料流出部83と流量計往き配管72との接続を外す。このとき、脱硫器往き配管71は、上述のように第1流路711を軸に回動させることで容易に脱硫器152から取り外すことができる。また、脱硫器152を新品に交換した後は、先ほどとは逆方向に脱硫器往き配管71を回動させればよい。このように、第1流路711を軸に回動させるだけで、脱硫器往き配管71を容易に着脱することができる。 The desulfurizer 152 removes sulfur contained in the raw fuel by utilizing the adsorption properties of a desulfurizing agent. Because the amount of sulfur components that a desulfurizing agent can adsorb is limited, continued use of the fuel cell device 100 gradually reduces its sulfur removal performance. Therefore, the desulfurizer 152 is periodically replaced with a new one before the desulfurizing agent reaches the end of its life. To replace the desulfurizer 152, remove the maintenance panel and disconnect the fuel inlet 82 from the desulfurizer supply pipe 71 and the fuel outlet 83 from the flowmeter supply pipe 72. The desulfurizer supply pipe 71 can be easily removed from the desulfurizer 152 by rotating it around the first flow path 711, as described above. After replacing the desulfurizer 152 with a new one, simply rotate the desulfurizer supply pipe 71 in the opposite direction. In this way, the desulfurizer supply pipe 71 can be easily attached and detached simply by rotating the first flow path 711 around the axis.
なお、脱硫器152の交換に際し、本実施形態では脱硫器往き配管71を回動可能な配管として説明したが、流量計往き配管72を回動可能にしてもよい。 In this embodiment, when replacing the desulfurizer 152, the desulfurizer supply pipe 71 is described as a rotatable pipe, but the flow meter supply pipe 72 may also be made rotatable.
また、燃料電池装置100は、脱硫器152の他にも定期的な交換やメンテナンスが必要な補機を有している。例えば、凝縮水から不純物を取り除いて純水化するイオン交換樹脂、空気中の粉塵を除去するエアフィルタなどがメンテナンスが必要な補機である。よって、原燃料の配管に限らず、水や空気の流路を構成する配管においても、上述のような接続構造を適用することで、メンテナンス性を向上させることができる。さらには、故障した際に交換することも想定して、例示した以外の補機の接続に適用してもよい。 In addition to the desulfurizer 152, the fuel cell system 100 also has other auxiliary equipment that requires periodic replacement and maintenance. For example, ion exchange resins that remove impurities from condensed water to purify it, and air filters that remove dust particles from the air, are examples of auxiliary equipment that require maintenance. Therefore, by applying the above-described connection structure not only to the piping for raw fuel, but also to the piping that forms the flow path for water and air, it is possible to improve maintainability. Furthermore, it may also be applied to the connection of auxiliary equipment other than those exemplified, assuming replacement in the event of a malfunction.
燃料電池装置100は、右側面パネル54がメンテナンスパネルに設定されている。流入部継手84の接続口86をメンテナンス面から視認可能に設けることで、配管を手前に引くようにして引き抜くと、第1流路711が回動するので容易に取り外すことができる。反対に配管を接続する際には、確実に接続することができる。 The right side panel 54 of the fuel cell device 100 is configured as a maintenance panel. By making the connection port 86 of the inlet joint 84 visible from the maintenance side, the first flow path 711 rotates when the piping is pulled toward you to remove it, making it easy to remove. Conversely, when connecting the piping, the connection can be made securely.
ところで、本実施形態の脱硫器往き配管71は、第1流路711、第2流路712、第3流路713がこの順で連続して設けられているが、この構成に限らない。例えば、第1流路711と第2流路712との間に第3流路713と同じ方向に延びる流路を形成したり、第2流路712と第3流路713との間に第1流路711と同じ方向に延びる流路を追加することもできる。さらには、第1流路711、第2流路712、第3流路713以外の流路は、他の流路と90°の角度をなしていなくてもよい。つまり、互いに90°異なる方向に延びる第1流路711、第2流路712、第3流路713を備え、第1流路711を回転軸とし、第3流路713が補機と接続されるように構成されていれば、配管を回転させて着脱することができる。 In this embodiment, the desulfurizer-supply piping 71 includes the first flow path 711, the second flow path 712, and the third flow path 713, arranged in this order. However, this configuration is not limited to this. For example, a flow path extending in the same direction as the third flow path 713 can be formed between the first flow path 711 and the second flow path 712, or a flow path extending in the same direction as the first flow path 711 can be added between the second flow path 712 and the third flow path 713. Furthermore, flow paths other than the first flow path 711, the second flow path 712, and the third flow path 713 do not need to form a 90° angle with the other flow paths. In other words, as long as the first flow path 711, the second flow path 712, and the third flow path 713 extend in directions that are 90° apart from each other, the first flow path 711 serves as the axis of rotation, and the third flow path 713 is configured to be connected to auxiliary equipment, the piping can be rotated for attachment and detachment.
ただし、第1流路711、第2流路712、第3流路713をこの順で連続して設けると、配管を曲げ加工する工数は最小となり、最短の配管長で第1電磁弁150と脱硫器152を繋ぐことができる。しかしながら、燃料電池装置100の内部には多数の補機が設けられており、配管が入り組んで配置されていると回動させるスペースを確保できない可能性もある。したがって、他の補機や配管を避けるため、必要に応じて、第1流路711、第2流路712、第3流路713の間に他の配管を挟んで構成してもよい。 However, if the first flow path 711, second flow path 712, and third flow path 713 are arranged consecutively in this order, the amount of work required to bend the piping is minimized, and the first solenoid valve 150 and desulfurizer 152 can be connected using the shortest piping length. However, since numerous auxiliary devices are installed inside the fuel cell device 100, if the piping is arranged in a complex manner, it may be difficult to ensure sufficient space for rotation. Therefore, to avoid other auxiliary devices and piping, other piping may be sandwiched between the first flow path 711, second flow path 712, and third flow path 713, as necessary.
