JP2001068135A - 燃料電池用改質システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原料ガスを改質して燃料電池本体に供給する
燃料電池用改質システムにおいて、反応器の熱損失の低
減を図り、反応器からの排熱を有効活用する。 【解決手段】 改質器(13)、高温変成器(14)、低温変成
器(15)及び選択酸化器(16)は、それぞれ内側断熱材(9)
で覆われている。さらに、これら反応器(13),(14),(1
5),(16) の全体は、外側断熱材(29)によって覆われてい
る。内側断熱材(9)と外側断熱材(29)との間に、反応器
(13),(14),(15),(16) の排熱を回収する熱回収熱交換器
(31)が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原料ガスを改質し
て燃料電池に供給するための燃料電池用改質システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開平１０−３３４９
３５号公報に開示されているように、病院、学校、ビル
等の施設の電力源として燃料電池発電システムが利用さ
れている。

【０００３】図１５は、固体高分子型燃料電池を利用し
た燃料電池発電システム(100) の構成を概略的に示す配
管系統図である。この燃料電池発電システム(100) に
は、都市ガスに水蒸気を加えて当該ガスを改質する改質
器(101) と、改質器(101) で発生した一酸化炭素を二酸
化炭素に変成するための変成器(102) と、変成器(102)
からの改質ガス中に含まれる一酸化炭素をさらに酸化さ
せる選択酸化器(103) と、燃料電池本体(104)とが順に
設けられている。

【０００４】改質器(101) においては、脱硫された都市
ガスと水蒸気との混合ガスが燃焼器(105) で加熱され、
触媒の存在下で二酸化炭素と水素とを含む改質ガスが生
成される。その際、燃料電池本体(104) で反応しきれな
かった水素を含むアノード排ガスと空気を含むカソード
排ガスとが改質器(101) に戻され、燃焼器(105) の燃焼
源とされる。改質器(101) からの改質ガスには一酸化炭
素も含まれており、この一酸化炭素は変成器(102) によ
って二酸化炭素に変えられる。また、システムの効率の
低下を招く一酸化炭素の量を更に減少させるために、変
成器(102) からの改質ガスは選択酸化器(103) において
空気と混合され、改質ガス中に残存する一酸化炭素は酸
化し、改質ガス中の一酸化炭素が更に除去される。この
結果、燃料電池本体(104) には、一酸化炭素の含有量が
極めて少ない改質ガスが供給される。燃料電池本体(10
4) では、選択酸化器(103) から送られる改質ガス中の
水素と、供給空気に含まれる酸素とが結合し、そのとき
に生じるイオンをカソード(106) 及びアノード(107) の
電荷に変えることにより、電力が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、改質器(10
1) 、変成器(102) 、選択酸化器(103) における反応温
度は、例えば、それぞれ８００℃、４００〜２００℃、
１５０℃程度であり、いずれも高温である。そのため、
これら反応器(101),(102),(103) から常温の外気へは多
くの熱が放出され、システム全体として多くの熱損失が
生じている。

【０００６】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、反応器の熱損失の低
減を図り、システムの効率を向上することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、個々の反応器をそれぞれ内側断熱材で覆
うと共に、内側断熱材に覆われた複数の反応器の全体を
外側断熱材で一体的に覆うこととした。また、反応器か
らの排熱を有効活用するために、排熱を回収する熱回収
熱交換器を設けることとした。

【０００８】具体的には、本発明に係る燃料電池用改質
システムは、改質器(13)と変成器(14,15) と選択酸化器
(16)とを含む少なくとも３つの反応器を有する燃料電池
用改質システムであって、少なくとも２つの反応器をそ
れぞれ個別に覆う内側断熱材(9) と、内側断熱材(9) に
覆われた反応器を含む少なくとも２つの反応器を一体的
に覆う外側断熱材(29)とを備えていることとしたもので
ある。

【０００９】このことにより、少なくとも２つの反応器
はそれぞれ内側断熱材(9) に覆われると共に外側断熱材
(29)に覆われるので、これら反応器の熱損失は低減す
る。特に、反応器の温度は外気に比べて高温であるた
め、内側断熱材(9) と外側断熱材(29)との間（内側断熱
材(9) の外側且つ外側断熱材(29)の内側）には、高温領
域が形成される。その結果、内側断熱材(9) の内外温度
差が小さくなるため、断熱材(9,29)の全体の使用量が同
じ場合に、個々の反応器を断熱材で覆うだけの態様より
も断熱が効率的に行われる。また、内側断熱材(9) と外
側断熱材(29)との間にスペースが確保されるので、排熱
回収のための機器を設置することが容易になる。

