JP2010118261A - Fuel cell module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとが一端側から他端側へと流れることによって作動する複数の燃料電池セルを含む燃料電池モジュールに関する。 The present invention relates to a fuel cell module including a plurality of fuel cells that operate when fuel gas and oxidant gas flow from one end side to the other end side.
燃料ガスと酸化剤ガスとが一端側から他端側へと流れることによって作動する複数の燃料電池セルを含む燃料電池モジュールにおいては、外部から被改質ガスとしての都市ガス等が供給され、その都市ガス等を改質触媒が収められた改質器に導入し、水素リッチな燃料ガスに改質した後に複数の燃料電池セルへと供給している。 In a fuel cell module including a plurality of fuel cells that operate when fuel gas and oxidant gas flow from one end side to the other end side, city gas or the like as reformed gas is supplied from the outside. City gas or the like is introduced into a reformer containing a reforming catalyst, reformed into a hydrogen-rich fuel gas, and then supplied to a plurality of fuel cells.
このような燃料電池モジュールにおいて、燃料電池セルの内部通路を流れる燃料ガスの流れは、その内部通路の形態によって調整できるが、燃料電池セルの外側を流れる酸化剤ガスについては調整することが困難である。この点に着目した燃料電池モジュールの一例が下記特許文献1に提案されている。下記特許文献1に記載の技術は、燃料電池セルの外側を流れる酸化剤ガスの流れを乱し、燃料電池セルの側面に酸化剤ガスを十分に触れさせることを意図して突起を設けるものである。 In such a fuel cell module, the flow of the fuel gas flowing through the internal passage of the fuel cell can be adjusted by the form of the internal passage, but it is difficult to adjust the oxidant gas flowing outside the fuel cell. is there. An example of a fuel cell module that pays attention to this point is proposed in Patent Document 1 below. The technique described in the following Patent Document 1 is provided with protrusions intended to disturb the flow of oxidant gas flowing outside the fuel cell and allow the oxidant gas to sufficiently touch the side surface of the fuel cell. is there.
また、燃料電池モジュールにおける改質器に着目した技術としては、下記特許文献2に記載されているようなものも提案されている。
ところで、上記特許文献1に記載されているような突起を設け、燃料電池セルの側面を流れる酸化剤ガスに乱流を発生させたとしても、燃料電池セルの側面を通り過ぎて燃焼部側へと流出した酸化剤ガスに対しては何らの働きかけもできない。そのため、燃焼部において酸化剤ガスが不足し、燃料電池セルの内部通路を通って燃焼部に至る燃料ガスとの燃焼が十分に行われず、不完全燃焼状態となる場合がある。 By the way, even if a protrusion as described in Patent Document 1 is provided and turbulent flow is generated in the oxidant gas flowing on the side surface of the fuel cell, it passes through the side surface of the fuel cell and moves to the combustion part side. No action can be taken against the oxidant gas that flows out. For this reason, the oxidant gas is insufficient in the combustion section, and combustion with the fuel gas that reaches the combustion section through the internal passage of the fuel cell is not performed sufficiently, which may result in an incomplete combustion state.
そこで本発明では、複数の燃料電池セルにおいて発電反応に寄与しなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガスとを確実に燃焼させ、不完全燃焼状態を回避することができる燃料電池モジュールを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a fuel cell module that can reliably burn the remaining fuel gas and the remaining oxidant gas that have not contributed to the power generation reaction in a plurality of fuel cells, thereby avoiding an incomplete combustion state. The purpose is to do.
