CN103460478A - 燃料电池模块 - Google Patents

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Abstract

燃料电池模块(1)的特征在于，具备：汽化器(5)，其生成水蒸气；重整器(2)，其使用水蒸气和含氢燃料产生重整气体；电池堆(3)，其使用重整气体来进行发电；以及壳体(7)，其在内部收纳汽化器(5)、重整器(2)以及电池堆(3)，并且在内部具有壁部，该壁部划分出使电池堆(3)的排气(EG)排出到外部的排气流路(12)，其中，壁部具有内壁部和外壁部，该内壁部划分出在内部收纳重整器(2)和电池堆(3)的容纳室(11)，该外壁部在内壁部的外侧与内壁部分离地相对置，壁部在内壁部与外壁部之间划分出与容纳室(11)连通的排气流路(12)，汽化器(5)在排气流路(12)内的比重整器(3)和电池堆(3)更靠下方的位置处与重整器(2)分离地配置，且与外壁部分离地配置。

Description

燃料电池模块
技术领域
本发明的一个方式涉及一种燃料电池模块。
背景技术
以往，作为燃料电池模块，例如已知专利文献1所记载的燃料电池模块。专利文献1所记载的燃料电池模块是在壳体内部容纳具有用于使用含氢燃料生成重整气体的汽化部和重整部的重整器以及使用重整气体进行发电的电池堆(cell stack)并进行模块化而构成的。汽化部(重整器)配置于电池堆上方，分别连接有用于从壳体外部供给原燃料气体和水的供给管。在壳体内部形成有使电池堆的排气流向壳体外部的排气流路。在排气流路内配置有热交换部，该热交换部用于在排气流路中流动的排气与供给管中流动的原燃料气体或水之间进行热交换。
另外，专利文献2所记载的燃料电池模块在壳体内具备重整器、利用含氧的氧化气体和由重整器生成的燃料气体来进行发电的燃料电池单体、以及使未供于发电的燃料废气燃烧的燃烧部。重整器是通过划分为汽化部和重整部而构成的。以使汽化部配置于燃料电池单体的上端附近、重整部位于燃料电池单体的下端部附近的方式沿燃料电池单体设置重整器。
专利文献1：日本特开2010-80260号公报
专利文献2：日本特开2011-014495号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1和专利文献2所记载的燃料电池模块中，汽化器与重整器相接近或构成为一体，并与电池堆一起容纳于壳体内，因此存在重整部和/或电池堆受到汽化器的吸热的影响而被冷却的担忧。若电池堆的温度由于冷却而降低，则会成为发电时的单体电池电压降低的原因。另外，若重整器的温度由于冷却而降低，则会成为燃料以未重整的状态供给到电池堆、即所谓的逃逸(slip)的原因。因此，在采用了专利文献1所记载的燃料电池模块的结构的情况下，存在燃料电池模块的发电性能降低的担忧。
因此，本发明的一个方面是为了解决这种问题而完成的，其目的在于提供一种能够发挥稳定的发电性能的燃料电池模块。
用于解决问题的方案
即，本发明的一个方面所涉及的燃料电池模块构成为特征在于，具备：汽化器，其生成水蒸气；重整器，其使用水蒸气和含氢燃料产生重整气体；电池堆，其使用重整气体来进行发电；以及壳体，其在内部收纳汽化器、重整器以及电池堆，并且在内部具有壁部，该壁部划分出使电池堆的排气排出到外部的排气流路，其中，壁部具有内壁部和外壁部，该内壁部划分出在内部收纳重整器和电池堆的容纳室，该外壁部在内壁部的外侧与内壁部分离地相对置，壁部在内壁部与外壁部之间划分出与容纳室连通的排气流路，汽化器在排气流路内的比重整器和电池堆更靠下方的位置处与重整器分离地配置。