【００１０】外側断熱材(29)に覆われた反応器のうち少
なくとも２つは、互いに一体化されて１つの内側断熱材
(9) に覆われていてもよい。このことにより、反応器の
全体が小型化し、ひいてはシステム全体の小型化が促進
される。また、反応器の表面積が小さくなり、熱損失が
低減する。

【００１１】外側断熱材(29)の内側には、改質用の水を
貯留するためのタンク(22)が設けられていてもよい。こ
のことにより、外側断熱材(29)の内側には、少なくとも
２つの反応器とタンク(22)とが収容され、タンク(22)の
熱損失が低減する。

【００１２】外側断熱材(29)の内側または内部には、反
応器(13,14,15,16) の排熱を回収するための熱回収熱交
換器(30)が設けられていてもよい。このことにより、熱
回収熱交換器(30)を介して反応器の排熱が回収され、反
応器の熱損失を低減しつつ排熱の有効利用が図られる。

【００１３】熱回収熱交換器(30)は、内側断熱材(9) の
外側且つ外側断熱材(29)の内側に設けられた第１熱交換
器(31)を含んでいてもよい。このことにより、排熱回収
用の第１熱交換器(31)が内側断熱材(9) と外側断熱材(2
9)との間に設けられるので、内側断熱材(9) と外側断熱
材(29)との間のスペースが有効に活用される。

【００１４】熱回収熱交換器(30)は、外側断熱材(29)に
覆われた反応器の少なくとも１つに、または外側断熱材
(29)に覆われた反応器の間の改質ガス流路(42)に設けら
れた第２熱交換器(32)を含んでいてもよい。このことに
より、排熱回収用の第２熱交換器(32)が反応器または改
質ガス流路(42)に設けられているので、排熱が改質ガス
から直接的に回収され、排熱の有効利用が図られる。

【００１５】改質器(13)には燃焼器(19)が設けられ、熱
回収熱交換器(30)は、上記燃焼器(19)の排ガスの排熱を
回収するための第３熱交換器(33)を含んでいてもよい。
このことにより、第３熱交換器(33)を介して燃焼器(19)
の排ガスから排熱が回収され、排熱の有効利用が図られ
る。

【００１６】熱回収熱交換器(30)は、外側断熱材(29)に
埋設された第４熱交換器(34)を含んでいてもよい。この
ことにより、第４熱交換器(34)を介して外側断熱材(29)
を通過する排熱が回収され、排熱の有効利用が図られ
る。

【００１７】熱回収熱交換器(30)は、プレート式熱交換
器(35)を含んでいてもよい。このことにより、プレート
式熱交換器(35)は熱交換効率が高く且つコンパクトであ
るので、システムの全体が小型化すると共に、排熱の回
収効率が向上する。

【００１８】熱回収熱交換器(30)は、反応器(13,14,15,
16) に直接接触するように配設された伝熱管(36)を含ん
でいてもよい。このことにより、伝熱管(36)を介して反
応器と伝熱管(36)内部の流体との間で熱交換が行われ
る。その結果、反応器の排熱が伝熱管(36)の内部を流れ
る流体に回収される。従って、熱回収熱交換器(30)が簡
易かつ安価な構成により得られる。

【００１９】熱回収熱交換器(30)は、外側断熱材(29)に
覆われた反応器の少なくとも１つに、または外側断熱材
(29)に覆われた反応器の間の改質ガス流路(42)に設けら
れた第２熱交換器(32)を含み、第１熱交換器(31)と上記
第２熱交換器(32)とは、所定の熱媒体が流通するように
熱媒体流路(43)を介して互いに接続されていてもよい。
このことにより、熱媒体は第１熱交換器(31)において外
側断熱材(29)の内側の暖気から排熱を回収すると共に、
第２熱交換器(32)において反応器または改質ガス流路の
改質ガスから排熱を回収する。