上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとが一端側から他端側へと流れることによって作動する複数の燃料電池セルと、前記複数の燃料電池セルそれぞれの内部通路と連通し、前記燃料ガスを供給するガスタンクと、前記複数の燃料電池セルにおいて発電反応に寄与しなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガスとが燃焼するように、前記複数の燃料電池セルの他端側に形成される燃焼部と、前記複数の燃料電池セルの他端側に所定間隔をおいて配置され、被改質ガスを改質して燃料ガスとする改質器と、前記複数の燃料電池セル、前記ガスタンク、及び前記改質器が配置される容器と、を備える燃料電池モジュールであって、前記複数の燃料電池セルは、m行×n列(m>n)となるように行列配置され、それぞれが電気的に接続されており、前記燃焼部へと酸化剤ガスを誘導するための平板状を成す誘導板を、前記容器の内壁から前記複数の燃料電池セルの列が延びる方向に沿って突出し、且つ前記複数の燃料電池セルの行が延びる方向に沿って延在するように配置し、前記誘導板は、前記複数の燃料電池セルの最も外側の行を形成する燃料電池セルの他端側を覆う一方、それぞれの内部通路に連通する燃料ガス吹出口は覆わないように構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a fuel cell module according to the present invention includes a plurality of fuel cells that operate when fuel gas and oxidant gas flow from one end side to the other end side, and the plurality of fuel cell units. The plurality of gas tanks that communicate with the respective internal passages and that supply the fuel gas, and that the remaining fuel gas that did not contribute to the power generation reaction in the plurality of fuel cells and the remaining oxidant gas burn. A reforming portion formed on the other end side of each of the fuel cells and a reformed gas disposed at a predetermined interval on the other end sides of the plurality of fuel cells to reform the reformed gas into a fuel gas And a container in which the plurality of fuel cells, the gas tank, and the reformer are arranged, wherein the plurality of fuel cells have m rows × n columns (m> n) Line to be A guide plate that is arranged and electrically connected to each other, and that forms a flat plate for guiding an oxidant gas to the combustion section, extends from the inner wall of the container in a direction in which the rows of the plurality of fuel cells extend. And the guide plate is arranged so as to extend along a direction in which the rows of the plurality of fuel cells extend, and the guide plate forms the outermost row of the plurality of fuel cells. While the other end side is covered, the fuel gas outlets communicating with the respective internal passages are not covered.
本発明によれば、複数の燃料電池セルにおいて発電反応に寄与しなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガスとを確実に燃焼させ、不完全燃焼状態を回避することができる燃料電池モジュールを提供することができる。 According to the present invention, there is provided a fuel cell module capable of reliably burning the remaining fuel gas and the remaining oxidant gas that have not contributed to the power generation reaction in the plurality of fuel cells, thereby avoiding an incomplete combustion state. Can be provided.
本発明を実施するための最良の形態を説明するのに先立って、本発明の作用効果について説明する。 Prior to describing the best mode for carrying out the present invention, the function and effect of the present invention will be described.
本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとが一端側から他端側へと流れることによって作動する複数の燃料電池セルと、前記複数の燃料電池セルそれぞれの内部通路と連通し、前記燃料ガスを供給するガスタンクと、前記複数の燃料電池セルにおいて発電反応に寄与しなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガスとが燃焼するように、前記複数の燃料電池セルの他端側に形成される燃焼部と、前記複数の燃料電池セルの他端側に所定間隔をおいて配置され、被改質ガスを改質して燃料ガスとする改質器と、前記複数の燃料電池セル、前記ガスタンク、及び前記改質器が配置される容器と、を備える燃料電池モジュールであって、前記複数の燃料電池セルは、m行×n列(m>n)となるように行列配置され、それぞれが電気的に接続されており、前記燃焼部へと酸化剤ガスを誘導するための平板状を成す誘導板を、前記容器の内壁から前記複数の燃料電池セルの列が延びる方向に沿って突出し、且つ前記複数の燃料電池セルの行が延びる方向に沿って延在するように配置し、前記誘導板は、前記複数の燃料電池セルの最も外側の行を形成する燃料電池セルの他端側を覆う一方、それぞれの内部通路に連通する燃料ガス吹出口は覆わないように構成されていることを特徴とする。 A fuel cell module according to the present invention communicates with a plurality of fuel cells that operate when fuel gas and oxidant gas flow from one end side to the other end side, and internal passages of each of the plurality of fuel cell units. The other end of the plurality of fuel cells so that the remaining fuel gas that did not contribute to the power generation reaction in the plurality of fuel cells and the remaining oxidant gas burned A reformer that is disposed on the other end side of the plurality of fuel cells at a predetermined interval and reforms the gas to be reformed into fuel gas; and the plurality of fuels A fuel cell module comprising: a battery cell; a gas tank; and a container in which the reformer is disposed, wherein the plurality of fuel battery cells are arranged in a matrix of m rows × n columns (m> n). Placed, each And a guide plate having a flat plate shape for guiding an oxidant gas to the combustion portion is projected from an inner wall of the container along a direction in which the rows of the plurality of fuel cells extend, and It arrange | positions so that the row | line | column of the said some fuel cell may extend along the extending direction, and the said guide plate covers the other end side of the fuel cell which forms the outermost row | line | column of the said some fuel cell. On the other hand, the fuel gas outlets communicating with the respective internal passages are not covered.