在本发明的一个方面所涉及的燃料电池模块中，在壳体内部容纳汽化器、重整器以及电池堆，汽化器在排气流路内的比重整器和电池堆更靠下方的位置处与重整器分离地配置，且与外壁部分离地配置。通过像这样将汽化器与重整器分离地配置，能够缓和重整器由于汽化器的辐射冷却而被冷却的情况。因此，能够发挥稳定的发电性能。并且，通过将汽化器与外壁部分离地配置，能够缓和由于从外壁部的外部吸热而导致的汽化器的冷却。因此，能够高效地利用汽化器生成水蒸气，发挥稳定的发电性能。
发明的效果
根据本发明的一个方面，能够发挥稳定的发电性能。
附图说明
图1是表示第一实施方式所涉及的燃料电池模块的概要框图。
图2是说明第一实施方式所涉及的燃料电池模块的内部的截面图。
图3的(a)是说明第一实施方式所涉及的燃料电池模块的排气箱的内部结构的截面图，(b)是沿(a)的II-II线的截面图，(c)是沿(a)的III-III线的截面图。
图4是排气箱50的立体图。
图5是说明启动时控制部9对汽化器进行的温度控制的流程图。
图6是说明运转时控制部9对汽化器进行的温度控制的流程图。
图7的(a)是说明第二实施方式所涉及的燃料电池模块的排气箱的内部结构的截面图，(b)是沿(a)的II-II线的截面图，(c)是沿(a)的III-III线的截面图。
图8的(a)是说明第三实施方式所涉及的燃料电池模块的排气箱的内部结构的截面图，(b)是沿(a)的II-II线的截面图，(c)是沿(a)的III-III线的截面图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。此外，在下面的说明中对相同或相当部分标注相同标记，省略重复的说明。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的燃料电池模块的概要框图。如图1所示，本实施方式的燃料电池模块1具备重整器2、电池堆3、燃烧部4、汽化器5、隔热构件6以及壳体7。壳体7采用例如呈长方体状的金属制的箱体，在其内部容纳重整器2、电池堆3、燃烧部4、汽化器5以及隔热构件6。
燃料电池模块1使用含氢燃料和氧化剂来在电池堆3中进行发电。电池堆3具有被称为SOFC(Solid Oxide Fuel Cells：固态氧化物燃料电池)的多个单体电池的层叠体。各单体电池是通过将作为固体氧化物的电解质配置于燃料极与氧化剂极之间而构成的。电解质例如包含氧化钇稳定氧化锆(YSZ)等，在高温下传导氧化物离子。燃料极例如包含镍与YSZ的混合物，使氧化物离子与重整气体中的氢发生反应来生成电子和水。氧化剂极例如包含亚锰酸锶镧(Lanthanum strontium manganite)，使氧化剂中的氧与电子发生反应来生成氧化物离子。
作为含氢燃料，例如可以使用烃系燃料。作为烃系燃料，可以使用分子中含有碳和氢的化合物(也可含有氧等其它元素)或它们的混合物。作为烃系燃料，例如可以列举出烃类、醇类、醚类或生物燃料，这些烃系燃料能够适当使用以往的来自石油、煤炭等化石燃料之物、来自合成气体等合成系燃料之物或来自生物质之物。具体地说，作为烃类，可以列举出甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、天然气、LPG(Liquefied Petroleum Gas，液化石油气)、城市煤气、乡镇煤气、汽油、石脑油、煤油或轻油。
此外，作为醇类，可以列举出甲醇或乙醇。作为醚类，可以列举出二甲醚。作为生物燃料，可以列举出生物气体、生物乙醇、生物柴油或生物喷气。作为氧化剂，例如可以使用空气、纯氧气(也可以含有以通常的去除方法难以去除的杂质)或富氧空气。
