JP6780044B2 - How to assemble fuel cell submodule, fuel cell module and combined cycle system and submodule - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池サブモジュール、燃料電池モジュール及び複合発電システム並びにサブモジュールの組み立て方法に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell submodule, a fuel cell module, a combined cycle power generation system, and a method for assembling the submodule.
燃料ガスと酸化性ガスとを化学反応させることにより発電する燃料電池が知られている。このうち、固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:SOFC)は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、都市ガス、天然ガス、石油、メタノール、石炭ガス化ガスなどを燃料として運転される燃料電池である。このようなSOFCは、イオン伝導率を高めるために作動温度が約700〜1000℃程度と高く、用途の広い高効率な高温型燃料電池として知られている。このようなSOFCは、例えばマイクロガスタービン(以下、「MGT」と呼ぶ)等の内燃機関と組み合わせた複合発電システムが構成されており、圧縮機から吐出される圧縮空気を酸化性ガスとしてSOFCの空気極に供給するとともに、SOFCから排出される高温の排燃料ガスを、MGTの燃焼器に供給して燃焼させ、燃焼器で発生した高温の燃焼ガスでタービンを回転させることで、発電効率の高い発電が可能とされている。 A fuel cell that generates electricity by chemically reacting a fuel gas and an oxidizing gas is known. Of these, solid oxide fuel cells (SOFCs) use ceramics such as zirconia ceramics as the electrolyte, and are operated using city gas, natural gas, petroleum, methanol, coal gasification gas, etc. as fuel. It is a fuel cell. Such SOFCs have a high operating temperature of about 700 to 1000 ° C. in order to increase ionic conductivity, and are known as versatile and highly efficient high-temperature fuel cells. Such SOFC comprises, for example, a combined power generation system combined with an internal combustion engine such as a micro gas turbine (hereinafter referred to as "MGT"), and the compressed air discharged from the compressor is used as an oxidizing gas for SOFC. In addition to supplying to the air electrode, the high-temperature exhaust fuel gas discharged from the SOFC is supplied to the MGT combustor for combustion, and the turbine is rotated by the high-temperature combustion gas generated by the combustor to improve power generation efficiency. High power generation is possible.
SOFCにおける発電時には、SOFCの発電部が発熱する。発電部は、発電効率や構成材料の耐久性等の観点に基づいて、予め設定された温度範囲で発電を行うのが好ましい。
このため、例えば特許文献1には、SOFCの発電部を備えるカートリッジを収容する圧力容器内で、SOFCの発電部を備えるカートリッジの内部空間とカートリッジの外部空間とを接続する流路と、この流路を通る酸化性ガス(空気)の流量を調整する流量調整装置と、を備える構成が開示されている。この構成によれば、カートリッジの内部の温度に応じて、カートリッジの内部空間から外部空間(圧力容器内の空間)に漏出させる酸化性ガスの流量を調整し、カートリッジの内部の温度を適切な温度範囲内に維持している。
At the time of power generation in SOFC, the power generation part of SOFC generates heat. The power generation unit preferably generates power in a preset temperature range from the viewpoint of power generation efficiency, durability of constituent materials, and the like.
Therefore, for example,
ところで、酸化性ガスの供給変動があっても発電への影響を少なくするために、カートリッジの外周を覆う構造として供給した酸化性ガスの一部はカートリッジ内部空間と外部空間(圧力容器内の空間)との間で少流量が流通することを可能としている。発電のためにカートリッジ内に供給された酸化性ガスは、発電部の発熱によって昇温され、カートリッジ内を上昇する。このとき、酸化性ガスの一部はカートリッジ上部の隙間から外部空間に漏出する。外部空間に漏出した酸化性ガスは、圧力容器を介して圧力容器の外部との熱交換による放熱によって冷却され、外部空間内を下降し、カートリッジの下部の隙間からカートリッジの内部空間に吸い込まれる。これにより、圧力容器内においては、カートリッジの内部空間における上昇流と、カートリッジの外部空間における下降流とによって、酸化性ガスの自然対流が生じている。このような自然対流は、酸化性ガスがカートリッジの外部空間を通るときに圧力容器を介して圧力容器の外部に熱を放熱してしまう可能性がある。
近年、より出力の大きいガスタービンとSOFCとを組み合わせた、より大規模な複合発電システムの開発が進んでいる。ガスタービンは出力が増加するほど圧縮機から吐出される空気の圧力は高まる傾向にあるため、大規模なSOFC複合発電システムでは圧力容器内の運転圧力も高くなる。また、圧力容器内の運転圧力を高くすることは、SOFCの発電効率を向上させるために有効である。一方、圧力容器内の運転圧力を高くすると、カートリッジの内部空間から外部空間に漏出する酸化性ガスの量は増大するという問題がある。これは、運転圧力の上昇によりガス密度が増大することにより、発電部で昇温されたカートリッジ内の酸化性ガスに働く浮力が増大し、かつ、カートリッジ内の酸化性ガスと断熱材との圧力損失が減少するためである。このような要因により、運転圧力が高い状態では、圧力容器内におけるカートリッジ内部空間から漏出した酸化性ガスが上方から下方に向かう自然対流量が増大し、酸化性ガスがカートリッジの外部空間を通るときに圧力容器を介して圧力容器の外部への放熱量も増大する。その結果、カートリッジの内部空間の発電部の温度が必要以上に低下し、SOFCの発電効率の低下が生じてしまう。
By the way, in order to reduce the influence on power generation even if the supply of oxidizing gas fluctuates, a part of the oxidizing gas supplied as a structure covering the outer periphery of the cartridge is the cartridge internal space and the external space (space in the pressure vessel). ), It is possible to distribute a small amount of flow. The oxidizing gas supplied into the cartridge for power generation is heated by the heat generated by the power generation unit and rises in the cartridge. At this time, a part of the oxidizing gas leaks into the external space through the gap at the top of the cartridge. The oxidizing gas leaking into the external space is cooled by heat exchanged with the outside of the pressure vessel via the pressure vessel, descends in the external space, and is sucked into the internal space of the cartridge through the gap at the bottom of the cartridge. As a result, in the pressure vessel, natural convection of the oxidizing gas is generated by the upward flow in the internal space of the cartridge and the downward flow in the external space of the cartridge. Such natural convection may dissipate heat to the outside of the pressure vessel via the pressure vessel as the oxidizing gas passes through the exterior space of the cartridge.
In recent years, the development of a larger-scale combined cycle system that combines a gas turbine with a higher output and SOFC has been progressing. Since the pressure of the air discharged from the compressor tends to increase as the output of the gas turbine increases, the operating pressure in the pressure vessel also increases in a large-scale SOFC combined power generation system. Further, increasing the operating pressure in the pressure vessel is effective for improving the power generation efficiency of the SOFC. On the other hand, when the operating pressure in the pressure vessel is increased, there is a problem that the amount of oxidizing gas leaking from the internal space of the cartridge to the external space increases. This is because the gas density increases due to the increase in operating pressure, so that the buoyancy acting on the oxidizing gas in the cartridge that has been heated in the power generation section increases, and the pressure between the oxidizing gas in the cartridge and the heat insulating material increases. This is because the loss is reduced. Due to these factors, when the operating pressure is high, the natural vs. flow rate of the oxidizing gas leaking from the cartridge internal space in the pressure vessel increases from upward to downward, and the oxidizing gas passes through the external space of the cartridge. The amount of heat released to the outside of the pressure vessel via the pressure vessel also increases. As a result, the temperature of the power generation unit in the internal space of the cartridge is lowered more than necessary, and the power generation efficiency of the SOFC is lowered.
特許文献1に開示された構成では、カートリッジの内部の温度に応じてカートリッジの内部空間から外部空間に流出させる酸化性ガスの流量を調整しているが、圧力容器内における酸化性ガスの鉛直方向上方から下方に向かう自然対流が発生している以上、圧力容器から外部に放熱してしまい、SOFCの発電効率を低下させてしまうという問題があった。また、特許文献1に開示された構成で、加圧運転を行った場合には、さらに自然対流が増加し、SOFCの発電効率がより低下してしまう可能性がある。
In the configuration disclosed in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、発電効率の低下を抑制することができる燃料電池サブモジュール、燃料電池モジュール及び複合発電システム並びにサブモジュールの組み立て方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a fuel cell submodule, a fuel cell module, a combined power generation system, and a method for assembling the submodule, which can suppress a decrease in power generation efficiency. With the goal.
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池サブモジュール、燃料電池モジュール及び複合発電システム並びにサブモジュールの組み立て方法は以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係る燃料電池サブモジュールは、圧力容器内に収容される燃料電池サブモジュールであって、燃料ガスと酸化性ガスを供給することで発電する燃料電池セルを備える少なくとも1つのセルスタックと、前記セルスタックの囲むように配置され、側方を規定する側方外装板と、とを備えている。
In order to solve the above problems, the following means are adopted as the method of assembling the fuel cell submodule, the fuel cell module, the combined cycle power generation system, and the submodule of the present invention.
The fuel cell submodule according to one aspect of the present invention is a fuel cell submodule housed in a pressure vessel, and is at least one cell including a fuel cell that generates power by supplying fuel gas and an oxidizing gas. It includes a stack and a side exterior plate arranged so as to surround the cell stack and defining the sides.