本発明では、行列配置された複数の燃料電池セルの他端側に形成された燃焼部に対して酸化剤ガスを誘導するための誘導板を平板状となし、その誘導板を、複数の燃料電池セルの列が延びる方向に沿って突出させると共に、複数の燃料電池セルの行が延びる方向に沿って延在させているので、行列配置された複数の燃料電池セルの長手方向に沿って誘導板を配置して効率的に酸化剤ガスを燃焼部へと誘導することができる。更に誘導板は、複数の燃料電池セルの最も外側の行を形成する燃料電池セルの他端側を覆う一方、それぞれの内部通路に連通する燃料ガス吹出口は覆わないように構成されていることで、燃焼部へと燃料ガスを供給する燃料ガス吹出口の近傍へと効果的に酸化剤ガスを供給することができる。 In the present invention, the guide plate for inducing oxidant gas to the combustion part formed on the other end side of the plurality of fuel cells arranged in a matrix is formed into a flat plate shape, and the guide plate is used as a plurality of fuels. Since the battery cells protrude along the extending direction and extend along the direction in which the rows of the plurality of fuel cells extend, guidance is performed along the longitudinal direction of the plurality of fuel cells arranged in a matrix. A plate can be arranged to efficiently guide oxidant gas to the combustion section. Further, the guide plate is configured so as to cover the other end side of the fuel cells forming the outermost row of the plurality of fuel cells and not cover the fuel gas outlets communicating with the respective internal passages. Thus, the oxidant gas can be effectively supplied to the vicinity of the fuel gas outlet for supplying the fuel gas to the combustion section.
また本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記複数の燃料電池セルの他端側を保持する上支持板を備え、前記誘導板は前記上支持板を覆うように突出することも好ましい。この好ましい態様では、燃料電池セルの他端側を保持する上支持板を備えているので、燃料電池セルの他端側が向く方向を安定させ、燃焼を安定させることができる。 In the fuel cell module according to the present invention, it is preferable that the fuel cell module further includes an upper support plate that holds the other end side of the plurality of fuel cells, and the guide plate protrudes so as to cover the upper support plate. In this preferred embodiment, since the upper support plate for holding the other end side of the fuel battery cell is provided, the direction in which the other end side of the fuel battery cell faces can be stabilized and combustion can be stabilized.
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible in the drawings, and redundant description will be omitted.
図1は、本発明に係る燃料電池モジュールの一実施形態である燃料電池モジュールFCを示す斜視図であって、カバー部材を取り外した状態を示す図である。図2は、燃料電池モジュールFCの断面図であって、図1の矢印A方向において、燃料電池モジュールFCの中央近傍における断面図である。図3は、燃料電池モジュールFCの断面図であって、図1の矢印B方向において、燃料電池モジュールFCの中央近傍における断面図である。尚、図2及び図3においては、断面のハッチングを省略している。 FIG. 1 is a perspective view showing a fuel cell module FC which is an embodiment of a fuel cell module according to the present invention, and shows a state where a cover member is removed. FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell module FC, and is a cross-sectional view in the vicinity of the center of the fuel cell module FC in the direction of arrow A in FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell module FC, and is a cross-sectional view in the vicinity of the center of the fuel cell module FC in the direction of arrow B in FIG. In FIGS. 2 and 3, the cross-sectional hatching is omitted.
