特開 2024-32378 流体供給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024032378

(43)【公開日】2024-03-12

(54)【発明の名称】流体供給装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240305BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALI20240305BHJP

   C01B 3/34 20060101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 N

H01M8/0606

C01B3/34

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022135995

(22)【出願日】2022-08-29

(71)【出願人】

【識別番号】000109026

【氏名又は名称】ダイニチ工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】田中 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】涌井 友和

(72)【発明者】

【氏名】神林 達也

【テーマコード（参考）】

4G140

5H127

【Ｆターム（参考）】

4G140EA03

4G140EA06

4G140EB46

5H127AB23

5H127BA01

5H127BA05

5H127BA13

5H127BA18

5H127BA34

5H127BA57

5H127BA59

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB19

5H127BB37

5H127GG04

5H127GG09

(57)【要約】

【課題】二重管構造を有して改質器に水と原燃料を供給する流体供給装置において、加工性と組立性に優れた流体供給装置を提供すること。
【解決手段】流体供給装置は、内管６１と外管６２からなる二重管構造を備える分配管６０と、分配管６０に原燃料供給装置１５と水供給装置１６を接続する接続継手７０と、を有して構成され、接続継手７０は、分配管６０が挿通される分配管挿通路７４が形成された継手本体７１と、分配管挿通路７４内に配置され外管６２と分配管挿通路７４とをシールするシール部材７３と、継手本体７１の一端部に嵌合する嵌合部材７２と、を備え、シール部材７３は、継手本体７１と嵌合部材７２とに挟み込まれて保持される。接続継手７０は、継手本体７１内にシール部材７３を配置し、嵌合部材７２を継手本体７１に取り付けることで組み立てることができ、加工性と組立性に優れる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水蒸気改質をおこなう改質器に原燃料と水とを供給する流体供給装置であって、
原燃料を供給する原燃料供給装置と、
水を供給する水供給装置と、
内管と外管からなる二重管構造内に原燃料の流路と水の流路とを備え、前記改質器に接続される分配管と、
前記分配管に、前記原燃料供給装置と前記水供給装置を接続する接続継手と、を有し、
前記接続継手は、前記分配管が挿通される分配管挿通路が形成された継手本体と、前記分配管挿通路内に配置され、前記外管と前記分配管挿通路とをシールするシール部材と、前記継手本体の一端部に嵌合する嵌合部材と、を備え、
前記シール部材は、前記継手本体と前記嵌合部材とに挟み込まれて保持される流体供給装置。

【請求項2】

前記シール部材はＯリングであって、
前記分配管挿通路は、前記継手本体の一端部に設けられた大径部と、前記大径部とつながる小径部を備え、
前記大径部と前記小径部との間に形成された段差に前記Ｏリングが載置される請求項１記載の流体供給装置。

【請求項3】

前記分配管に取り付けられる抜け止め具をさらに備え、
前記継手本体の端部には、前記嵌合部材の外周において前記分配管の軸方向に凸となる凸部が複数形成されており、
前記抜け止め具と前記凸部とが当接する請求項２記載の流体供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体供給装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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おり、発電を行う燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールを動作させるための補機等を筐体内に備えて構成される。

【0003】

このような燃料電池装置は、天然ガスやＬＰガス等の原燃料から、燃料電池モジュールに供給する燃料ガスを生成するための改質器を備えている。改質器は、水を気化して水蒸気を生成する気化部と、発生した水蒸気を用いて原燃料を水蒸気改質する改質部とを有しており、気化部に原燃料と水とが導入されるようになっている。そして、気化部で発生した水蒸気と原燃料とが混合されて下流側の改質部に導入され、改質部で燃料ガスが生成されるように構成されている。