【００２０】改質器(13)には燃焼器(19)が設けられ、熱
回収熱交換器(30)は、上記燃焼器(19)の排ガスの排熱を
回収するための第３熱交換器(33)を含み、第１熱交換器
(31)と上記第３熱交換器(33)とは、所定の熱媒体が流通
するように熱媒体流路(43)を介して互いに接続されてい
てもよい。このことにより、熱媒体は第１熱交換器(31)
において外側断熱材(29)の内側の暖気から排熱を回収す
ると共に、第３熱交換器(33)において燃焼器(19)の排ガ
スから排熱を回収する。

【００２１】上記燃料電池用改質システムは、給湯用タ
ンク(50)と、上記給湯用タンク(50)の水を該給湯用タン
ク(50)と熱回収熱交換器(30)との間で循環させる水循環
回路(53)とを備えていてもよい。このことにより、排熱
によって給湯用タンク(50)の水が加熱され、反応器の排
熱が給湯の熱源として有効利用される。

【００２２】外側断熱材(29)は、該外側断熱材(29)と内
側断熱材(9) との間に排熱回収用の熱媒体が流通する流
通空間(40)を形成するように設けられ、上記外側断熱材
(29)には、上記熱媒体の上記流通空間(40)の流入口(44)
及び流出口(45)が形成されていてもよい。このことによ
り、外側断熱材(29)によって熱媒体の流通空間(40)が区
画形成され、外側断熱材(29)と内側断熱材(9) とによっ
て熱回収のための熱交換機構が形成される。

【００２３】上記燃料電池用改質システムは、外側断熱
材(29)との間に排熱回収用の熱媒体が流通する流通空間
(47)を形成するように該外側断熱材(29)を覆うケーシン
グ(46)を備え、上記ケーシング(46)には、上記熱媒体の
上記流通空間(47)の流入口(48)及び流出口(49)が形成さ
れていてもよい。このことにより、ケーシング(46)によ
って熱媒体の流通空間(47)が区画形成され、ケーシング
(46)と外側断熱材(29)とによって熱回収のための熱交換
機構が形成される。

【００２４】熱媒体は、燃料電池本体(12)に供給される
空気であってもよい。このことにより、反応器の排熱が
燃料電池本体(12)に供給される空気の予熱に利用され、
排熱の有効利用が図られる。

【００２５】熱回収熱交換器(30)は、システム全体の余
剰熱を放出するための放熱機構を兼用していてもよい。
このことにより、熱回収熱交換器(30)が排熱と共にシス
テム全体の余剰熱をも回収することになるため、余剰熱
の放出のための特別な放熱機構（放熱器や放熱ファン
等）を設置する必要がなくなる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２７】＜実施形態１＞図１に示すように、本実施
形態に係る燃料電池用改質システム(11)は、燃料電池発
電システム(10)の一部であって、原料ガスとしての都市
ガスを改質して燃料電池本体(12)に供給するものであ
る。本燃料電池用改質システム(11)は、脱硫器(17)、改
質器(13)、高温変成器(14)、低温変成器(15)、選択酸化
器(16)、空気圧縮機(18)、及び水タンク(22)を備えてい
る。

【００２８】空気圧縮機(18)は、空気供給源(21)からの
空気を圧縮して供給するものであり、改質器(13)の燃焼
器(19)、低温変成器(15)と選択酸化器(16)との間の改質
ガス流路(42)、及び燃料電池本体(12)に接続されてい
る。なお、燃料電池本体(12)は、改質器(13)の燃焼器(1
9)に接続され、改質器(13)に排ガスを送り込むように構
成されている。

【００２９】脱硫器(17)は、都市ガス供給源(20)から送
られる都市ガス中の硫黄成分を取り除くものであり、都
市ガス供給源(20)と改質器(13)との間に設けられてい
る。

【００３０】改質器(13)は、脱硫器(17)から送られる都
市ガスと水タンク(22)から送られる水とを燃焼器(19)で
加熱しながら反応させ、主として二酸化炭素と水素とを
含む改質ガスを生成する反応器である。より詳しくは、
改質器(13)は、燃料電池本体(12)からの排ガス（水素ガ
スを含むアノード排ガスと、水蒸気及び空気を含むカソ
ード排ガス）と空気圧縮機(18)から送られてくる圧縮空
気とを混合させて燃焼器(19)で燃焼させながら、改質器
(13)内に設けた図示しない改質触媒の存在下で、脱硫し
た都市ガスと水とを加熱して改質ガスを生成する。な
お、改質器(13)の燃焼器(19)には、燃焼器(19)からの排
ガスの熱を回収するための第３熱交換器(33)が接続され
ている。