カバー部材(図1,3に明示しない。図2にその外形を二点鎖線で示す)は、正面側の側壁と、長手方向の一対の側壁と、背面側の側壁と、天井とによって直方体状に形成される。各側壁の下端部には、フランジ部が形成され、そのフランジ部をベース部材2に当接させることで、カバー部材とベース部材2とによって密閉される空間が形成されている。カバー部材とベース部材2とはボルト(図示しない)によって固定され、そのボルトがカバー部材に設けられた取り付け穴を貫通し、ベース部材2に設けられた取り付け穴2aを貫通することで固定されている。
The cover member (not explicitly shown in FIGS. 1 and 3 is shown by a two-dot chain line in FIG. 2) has a rectangular parallelepiped shape by a front side wall, a pair of longitudinal side walls, a rear side wall, and a ceiling. Formed. A flange portion is formed at the lower end portion of each side wall, and a space sealed by the cover member and the base member 2 is formed by bringing the flange portion into contact with the base member 2. The cover member and the base member 2 are fixed by a bolt (not shown), and the bolt penetrates through an attachment hole provided in the cover member and is fixed by passing through an
カバー部材とベース部材2とによって形成される内部空間は、仕切り板15によって二つの空間に分離されている。仕切り板15によって分離されている空間の内、燃料電池セルスタック400が配置されている空間が発電室16である。仕切り板15によって分離されている空間の内、他方の空間が排気ガス室17である。尚、カバー部材の内壁面と仕切り板15とは、直接若しくは何らかの密着用部材(例えば、可撓性のある薄板部材)を介して間接的に密着している。
The internal space formed by the cover member and the base member 2 is separated into two spaces by the
仕切り板15は、ベース部材2に設けられた支持部材15aに戴置され、ベース部材2と所定距離を保って保持されている。支持部材15aは、仕切り板15を長手方向の両端において支持するように一対設けられている。従って、一対の支持部材15a,15a間には隙間15bが形成されている。カバー部材の壁面に設けられた排気ガス通路(図示しない)を通った排出ガスは、この隙間15bから排気ガス室17へと導入される。
The
仕切り板15にはガスタンク3が載置されている。ガスタンク3には、燃料電池セルスタック400が10個並べて配置されており、ガスタンク3から燃料ガスが、それぞれの燃料電池セルスタック400を構成する燃料電池セル4に供給される。
The
より具体的には、ガスタンク3の上面には、燃料電池セルスタック400の下支持板400bとほぼ同じ形状の開口部(図示しない)が設けられており、その開口部に下支持板400bを密接させてガスタンク3と各燃料電池セルスタック400とが接続されている。従って、燃料電池セルスタック400を構成する燃料電池セル4は、その先端部分を上部側に向けてガスタンク3に立設されている。
More specifically, an opening (not shown) having substantially the same shape as the
各燃料電池セル4は、管状であり、燃料電池セル4の管内を燃料電池セル4の一方の端部から他方の端部へと流れるガスと、その管外を一方の端部から他方の端部へと流れるガスの作用により作動する。本実施形態では、燃料電池セル4の管内を流れるガスは、水素又は炭化水素燃料等を改質した改質ガス等の燃料ガスであり、燃料電池セル4の管外を流れるガスは、酸素を含む空気等の酸化剤ガスである。
Each
ここで、燃料電池セル4を含む燃料電池セルユニット30について、図4を参照しながら説明する。図4に示すように、燃料電池セルユニット30は、燃料電池セル4によって形成され且つ上下方向に延びる管状構造体であり、円筒形の燃料電池セル4と、燃料電池セル4の一方の端部4aに取付けられた内側電極端子40と、他方の端部4bに取付けられた外側電極端子42と、を有している。
Here, the
燃料電池セル4は、円筒形の内側の電極層44と、円筒形の外側の電極層48と、これらの電極層44、48の間に配置された円筒形の電解質層46と、内側の電極層44の内側に構成される貫通流路50とを有している。また、燃料電池セル4の一方の端部4aに、内側の電極層44が電解質層46及び外側の電極層48に対して露出した内側電極露出周面44aと、電解質層46が外側の電極層48に対して露出した電解質露出周面46aとが設けられている。燃料電池セル4の他方の端部4bは、外側の電極層48が露出した外側電極露出周面48aによって構成されている。貫通流路50は、燃料ガス流路として機能する。内側電極露出周面44aは、内側の電極層44と電気的に通じる内側電極外周面でもある。外側電極露出周面48aは、外側の電極層48と電気的に通じる外側電極外周面でもある。