上記構成では、燃料電池サブモジュール(以下、単に「サブモジュール」ともいう。)の密閉部材の周囲外側面の側方から、発電領域内に流入しようとする酸化性ガスは、まず、側方外装板によって妨げられる。このように、酸化性ガスの流入を防止しているので、より確実に、圧力容器内の空間からサブモジュールの燃料電池モジュールの発電を行う領域(以下、「発電領域」という。)内への意図しない酸化性ガスの流入を抑制することができる。したがって、より確実に発電領域の内部と圧力容器内における発電領域の外部を鉛直方向上方から下方に向かい循環する酸化性ガスの自然対流循環を抑制することができ、酸化性ガスの自然対流循環に起因した圧力容器外への放熱を抑制することができる。
また、サブモジュールの組み立てを行う際に、側方の位置決めについては、側方外装板を基準として組み立てることができる。したがって、組み立てを行う際の位置決め作業を容易にすることができる。
In the above configuration, the oxidizing gas that is about to flow into the power generation region from the side of the outer peripheral surface of the sealing member of the fuel cell submodule (hereinafter, also simply referred to as “submodule”) is first placed on the side exterior. It is hindered by the board. Since the inflow of oxidizing gas is prevented in this way, the space inside the pressure vessel is more reliably generated from the space inside the pressure vessel into the area where the fuel cell module of the submodule generates electricity (hereinafter referred to as "power generation area"). It is possible to suppress the inflow of unintended oxidizing gas. Therefore, it is possible to more reliably suppress the natural convection circulation of the oxidizing gas that circulates from above to below in the vertical direction inside the power generation area and outside the power generation area in the pressure vessel, resulting in natural convection circulation of the oxidizing gas. The resulting heat dissipation to the outside of the pressure vessel can be suppressed.
Further, when assembling the sub-module, the lateral positioning can be assembled with the side exterior plate as a reference. Therefore, the positioning work at the time of assembling can be facilitated.
また、本発明の一態様に係る燃料電池サブモジュールは、前記側方外装板は、上端に、当該側方外装板の上縁で規定される開口を有してもよい。 Further, in the fuel cell submodule according to one aspect of the present invention, the side exterior plate may have an opening defined by the upper edge of the side exterior plate at the upper end.
上記構成では、側方外装板の上端には、上縁で規定された開口が形成される。このように、サブモジュールの鉛直上方を覆う蓋材が設けられていないので、サブモジュールを構成する部材が高温により熱膨張した場合であっても、熱膨張を鉛直上方に許容することができて、サブモジュールを拘束することを抑制する。 In the above configuration, an opening defined by the upper edge is formed at the upper end of the lateral exterior plate. As described above, since the lid material covering the vertically upper part of the submodule is not provided, even when the members constituting the submodule are thermally expanded due to the high temperature, the thermal expansion can be allowed vertically upward. , Suppress binding submodules.
また、本発明の一態様に係る燃料電池サブモジュールは、前記側方外装板の下端に接続し、該側方外装板の下端に形成される開口を塞ぐ下方外装板を備えてもよい。 Further, the fuel cell submodule according to one aspect of the present invention may include a lower exterior plate that is connected to the lower end of the side exterior plate and closes an opening formed at the lower end of the side exterior plate.
上記構成では、サブモジュールの下方全体が下方外装板で覆われているので、下方からサブモジュール内に流入しようとする酸化性ガスは、確実に下方外装板によって妨げられる。したがって、意図しない酸化性ガスが圧力容器内の空間からサブモジュールの発電領域へ流入するのをより確実に防止することができる。
また、サブモジュールの組み立てを行う際に、鉛直上下方向の位置決めを、下方外装板を基準として組み立てを行うことができる。したがって、組み立てを行う際の位置決め作業を容易にすることができる。
In the above configuration, since the entire lower part of the submodule is covered with the lower outer plate, the oxidizing gas that tends to flow into the submodule from below is surely blocked by the lower outer plate. Therefore, it is possible to more reliably prevent unintended oxidizing gas from flowing into the power generation region of the submodule from the space inside the pressure vessel.
Further, when assembling the sub-module, the vertical vertical positioning can be performed with the lower exterior plate as a reference. Therefore, the positioning work at the time of assembling can be facilitated.
また、本発明の一態様に係る燃料電池サブモジュールは、前記下方外装板には、貫通穴が形成され、前記下方外装板は、前記貫通穴と連通し、鉛直下方に延びる筒状部材を備えていてもよい。 Further, in the fuel cell submodule according to one aspect of the present invention, the lower exterior plate is formed with a through hole, and the lower exterior plate includes a tubular member that communicates with the through hole and extends vertically downward. You may be.
上記構成では、下方外装板に貫通穴が形成され、貫通穴に連通する筒状部材が設けられている。これにより、例えば、燃料ガスヘッダの側方から鉛直下方に向かって延びる配管があった場合であっても、貫通穴及び筒状部材の内部を挿通させてシールすることで、この配管をサブモジュールの外部と連通させることができる。また、筒状部材の内部を挿通させているので、当該部分が二重管構造となり、配管が下方外装板を貫通する構造としても、圧力容器内の空間から当該部分を通過してサブモジュールの内部に酸化性ガスが流入することを抑制することができる。 In the above configuration, a through hole is formed in the lower exterior plate, and a tubular member communicating with the through hole is provided. As a result, for example, even if there is a pipe extending vertically downward from the side of the fuel gas header, the pipe can be sealed by inserting the through hole and the inside of the tubular member to seal the pipe. It can communicate with the outside. Further, since the inside of the tubular member is inserted, the portion has a double pipe structure, and even if the structure is such that the pipe penetrates the lower exterior plate, the submodule passes through the portion from the space inside the pressure vessel. It is possible to suppress the inflow of oxidizing gas into the inside.
また、本発明の一態様に係る燃料電池サブモジュールは、前記筒状部材の内部を挿通する配管を備え、前記筒状部材の一部は、可撓性を備えるフレキシブル管で形成され、前記フレキシブル管で形成された部分は、前記筒状部材と前記配管とをシール固定する部分よりも鉛直上方に位置していてもよい。 Further, the fuel cell submodule according to one aspect of the present invention includes a pipe for inserting the inside of the tubular member, and a part of the tubular member is formed of a flexible tube having flexibility, and the flexible tube is formed. The portion formed by the pipe may be located vertically above the portion for sealing and fixing the tubular member and the pipe.
上記構成では、筒状部材の一部が可撓性を有して鉛直上下方向への伸縮を許容するフレキシブル管で形成されている。これにより、筒状部材または配管がサブモジュールの発電領域の高温の影響を受けて熱膨張しても、フレキシブル管が鉛直上下方向の伸縮を吸収するので、筒状部材と配管との固定部分に発生する荷重を低減することができる。なお、配管の一部も可撓性を有するフレキシブル管で形成されてもよい。このような構成とすることで、配管側でも鉛直上下方向の伸縮を吸収することができるので、筒状部材と配管との固定部分を拘束しないので配管に発生する応力を、より低減することができる。 In the above configuration, a part of the tubular member is formed of a flexible tube that is flexible and allows expansion and contraction in the vertical vertical direction. As a result, even if the tubular member or pipe is thermally expanded under the influence of the high temperature in the power generation area of the submodule, the flexible pipe absorbs the expansion and contraction in the vertical vertical direction, so that the tubular member and the pipe are fixed to each other. The generated load can be reduced. A part of the pipe may also be formed of a flexible pipe having flexibility. With such a configuration, expansion and contraction in the vertical vertical direction can be absorbed even on the piping side, so that the fixed portion between the tubular member and the piping is not restrained, so that the stress generated in the piping can be further reduced. it can.
また、本発明の一態様に係る燃料電池サブモジュールは、複数の前記セルスタックが接続され、複数の該セルスタックに前記燃料ガスの供給または複数の該セルスタックから前記燃料ガスの排出を行う燃料ガスヘッダと、一端が前記側方外装板の下端に接続され、他端が前記燃料ガスヘッダの側方端部に対して接続される下方外装板と、を備えていてもよい。 Further, in the fuel cell submodule according to one aspect of the present invention, a plurality of the cell stacks are connected, and the fuel gas is supplied to the plurality of cell stacks or the fuel gas is discharged from the plurality of cell stacks. It may include a gas header and a lower exterior plate having one end connected to the lower end of the side exterior plate and the other end connected to the side end of the fuel gas header.
上記構成では、燃料ガスヘッダのあるサブモジュールの底面が下方外装板で覆われていないので、燃料ガスヘッダの底面に配管や集電棒等を接続する場合、配管や集電棒等が下方外装板を貫通する構造とする必要がない。配管や集電棒等が下方外装板を貫通する構造とした場合、下方外装板の内側に酸化性ガスが流入しないように、それぞれの配管や集電棒に絶縁性を確保しつつ密閉構造とする必要があり、構造が複雑となるが、上記構成では、簡易に接続することができる。 In the above configuration, the bottom surface of the submodule with the fuel gas header is not covered with the lower exterior plate. Therefore, when connecting the pipe or the current collector rod to the bottom surface of the fuel gas header, the pipe or the current collector rod penetrates the lower exterior plate. It does not have to be a structure. If the structure is such that the pipes and current collector rods penetrate the lower exterior plate, it is necessary to establish a sealed structure while ensuring insulation in each pipe and current collector rod so that oxidizing gas does not flow inside the lower exterior plate. Although the structure is complicated, the above configuration allows easy connection.
また、本発明の一態様に係る燃料電池サブモジュールは、前記下方外装板の鉛直方向上面と前記燃料ガスヘッダの底面とは、鉛直上下方向に離間し、前記下方外装板の鉛直方向上面と前記燃料ガスヘッダの底面とは、鉛直上下方向に延びるシール板を介して接続されていてもよい。 Further, in the fuel cell submodule according to one aspect of the present invention, the upper surface of the lower exterior plate in the vertical direction and the bottom surface of the fuel gas header are separated in the vertical vertical direction, and the upper surface of the lower exterior plate in the vertical direction and the fuel are separated from each other. It may be connected to the bottom surface of the gas header via a sealing plate extending vertically in the vertical direction.