【００３１】高温変成器(14)及び低温変成器(15)は、改
質ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変成するための反
応器であり、改質ガス流路(42)を介して上流側から下流
側に改質器(13)、高温変成器(14)、低温変成器(15)の順
に設けられている。

【００３２】選択酸化器(16)は改質ガス中の一酸化炭素
を除去するために当該一酸化炭素を更に酸化させる反応
器であり、低温変成器(15)と燃料電池本体(12)との間に
設けられている。

【００３３】燃料電池本体(12)は、カソード(24)とアノ
ード(23)とを有し、選択酸化器(16)から送られる二酸化
炭素と水素との混合ガスと、空気圧縮機(18)から送られ
る空気中の酸素との結合により、アノード(23)とカソー
ド(24)間で電子をやりとりする電極反応を行わせる。そ
して、水素と酸素とが結合するときに生じるイオンをカ
ソード(24)、アノード(23)の電荷に変えることにより、
電力が得られる。なお、この反応によって生じた水は回
収され、改質器(13)に供給される。(25)は燃料電池本体
(12)を冷却するための冷却器、(26)は冷却水の放熱のた
めの放熱器であり、図示しない水ポンプと共に、配管を
介して水タンク(22)の水が循環するように互いに接続さ
れている。

【００３４】なお、燃料電池本体(12)には、燃料電池本
体(12)で生じた電力を供給するために、ＤＣ／ＤＣコン
バータやインバータ等を含む電力供給機構(27)が接続さ
れている。電力供給機構(27)には電力供給線(28)が設け
られ、この電力供給線(28)を通じて電力が供給されるよ
うに構成されている。

【００３５】改質器(13)、高温変成器(14)、低温変成器
(15)及び選択酸化器(16)の各反応器は、それぞれ内側断
熱材(9) に覆われ、互いに隣接して配置されている。そ
して、内側断熱材(9) に覆われたこれら反応器(13),(1
4),(15),(16) は、更にその全体が外側断熱材(29)によ
って覆われている。言い換えると、内側断熱材(9) に覆
われた４つの反応器(13),(14),(15),(16) は、一つの外
側断熱材(29)によって覆われている。各内側断熱材(9)
と外側断熱材(29)との間には所定の隙間が設けられてお
り、その結果、内側断熱材(9) と外側断熱材(29)との間
には、高温の暖気が滞留する空間(40)が形成されてい
る。内側断熱材(9) または外側断熱材(29)には、例えば
セラミックウール等の断熱材を用いることができる。

【００３６】次に、本燃料電池用改質システム(11)の動
作とともに、燃料電池発電システム(10)の動作を説明す
る。

【００３７】まず、脱硫器(17)において都市ガスの硫黄
成分が取り除かれ、この都市ガスが改質器(13)に送られ
る。改質器(13)では、燃料電池本体(12)からのカソード
排ガス及びアノード排ガスと空気圧縮機(18)からの圧縮
空気とが混合され、燃焼器(19)で加熱されて燃焼する。
そして、改質器(13)内に設けられた図示しない触媒の存
在下で都市ガスと水とが加熱されて反応し、主として二
酸化炭素と水素とを含む改質ガスが生成される。

【００３８】この改質ガスには上述したように一酸化炭
素も含まれているが、この一酸化炭素成分は高温変成器
(14)及び低温変成器(15)において減少する。さらに、選
択酸化器(16)において一酸化炭素を酸化して除去した
後、二酸化炭素と水素の混合ガスが燃料電池本体(12)に
供給される。燃料電池本体(12)では、選択酸化器(16)か
ら送られてきた水素と、空気圧縮機(18)から送られてき
た圧縮空気中の酸素とが結合して、そのときに生じるイ
オンがカソード(24)とアノード(23)の電荷に変えられる
ことで電力が得られる。

【００３９】上記の動作において、改質器(13)、高温変
成器(14)、低温変成器(15)、選択酸化器(16)の温度は、
それぞれ８００℃程度、４００℃程度、２００℃程度、
１５０℃程度の高温になる。そのため、これら反応器(1
3),(14),(15),(16) から外部に向かって熱が放出される
ことになる。ところが、各反応器(13),(14),(15),(16)
は内側断熱材(9) に覆われているので、各反応器(13),
(14),(15),(16) の放熱量は減少する。また、内側断熱
材(9) の外側には外側断熱材(29)が設けられているの
で、外側断熱材(29)の外側に放出される熱量は極めて少
なくなる。