The
内側の電極層44は、例えば、Niと、CaやY、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Niと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Niと、Sr、Mg、Co、Fe、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレートとの混合体、の少なくとも一種から形成される。電解質層46は、例えば、Y、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Sr、Mgから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。外側の電極層48は、例えば、Sr、Caから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Sr、Co、Ni、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Sr、Fe、Ni、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたサマリウムコバルト、銀、などの少なくとも一種から形成される。この場合、内側の電極層44が燃料極になり、外側の電極層48が空気極になる。内側の電極層44の厚さは、例えば、1mmであり、電解質層46の厚さは、例えば、30μmであり、外側の電極層48の厚さは、例えば、30μmであり、その外径は、例えば、1〜10mmである。
The
内側電極端子40は、内側電極露出周面44aを全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続された本体部分40aと、本体部分40aから燃料電池セル4の長手方向に延びる管状部分40bとを有している。本体部分40a及び管状部分40bは、円筒形であり且つ同心に配置され、管状部分40bの管径は、本体部分40aの管径よりも細くなっている。管状部分40bは、貫通流路50と連通し且つ外部と通じる接続流路40c(燃料ガス吹出口)を有している。本体部分40aと管状部分40bとの間の段部40dは、内側の電極層44の端面44bと当接している。
The
外側電極端子42は、外側電極露出周面48aを全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続された本体部分42aと、本体部分42aから燃料電池セル4の長手方向に延びる管状部分42bとを有している。本体部分42a及び管状部分42bは、円筒形であり且つ同心であり、管状部分42bの管径は、本体部分42aの管径よりも細くなっている。管状部分42bは、貫通流路50と連通し且つ外部と通じる接続流路42c(燃料ガス吹出口)を有している。本体部分42aと管状部分42bとの間の段部42dは、環状の絶縁部材52を介して外側の電極層48、電解質層46及び内側の電極層44の端面44cと当接している。
The
内側電極端子40の全体形状と外側電極端子42の全体形状とは同一である。また、内側電極端子40と燃料電池セル4、及び、外側電極端子42と燃料電池セル4とは、その全周にわたって導電性のシール材54によってシールされ且つ固定されている。シール材54は、例えば、銀、銀とガラスの混合物、金、ニッケル、銅、チタンなどを含む各種ロウ材である。
The overall shape of the
内側電極端子40の接続流路40c、燃料電池セル4の貫通流路50、及び外側電極端子42の接続流路42cは、燃料電池セルユニット30の管内流路30c(内部通路)を構成する。
The
続いて、燃料電池セルユニット30を含む燃料電池セルスタック400について、図5を参照しながら説明する。燃料電池セルスタック400は、16本の燃料電池セルユニット30と、上支持板400aと、下支持板400bと、接続部材400cと、外部端子400dとを備えている。
Next, the
上支持板400a及び下支持板400bは矩形であり、それぞれ、燃料電池セルユニット30を2列×8行で支持するように燃料電池セルユニット30の管状部分40b、42bに嵌合する貫通孔(図に明示しない)を有している。上支持板400a及び下支持板400bは、電気絶縁性材料で形成されており、例えば、耐熱性のセラミックスで形成されている。具体的には、アルミナ、ジルコニア、スピネル、フォルステライト、マグネシア、チタニアなどを用いることが好ましい。
The
16本の燃料電池セルユニット30は、それらが電気的に直列に接続されるように配列されている。詳細には、燃料電池セルユニット30は、隣接した燃料電池セルユニット30の内側電極端子40が交互に上側及び下側に配置されるように配列されている。更に、16本の燃料電池セルユニット30を電気的に直列に接続するための接続部材400cが設けられている。接続部材400cは、隣接した1つの内側電極端子40と1つの外側電極端子42とを電気的に接続する。直列に接続された16本の燃料電池セルユニット30の両端部の内側電極端子40及び外側電極端子42にはそれぞれ、外部と電気的な接続を行うための外部端子400dが設けられている。接続部材400c、外部端子400dは、例えば、ステンレス鋼、ニッケル基合金、クロム基合金などの耐熱金属や、ランタンクロマイトなどのセラミック材料で形成される。各燃料電池セルスタック400の外部端子400dは電気的に直列に接続されていて、その両端には電極棒13,14に接続されている。