【0004】

そして、この気化部に水と原燃料を導入する手段として、例えば、二重管構造を備えた流体供給装置が用いられる。特許文献１では、内管５Ａと外管５Ｂからなる二重管構造の本体部５と、この本体部５に原燃料供給管３及び水供給管４を接続する継手部材２を備えており、原燃料と水はそれぞれ二重管の内と外を通って本体部５の先端から気化部に供給されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－０６４８６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述の構成においては、水および原燃料の流路と継手部材との気密をとるために、シール部が設けられている。一般的に、シール部にはＯリングが用いられる。継手部材は、金属部品からなり、Ｏリングを装着するための内溝が切削形成されている。しかしながらこの構造では、Ｏリングを取り付ける際は、継手内部の溝にＯリングを押し込む作業が必要であり、Ｏリング外径より狭い部分を通すため、ねじれたり、余計に押し込まれたりと作業性が悪くなっていた。

【0007】

本発明は、上記課題を解決するためのもので、二重管構造を有して改質器に水と原燃料を供給する流体供給装置において、加工性と組立性に優れた流体供給装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、水蒸気改質をおこなう改質器に原燃料と水とを供給する流体供給装置であって、
原燃料を供給する原燃料供給装置と、
水を供給する水供給装置と、
内管と外管からなる二重管構造内に原燃料の流路と水の流路とを備え、前記改質器に接続される分配管と、
前記分配管に、前記原燃料供給装置と前記水供給装置を接続する接続継手と、を有し、
前記接続継手は、前記分配管が挿通される分配管挿通路が形成された継手本体と、前記分配管挿通路内に配置され、前記外管と前記分配管挿通路とをシールするシール部材と、前記継手本体の一端部に嵌合する嵌合部材と、を備え、
前記シール部材は、前記継手本体と前記嵌合部材とに挟み込まれて保持される流体供給装置である。

【発明の効果】

【0009】

上述のように構成することにより、内溝加工を施すことなく、シール部材を取り付けることができるため、加工性と組立性に優れた流体供給装置となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態の燃料電池装置のシステム構成図である。

【図2】本実施形態の分配装置の斜視図である。

【図3】（ａ）は本実施形態の分配装置の上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ－Ａ断面図である。

【図4】（ａ）は本実施形態の分配装置の側面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ－Ｂ断面図である。

【図5】本実施形態の継手本体の断面図である。

【図6】本実施形態の接続継手の斜視図である。

【図7】本実施形態の分配装置において嵌合部材の有無を比較する上面図であって、（ａ）は嵌合部材が装着されている場合、（ｂ）は嵌合部材を装着し忘れた場合を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

本発明は、水蒸気改質をおこなう改質器に原燃料と水とを供給する流体供給装置に関し、内管と外管からなる二重管構造を備える分配管と、分配管に原燃料供給装置と水供給装置を接続する接続継手と、を有して構成され、接続継手は、分配管が挿通される分配管挿通路が形成された継手本体と、分配管挿通路内に配置され外管と分配管挿通路とをシールするシール部材と、継手本体の一端部に嵌合する嵌合部材と、を備え、シール部材は、継手本体と嵌合部材とに挟み込まれて保持される。この構成において、接続継手は、継手本体内にシール部材を配置し、嵌合部材を継手本体に取り付けることで組み立てることができる。したがって、従来のように接続継手に内溝加工を施すこともなく、簡単にシール部材を取り付けることができるため、加工性と組立性に優れた流体供給装置となる。

【0013】

また、シール部材であるＯリングが配置される分配管挿通路は、継手本体の一端部に設けられた大径部と、大径部とつながる小径部を備えており、大径部と小径部との間に形成された段差にＯリングが載置される。これにより、所定位置に確実にＯリングを配置することができる。

【0014】

また、分配管に取り付けられる抜け止め具をさらに備え、継手本体の端部には、嵌合部材の外周において分配管の軸方向に凸となる凸部が複数形成されており、抜け止め具と凸部とが当接する。これにより、抜け止め具と継手本体との間から嵌合部材が視認されるため、嵌合部材の取り付け忘れに気付くことができる。

【実施例0015】

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

【0016】

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、原燃料供給装置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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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には分配装置１７が接続されており、この分配装置１７に原燃料ガスを供給する原燃料供給装置１５と、改質水を供給する改質水供装置１６が接続されている。分配装置１７を通った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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