【００４０】特に、本システム(10)では、内側断熱材
(9) と外側断熱材(29)との間に空間(40)が形成されてい
るので、当該空間(40)内の空気は各反応器(13),(14),(1
5),(16)からの放熱により高温となる。そのため、各反
応器(13),(14),(15),(16)と当該空間(40)内空気との温
度差は、外側断熱材(29)を設けない場合に比べて小さく
なるので、各反応器(13),(14),(15),(16)から内側断熱
材(9) を通過して当該空間(40)内空気に放出される熱量
は、極めて少なくなる。従って、反応器(13),(14),(1
5),(16)の熱損失は低減する。

【００４１】−変形例− 上記実施形態ではすべての反応器(13),(14),(15),(16)
に内側断熱材(9) を設けていたが、必ずしも内側断熱材
(9) をすべての反応器(13),(14),(15),(16) に設ける必
要はなく、改質器(13)、高温変成器(14)、低温変成器(1
5)、選択酸化器(16)のうちの１〜３の反応器のみを内側
断熱材(9) で覆うようにしてもよい。

【００４２】また、すべての反応器(13),(14),(15),(1
6) を外側断熱材(29)に収容する必要はなく、２または
３の反応器のみを外側断熱材(29)の内側に設けるように
してもよい。

【００４３】図２に示すように、改質器(13)、高温変成
器(14)、低温変成器(15)及び選択酸化器(16)に加えて、
水タンク(22)も外側断熱材(29)の内側に設けるようにし
てもよい。これにより、水タンク(22)の熱損失を低減す
ることができる。

【００４４】図３に示すように、改質器(13)と高温変成
器(14)とを一体化してもよい。つまり、個別に形成され
た改質器(13)及び高温変成器(14)の代わりに、改質器(1
3)と高温変成器(14)とが一体化されてなる反応器(41)を
設けてもよい。この場合、反応器(41)には、当該反応器
(41)を一体的に覆う内側断熱材(9) を設ければよい。

【００４５】＜実施形態２＞実施形態２に係る燃料電池
用改質システム(11)は、外側断熱材(29)の内側または内
部に熱回収熱交換器(30)を設けたものである。

【００４６】図４に示すように、本実施形態では、高温
変成器(14)に熱回収熱交換器(30)として第２熱交換器(3
2)が設けられている。これにより、第２熱交換器(32)を
介して高温変成器(14)の排熱を直接的に回収することが
できる。また、第２熱交換器(32)の熱交換量を調節する
ことにより、高温変成器(14)の反応温度を調節すること
ができる。つまり、第２熱交換器(32)は、高温変成器(1
4)の反応温度を調節する役割をも果たすものである。

【００４７】なお、各反応器の温度レベルに基づき、第
２熱交換器(32)を改質器(13)、低温変成器(15)または選
択酸化器(16)に設けてもよいことは勿論である。また、
第２熱交換器(32)を反応器に直接設けるのではなく、反
応器の間の改質ガス流路(42)（図１参照。図４では図示
せず）に設けてもよい。

【００４８】また、図５に示すように、改質器(13)の排
ガスから排熱を回収するための第３熱交換器(33)を外側
断熱材(29)の内側に設けるようにしてもよい。

【００４９】図６に示すように、内側断熱材(9) と外側
断熱材(29)との間に形成された空間(40)に、熱回収熱交
換器(30)として第１熱交換器(31)を設けるようにしても
よい。つまり、上記空間(40)の暖気から熱を回収するよ
うにしてもよい。

【００５０】また、図７に示すように、外側断熱材(29)
の内部に熱回収熱交換器(30)としての第４熱交換器(34)
を埋設するようにしてもよい。言い換えると、外側断熱
材(29)から熱を回収するようにしてもよい。

【００５１】また、図８に示すように、外側断熱材(29)
の内側に第１熱交換器(31)及び第２熱交換器(32)を設
け、これら両熱交換器(31),(32) を、熱媒体の流通配管
(43)を介して互いに接続するようにしてもよい。