上記構成では、下方外装板の上面と燃料ガスヘッダの底面とを接続するシール板が設けられている。これにより、下方外装板の上面と燃料ガスヘッダの底面との間に空間を形成しつつ、この空間から酸化性ガスが流入することを防止することができる。したがって、例えば、燃料ガスヘッダの底面から、鉛直下方に延びる部材があった場合であっても、発電部への意図しない酸化性ガスの流入を抑制することができる。燃料ガスヘッダの底面から鉛直下方に延びる部材としては、例えば、サブモジュールを構成するカートリッジをサブモジュール内に立設させるための脚部などがある。 In the above configuration, a seal plate for connecting the upper surface of the lower exterior plate and the bottom surface of the fuel gas header is provided. As a result, it is possible to prevent the oxidizing gas from flowing in from the space while forming a space between the upper surface of the lower exterior plate and the bottom surface of the fuel gas header. Therefore, for example, even if there is a member extending vertically downward from the bottom surface of the fuel gas header, it is possible to suppress an unintended inflow of oxidizing gas into the power generation unit. As a member extending vertically downward from the bottom surface of the fuel gas header, for example, there are legs for erecting cartridges constituting the sub-module in the sub-module.
また、本発明の一態様に係る燃料電池サブモジュールは、前記セルスタックの少なくとも一部分を囲う密閉部材と、を備え、複数の前記セルスタックは、それぞれ、前記燃料電池セルが設けられる中央部と、前記燃料電池セルが設けられていない端部とを含み、前記密閉部材が囲う前記セルスタックの一部分は、前記燃料電池セルが設けられる前記中央部であり、前記密閉部材は、該密閉部材の内部の複数の前記セルスタック周囲に前記酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給部と、該内部から前記酸化性ガスを排出する酸化性ガス排出部とを備え、前記酸化性ガス供給部及び前記酸化性ガス排出部以外の残部では、該内部への前記酸化性ガスの流入及び該内部からの前記酸化性ガスの漏出を抑制してもよい。 Further, the fuel cell submodule according to one aspect of the present invention includes a sealing member that surrounds at least a part of the cell stack, and each of the plurality of cell stacks has a central portion in which the fuel cell is provided. A part of the cell stack including the end portion where the fuel cell is not provided and surrounded by the sealing member is the central portion where the fuel cell is provided, and the sealing member is the inside of the sealing member. An oxidizing gas supply unit that supplies the oxidizing gas around the plurality of cell stacks, and an oxidizing gas discharging unit that discharges the oxidizing gas from the inside, and the oxidizing gas supply unit and the oxidation. The remaining portion other than the sex gas discharging portion may suppress the inflow of the oxidizing gas into the inside and the leakage of the oxidizing gas from the inside.
上記構成では、サブモジュールにおいて密閉部材が、複数のセルスタックの燃料電池セルが設けられる中央部分を囲っている。これにより、発電領域の周囲を密閉部材で囲うことができる。また、密閉部材は、酸化性ガス供給部及び酸化性ガス排出部以外の残部では、密閉部材の内部(すなわち発電領域)への酸化性ガスの流入及び、密閉部材の内部からの酸化性ガスの排出を妨げているので、圧力容器内の空間とサブモジュールの発電領域との間で意図しない酸化性ガスの流入及び漏出を抑制することができる。したがって、圧力容器内の空間で発生する可能性のある、発電領域の内部から漏出し、圧力容器内における発電領域の外部を鉛直方向上方から下方に向かい循環する酸化性ガスの自然対流循環の発生を抑制することができる。よって、酸化性ガスの自然対流循環に起因した圧力容器外への放熱を抑制することができ、燃料電池モジュールの発電効率の低下を抑制することができる。 In the above configuration, a sealing member in the submodule surrounds a central portion where fuel cell cells of a plurality of cell stacks are provided. As a result, the power generation area can be surrounded by a sealing member. Further, in the sealing member, in the rest other than the oxidizing gas supply part and the oxidizing gas discharging part, the oxidizing gas flows into the inside of the sealing member (that is, the power generation region), and the oxidizing gas from the inside of the sealing member is charged. Since the discharge is hindered, unintended inflow and outflow of oxidizing gas can be suppressed between the space in the pressure vessel and the power generation region of the submodule. Therefore, the generation of natural convection circulation of oxidizing gas that leaks from the inside of the power generation area and circulates from above to below in the vertical direction outside the power generation area in the pressure vessel, which may occur in the space inside the pressure vessel. Can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress heat dissipation to the outside of the pressure vessel due to the natural convection circulation of the oxidizing gas, and it is possible to suppress a decrease in the power generation efficiency of the fuel cell module.
また、本発明の一態様に係る燃料電池サブモジュールは、前記酸化性ガス供給部または前記酸化性ガス排出部と連通する酸化性ガス流通管を備え、前記酸化性ガス流通管は、前記側方外装板の内側で、鉛直上下方向に延在していてもよい。 Further, the fuel cell submodule according to one aspect of the present invention includes an oxidizing gas flow pipe that communicates with the oxidizing gas supply unit or the oxidizing gas discharging unit, and the oxidizing gas flow pipe is lateral to the side. Inside the exterior plate, it may extend vertically in the vertical direction.
上記構成では、酸化性ガス流通管が側方外装板の内側で鉛直上下方向に延在しているので、酸化性ガス流通管と側方外装板とが干渉しない。したがって、側方外装板に酸化性ガス流通管を貫通させるための構造を形成する必要がないので、簡易な構成とすることができる。また、例えば、側方外装板と酸化性ガス流通管との間に断熱材等を設けていた場合には、酸化性ガス流通管がこの断熱材とも干渉しない。したがって、断熱材を貫通させる部材を設けることなくサブモジュールを形成することができるので、サブモジュールを分解する際にこの断熱材を破損させることなく分解することができる。 In the above configuration, since the oxidizing gas flow pipe extends vertically and vertically inside the side exterior plate, the oxidizing gas flow pipe and the side exterior plate do not interfere with each other. Therefore, it is not necessary to form a structure for penetrating the oxidizing gas flow pipe in the side exterior plate, so that the configuration can be simplified. Further, for example, when a heat insulating material or the like is provided between the side exterior plate and the oxidizing gas flow pipe, the oxidizing gas flow pipe does not interfere with the heat insulating material. Therefore, since the sub-module can be formed without providing a member through which the heat insulating material is penetrated, the heat insulating material can be disassembled without being damaged when the sub-module is disassembled.
本発明の一態様に係る燃料電池モジュールは、圧力容器と、前記圧力容器内に収容される上記のいずれかに記載の燃料電池サブモジュールと、を備えている。 The fuel cell module according to one aspect of the present invention includes a pressure vessel and the fuel cell submodule according to any one of the above, which is housed in the pressure vessel.
本発明の一態様に係る複合発電システムは、上記に記載の燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールから排気される排燃料ガスと排酸化性ガスとを用いて回転動力を生成するガスタービンとを備え、前記燃料電池モジュールには、前記回転動力を用いて圧縮された前記酸化性ガスが供給され、複数の前記セルスタックは、前記燃料ガスと前記酸化性ガスとを用いて発電する。 The combined power generation system according to one aspect of the present invention includes the fuel cell module described above and a gas turbine that generates rotational power using the exhaust fuel gas and the oxidative gas exhausted from the fuel cell module. The fuel cell module is supplied with the oxidizing gas compressed by using the rotational power, and the plurality of cell stacks generate power by using the fuel gas and the oxidizing gas.
本発明の一態様に係るサブモジュールの組み立て方法は、燃料ガスと酸化性ガスを供給することで発電する燃料電池セルを備える少なくとも1つのセルスタックと、前記セルスタックの囲むように配置され、側方を規定する側方外装板と、前記側方外装板の下端に接続し、該側方外装板の下端に形成される開口を塞ぐ下方外装板とを備える燃料電池サブモジュールの組立方法であって、前記側方外装板と前記下方外装板を接続する接続工程と、 前記接続工程で接続した前記側方外装板に対して、鉛直上方から前記セルスタックを挿入するセルスタック挿入工程と、を備えている。 A method of assembling a submodule according to one aspect of the present invention includes at least one cell stack including a fuel cell that generates power by supplying a fuel gas and an oxidizing gas, and a side thereof arranged so as to surround the cell stack. It is a method of assembling a fuel cell submodule including a side exterior plate that defines the direction and a lower exterior plate that is connected to the lower end of the side exterior plate and closes an opening formed at the lower end of the side exterior plate. The connection step of connecting the side exterior plate and the lower exterior plate, and the cell stack insertion step of inserting the cell stack vertically into the side exterior plate connected in the connection step. I have.
また、本発明の一態様に係るサブモジュールの組み立て方法は、前記セルスタックを囲うように密閉部材を配設する密閉部材配設工程をさらに備えていてもよい。 Further, the method of assembling the sub-module according to one aspect of the present invention may further include a sealing member disposing step of disposing the sealing member so as to surround the cell stack.
また、本発明の一態様に係るサブモジュールの組み立て方法は、前記側方外装板及び前記下方外装板の内部にサブモジュール断熱材を嵌め込むサブモジュール断熱材嵌め込み工程をさらに備えていてもよい。 Further, the method of assembling the submodule according to one aspect of the present invention may further include a submodule heat insulating material fitting step of fitting the submodule heat insulating material inside the side exterior plate and the lower exterior plate.
本発明によれば、燃料電池サブモジュールの発電効率の低下を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency of the fuel cell submodule.