改質器１２に原燃料を供給する原燃料供給装置１５は、燃料の供給源から繋がる原燃料供給流路２２上に、第１電磁弁Ｖ１、圧力センサＰＳ、脱硫器ＤＳ、ガス流量計ＦＭ１、燃料ポンプＢ１、第２電磁弁Ｖ２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から繋がる改質水供給流路２３上に改質水ポンプＰ３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、酸素含有ガス供給流路２４上に、空気流量計ＦＭ２、ブロワＢ２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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

次に図２～図５に基づき、本実施形態の分配装置の構造について説明する。図２は、本実施形態の分配装置の斜視図である。図３（ａ）は本実施形態の分配装置の上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ－Ａ断面図である。図４（ａ）は本実施形態の分配装置の側面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ－Ｂ断面図である。図５は、本実施形態の継手本体の断面図である。

【0027】

分配装置１７は、原燃料供給装置１５から供給される原燃料ガスと、改質水供給装置１６から供給される改質水とを改質器１２に供給する装置である。分配装置１７は、改質器１２に接続される分配管６０と、分配管６０に原燃料供給装置１５と改質水供給装置１６を接続する接続継手７０と、接続継手７０の内部で原燃料ガスと改質水の流路を仕切る仕切部８０を備えて構成される。本実施形態の流体供給装置は、この分配装置１７に、原燃料供給装置１５と改質水供給装置１６とを接続して構成されている。

【0028】

分配管６０は、内管６１と外管６２からなる二重管構造を有していて、接続継手７０から延びており、先端が改質器１２に接続される。内管６１の内部空間は原燃料ガスが流れる原燃料流路Ｇであり、内管６１と外管６２の間の空間は改質水が流れる改質水流路Ｗとなっていて、原燃料ガスと改質水とが分離された状態で改質器１２に供給される。

【0029】

この分配管６０には、抜け止め具６３が取り付けられる。抜け止め具６３には例えばＥリングを用いることができる。分配管６０にはＥリングが係合する凹みが形成されており、分配管６０の外周にＥリングを取り付けて、分配管６０と接続継手７０とをクイックファスナ（図示せず）で挟み込むことで分配管６０と接続継手７０とを固定する。

【0030】

接続継手７０は、継手本体７１と、継手本体７１の一端部７１ａに嵌合する嵌合部材７２と、継手本体７１と分配管６０の間をシールするシール部材７３を備えている。継手本体７１および嵌合部材７２は、ともに樹脂製の部材である。継手本体７１は、分配管６０が挿通される分配管挿通路７４が内部に形成されるとともに、外周部には、上方に開口し原燃料供給流路２２が接続される原燃料供給流路接続部７５と、側方に開口し改質水供給流路２３が接続される改質水供給流路接続部７６が突出形成されている。

【0031】

シール部材７３はＯリングであって、分配管挿通路７４の所定位置に配置されて、分配管６０の外管６２と分配管挿通路７４とをシールする。また、継手本体７１の一端部７１ａには嵌合部材７２が取り付けられており、シール部材７３は継手本体７１と嵌合部材７２とに挟み込まれることで、分配管挿通路７４の所定位置に保持されるようになっている。このように、接続継手７０は、継手本体７１内にシール部材７３を配置し、嵌合部材７２を継手本体７１に取り付けることで組み立てることができる。したがって、従来のように接続継手７０に内溝加工を施す必要がなく、簡単にシール部材７３を取り付けることができるため、加工性と組立性に優れる。

【0032】

また、図５に示すように、継手本体７１の内部に形成された分配管挿通路７４は、嵌合部材７２が嵌合する一端部７１ａに設けられた通路径の大きい大径部７４ａと、この大径部７４ａとつながり通路径の小さい小径部７４ｂを有しており、大径部７４ａと小径部７４ｂとの境目が段差部７４ｃになっている。シール部材７３の外径は、大径部７４ａの径よりも小さく、かつ小径部７４ｂの径よりも大きく形成されているため、継手本体７１の一端部７１ａから挿入されてこの段差部７４ｃに載置される。そして、嵌合部材７２を取り付けることでシール部材７３が保持されるので、シール部材７３は所定の位置に確実に配置することができる。