図6は、脱硫器の容器蓋を示す図である。脱硫器152の容器蓋81には、筒状の燃料流入部82と燃料流出部83が設けられており、燃料流入部82と燃料流出部83の径は異なる大きさに設計されている(φa<φb)。燃料流入部82と燃料流出部83が近接して設けられていると、配管を取り違えて接続してしまうおそれがあるが、口径を異なる大きさにすることで、配管の接続間違いを防止することができる。 Figure 6 shows the container lid of a desulfurizer. The container lid 81 of the desulfurizer 152 is provided with a cylindrical fuel inlet 82 and a fuel outlet 83, and the diameters of the fuel inlet 82 and the fuel outlet 83 are designed to be different sizes (φa < φb). If the fuel inlet 82 and the fuel outlet 83 are provided close to each other, there is a risk of connecting the pipes incorrectly. However, by making the diameters different, it is possible to prevent incorrect pipe connection.
さらに、燃料流入部82と燃料流出部83は容器蓋81の上面からの高さが異なるように設計されている(Ha>Hb)。燃料流入部82と燃料流出部83にはそれぞれ流入部継手84、流出部継手85が取り付けられており、この継手が外れないように固定部材(図示せず)で固定するようにしてもよい。固定部材にはクイックファスナなどが用いられる。燃料流入部82と燃料流出部83の高さを異ならせることで、クイックファスナ同士の干渉を防ぐことができるので、燃料流入部82と燃料流出部83を近接して設けることができ、設計の自由度が向上する。 Furthermore, the fuel inlet section 82 and the fuel outlet section 83 are designed to be at different heights from the top surface of the container lid 81 (Ha > Hb). An inlet section fitting 84 and an outlet section fitting 85 are attached to the fuel inlet section 82 and the fuel outlet section 83, respectively, and these fittings may be secured with a fixing member (not shown) to prevent them from coming loose. Quick fasteners or the like are used as fixing members. By making the fuel inlet section 82 and the fuel outlet section 83 at different heights, interference between the quick fasteners can be prevented, allowing the fuel inlet section 82 and the fuel outlet section 83 to be located close to each other, improving design flexibility.
11 燃料電池
152 脱硫器
20 凝縮水回収流路
22 原燃料流路
23 改質水流路
24 酸素含有ガス流路
70 電磁弁往き配管
71 脱硫器往き配管
711 第1流路
712 第2流路
713 第3流路
72 流量計往き配管
82 燃料流入部
83 燃料流出部
84 流入部継手
86 接続口
REFERENCE SIGNS LIST 11 fuel cell 152 desulfurizer 20 condensed water recovery flow path 22 raw fuel flow path 23 reforming water flow path 24 oxygen-containing gas flow path 70 solenoid valve forward piping 71 desulfurizer forward piping 711 first flow path 712 second flow path 713 third flow path 72 flow meter forward piping 82 fuel inlet 83 fuel outlet 84 inlet joint 86 connection port
Claims (4)
前記燃料電池の運転に使用される流体が流れる流体流路と、
前記流体流路に設けられる複数の補機と、を備え
前記流体流路は、複数の前記補機の間に配設される複数の配管を有し、
前記配管の少なくとも一つは、互いに略90°異なる方向に延びる第1流路、第2流路、第3流路を備えた一本の管によって構成され、前記第1流路と前記第3流路の間に前記第2流路が設けられ、かつ前記第1流路を軸に回動可能であり、
前記第3流路と前記補機とを接続する回動管接続部は、回動する前記第3流路の先端が描く軌道上に開口が設けられている接続口を有する燃料電池装置。 a fuel cell that generates electricity using a fuel gas and an oxygen-containing gas;
a fluid flow path through which a fluid used to operate the fuel cell flows;
a plurality of auxiliary devices provided in the fluid flow path, the fluid flow path having a plurality of pipes arranged between the plurality of auxiliary devices,
at least one of the pipes is configured by a single pipe having a first flow path, a second flow path, and a third flow path extending in directions that are mutually different by approximately 90°, the second flow path being provided between the first flow path and the third flow path, and being rotatable about the first flow path;
A fuel cell device, wherein a rotating pipe connection portion that connects the third flow path and the auxiliary device has a connection port that has an opening on the path that is traced by the tip of the rotating third flow path.
前記脱硫器は、脱硫剤を充填した容器の上面に燃料流入部と、燃料流出部を有し、
前記燃料流入部と前記燃料流出部の径は異なる大きさに形成され、
前記燃料流入部または前記燃料流出部のいずれか一方に前記回動管接続部が取り付けられている請求項1記載の燃料電池装置。 As one of the auxiliary machines, a desulfurizer is provided to remove sulfur from the raw fuel,
The desulfurizer has a fuel inlet and a fuel outlet on the top surface of a container filled with a desulfurizing agent,
The fuel inlet and the fuel outlet have different diameters,
2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the rotary pipe connection portion is attached to either the fuel inlet portion or the fuel outlet portion.
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