【００５２】また、図９に示すように、外側断熱材(29)
の内側に第１熱交換器(31)及び第３熱交換器(33)を設
け、これら両熱交換器(31),(33) を、熱媒体の流通配管
(43)を介して互いに接続するようにしてもよい。

【００５３】なお、熱回収熱交換器(30)は、図１０に示
すように、プレート式熱交換器で構成されていてもよ
い。これにより、熱回収熱交換器(30)を小型化すること
ができ、システム(11)の全体の小型化を図ることができ
る。また、熱回収熱交換器(30)は、図１１に示すよう
に、反応器(13),(14),(15),(16) に直接接触するように
配設された伝熱管(36)によって構成されていてもよい。
図１１に示すように、伝熱管(36)はすべての反応器(1
3),(14),(15),(16) を一体的に巻き付けるように配設さ
れていてもよく、各反応器(13),(14),(15),(16) のそれ
ぞれに巻き付けられていてもよい。伝熱管(36)の内部に
水等の熱媒体を流通させることにより、この熱媒体によ
って排熱を回収することができる。

【００５４】また、熱回収熱交換器(30)を流れる熱媒体
の温度や流量等を調節することにより、熱回収熱交換器
(30)における熱交換量を調節することが可能である。そ
こで、システム(10)の全体の余剰熱量に応じて熱回収熱
交換器(30)の熱交換量を調節することにより、熱回収熱
交換器(30)をシステム(10)の全体の放熱機構として利用
することができる。つまり、熱回収熱交換器(30)にシス
テムの放熱機構を兼用させることができる。

【００５５】＜実施形態３＞図１２に示すように、実施
形態３は、外側断熱材(29)に熱媒体の流入口(44)及び流
出口(45)を形成し、外側断熱材(29)と内側断熱材(9) と
の間の空間(40)を熱媒体の流通空間としたものである。
言い換えると、本実施形態は、外側断熱材(29)と内側断
熱材(9) とにより熱回収用の熱交換機構が形成されてい
るものである。熱媒体は流入口(44)から流通空間(40)に
流入し、内側断熱材(9) から漏れる熱を回収する。熱を
回収した熱媒体は、流出口(45)を通じて流通空間(40)か
ら流出する。ここでは、熱媒体として空気が用いられて
いるが、熱媒体としての流体は空気に限らず、他の流体
であってもよいことは勿論である。空気圧縮機(18)から
燃料電池本体(12)に供給される空気を熱媒体として利用
することとすれば、反応器(13),(14),(15),(16) の排熱
を供給空気の予熱に利用することができ、特に好適であ
る。

【００５６】＜実施形態４＞図１３に示すように、実施
形態４は、外側断熱材(29)をケーシング(46)で覆い、こ
のケーシング(46)と外側断熱材(29)との間の空間(47)を
熱媒体の流通空間としたものである。ケーシング(46)に
は、熱媒体の流入口(48)及び流出口(49)が形成されてい
る。流入口(48)から流入した熱媒体は外側断熱材(29)と
熱交換を行い、流通空間(47)において外側断熱材(29)か
ら漏れる熱を回収する。そして、外側断熱材(29)から漏
れる熱を回収した熱媒体は、流出口(49)から流出する。
このようにして、反応器(13),(14),(15),(16) の排熱が
回収される。

【００５７】＜実施形態５＞図１４に示すように、実施
形態５は、熱回収熱交換器(30)で回収した排熱を給湯の
熱源に利用したものである。

【００５８】実施形態５では、給湯タンク(50)と循環ポ
ンプ(51)と熱回収熱交換器(30)とが順に接続されて水循
環回路(53)が形成されている。つまり、熱回収熱交換器
(30)は、排熱によって給湯タンク(50)の水を加熱するよ
うに構成されている。これにより、熱回収熱交換器(30)
において循環水が加熱され、給湯タンク(50)には温水が
貯留されることになり、排熱が給湯の熱源として有効利
用されることになる。

【００５９】＜その他の実施形態＞なお、改質器(13)
は、水蒸気改質を行う改質器に限らず、部分酸化改質を
行う改質器であってもよい。

【００６０】変成器は高温変成器(14)と低温変成器(15)
との２段に分離しているものに限らず、１段の変成器や
３段以上の変成器であってもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、少なく
とも２つの反応器をそれぞれ内側断熱材で覆い、それら
全体をさらに外側断熱材によって一体的に覆うこととし
たので、反応器からの熱損失を少なくすることができ
る。また、内側断熱材と外側断熱材との間にスペースを
確保することができ、このスペースを利用して排熱回収
のための機器を容易に設置することができる。