以下に、本発明に係る燃料電池サブモジュール、燃料電池モジュール及び複合発電システム並びにサブモジュールの組み立て方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて各構成要素の位置関係を鉛直上方側、鉛直下方側を示すものである。また本実施形態では、鉛直方向に対して上下方向と水平方向で同様な効果を得られるものは、紙面における上下方向が鉛直方向に直行する水平方向に対応してもよい。また、以下においては、固体酸化物形燃料電池(SOFC)のセルスタックとして円筒形を例として説明するが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。基体上に燃料電池セルを形成するが、基体がなく電極(燃料極もしくは空気極)が厚く形成されて、基体を兼用しても良い。
Hereinafter, an embodiment of the fuel cell submodule, the fuel cell module, the combined cycle power generation system, and the method of assembling the submodule according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following, for convenience of explanation, the positional relationship of each component is shown vertically upward side and vertically downward side by using the expressions “upper” and “lower” with respect to the paper surface. Further, in the present embodiment, if the same effect can be obtained in the vertical direction and the horizontal direction with respect to the vertical direction, the vertical direction on the paper surface may correspond to the horizontal direction perpendicular to the vertical direction. Further, in the following, a cylindrical shape will be described as an example of the cell stack of the solid oxide fuel cell (SOFC), but this is not necessarily the case, and for example, a flat plate type cell stack may be used. A fuel cell is formed on a substrate, but the substrate may be formed and the electrode (fuel electrode or air electrode) may be thickly formed without the substrate, and the substrate may also be used.
まず、図1を参照して本実施形態に係る一例として、基体管を用いる円筒形セルスタックについて説明する。ここで、図1は、本実施形態に係るセルスタックの一態様を示すものである。セルスタック101は、円筒形状の基体管103と、基体管103の外周面に複数形成された燃料電池セル105と、隣り合う燃料電池セル105の間に形成されたインターコネクタ107とを有する。燃料電池セル105は、燃料極109と固体電解質111と空気極113とが積層して形成されている。また、セルスタック101は、基体管103の外周面に形成された複数の燃料電池セル105の内、基体管103の軸方向において最も端の一端に形成された燃料電池セル105の空気極113に、インターコネクタ107を介して電気的に接続されたリード膜115を備え、最も端の他端に形成された燃料電池セル105の燃料極109に電気的に接続されたリード膜115を備える。
First, a cylindrical cell stack using a base tube will be described as an example according to the present embodiment with reference to FIG. Here, FIG. 1 shows one aspect of the cell stack according to the present embodiment. The
基体管103は、多孔質材料からなり、例えば、CaO安定化ZrO2(CSZ)、CSZと酸化ニッケル(NiO)との混合物(CSZ+NiO)、又はY2O3安定化ZrO2(YSZ)、又はMgAl2O4などを主成分とされる。この基体管103は、燃料電池セル105とインターコネクタ107とリード膜115とを支持すると共に、基体管103の内周面に供給される燃料ガスを基体管103の細孔を介して基体管103の外周面に形成される燃料極109に拡散させるものである。
燃料極109は、Niとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ni/YSZが用いられる。燃料極109の厚さは50〜250μmである。この場合、燃料極109は、燃料極109の成分であるNiが燃料ガスに対して触媒作用を有する。この触媒作用は、基体管103を介して供給された燃料ガス、例えば、メタン(CH4)と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素(H2)と一酸化炭素(CO)に改質するものである。また、燃料極109は、改質により得られる水素(H2)及び一酸化炭素(CO)と、固体電解質111を介して供給される酸素イオン(O2−)とを固体電解質111との界面付近において電気化学的に反応させて水(H2O)及び二酸化炭素(CO2)を生成するものである。なお、燃料電池セル105は、この時、酸素イオンから放出される電子によって発電する。
SOFC10の燃料極109に供給し利用できる燃料ガスとしては、水素(H2)および一酸化炭素(CO)、メタン(CH4)などの炭化水素系ガス、都市ガス、天然ガスのほか、石油、メタノール、石炭などの炭素質原料をガス化設備により製造したガスなどが挙げられる。
The
The fuel gases that can be supplied and used to the
固体電解質111は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを備えるYSZが主として用いられる。この固体電解質111は、空気極で生成される酸素イオン(O2−)を燃料極に移動させるものである。燃料極109の表面上に位置する固体電解質111の膜厚は10〜100μmである。
As the
空気極113は、例えば、LaSrMnO3系酸化物、又はLaCoO3系酸化物で構成される。この空気極113は、固体電解質111との界面付近において、供給される空気等の酸化性ガス中の酸素を解離させて酸素イオン(O2−)を生成するものである。
空気極113は2層構成とすることもできる。この場合、固体電解質111側の空気極層(空気極中間層)は高いイオン導電性を示し、触媒活性に優れる材料で構成される。空気極中間層上の空気極層(空気極導電層)は、Sr及びCaドープLaMnO3で表されるペロブスカイト型酸化物で構成されても良い。こうすることにより、発電性能をより向上させることができる。
酸化性ガスとは,酸素を略15%〜30%含むガス であり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である。
The
The
Oxidizing gas is a gas containing approximately 15% to 30% of oxygen, and air is typically preferable. However, in addition to air, a mixed gas of combustion exhaust gas and air, a mixed gas of oxygen and air, etc. Can be used.
インターコネクタ107は、SrTiO3系などのM1−xLxTiO3(Mはアルカリ土類金属元素、Lはランタノイド元素)で表される導電性ペロブスカイト型酸化物から構成される。インターコネクタ107は、燃料ガスと酸化性ガスとが混合しないように緻密な膜となっている。また、インターコネクタ107は、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した耐久性と電気導電性を備える。このインターコネクタ107は、隣り合う燃料電池セル105において、一方の燃料電池セル105の空気極113と他方の燃料電池セル105の燃料極109とを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル105同士を直列に接続するものである。リード膜115は、電子伝導性を備えること、及びセルスタック101を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ni/YSZ等のNiとジルコニア系電解質材料との複合材で構成されている。このリード膜115は、インターコネクタにより直列に接続される複数の燃料電池セル105で発電された直流電力をセルスタック101の端部付近まで導出すものである。
The
次に、図2と図3とを参照して本実施形態に係るSOFCモジュール及びSOFCカートリッジについて説明する。ここで、図2は、本実施形態に係るSOFCモジュールを示すものである。また、図3は、本実施形態に係るSOFCカートリッジの断面図を示すものである。 Next, the SOFC module and the SOFC cartridge according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3. Here, FIG. 2 shows the SOFC module according to the present embodiment. Further, FIG. 3 shows a cross-sectional view of the SOFC cartridge according to the present embodiment.
SOFCモジュール(燃料電池モジュール)201は、図2に示すように、例えば、複数のSOFCカートリッジ203と、これら複数のSOFCカートリッジ203を収納する圧力容器205とを備える。なお、図2には円筒形のSOFCのセルスタックを例示しているが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。また、SOFCモジュール201は、燃料ガス供給管207と複数の燃料ガス供給枝管207a、及び燃料ガス排出管209と複数の燃料ガス排出枝管209aとを備える。また、SOFCモジュール201は、酸化性ガス供給管211(図4参照)と酸化性ガス供給枝管(酸化性ガス流通管)212(図4参照)、及び酸化性ガス排出管213(図4参照)と複数の酸化性ガス排出枝管214(図4参照)とを備える。
As shown in FIG. 2, the SOFC module (fuel cell module) 201 includes, for example, a plurality of
燃料ガス供給管207は、圧力容器205の外部に設けられ、SOFCモジュール201の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の燃料ガスを供給する燃料ガス供給部に接続されると共に、複数の燃料ガス供給枝管207aに接続されている。この燃料ガス供給管207は、上述の燃料ガス供給部から供給される所定流量の燃料ガスを、複数の燃料ガス供給枝管207aに分岐して導くものである。また、燃料ガス供給枝管207aは、燃料ガス供給管207に接続されると共に、複数のSOFCカートリッジ203に接続されている。この燃料ガス供給枝管207aは、燃料ガス供給管207から供給される燃料ガスを複数のSOFCカートリッジ203に略均等の流量で導き、複数のSOFCカートリッジ203の発電性能を略均一化させるものである。
The fuel
燃料ガス排出枝管209aは、複数のSOFCカートリッジ203に接続されると共に、燃料ガス排出管209に接続されている。この燃料ガス排出枝管209aは、SOFCカートリッジ203から排出される排燃料ガスを燃料ガス排出管209に導くものである。また、燃料ガス排出管209は、複数の燃料ガス排出枝管209aに接続されると共に、一部が圧力容器205の外部に配置されている。この燃料ガス排出管209は、燃料ガス排出枝管209aから略均等の流量で導出される排燃料ガスを圧力容器205の外部に導くものである。
The fuel gas
圧力容器205は、内部の圧力が0.1MPa〜約3MPa、内部の温度が大気温度〜約550℃で運用されるので、耐力性と酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性を保有する材質が利用される。例えばSUS304などのステンレス系材が好適である。
Since the
ここで、本実施形態においては、複数のSOFCカートリッジ203が集合化されて圧力容器205に収納される態様について説明しているが、これに限られず例えば、SOFCカートリッジ203が集合化されずに圧力容器205内に収納される態様とすることもできる。