The 16
図4及び図5を参照しながら説明したように、燃料電池セルスタック400において、燃料電池セルユニット30の内側電極端子40が設けられている端部4aと外側電極端子42が設けられている端部4bとは上下交互になるように配置されている。
As described with reference to FIGS. 4 and 5, in the
ここで、図1〜3に戻り、燃料電池モジュールFCの説明を続ける。本実施形態では、燃料電池セルスタック400の上方に位置するように、改質器5が配置されている。改質器5には、配管6Cと配管6Dとが繋がれていて、これらの配管6C及び配管6Dによって、改質器5は燃料電池セルスタック400と所定間隔をおいて上方に位置するように保持されている。配管6Cは、改質器5に被改質ガスとしての都市ガス、空気、及び水蒸気を供給するための配管であって、仕切り板15に対して立設されている。配管6Dは、改質器5において改質された燃料ガスをガスタンク3に供給するための配管であって、ガスタンク3に対して立設されている。
Here, returning to FIGS. 1 to 3, the description of the fuel cell module FC will be continued. In the present embodiment, the reformer 5 is disposed so as to be located above the
配管6Cを通して改質器5に供給される都市ガス及び空気は、被改質ガス供給管6Aを通って燃料電池モジュールFC内に導入される。また、配管6Cを通して改質器5に供給される水蒸気は、水蒸気供給管6Bを通って燃料電池モジュールFC内に導入される。被改質ガス供給管6A及び水蒸気供給管6Bは、仕切り板15を挟んで配管6Cとは反対側に設けられている混合室15cに繋がっている。被改質ガス供給管6Aから供給される都市ガス及び空気と、水蒸気供給管6Bから供給される水蒸気とは、この混合室15cにおいて混合され、配管6Cへと供給される。
The city gas and air supplied to the reformer 5 through the
図1〜3には明示しないが本実施形態では、被改質ガス供給管6Aと水蒸気供給管6Bとのそれぞれに電磁弁が取り付けられていて、それぞれの電磁弁は制御部としてのCPUから出力される指示信号に応じて開閉し、改質器5に供給する被改質ガスと空気と水蒸気の比率を変更可能なように構成されている。 Although not explicitly shown in FIGS. 1 to 3, in this embodiment, electromagnetic valves are attached to the reformed gas supply pipe 6 </ b> A and the steam supply pipe 6 </ b> B, respectively, and each electromagnetic valve is output from a CPU as a control unit. The ratio of the gas to be reformed, air, and water vapor supplied to the reformer 5 can be changed by opening and closing according to the instruction signal.
改質器5に導入された被改質ガスとしての都市ガス(水蒸気が混合されている場合もあり)及び空気(被改質ガスのみの場合もあり)は、改質器5内に収められている改質触媒によって改質される。改質された燃料ガスは、配管6Dを通ってガスタンク3へと供給される。改質器5に対して配管6Cが繋がっている部分と、改質器5に対して配管6Dが繋がっている部分とは、長手方向において一端近傍と他端近傍とに引き離されている。これによって、改質器5に供給された燃料ガス及び空気は改質触媒に十分に触れることが可能となる。
City gas (which may be mixed with steam) and air (which may be only reformed gas) as reformed gas introduced into the reformer 5 are contained in the reformer 5. The reforming catalyst is reformed. The reformed fuel gas is supplied to the
改質器5には、改質触媒が封入されている。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したもの、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したもの、が適宜用いられる。これらの改質触媒は球体である。 A reforming catalyst is enclosed in the reformer 5. As the reforming catalyst, a catalyst in which nickel is applied to the surface of the alumina sphere and a catalyst in which ruthenium is applied to the surface of the alumina sphere are appropriately used. These reforming catalysts are spheres.