重整器2与未图示的燃料鼓风机连接，通过燃料鼓风机被供给含氢燃料，并且，该重整器2与汽化器5连接，被供给汽化后的水。重整器2使用所供给的含氢燃料以及水来产生重整气体。重整器2利用使用了重整催化剂的重整反应对含氢燃料进行重整，来产生重整气体。重整器2中的重整方式并没有特别限定，例如能够采用水蒸气重整、部分氧化重整、自热重整、其它重整方式。重整器2配置于电池堆3的上侧以能够被后述的燃烧热加热。重整器2将重整气体供给到电池堆3的燃料极。
电池堆3使用来自重整器2的重整气体以及由未图示的空气鼓风机等供给的氧化剂来进行发电。该电池堆3将未用于发电的重整气体和氧化剂作为废气(off gas)供给到燃烧部4。
燃烧部4使从电池堆3供给的废气燃烧，来对重整器2进行加热。该燃烧部4位于电池堆3的上部。在燃烧部4的燃烧中产生的排气经由排气配管4a排出到壳体7外。排气配管4a中设置有燃烧催化剂4b，利用该燃烧催化剂4b对所排出的排气进行燃烧处理。另外，排气配管4a与热交换部10相连接，构成为使排气的热通过与未图示的储热水等进行热交换而被回收。
汽化器5对所供给的水进行加热来使其汽化，生成向重整器2供给的水蒸气。汽化器5与未图示的水泵连接，通过水泵被供给水。汽化器5将所生成的水蒸气供给到重整器2。汽化器5中设置有对汽化器5进行加热的加热器(加热部)8。加热部8与控制部9连接，基于来自控制部9的信号进行动作。控制部9具备CPU、ROM、RAM等，构成为普通的计算机设备。利用加热部8的热或者排气的热对该汽化器5中的水进行加热。
隔热构件6配置于电池堆3与汽化器5之间，切断电池堆3与汽化器5之间的热交换。
在此，详细说明汽化器5的配置。图2是说明图1所示的燃料电池模块1的内部流路和结构要素的配置的截面图。如图2所示，壳体7具有用于收纳重整器2和电池堆3的内部空间。壳体7具备：容纳室11，其收纳电池堆3和重整器2；排气流路12和氧化剂流路13，该排气流路12和氧化剂流路13形成于容纳室11的外侧，该排气流路12使来自电池堆3的废气的燃烧所产生的排气EG通过，该氧化剂流路13使氧化剂OX通过；以及各壁部，其划分出容纳室11、排气流路12以及氧化剂流路13。此外，在下面的说明中，将沿电池堆3的各单体电池的层叠方向的方向(图面垂直方向)作为壳体7的“长度方向D1”、将在水平方向上与各单体电池的层叠方向正交的方向作为壳体7的“宽度方向D2”、将铅垂方向作为壳体7的“上下方向D3”来进行下面的说明。在本实施方式中，容纳室11、排气流路12、氧化剂流路13以及形成它们的各壁部从长度方向D1来看为左右对称的构造。
容纳室11是由如下壁部划分出的：在宽度方向D2上相互对置的第一侧壁部16、17；以及与第一侧壁部16、17的各下端部连结的第一底壁部18。下面，将划分出容纳室11的第一侧壁部16、17以及第一底壁部18称为内壁部。在第一底壁部18的上方配置有隔热构件6，在隔热构件6的上方配置有支承电池堆3的底座41。容纳室11的上端部形成开口，以使燃烧部4中产生的排气EG通过。即，容纳室11的至少燃烧部4上方侧的空间中排气EG流通，因此其实质上为“排气流路”。
重整器2在作为容纳室11的一部分的“排气流路”上配置于作为电池堆3的下游侧的电池堆的上方侧。
排气流路12是由如下壁部划分出的：划分出容纳室11的内壁部；在宽度方向D2上分别配置于第一侧壁部16、17的外侧的第二侧壁部21、22；配置于第一侧壁部16、17的上端部的上侧的第一上壁部23；以及配置于第一底壁部18的下侧的第二底壁部24。下面，将第二侧壁部21、22、第一上壁部23以及第二底壁部24称为外壁部。
第一上壁部23与第二侧壁部21、22的上端部连结，第二底壁部24与第二侧壁部21、22的下端部连结。第二侧壁部21、22被配置成与第一侧壁部16、17分离地相对置。