Here, in the present embodiment, a mode in which a plurality of
SOFCカートリッジ203は、図3に示す通り、複数のセルスタック101と、発電室215と、燃料ガス供給室217と、燃料ガス排出室(燃料ガスヘッダ)219と、酸化性ガス供給室221と、酸化性ガス排出室223とを備える。また、SOFCカートリッジ203は、上部管板225aと、下部管板225bと、上部断熱体227aと、下部断熱体227bとを備える。なお、本実施形態においては、SOFCカートリッジ203は、燃料ガス供給室217と燃料ガス排出室219と酸化性ガス供給室221と酸化性ガス排出室223とが図3のように配置されることで、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック101の内側と外側とを対向して流れる構造となっているが、必ずしもこの必要はなく、例えば、セルスタックの内側と外側とを平行して流れる、または酸化性ガスがセルスタックの長手方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。
As shown in FIG. 3, the
発電室215は、上部断熱体227aと下部断熱体227bとの間に形成された領域である。この発電室215は、セルスタック101の燃料電池セル105が配置された領域であり、燃料ガスと酸化性ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う領域である。また、この発電室215のセルスタック101長手方向の中央部付近での温度は、温度センサなどで監視され、SOFCモジュール201の定常運転時に、およそ700℃〜1000℃の高温雰囲気となる。
The
燃料ガス供給室217は、SOFCカートリッジ203の上部ケーシング229aと上部管板225aとに囲まれた領域であり、上部ケーシング229aの上部に設けられた燃料ガス供給孔231aによって、燃料ガス供給枝管207aと連通されている。また、複数のセルスタック101は、上部管板225aとシール部材237aにより接合されており、この燃料ガス供給室217は、燃料ガス供給枝管207aから燃料ガス供給孔231aを介して供給される燃料ガスを、複数のセルスタック101の基体管103の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック101の発電性能を略均一化させるものである。
The fuel
燃料ガス排出室219は、SOFCカートリッジ203の下部ケーシング229bと下部管板225bとに囲まれた領域であり、下部ケーシング229bの下部に設けられた燃料ガス排出孔231bによって、燃料ガス排出枝管209aと連通されている。また、複数のセルスタック101は、下部管板225bとシール部材237bにより接合されており、燃料ガス排出室219は、複数のセルスタック101の基体管103の内部を通過して、この燃料ガス排出室219は、複数のセルスタック101の基体管103の内部を通過して燃料ガス排出室219に供給される排燃料ガスを集約して、燃料ガス排出孔231bを介して燃料ガス排出枝管209aに導くものである。
The fuel
SOFCモジュール201の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の酸化性ガスを酸化性ガス供給枝管212へと分岐して、複数のSOFCカートリッジ203へ供給する。酸化性ガス供給室221は、SOFCカートリッジ203の下部ケーシング229bと下部管板225bと下部断熱体227bとに囲まれた領域である。また、下部ケーシング229bの側面に設けられた酸化性ガス供給孔233aによって、図示しない酸化性ガス供給枝管と連通されている。この酸化性ガス供給室221は、図示しない酸化性ガス供給枝管212から酸化性ガス供給孔233aを介して供給される所定流量の酸化性ガスを、後述する酸化性ガス供給隙間(酸化性ガス供給部)235aを介して発電室215に導くものである。
Oxidizing gas having a predetermined gas composition and a predetermined flow rate is branched into an oxidizing gas
酸化性ガス排出室223は、SOFCカートリッジ203の上部ケーシング229aと上部管板225aと上部断熱体227aとに囲まれた領域である。また、上部ケーシング229aの側面に設けられた酸化性ガス排出孔233bによって、酸化性ガス排出枝管214と連通されている。この酸化性ガス排出室223は、発電室215から、後述する酸化性ガス排出隙間(酸化性ガス排出部)235bを介して酸化性ガス排出室223に供給される排酸化性ガスを、酸化性ガス排出孔233bを介して図示しない第3酸化性ガス排出枝管に導くものである。
The oxidizing
上部管板225aは、上部ケーシング229aの天板と上部断熱体227aとの間に、上部管板225aと上部ケーシング229aの天板と上部断熱体227aとが略平行になるように、上部ケーシング229aの側板に固定されている。また上部管板225aは、SOFCカートリッジ203に備えられるセルスタック101の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック101が夫々挿入されている。この上部管板225aは、複数のセルスタック101の一方の端部をシール部材237a及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス供給室217と酸化性ガス排出室223とを隔離するものである。
In the
下部管板225bは、下部ケーシング229bの底板と下部断熱体227bとの間に、下部管板225bと下部ケーシング229bの底板と下部断熱体227bとが略平行になるように下部ケーシング229bの側板に固定されている。また下部管板225bは、SOFCカートリッジ203に備えられるセルスタック101の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック101が夫々挿入されている。この下部管板225bは、複数のセルスタック101の他方の端部をシール部材237b及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス排出室219と酸化性ガス供給室221とを隔離するものである。
The
上部断熱体227aは、上部ケーシング229aの下端部に、上部断熱体227aと上部ケーシング229aの天板と上部管板225aとが略平行になるように配置され、上部ケーシング229aの側板に固定されている。また、上部断熱体227aには、SOFCカートリッジ203に備えられるセルスタック101の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック101の外径よりも大きく設定されている。上部断熱体227aは、この孔の内面と、上部断熱体227aに挿通されたセルスタック101の外面との間に形成された酸化性ガス排出隙間235bを備える。
The upper
この上部断熱体227aは、発電室215と酸化性ガス排出室223とを仕切るものであり、上部管板225aの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。上部管板225a等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、上部管板225a等が発電室215内の高温に晒されて上部管板225a等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、上部断熱体227aは、発電室215を通過して高温に晒された排酸化性ガスを、酸化性ガス排出隙間235bを通過させて酸化性ガス排出室223に導くものである。
The upper
本実施形態によれば、上述したSOFCカートリッジ203の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック101の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、排酸化性ガスは、基体管103の内部を通って発電室215に供給される燃料ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る上部管板225a等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて酸化性ガス排出室223に供給される。また、燃料ガスは、発電室215から排出される排酸化性ガスとの熱交換により昇温され、発電室215に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温された燃料ガスを発電室215に供給することができる。
According to the present embodiment, due to the structure of the
下部断熱体227bは、下部ケーシング229bの上端部に、下部断熱体227bと下部ケーシング229bの底板と下部管板225bとが略平行になるように配置され、下部ケーシング229bの側板に固定されている。また、下部断熱体227bには、SOFCカートリッジ203に備えられるセルスタック101の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック101の外径よりも大きく設定されている。下部断熱体227bは、この孔の内面と、下部断熱体227bに挿通されたセルスタック101の外面との間に形成された酸化性ガス供給隙間235aを備える。
The lower
この下部断熱体227bは、発電室215と酸化性ガス供給室221とを仕切るものであり、下部管板225bの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。下部管板225b等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、下部管板225b等が高温に晒されて下部管板225b等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、下部断熱体227bは、酸化性ガス供給室221に供給される酸化性ガスを、酸化性ガス供給隙間235aを通過させて発電室215に導くものである。
The lower
本実施形態によれば、上述したSOFCカートリッジ203の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック101の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、基体管103の内部を通って発電室215を通過した排燃料ガスは、発電室215に供給される酸化性ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る下部管板225b等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて燃料ガス排出室219に供給される。また、酸化性ガスは排燃料ガスとの熱交換により昇温され、発電室215に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に必要な温度に昇温された酸化性ガスを発電室215に供給することができる。
According to the present embodiment, due to the structure of the
発電室215で発電された直流電力は、複数の燃料電池セル105に設けたNi/YSZ等からなるリード膜115によりセルスタック101の端部付近まで導出した後に、SOFCカートリッジ203の集電棒(不図示)に集電板(不図示)を介して集電して、各SOFCカートリッジ203の外部へと取り出される。前記集電棒によってSOFCカートリッジ203の外部に導出された直流電力は、各SOFCカートリッジ203の発電電力を所定の直列数および並列数へと相互に接続され、SOFCモジュール201の外部へと導出されて、図示しないパワーコンディショナ等の電力変換装置(インバータなど)により所定の交流電力へと変換されて、電力供給先(例えば、負荷設備や電力系統)へと供給される。集電棒には、SOFCカートリッジ203の上方に突出するもの及び下方に突出するものがある。上方に突出する集電棒は、燃料ガス供給室217及び後述のサブモジュール上部断熱材11を貫通して上方に延びている。下方に突出する集電棒は、燃料ガス排出室219及び後述のサブモジュール下部断熱材12を貫通して下方に延びている。
The DC power generated in the
SOFCモジュール201は、さらに、圧力容器側断熱材1を備えている。圧力容器側断熱材1は、圧力容器205の内周壁を覆うように配置されている。
The
次に、複数のSOFCカートリッジ203を組み合わせたSOFCサブモジュール(燃料電池サブモジュール)202(図2参照)の詳細について図4から図9を用いて説明する。なお、図4はSOFCモジュール201の縦断面図を模式的に示したもので、図示の関係上、複数のSOFCカートリッジ203(図2参照)をそれぞれに分割して図示せず、1つにまとめたSOFCサブモジュール202として図示している。
Next, the details of the SOFC submodule (fuel cell submodule) 202 (see FIG. 2) in which a plurality of