本実施形態では、改質器5及び各燃料電池セルスタック400を覆うように、流路部材7(容器)が設けられている。流路部材7は、空気流路外壁71,72と、空気分配室73と、空気集約室74,75と、空気流路管76a,76b,77a,77bと、外壁78,79を有している。流路部材7は、長手方向に空気流路外壁71,72が、短手方向に外壁78,79が、それぞれ配置され、それらの部材によって箱状となるように形成されている。流路部材7は、改質器5及び各燃料電池セルスタック400を覆うように、仕切り板15に立設されている。続く説明では、流路部材7の仕切り板15に当接する側を下方とし、その下方と反対側を上方として説明する。
In the present embodiment, the flow path member 7 (container) is provided so as to cover the reformer 5 and each
空気分配室73は、外壁79の外側上方に取り付けられている。すなわち、空気分配室73は、空気流路外壁71,72と外壁78,79とによって形成される箱状体の外側且つ短手側の上方に取り付けられている。空気分配室73には、空気供給管7Aが繋がれており、酸化剤ガスとしての空気が供給される。空気分配室73には、空気流路管76a,76b,77a,77bも繋がれている。
The
空気流路管76a,76bは、空気流路外壁71,72と外壁78,79とによって形成される箱状体の内側且つ長手側の上方に、空気流路外壁71に沿うように配置されている。空気流路管76aは、空気流路外壁71側に、空気流路管76bは、空気流路管76aよりも内側に、それぞれ配置されている。空気流路管76a,76bの一端は外壁79を貫通して空気分配室73に繋がれており、他端は空気集約室74に繋がれている。従って、空気分配室73に流入した空気は、空気流路管76a,76bを通り、空気集約室74へと流れ込んで再合流する。
The air
空気流路管77a,77bは、空気流路外壁71,72と外壁78,79とによって形成される箱状体の内側且つ長手側の上方に、空気流路外壁72に沿うように配置されている。空気流路管77aは、空気流路外壁72側に、空気流路管77bは、空気流路管77aよりも内側に、それぞれ配置されている。空気流路管77a,77bの一端は外壁79を貫通して空気分配室73に繋がれており、他端は空気集約室75に繋がれている。従って、空気分配室73に流入した空気は、空気流路管77a,77bを通り、空気集約室75へと流れ込んで再合流する。
The air
空気集約室74,75は、外壁78の内側上方に取り付けられている。すなわち、空気集約室74,75は、空気流路外壁71,72と外壁78,79とによって形成される箱状体の内側且つ短手側の上方に取り付けられている。空気集約室74は空気流路外壁71と密着するように配置されており、空気集約室74に流れ込んだ空気は空気流路外壁71へと流れ出すように構成されている。一方、空気集約室75は空気流路外壁72と密着するように配置されており、空気集約室75に流れ込んだ空気は空気流路外壁72へと流れ出すように構成されている。
The
空気流路外壁71,72は、それぞれが二重壁構造となっていて、それぞれの内部を空気が流れることができるように構成されている。より具体的には、空気流路外壁71は、上方から三室に分割された構造となっており、上方から順に、第一室711、第二室712、第三室713として形成されている。空気集約室74から流れ込んだ空気は、第一室711に流れ込んだ後、第二室712に流れ込み、その後第三室713に流れ込む。同様に、空気流路外壁72も、上方から三室に分割された構造となっており、上方から順に、第一室721、第二室722、第三室723として形成されている。空気集約室75から流れ込んだ空気は、第一室721に流れ込んだ後、第二室722に流れ込み、その後第三室723に流れ込む。
Each of the air flow path
第三室713,723にはそれぞれ、所定間隔をおいて複数の空気流入孔713a,723aが形成されている。空気流入孔713a,723aは、燃料電池セルスタック400が連設されている方向に、各燃料電池セル4間の間隙に向かう位置であって、燃料電池セル4に対する上下方向の位置が略同一となるように、複数個形成されている。
In the
空気流路外壁71,72に流れ込んだ空気は、空気流入孔713a,723aを通って発電室16内の燃料電池セル4近傍へと流れ込むように構成されている。空気流入孔713a,723aを通って流れ込んだ空気は、燃料電池セル4の外側を通って各燃料電池セル4の下方から上方へと流れる。各燃料電池セル4の上方に至った空気は、各燃料電池セル4の管内流路を通った燃料ガスと合わせて燃焼される。
The air flowing into the air flow path
各燃料電池セルスタック400の上方は、空気と燃料ガスとが混合して燃焼する燃焼部18となっている。燃料ガスは、ガスタンク3から、燃料電池セルユニット30の管内流路30cを通り、燃焼部18に向けて上昇する。また、燃料電池セル4の外側を流れる空気も、燃焼部18に向けて上昇する。空気流路外壁72の燃焼部18に対応する部分には点火装置挿入穴724が設けられ、燃焼ガスと空気との燃焼を開始させるための点火装置(図示しない)が点火装置挿入穴724から燃焼部18に突出されている。この点火装置により燃料ガスと空気とが混合して燃焼する。燃料電池セルスタック400を構成する燃料電池セル4は、燃焼部18によって上方から加熱される。また、空気流入孔713a,723aを通って流れ込む空気も、上述したように空気流路管76a,76b,77a,77b、空気流路外壁71,72を通る間に、燃焼部18における燃焼によって加熱される。
Above each
本実施形態の場合、燃料電池セル4の外側を流れる空気を効果的に燃焼部18に誘導するために平板状の誘導板FBが設けられている。本実施形態の場合、燃料電池セル4は全体として20行×8列の行列配置されており、誘導板FBは、列が延びる方向に沿って容器としての流路部材7の内壁から突出し(図2参照)、行が並ぶ方向に沿って延在するように構成されている(図3参照)。更に誘導板FBは、燃料電池セル4の最も外側の行を形成する燃料電池セル4の他端側を覆いつつ、それぞれの燃料ガス吹出口としての内側電極端子40の接続流路40c、及び外側電極端子42の接続流路42cを覆わないように構成されている(図2参照)。