【００６２】外側断熱材に覆われた反応器のうち少なく
とも２つを一体化することにより、システムを小型化す
ることができると共に、熱損失を更に低減することがで
きる。

【００６３】また、改質用の水を貯留するためのタンク
を外側断熱材の内側に設けることにより、タンクの熱損
失をも低減することができる。

【００６４】外側断熱材の内側または内部に熱回収熱交
換器を設けることにより、排熱の有効利用を図ることが
できる。

【００６５】熱回収熱交換器としてプレート式熱交換器
を利用することにより、システム全体を小型化すること
ができると共に、排熱の回収効率を向上させることがで
きる。

【００６６】熱回収熱交換器として伝熱管を利用するこ
とにより、熱回収熱交換器を簡易かつ安価な構成により
実現することができる。

【００６７】水を給湯用タンクと熱回収熱交換器との間
で循環させる水循環回路を備えることにより、熱回収熱
交換器で回収した排熱を給湯に利用することができる。

【００６８】外側断熱材と内側断熱材との間に熱媒体の
流通空間を形成することにより、熱回収のための熱交換
機構を外側断熱材と内側断熱材とにより構成することが
できる。

【００６９】外側断熱材を覆うケーシングを設け、ケー
シングと外側断熱材との間に熱媒体の流通空間を形成す
ることにより、熱回収のための熱交換機構を外側断熱材
とケーシングとにより構成することができる。

【００７０】燃料電池本体に供給される空気を熱媒体と
して利用することにより、反応器の排熱を利用して空気
を予熱することができる。

【００７１】熱回収熱交換器にシステム全体の余剰熱を
放出するための放熱機構を兼用させることにより、余剰
熱の放出のための特別な放熱機構を不要にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る燃料電池発電システムの機器
構成を示すブロック図である。

【図２】実施形態１に係る燃料電池用改質システムの一
部のブロック図である。

【図３】実施形態１の変形例に係る図２相当図である。

【図４】実施形態２に係る図２相当図である。

【図５】実施形態２の変形例に係る図２相当図である。

【図６】実施形態２の変形例に係る図２相当図である。

【図７】実施形態２の変形例に係る図２相当図である。

【図８】実施形態２の変形例に係る図２相当図である。

【図９】実施形態２の変形例に係る図２相当図である。

【図１０】実施形態２の変形例に係る図２相当図であ
る。

【図１１】実施形態２の変形例に係る図２相当図であ
る。

【図１２】実施形態３に係る図２相当図である。

【図１３】実施形態４に係る図２相当図である。

【図１４】実施形態５に係る燃料電池用改質システムの
一部のブロック図である。

【図１５】従来の燃料電池発電システムの機器構成を示
すブロック図である。

【符号の説明】

(9) 内側断熱材 (12) 燃料電池本体 (13) 改質器 (14) 高温変成器 (15) 低温変成器 (16) 選択酸化器 (17) 脱硫器 (18) 空気圧縮機 (19) 燃焼器 (20) 都市ガス供給源 (21) 空気供給源 (22) 水タンク (29) 外側断熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池上 周司 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 Ｆターム(参考） 5H027 AA06 BA01 BA09 BA16 BA17 DD06