図4に示すように、SOFCサブモジュール202は、複数のSOFCカートリッジ203の他に、発電室215を囲うカートリッジ断熱材(密閉部材)2と、カートリッジ断熱材2よりも外側で複数のSOFCカートリッジ203全体を囲うサブモジュール断熱材3と、SOFCサブモジュール202の側方を規定する板枠状の側方外装板4と、側方外装板4の下端の全域からSOFCサブモジュール202の中心軸方向に向かって略水平に所定の長さ延びてSOFCサブモジュール202の下方を規定する下方外装板5とを有し、圧力容器205の内部に収容されている。
As shown in FIG. 4, in the SOFC submodule 202, in addition to the plurality of
カートリッジ断熱材2は、断熱材から形成された複数のボード(もしくは板)が積層され、接合されて形成されている。また、カートリッジ断熱材2は、複数のSOFCカートリッジ203がそれぞれ備える上部断熱体227a(図3参照)が接合されたカートリッジ上部断熱材6と、複数のSOFCカートリッジ203がそれぞれ備える下部断熱体227bが接合されたカートリッジ下部断熱材7と、カートリッジ上部断熱材6の側面全域とカートリッジ下部断熱材7の側面全域とを接続する板枠状のカートリッジ側部断熱材8とを備える。カートリッジ側部断熱材8は、上下の端面がカギ状の凹凸形状を有する複数の断熱部材8aで構成され、複数の断熱部材8aは、上下に隣り合う断熱部材8a同士の凹凸が嵌め合わされるように接続されるいわゆるインロー構造となっていて、断熱部材8a同士の間に連続した隙間が発生しにくい構造として、酸化性ガスの通過を抑制している(図9参照)。カートリッジ上部断熱材6とカートリッジ下部断熱材7とカートリッジ側部断熱材8とは、内部に箱状の密閉空間を形成するように接続され、内部にはSOFCサブモジュール202が備えるすべての燃料電池セル105が配置される。すなわち、カートリッジ上部断熱材6とカートリッジ下部断熱材7とカートリッジ側部断熱材8とは、酸化性ガス供給隙間235a及び酸化性ガス排出隙間235b以外の残部を通過して圧力容器205の内部との間で酸化性ガスの流入又は漏出を抑制するように、内部に密閉された発電室215を形成している。よって、カートリッジ断熱材2は、セルスタック101のうちの、燃料電池セル105が設けられている一部分のみを囲っている。すなわち、燃料電池セル105は、セルスタック101の長手方向の略中央部分に設けられ、端部には設けられていないので、カートリッジ断熱材2は、セルスタック101の略中央部分のみを囲っていることとなる。
The cartridge
サブモジュール断熱材3は、断熱材から形成された複数のボード(もしくは板)が積層され、接合されて形成され、複数のSOFCカートリッジ203を囲むように、圧力容器205の内部に配置されている。サブモジュール断熱材3は、内部に空間が形成された略直方体形状をしている。サブモジュール断熱材3は、直方体の上面部分にあたるサブモジュール上部断熱材11と、直方体の下面部分にあたるサブモジュール下部断熱材12と、直方体の側面部分にあたるサブモジュール側部断熱材13とを備える。
The submodule heat insulating
サブモジュール上部断熱材11の下面は、上部ケーシング229aの上面に固定されている。サブモジュール側部断熱材13は、サブモジュール上部断熱材11の四方の側端部から鉛直下方に延びる板枠状の部材であって、内周面の例えば中央部分もしくは下端部分などで熱膨張による相対位置変位や相互拘束を避けるようにカートリッジ側部断熱材8の外周面に固定されている。サブモジュール下部断熱材12の上面は、下部ケーシング229bの底面に固定されている。サブモジュール下部断熱材12の四方の側端部は、サブモジュール側部断熱材13の下端の近傍まで延び、後述のシール板15に固定されている。すなわち、サブモジュール下部断熱材12とサブモジュール側部断熱材13とはシール板15を介して接続されている。このように、サブモジュール下部断熱材12とサブモジュール側部断熱材13とは、内部に箱状の内側空間10を形成するように構成され、サブモジュール上部断熱材11はサブモジュール側部断熱材13との間で、SOFCカートリッジ203の熱膨張による上下方向変位を許容するように設置されている。
The lower surface of the sub-module upper
サブモジュール断熱材3は、圧力容器205の内部を外側空間9と内側空間10とに隔てている。外側空間9は、圧力容器205とサブモジュール断熱材3との間に形成された空間である。内側空間10は、サブモジュール断熱材3に囲まれた空間であって、複数のSOFCカートリッジ203やカートリッジ断熱材2等を収容している。すなわち、内側空間10は、発電室215を含んだ空間であり、内側空間10と発電室215とはカートリッジ断熱材2によって隔てられている。
The submodule heat insulating
側方外装板4は、厚さ2mmから5mm程度の金属板であり、耐熱性耐食性のある板材(例えば、SUS304)で形成された板枠状であって、内周面がサブモジュール側部断熱材13の周囲外周面との間で固定されている。また、側方外装板4は、下端に開口が形成され、下端の一部を後述の下方外装板5が覆っている。また、側方外装板4の上端には、側方外装板4の上縁で規定された開口が形成されている。側方外装板4の下端は、下部ケーシング229bの底面よりも下方となるように配置される。
The side
下方外装板5は、板枠状の側方外装板4の下端から、SOFCサブモジュール202の中心軸方向に向かって略水平に下部ケーシング229bの側方端部まで延びる板状部材であって、厚さ2mmから5mm程度の金属板(例えば、SUS304)で形成されている。下方外装板5の上面と、下部ケーシング229bの上面とは空間を形成するように離間していて、この空間には、後述するシール板15が設けられている。また、図5及び図6に示すように、下方外装板5には、貫通穴16が形成され、下方外装板5は貫通穴16と連通するように下方に延びる筒状部(筒状部材)17を有している。図5に示すように、貫通穴16及び筒状部17には、酸化性ガス供給枝管212が挿通する。筒状部17と酸化性ガス供給枝管212とは、筒状部17の下端部分でシールして固定されている。また、筒状部17の一部は、上下方向の伸縮を許容する可撓性のフレキシブル管18で形成され、酸化性ガス供給枝管212の一部も同様に、上下方向の伸縮を許容する可撓性のフレキシブル管19で形成され、筒状部17と酸化性ガス供給枝管212との温度差による熱膨張差を許容している。
The
図6に示すように、下方外装板5の上面と、下部ケーシング229bの下面との間には、シール板15が設けられている。シール板15は、図7及び図8に示すように、外形がSOFCサブモジュール202の底面の面積と略同一である枠状の部材であって略中心部に開口が形成されている。シール板15は、矩形環状の水平部21と、水平部21の内周端の略全域から略鉛直上方に延びる鉛直部22とを備える。水平部21の下面は、下方外装板5の上面に溶接固定され、鉛直部22の上端は下部ケーシング229bの下面に溶接固定されている。また、シール板15の略中心部に形成された開口には、サブモジュール下部断熱材12が略全域に亘り嵌め込まれている。すなわち、鉛直部22の内周面には、サブモジュール下部断熱材12の外周面が固定されている。
カートリッジ断熱材2と金属製である酸化性ガス供給室221など周辺構造物との間は断熱膨張率の差により隙間が発生して酸化性ガスの漏出する可能性がある。このため、この間の隙間が生じ易い部分にはブランケット材(セラミックスファイバーを押し固めた弾力性のある断熱材)を設けて隙間の発生を防止しても良い。
As shown in FIG. 6, a
There is a possibility that a gap may be generated between the cartridge
また、下部ケーシング229bの下面からは、SOFCカートリッジ203を圧力容器205内で立設させるための6本の脚部23が下方に延びている。本実施形態の例では6本の脚部23があり、各脚部23の下面は、それぞれ、シール板15の水平部21の上面に固定されている。すなわち、6本の脚部23は、それぞれ、水平部21と下方外装板5とを介して、圧力容器205内に設けた架台(不図示)の上に載置されており、SOFCカートリッジ203がSOFCサブモジュール202内で立設されている。
Further, from the lower surface of the
次に、上述の燃料ガス供給枝管207a等とSOFCサブモジュール202との接続態様について説明する。
上部ケーシング229aの上面に形成された燃料ガス供給孔231aからは、複数(図4の記載例では2本)の燃料ガス供給枝管207aがサブモジュール上部断熱材11を貫通して上方に延びている。上方に延びた複数の燃料ガス供給枝管207aは、それぞれ曲折し、合流する。合流した燃料ガス供給枝管207aは、燃料ガス供給管207に接続している。また、下部ケーシング229bの下面に形成された燃料ガス排出孔231bからは、複数(図4の記載例では2本)の燃料ガス排出枝管209aがサブモジュール下部断熱材12を貫通して下方に延びている。下方に延びた複数の燃料ガス排出枝管209aは、それぞれ曲折し、合流する。合流した燃料ガス排出枝管209aは、燃料ガス排出管209に接続している。
Next, the connection mode between the fuel gas
From the fuel
上部ケーシング229aの側面に形成された酸化性ガス排出孔233bからは、酸化性ガス排出枝管214が延びている。酸化性ガス排出枝管214は、酸化性ガス排出孔233bから水平方向にサブモジュール側部断熱材13の内周面まで延び、サブモジュール側部断熱材13の内周面に沿うように上方に曲折し、サブモジュール上部断熱材11を貫通するように上方に延びている。上方に延びた酸化性ガス排出枝管214は、サブモジュール側部断熱材13の上端付近で、外方に曲折し、酸化性ガス排出管213に接続している。また、下部ケーシング229bの側面に形成された酸化性ガス供給孔233aからは、酸化性ガス供給枝管212が延びている。酸化性ガス供給枝管212は、酸化性ガス供給孔233aから水平方向にサブモジュール側部断熱材13の内周面まで延び、サブモジュール側部断熱材13の内周面に沿うように下方に曲折している。曲折して下方に延びる酸化性ガス供給枝管212は、酸化性ガス供給管211に接続している。
An oxidizing gas
SOFCモジュール201は、GTCC(Gas Turbine Combined Cycle:ガスタービンコンバインドサイクル発電)またはMGT(Micro Gas Turbine:マイクロガスタービン)と組み合わされて利用される複合発電システムに適用されることがある。このような複合発電システムでは、SOFCモジュール201から排気される排燃料ガスと排酸化性ガスとがガスタービンの燃焼器(不図示)に供給されて高温の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスをガスタービンで断熱膨張させることにより生成される回転動力により、圧縮機を駆動して圧縮された圧縮ガスが酸化性ガスとしてSOFCモジュール201の酸化性ガス供給管211に供給される。なお、酸化性ガスとは、酸素を略15%〜30%含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用できる。
The
本実施形態に係るSOFCサブモジュール202の組立て方法について図9を用いて説明する。
まず、側方外装板4と下方外装板5を接続し、この側方外装板4と下方外装板5を接続したもの(以下、この段落において単に「外装板」という。)を所定の位置に配置する。次に、サブモジュール下部断熱材12とサブモジュール側部断熱材13とを接続したもの(以下、この段落において単に「サブモジュール断熱材」という。)を上方から外装板の内部にはめ込み、外装板の内部に配設する。次に、SOFCカートリッジ203の組立てを行う。具体的には、セルスタック101の配設、複数の断熱部材8aの組立て、複数の断熱部材8aを組立てたカートリッジ側部断熱材8の配設等を行う。次に、組立てたSOFCカートリッジ203を上方からサブモジュール断熱材の内部にはめ込み、サブモジュール断熱材の内部に配設する。そして、最後にサブモジュール上部断熱材11をSOFCカートリッジ203の上方からサブモジュール断熱材の内部にはめ込む。なお、SOFCサブモジュール202を解体する際には、この逆の手順により行われる。
The method of assembling the SOFC submodule 202 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
First, the side
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、カートリッジ上部断熱材6とカートリッジ下部断熱材7とカートリッジ側部断熱材8とが、発電室215を囲っている。発電室215は、酸化性ガス供給隙間235a及び酸化性ガス排出隙間235b以外の残部では、カートリッジ上部断熱材6とカートリッジ下部断熱材7とカートリッジ側部断熱材8とによって、酸化性ガスの流入及び漏出が妨げられているので、圧力容器205の内部と発電室215との間で意図しない酸化性ガスの流入及び漏出を抑制することができる。したがって、圧力容器205内で発生する可能性のある、発電室215の内部と圧力容器205内の空間における発電室215の外部を上方から下方に向かい循環する酸化性ガスの自然対流循環の発生を抑制することができる。よって、酸化性ガスの自然対流循環に起因した圧力容器205外への放熱を抑制することができ、SOFCモジュール201の発電効率の低下を抑制することができる。
According to this embodiment, the following effects are exhibited.