In the case of the present embodiment, a flat guide plate FB is provided to effectively guide the air flowing outside the
2:ベース部材
2a:穴
3:ガスタンク
4:燃料電池セル
4a:端部
4b:端部
5:改質器
6A:被改質ガス供給管
6B:水蒸気供給管
6C:配管
6D:配管
7:流路部材
7A:空気供給管
13,14:電極棒
15:板
15a:支持部材
15b:隙間
15c:混合室
16:発電室
17:排気ガス室
18:燃焼部
30:燃料電池セルユニット
30c:管内流路
40:内側電極端子
40a:本体部分
40b:管状部分
40c:接続流路
40d:段部
42:外側電極端子
42a:本体部分
42b:管状部分
42c:接続流路
42d:段部
44:電極層
44a:内側電極露出周面
44b:端面
44c:端面
46:電解質層
46a:電解質露出周面
48:電極層
48a:外側電極露出周面
50:貫通流路
52:絶縁部材
54:シール材
71:空気流路外壁
72:空気流路外壁
73:空気分配室
74:空気集約室
75:空気集約室
76a,76b,77a,77b:空気流路管
FC:燃料電池モジュール
2:
Claims (2)
前記複数の燃料電池セルそれぞれの内部通路と連通し、前記燃料ガスを供給するガスタンクと、
前記複数の燃料電池セルにおいて発電反応に寄与しなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガスとが燃焼するように、前記複数の燃料電池セルの他端側に形成される燃焼部と、
前記複数の燃料電池セルの他端側に所定間隔をおいて配置され、被改質ガスを改質して燃料ガスとする改質器と、
前記複数の燃料電池セル、前記ガスタンク、及び前記改質器が配置される容器と、を備える燃料電池モジュールであって、
前記複数の燃料電池セルは、m行×n列(m>n)となるように行列配置され、それぞれが電気的に接続されており、
前記燃焼部へと酸化剤ガスを誘導するための平板状を成す誘導板を、前記容器の内壁から前記複数の燃料電池セルの列が延びる方向に沿って突出し、且つ前記複数の燃料電池セルの行が延びる方向に沿って延在するように配置し、
前記誘導板は、前記複数の燃料電池セルの最も外側の行を形成する燃料電池セルの他端側を覆う一方、それぞれの内部通路に連通する燃料ガス吹出口は覆わないように構成されていることを特徴とする燃料電池モジュール。 A plurality of fuel cells that operate when fuel gas and oxidant gas flow from one end side to the other end side;
A gas tank communicating with an internal passage of each of the plurality of fuel cells and supplying the fuel gas;
A combustion section formed on the other end side of the plurality of fuel cells so that the remaining fuel gas that did not contribute to the power generation reaction in the plurality of fuel cells and the remaining oxidant gas burn;
A reformer disposed at a predetermined interval on the other end side of the plurality of fuel cells, and reforming the gas to be reformed into fuel gas;
A plurality of fuel cells, a gas tank, and a container in which the reformer is disposed, and a fuel cell module comprising:
The plurality of fuel cells are arranged in a matrix so as to be m rows × n columns (m> n), and each is electrically connected,
A guide plate having a flat plate shape for inducing an oxidant gas to the combustion part protrudes from the inner wall of the container along a direction in which the rows of the plurality of fuel cells extend, and the plurality of fuel cells. Arrange so that the rows extend along the direction that extends,
The guide plate is configured to cover the other end side of the fuel cells forming the outermost row of the plurality of fuel cells and not cover the fuel gas outlets communicating with the respective internal passages. A fuel cell module.
前記誘導板は前記上支持板を覆うように突出することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池モジュール。 An upper support plate for holding the other end side of the plurality of fuel cells,
The fuel cell module according to claim 1, wherein the guide plate protrudes so as to cover the upper support plate.
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