【0033】

分配管挿通路７４において、分配管６０の上流側には仕切部８０が挿入されている。仕切部８０は、内部に中空部８１１が形成された筒状の仕切部本体８１と、仕切部本体８１から周方向に延びるリブ状の突出部８２を複数備えている。また、仕切部本体８１の先端は分配管６０の内管６１に当接し、中空部８１１が内管６１と連通している。突出部８２の間にはそれぞれＯリング８３、８４が配設されていて、このＯリング８３、８４が分配管挿通路７４との間をシールしている。原燃料供給装置１５と改質水供給装置１６から供給される原燃料ガスと改質水は、この仕切部８０によって互いに混ざり合うことなく、原燃料流路Ｇと改質水流路Ｗに導入される。

【0034】

より具体的には、図３（ｂ）に示すように、仕切部本体８１には、中空部８１１と連通する流入孔８１２が設けられており、継手本体７１の原燃料供給流路接続部７５の底面には流出孔７５ａが設けられている。原燃料供装置１５から供給された原燃料ガスは、流出孔７５ａから流入孔８１２を通って仕切部８０の中空部８１１に導入されれる。そして、中空部８１１を通って原燃料流路Ｇへ流入する。一方で、図４（ｂ）に示すように、継手本体７１の改質水供給流路接続部７６の底面には流出孔７６ａが設けられている。改質水供給装置１６から供給された改質水は、流出孔７６ａから継手本体７１と仕切部８０との間を通って分配管６０へ流れ込み、改質水流路Ｗへ流入する。

【0035】

このように、本実施形態の流体供給装置は、分配装置１７に原燃料供給装置１５と改質水供給装置１６を接続することで構成され、原燃料ガスと改質水とを分離された状態で改質器１２に供給することができる。そして、分配装置１７を構成する接続継手７０は、継手本体７１内にシール部材７３を配置し、嵌合部材７２を継手本体７１に取り付けることで組み立てることができる。これにより、従来のように接続継手７０に内溝加工を施す必要がなく、簡単にシール部材７３を取り付けることができるため、加工性と組立性に優れる。

【0036】

図６は、接続継手の斜視図である。継手本体７１の一端部７１ａには、嵌合部材７２の外周において分配管６０の軸方向（図中の破線で示す）に凸となる凸部７７が２箇所設けられている。嵌合部材７２はこの凸部７７と干渉しないよう、凸部７７が形成されている部分が切り欠かれている。そして、抜け止め具６３は、凸部７７に当接して設けられる。この構成により、分配装置１７を組み立てて抜け止め具６３を取り付けた状態で、嵌合部材７２を視認することができるため、もし嵌合部材７２を付け忘れたとしても、取り付け忘れに気付くことができる。

【0037】

図７は、本実施形態の分配装置において嵌合部材の有無を比較する上面図であって、（ａ）は嵌合部材が装着されている場合、（ｂ）は嵌合部材を装着し忘れた場合を示している。（ａ）では、凸部７７と抜け止め具６３の間から嵌合部材７２を確認できるので、嵌合部材７２が装着されていて正しく組み立てられていることがわかる。一方の（ｂ）では、凸部７７と抜け止め具６３の間に見えるはずの嵌合部材７２がないため、嵌合部材７２を装着し忘れたことに気付くことができる。なお、分配装置１７を上以外の角度から見た場合（例えば、側面から見た場合は、図４（ａ）を参照）には図７（ａ）とは凸部７７の位置が異なるが、どの角度から見ても嵌合部材７２を視認することができる。

【0038】

本実施形態では、凸部７７を２箇所に設けた例を示したが、凸部７７は複数設けられていればよい。また、抜け止め具６３を安定して取り付けられるようになっていれば、その配置や形状についても、特に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0039】

１１ 改質器
１５ 原燃料供給装置
１６ 改質水供給装置
１７ 分配装置
６０ 分配管
６１ 内管
６２ 外管
６３ 抜け止め具
７０ 接続継手
７１ 継手本体
７２ 嵌合部材
７３ シール部材
７４ 分配管挿通路
７４ａ 大径部
７４ｂ 小径部
７４ｃ 段差部
７７ 凸部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】