In the present embodiment, the cartridge upper
また、カートリッジ側部断熱材8が、上下の端面がカギ状の凹凸形状を有する複数の断熱部材8aで構成されている。したがって、カートリッジ側部断熱材8の組立て時の位置決めと密着化する作業を簡易にすることができる。また、複数の断熱部材8aは、上下に隣り合う断熱部材8a同士の凹凸が嵌め合わされるように接続されるいわゆるインロー構造となっていて、断熱部材8a同士の間に連続した隙間が発生しにくい構造として、酸化性ガスの通過を抑制しているので、断熱部材8a同士の隙間を流れる酸化性ガスの流通するためには圧損が高くなる。したがって、断熱部材8a同士の隙間からの酸化性ガスの流入及び漏出を抑制することができる。
Further, the cartridge side
また、側方外装板4を設けているので、SOFCサブモジュール202の側方から、発電室215内に流入しようとする酸化性ガスは、まず、側方外装板4によって妨げられ、発電室215から圧力容器205の内部に漏出する酸化性ガスは最終的には側方外装板4によって妨げられる。また、下方からSOFCサブモジュール202内に流入しようとする酸化性ガスは、まず、下方外装板5または下部ケーシング229bの底面によって妨げられる。このように、カートリッジ断熱材2よりも、外側でも酸化性ガスの流入を防止しているので、より確実に、発電室215内と圧力容器205の内部との間で意図しない酸化性ガスの流入や漏出を抑制することができる。したがって、より確実に発電室215の内部から漏出し、圧力容器205内の空間における発電室215の外部を上方から下方に向かい循環する酸化性ガスの自然対流循環を抑制することができる。よって、酸化性ガスの自然対流循環に起因した圧力容器205外への放熱を抑制することができ、SOFCモジュール201の発電効率の低下を抑制することができる。
Further, since the side
また、下部ケーシング229bの底面が下方外装板5で覆われていない。燃料ガス排出枝管209aや集電棒等が下方外装板5を貫通する構造とした場合、下方外装板5の内側に酸化性ガスが流入しないように、燃料ガス排出枝管209aや集電棒の貫通箇所を個々に密閉構造とする必要があり、構造が複雑となる。特に、集電棒は、絶縁性を確保しつつ密閉構造とする必要があり、構造が複雑になる。本実施形態では、下部ケーシング229bの底面が下方外装板5で覆われていなく、シール板15を用いて下部ケーシング229bの底面と下方外装板5を接続し、シール板15の略中心部に形成された開口を形成しているので、燃料ガス排出室219に連通する燃料ガス排出枝管209aや集電棒等について、下方外装板5を貫通しない簡易な構造とすることができる。
Further, the bottom surface of the
また、SOFCサブモジュール202の組立てを行う際に、側方の位置決めについては、側方外装板4を基準として組み立てることができ、上下方向の位置決めは、下方外装板5を基準として組み立てを行うことができる。したがって、組立てを行う際の位置決め作業を容易にすることができる。
Further, when assembling the SOFC submodule 202, the lateral positioning can be assembled with reference to the side
また、下方外装板5の上面と下部ケーシング229bの底面とを接続するシール板15が設けられている。これにより、図7の矢印に示すように、燃料ガス排出枝管209aがサブモジュール下部断熱材12を貫通する箇所から、酸化性ガスが流入した場合であっても、流入した酸化性ガスは、シール板15に阻まれ、発電室215までは至らない。したがって、下方外装板5の上面と下部ケーシング229bの底面との間に空間を形成し、脚部23を設けた構成であっても、SOFCサブモジュール202内に酸化性ガスが流入することを防止することができる。
Further, a
また、側方外装板4の上端には、SOFCサブモジュール202の上方を覆い、側方外装板4の上端と接続して固定する蓋材が設けられていないので、SOFCサブモジュール202を構成する部材が高温により熱膨張した場合であっても、熱膨張を上方に許容することができる。
Further, since the upper end of the side
また、下方外装板5に貫通穴16が形成され、貫通穴16に連通する筒状部17が設けられている。これにより、下部ケーシング229bの下側に向かい配設が必要な配管、すなわち下部ケーシング229bの側方から下方に向かって延びる酸化性ガス供給枝管212を貫通穴16及び筒状部17の内部を挿通されることで、酸化性ガス供給枝管212をSOFCサブモジュール202の外部に配置されている酸化性ガス供給管211と連通させることができる。また、筒状部17の内部を挿通させているので、挿通部分が二重管構造として一端をシール固定する構造とすることで、酸化性ガス供給枝管212が下方外装板5を貫通する構造としても、貫通部分からSOFCサブモジュール202の内部に酸化性ガスが流入や、圧力容器205内の空間へ漏出することを抑制することができる。
Further, a through
また、筒状部17の一部が可撓性を有して上下方向への伸縮を許容するフレキシブル管18で形成されている。これにより、筒状部17または酸化性ガス供給枝管212が高温にさらされて筒状部17と酸化性ガス供給枝管212との温度差による熱膨張差を発生しても、フレキシブル管18が上下方向の伸縮を吸収するので、筒状部17と酸化性ガス供給枝管212との固定部分を拘束しないので配管に発生する応力を低減することができる。また、酸化性ガス供給枝管212の一部も可撓性を有するフレキシブル管19で形成されている。したがって、酸化性ガス供給枝管212側でも上下方向の伸縮を吸収することができるので、筒状部17と酸化性ガス供給枝管212との固定部分を拘束しないので配管に発生する応力を、より低減することができる。
Further, a part of the
また、酸化性ガス供給枝管212及び酸化性ガス排出枝管214が、側方外装板4及びサブモジュール側部断熱材13の内側で上下方向に延在しているので、酸化性ガス供給枝管212及び酸化性ガス排出枝管214と側方外装板4及びサブモジュール側部断熱材13とが干渉しない。これにより、側方外装板4に酸化性ガス供給枝管212及び酸化性ガス排出枝管214を貫通させるための構造を形成する必要がないので、簡易な構成とすることができる。
Further, since the oxidizing gas
また、酸化性ガス供給枝管212及び酸化性ガス排出枝管214と側方外装板4及びサブモジュール側部断熱材13とが干渉しない構造となっているので、SOFCサブモジュール202の組立てを行う際に、側方外装板4及びサブモジュール側部断熱材13と、SOFCカートリッジ203とを別々に組立てることができる。側方外装板4及びサブモジュール側部断熱材13と、SOFCカートリッジ203とを別々に組立てたのちに、側方外装板4及びサブモジュール側部断熱材13に対して、SOFCカートリッジ203を上方からはめ込むことで、簡易にSOFCサブモジュール202の組立てることができる。また、分解する際も側方外装板4及びサブモジュール側部断熱材13からSOFCカートリッジ203を上方から引き抜くことで、簡易にSOFCサブモジュール202の分解を行うことができる。また、酸化性ガス供給枝管212及び酸化性ガス排出枝管214がサブモジュール側部断熱材13を貫通していないので、SOFCサブモジュール202を分解する際にサブモジュール側部断熱材13を破損させることなく分解することができる。
Further, since the structure is such that the oxidizing gas
なお、本発明は、上記各実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、下方外装板5が、SOFCサブモジュール202の下方の一部のみを覆っているが、下方外装板は、SOFCサブモジュール202の下方の全部を覆っていてもよい。すなわち、下方外装板は、枠状に形成されている側方外装板4の下端に形成されている開口を全て覆うように設けてもよい。
このような構成とすれば、側方からSOFCサブモジュール202内に流入しようとする酸化性ガスは、側方外装板4によって妨げられるとともに、SOFCサブモジュール202の下方全体が下方外装板5で覆われているので、下方からSOFCサブモジュール202内に流入しようとする酸化性ガスは、確実に下方外装板5によって妨げられる。したがって、意図しない酸化性ガスが圧力容器205の内部と発電室215との間で流入や漏出するのをより確実に抑制することができる。
The present invention is not limited to the invention according to each of the above embodiments, and can be appropriately modified without departing from the gist thereof. For example, in the above embodiment, the
With such a configuration, the oxidizing gas that tends to flow into the SOFC submodule 202 from the side is blocked by the side
また、上記実施形態では、下方外装板5と下部ケーシング229bとをシール板15を介して固定しているが、下方外装板5と下部ケーシング229bとを離間しないように配置し、下方外装板5と下部ケーシング229bとを直接固定してもよい。
Further, in the above embodiment, the
2 カートリッジ断熱材(密閉部材)
3 サブモジュール断熱材
4 側方外装板
5 下方外装板
6 カートリッジ上部断熱材
7 カートリッジ下部断熱材
8 カートリッジ側部断熱材
11 サブモジュール上部断熱材
12 サブモジュール下部断熱材
13 サブモジュール側部断熱材
15 シール板
16 貫通穴
17 筒状部(筒状部材)
23 脚部
101 セルスタック
103 基体管
105 燃料電池セル
201 SOFCモジュール(燃料電池モジュール)
202 SOFCサブモジュール(燃料電池サブモジュール)
203 SOFCカートリッジ
205 圧力容器
207 燃料ガス供給管
207a 燃料ガス供給枝管
209 燃料ガス排出管
209a 燃料ガス排出枝管
211 酸化性ガス供給管
212 酸化性ガス供給枝管(酸化性ガス流通管)
213 酸化性ガス排出管
214 酸化性ガス排出枝管
215 発電室
217 燃料ガス供給室
219 燃料ガス排出室(燃料ガスヘッダ)
221 酸化性ガス供給室
223 酸化性ガス排出室
227a 上部断熱体
227b 下部断熱体
229a 上部ケーシング
229b 下部ケーシング
235a 酸化性ガス供給隙間(酸化性ガス供給部)
235b 酸化性ガス排出隙間(酸化性ガス排出部)
2 Cartridge insulation (sealing member)
3
23
202 SOFC submodule (fuel cell submodule)
203
213 Oxidizing
221 Oxidizing
235b Oxidizing gas discharge gap (oxidizing gas discharge part)
Claims (14)
燃料ガスと酸化性ガスを供給することで発電する燃料電池セルを備える少なくとも1つのセルスタックと、
前記セルスタックの囲むように配置され、側方を規定する側方外装板と、
前記側方外装板の下端に接続し、該側方外装板の下端に形成される開口を塞ぐ下方外装板と、を備え
前記側方外装板は、上端に、当該側方外装板の上縁で規定される開口を有する燃料電池サブモジュール。 A fuel cell submodule housed in a pressure vessel
With at least one cell stack with fuel cell cells that generate electricity by supplying fuel gas and oxidizing gas,
A side exterior plate arranged so as to surround the cell stack and defining the side,
A lower exterior plate that connects to the lower end of the side exterior plate and closes an opening formed at the lower end of the side exterior plate is provided.