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 改質器(13)と変成器(14,15) と選択酸化
   器(16)とを含む少なくとも３つの反応器を有する燃料電
   池用改質システムであって、 少なくとも２つの反応器をそれぞれ個別に覆う内側断熱
   材(9) と、 内側断熱材(9) に覆われた反応器を含む少なくとも２つ
   の反応器を一体的に覆う外側断熱材(29)とを備えている
   燃料電池用改質システム。
2. 【請求項２】 外側断熱材(29)に覆われた反応器のうち
   少なくとも２つは、互いに一体化されて１つの内側断熱
   材(9) に覆われている請求項１に記載の燃料電池用改質
   システム。
3. 【請求項３】 外側断熱材(29)の内側には、改質用の水
   を貯留するためのタンク(22)が設けられている請求項１
   または２のいずれか一つに記載の燃料電池用改質システ
   ム。
4. 【請求項４】 外側断熱材(29)の内側または内部には、
   反応器(13,14,15,16) の排熱を回収するための熱回収熱
   交換器(30)が設けられている請求項１〜３のいずれか一
   つに記載の燃料電池用改質システム。
5. 【請求項５】 熱回収熱交換器(30)は、内側断熱材(9)
   の外側且つ外側断熱材(29)の内側に設けられた第１熱交
   換器(31)を含んでいる請求項４に記載の燃料電池用改質
   システム。
6. 【請求項６】 熱回収熱交換器(30)は、外側断熱材(29)
   に覆われた反応器の少なくとも１つに、または外側断熱
   材(29)に覆われた反応器の間の改質ガス流路(42)に設け
   られた第２熱交換器(32)を含んでいる請求項４または５
   のいずれか一つに記載の燃料電池用改質システム。
7. 【請求項７】 改質器(13)には燃焼器(19)が設けられ、 熱回収熱交換器(30)は、上記燃焼器(19)の排ガスの排熱
   を回収するための第３熱交換器(33)を含んでいる請求項
   ４〜６のいずれか一つに記載の燃料電池用改質システ
   ム。
8. 【請求項８】 熱回収熱交換器(30)は、外側断熱材(29)
   に埋設された第４熱交換器(34)を含んでいる請求項４〜
   ７のいずれか一つに記載の燃料電池用改質システム。
9. 【請求項９】 熱回収熱交換器(30)は、プレート式熱交
   換器(35)を含んでいる請求項４〜８のいずれか一つに記
   載の燃料電池用改質システム。
10. 【請求項１０】 熱回収熱交換器(30)は、反応器(13,1
    4,15,16) に直接接触するように配設された伝熱管(36)
    を含んでいる請求項４〜９のいずれか一つに記載の燃料
    電池用改質システム。
11. 【請求項１１】 熱回収熱交換器(30)は、外側断熱材(2
    9)に覆われた反応器の少なくとも１つに、または外側断
    熱材(29)に覆われた反応器の間の改質ガス流路(42)に設
    けられた第２熱交換器(32)を含み、 第１熱交換器(31)と上記第２熱交換器(32)とは、所定の
    熱媒体が流通するように熱媒体流路(43)を介して互いに
    接続されている請求項５に記載の燃料電池用改質システ
    ム。
12. 【請求項１２】 改質器(13)には燃焼器(19)が設けら
    れ、 熱回収熱交換器(30)は、上記燃焼器(19)の排ガスの排熱
    を回収するための第３熱交換器(33)を含み、 第１熱交換器(31)と上記第３熱交換器(33)とは、所定の
    熱媒体が流通するように熱媒体流路(43)を介して互いに
    接続されている請求項５に記載の燃料電池用改質システ
    ム。
13. 【請求項１３】 給湯用タンク(50)と、 上記給湯用タンク(50)の水を該給湯用タンク(50)と熱回
    収熱交換器(30)との間で循環させる水循環回路(53)とを
    備えている請求項４〜１２のいずれか一つに記載の燃料
    電池用改質システム。
14. 【請求項１４】 外側断熱材(29)は、該外側断熱材(29)
    と内側断熱材(9) との間に排熱回収用の熱媒体が流通す
    る流通空間(40)を形成するように設けられ、上記外側断
    熱材(29)には、上記熱媒体の上記流通空間(40)の流入口
    (44)及び流出口(45)が形成されている請求項１〜３のい
    ずれか一つに記載の燃料電池用改質システム。
15. 【請求項１５】 外側断熱材(29)との間に排熱回収用の
    熱媒体が流通する流通空間(47)を形成するように該外側
    断熱材(29)を覆うケーシング(46)を備え、 上記ケーシング(46)には、上記熱媒体の上記流通空間(4
    7)の流入口(48)及び流出口(49)が形成されている請求項
    １〜３のいずれか一つに記載の燃料電池用改質システ
    ム。
16. 【請求項１６】 熱媒体は、燃料電池本体(12)に供給さ
    れる空気である請求項１４または１５のいずれか一つに
    記載の燃料電池用改質システム。
17. 【請求項１７】 熱回収熱交換器(30)は、システム全体
    の余剰熱を放出するための放熱機構を兼用している請求
    項４〜１６のいずれか一つに記載の燃料電池用改質シス
    テム。