排气流路12具有：形成于容纳室11的上侧的开口部与第一上壁部23之间的排气流路12A、12B；形成于第二侧壁部21、22与第一侧壁部16、17之间的排气流路12C、12D；以及形成于第二底壁部24与第一底壁部18之间的排气流路12E、12F。排气流路12A、12B将来自燃烧部4的排气EG导向排气流路12C、12D。排气流路12C、12D使排气EG向下方通过，将该排气EG的热供给至在外侧的氧化剂流路13C、13D中流动的氧化剂OX。排气流路12E、12F使排气EG沿水平方向朝向排气配管4a通过。这样，排气流路12形成为具有内壁部以及在内壁部的外侧与内壁部分离地相对置的外壁部，在内壁部与外壁部之间与容纳室11连通。
氧化剂流路13是由如下壁部划分出的：划分出排气流路12的壁部；在宽度方向D2上分别配置于第二侧壁部21、22的外侧的第三侧壁部26、27；配置于第一上壁部23的上侧的第二上壁部28；以及配置于第二底壁部24的下侧的第三底壁部29。
第二上壁部28与第三侧壁部26、27的上端部连结，第三底壁部29与第三侧壁部26、27的下端部连结。第三侧壁部26、27被配置成与第二侧壁部21、22分离地相对置。第二上壁部28被配置成与第一上壁部23分离地相对置。第三底壁部29被配置成与第二底壁部24分离地相对置。
在第一上壁部23的中央部设置有氧化剂供给构件36。氧化剂供给构件36从第一上壁部23向下方向延伸，对电池堆3供给氧化剂OX。氧化剂供给构件36以进入一对电池堆3之间的间隙的方式延伸，在内部划分出氧化剂流路13K，并且在前端部具有贯通孔37、38。
氧化剂流路13具有：形成于第二上壁部28与第一上壁部23之间的氧化剂流路13A、13B；形成于第三侧壁部26、27与第二侧壁部21、22之间的氧化剂流路13C、13D；以及形成于第三底壁部29与第二底壁部24之间的氧化剂流路13G、13H。氧化剂流路13G、13H使来自供气管4c的氧化剂OX以沿水平方向扩散的方式通过，将该氧化剂OX导向氧化剂流路13C、13D。氧化剂流路13C、13D使氧化剂OX向上方通过，利用在内侧的排气流路12C、12D中流动的排气EG的热对该氧化剂OX进行加热。氧化剂流路13A、13B使氧化剂OX从宽度方向D2上的外侧向内侧通过，使氧化剂OX流入氧化剂供给构件36的氧化剂流路13K而导向贯通孔37、38。
第三底壁部29中设置有供气管4c，该供气管4c用于使氧化剂从未图示的氧化剂供给部流入氧化剂流路13。另外，第二底壁部24中设置有排出来自排气流路12的排气的排气配管4a。
接着，说明重整气体、氧化剂OX以及排气EG的流动。
使用从外部供给的含氢燃料以及来自汽化器5的水蒸气来在重整器2中产生的重整气体通过将重整器2与底座41进行连接的未图示的管流入底座41，并从底座41供给到电池堆3的各单体电池。重整气体在电池堆3中从下方朝上方流动，一部分作为废气而用于燃烧部4中的燃烧。从外部经由供气管4c供给氧化剂OX，该氧化剂OX在氧化剂流路13G、13H中沿水平方向扩散，一边被在内侧流动的排气EG加热一边在氧化剂流路13C、13D中向上方通过。氧化剂OX通过氧化剂流路13A、13B，并在氧化剂供给构件36的氧化剂流路13K中流动而通过贯通孔37、38，从而被供给到电池堆3，氧化剂OX的一部分用于燃烧部4中的燃烧。燃烧部4中产生的排气EG在容纳室11中向上方流通，对重整器2进行加热。之后，该排气EG被排气流路12A、12B导向排气流路12C、12D，一边对在外侧流动的氧化剂OX供给热一边在排气流路12C、12D中向下方通过。排气EG当到达底部时流入排气流路12E、12F，一边对汽化器5供给热一边通过排气流路12E、12F。通过了排气流路12E、12F的排气EG从排气配管4a被排出。