It said lateral outer plate, the upper end, the fuel cell submodule that have a opening defined by the upper edge of the side outer plate.
燃料ガスと酸化性ガスを供給することで発電する燃料電池セルを備える少なくとも1つのセルスタックと、 With at least one cell stack with fuel cell cells that generate electricity by supplying fuel gas and oxidizing gas,
前記セルスタックの囲むように配置され、側方を規定する側方外装板と、 A side exterior plate arranged so as to surround the cell stack and defining the side,
複数の前記セルスタックが接続され、複数の該セルスタックに前記燃料ガスの供給または複数の該セルスタックから前記燃料ガスの排出を行う燃料ガスヘッダと、 A fuel gas header in which a plurality of the cell stacks are connected to supply the fuel gas to the plurality of cell stacks or discharge the fuel gas from the plurality of cell stacks.
一端が前記側方外装板の下端に接続され、他端が前記燃料ガスヘッダの側方端部に対して接続される下方外装板と、を備える燃料電池サブモジュール。 A fuel cell submodule comprising a lower exterior plate having one end connected to the lower end of the side exterior plate and the other end connected to the side end of the fuel gas header.
前記下方外装板は、前記貫通穴と連通し、鉛直下方に延びる筒状部材を備えている請求項1から請求項3のいずれかに記載の燃料電池サブモジュール。 A through hole is formed in the lower exterior plate.
The fuel cell submodule according to any one of claims 1 to 3, wherein the lower exterior plate includes a tubular member that communicates with the through hole and extends vertically downward.
前記筒状部材の一部は、可撓性を備えるフレキシブル管で形成され、
前記フレキシブル管で形成された部分は、前記筒状部材と前記配管とをシール固定する部分よりも鉛直上方に位置している請求項4に記載の燃料電池サブモジュール。 A pipe for inserting the inside of the tubular member is provided.
A part of the tubular member is formed of a flexible tube having flexibility.
The fuel cell submodule according to claim 4, wherein the portion formed by the flexible pipe is located vertically above the portion for sealing and fixing the tubular member and the pipe.
一端が前記側方外装板の下端に接続され、他端が前記燃料ガスヘッダの側方端部に対して接続される下方外装板と、を備えた請求項1に記載の燃料電池サブモジュール。 A fuel gas header in which a plurality of the cell stacks are connected to supply the fuel gas to the plurality of cell stacks or discharge the fuel gas from the plurality of cell stacks.
The fuel cell submodule according to claim 1, wherein one end is connected to the lower end of the side exterior plate, and the other end is connected to the side end of the fuel gas header.
前記下方外装板の鉛直方向上面と前記燃料ガスヘッダの底面とは、鉛直上下方向に延びるシール板を介して接続されている請求項2または請求項6に記載の燃料電池サブモジュール。 The upper surface of the lower exterior plate in the vertical direction and the bottom surface of the fuel gas header are separated in the vertical vertical direction.
The fuel cell submodule according to claim 2 or 6, wherein the upper surface of the lower exterior plate in the vertical direction and the bottom surface of the fuel gas header are connected via a seal plate extending in the vertical vertical direction.
複数の前記セルスタックは、それぞれ、前記燃料電池セルが設けられる中央部と、前記燃料電池セルが設けられていない端部とを含み、
前記密閉部材が囲う前記セルスタックの一部分は、前記燃料電池セルが設けられる前記中央部であり、
前記密閉部材は、該密閉部材の内部の複数の前記セルスタック周囲に前記酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給部と、該内部から前記酸化性ガスを排出する酸化性ガス排出部とを備え、前記酸化性ガス供給部及び前記酸化性ガス排出部以外の残部では、該内部への前記酸化性ガスの流入及び該内部からの前記酸化性ガスの漏出を抑制する請求項1に記載の燃料電池サブモジュール。 A sealing member that encloses at least a part of the cell stack.
Each of the plurality of cell stacks includes a central portion in which the fuel cell is provided and an end portion in which the fuel cell is not provided.
A part of the cell stack surrounded by the sealing member is the central portion where the fuel cell is provided.
The sealing member includes an oxidizing gas supply unit that supplies the oxidizing gas around a plurality of cell stacks inside the sealing member, and an oxidizing gas discharging unit that discharges the oxidizing gas from the inside. The fuel according to claim 1, wherein the remaining portion other than the oxidizing gas supply section and the oxidizing gas discharging section suppresses the inflow of the oxidizing gas into the inside and the leakage of the oxidizing gas from the inside. Battery submodule.
前記酸化性ガス流通管は、前記側方外装板の内側で、鉛直上下方向に延在している請求項8に記載の燃料電池サブモジュール。 An oxidizing gas flow pipe that communicates with the oxidizing gas supply unit or the oxidizing gas discharge unit is provided.
The fuel cell submodule according to claim 8, wherein the oxidizing gas flow pipe extends vertically in the vertical direction inside the side exterior plate.
前記燃料電池モジュールから排気される排燃料ガスと排酸化性ガスとを用いて回転動力を生成するガスタービンとを備え、
前記燃料電池モジュールには、前記回転動力を用いて圧縮された前記酸化性ガスが供給され、
複数の前記セルスタックは、前記燃料ガスと前記酸化性ガスとを用いて発電する複合発電システム。 The fuel cell module according to claim 10 and
It is provided with a gas turbine that generates rotational power using the exhaust fuel gas and the oxidative gas exhausted from the fuel cell module.
The oxidizing gas compressed by the rotational power is supplied to the fuel cell module.
The plurality of cell stacks are combined power generation systems that generate power using the fuel gas and the oxidizing gas.
前記セルスタックの囲むように配置され、側方を規定するするとともに、上端に上縁で規定される開口部を有する側方外装板と、前記側方外装板の下端に接続し、該側方外装板の下端に形成される開口を塞ぐ下方外装板とを備える燃料電池サブモジュールの組立方法であって、
前記側方外装板と前記下方外装板を接続する接続工程と、
前記接続工程で接続した前記側方外装板に対して、鉛直上方から前記セルスタックを挿入するセルスタック挿入工程と、を備えたサブモジュールの組み立て方法。 With at least one cell stack with fuel cell cells that generate electricity by supplying fuel gas and oxidizing gas,
A side exterior plate that is arranged so as to surround the cell stack , defines the sides, and has an opening defined by an upper edge at the upper end, and is connected to the lower end of the side exterior plate to be connected to the side. A method of assembling a fuel cell submodule including a lower exterior plate that closes an opening formed at the lower end of the exterior plate.
A connection step for connecting the side exterior plate and the lower exterior plate, and
A method for assembling a submodule, comprising a cell stack insertion step of inserting the cell stack vertically above the side exterior plate connected in the connection step.
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