在壳体7的下部位于容纳室11的下方的排气流路12E、12F中设置有汽化器5。下面，将以划分出排气流路12E、12F的第二底壁部24和第一底壁部18分别作为底部和盖部、以第二侧壁部21、22的下端部作为侧部的箱体称为排气箱50，来说明汽化部5的详情。在排气箱50的盖部与侧部之间设置有间隙，形成用于使在排气流路12C、12D中流通的排气流入排气箱50的流入部。图3的(a)是说明图2所示的排气箱50的内部结构的截面图，图3的(b)是沿图3的(a)的II-II线的截面图，图3的(c)是沿图3的(a)的III-III线的截面图。如图3的(a)～(c)所示，排气箱50具有排气配管(排出部)4a、汽化器5以及分隔板(板部)51。
汽化器5是具有用于使水汽化的内部空间的管状体。汽化器5具有两处弯曲部，构成为从上下方向(D3方向)来看弯曲成大致U字状。即，汽化器5具备：沿长度方向D1从一个端部延伸到弯曲部的第一汽化器；在弯曲部之间向宽度方向D2延伸的第二汽化器；以及与第一汽化器相对置的、沿长度方向D1从弯曲部延伸到另一个端部的第三汽化器。汽化器5被配置成从上下方向(D3方向)来看与电池堆3重叠。另外，汽化器5被配置成排气配管4a介于第一汽化器与第三汽化器之间。汽化器5被配置成与第二底壁部24具有规定的间隔d。即，汽化器5与第二底壁部24分离地配置。规定的间隔d例如能够设为5mm左右，但是只要是排气EG能够流通的间隔则无需特别限定。
分隔板51的两侧端部与排气箱50的盖部和底部分别连结，竖立设置于排气箱50的内部。分隔板51沿第一汽化器的内侧和第二汽化器的内侧以夹持排气配管4a相对置的方式设置有两个。两个分隔板51在水平方向上相互对置。分隔板51竖立设置于第二底壁部24，其上端侧与第一底壁部18连接，沿汽化器5的内侧在长度方向D1上延伸。分隔板51还具有与第二侧壁部25连结而不与第二侧壁部26连结的非连结部52，该第二侧壁部25与第二侧壁部21、22连结，该第二侧壁部26与第二侧壁部25相对置。这样，分隔板51被配置成对排气箱50的内部空间进行分隔，形成流入部与排出部之间的排气流路。排气配管4a从铅垂方向来看设置于两个分隔板51之间。
接着，说明排气EG在排气箱50的内部的流动。图4示出了排气EG在排气箱内部的流动。排气箱50具备使通过排气流路12C、12D而流入排气箱50内部的排气EG通过的排气流路14。
排气流路14具备排气流路14A、14B和排气流路14C，该排气流路14A、14B形成于第一底壁部18、第二侧壁部21、22、第二底壁部24以及分隔板51之间，该排气流路14C由第一底壁部18、相互对置的分隔板51以及第二底壁部24形成。在排气流路12C、12D中向下方流入的排气EG沿排气箱50的铅垂方向向下流入，并通过排气流路14A、14B。此时，排气EG一边对汽化器5进行加热一边通过汽化器5与第二底壁部24的间隙。当排气EG到达未设置分隔板51的非连结部52时，通过了排气流路14A、14B的排气EG合流，并通过排气流路14C。通过了排气流路14C的排气EG从排气配管4a被排出。
接着，说明汽化器5的结构。汽化器5中插入有加热部8、水配管54以及温度计53。水配管54向汽化器5的内部供给水WA。利用水泵从水配管54注入水WA。所注入的水WA在通过汽化器5内部时被汽化器5的热加热，作为水蒸气从设置于汽化器5的出口侧的水配管54被排出。因此，水WA的流通方向在汽化器5的出口侧与通过排气流路14B的排气EG形成对流。
加热部8是对汽化器5进行加热的装置，例如通过施加电压来进行动作。温度计53测量汽化器5的温度，利用未图示的电配线将温度信息输出到控制部9。
控制部9基于利用温度计53获取到的汽化器5的温度来控制加热部8的动作。参照图5所示的流程图来说明燃料电池模块1启动时控制部9对加热部8进行的控制处理。首先，控制部9当获取到燃料电池模块1的启动开始指令时(S1)，将动作信号发送到加热部8，使加热部8动作(S2)。接着，控制部9利用温度计53获取温度信息，判断汽化器5的温度是否高于规定的温度(例如100℃)(S3)。控制部9在判断为汽化器的温度高于规定的温度的情况下，使水泵进行动作来将水WA注入到汽化器5(S4)。另一方面，控制部9在S3中判断为汽化器的温度为规定的温度以下的情况下，进入S3的处理来每隔规定时间重复地进行判断，直到汽化器5的温度变得高于规定的温度为止。
接着，参照图6所示的流程图来说明燃料电池模块1运转时控制部9对加热部8进行的控制处理。控制部9以规定的时间间隔执行图6中的下面示出的处理。首先，控制部9利用温度计53获取汽化器5的温度信息(S11)，判断汽化器5的温度是否高于第一阈值Tmin(S12)。在汽化器5的温度低于第一阈值Tmin的情况下，控制部9将动作信号发送到加热部8，使加热部8进行动作(S13)，之后结束处理。另一方面，在汽化器5的温度为第一阈值Tmin以上的情况下，控制部9判断汽化器5的温度是否高于第二阈值Tmax(S14)。第二阈值Tmax为高于第一阈值Tmin的阈值。在汽化器5的温度高于第二阈值Tmax的情况下，控制部9将停止信号发送到加热部8，使加热部8停止(S15)，之后结束处理。另一方面，在汽化器5的温度为第二阈值Tmax以下的情况下，控制部9直接结束处理。
以上，在第一实施方式所涉及的燃料电池模块1中，在壳体7内部容纳汽化器5、重整器2以及电池堆3，汽化器5在排气流路内的比重整器2和电池堆3更靠下方的位置处与重整器2分离地配置，且与第二底壁部24分离地配置。通过像这样将汽化器5与重整器2分离地配置，能够缓和重整器2由于汽化器5的辐射冷却而被冷却的情况。因此，能够发挥稳定的发电性能。并且，通过将汽化器5与划分出排气流路的第二底壁部24分离地配置，能够缓和由于从排气流路外吸热而导致的汽化器5的冷却。因此，能够高效地利用汽化器5生成水蒸气，能够发挥稳定的发电性能。
另外，电池堆3的温度降低是使发电时的单体电池电压降低而使发电效率降低的原因，并且是在以同一功率进行发电时扫描电流值变大(高电流密度)而使电池堆3的劣化加快的原因。另外，重整器2的温度降低是燃料以未重整的状态流入电池堆3、即所谓的逃逸的原因。在第一实施方式所涉及的燃料电池模块1中，将汽化器5与电池堆5以隔着第二底壁部24的方式分离地配置，抑制电池堆3的温度降低，由此能够提高发电效率。另外，将汽化器5与重整器2分离地配置，抑制重整器2的温度降低，由此能够防止燃料逃逸对电池堆3造成的损伤。
另外，根据第一实施方式所涉及的燃料电池模块1，在汽化器5与电池堆3之间配置隔热构件6，由此隔热构件6抑制电池堆3与汽化器5之间的热交换，因此能够进一步缓和电池堆3由于汽化器5的辐射冷却而被冷却的情况。
另外，根据第一实施方式所涉及的燃料电池模块1，还具备对汽化器5进行加热的加热部8，由此在电池堆3的排气的热量发生变化的情况下也能够适当地控制加热部8的温度。另外，也可以测量汽化器5的温度，基于汽化器5的温度和规定的阈值来控制加热部8的动作。根据本实施方式，通过将排气与汽化器5的接触距离确保为长距离，能够提高排气所具有的热的利用效率。因此，在启动时以及/或者普通运转时能够抑制加热部8的动作频度。由此，能够降低发电所需的加热部8的消耗电力，能够提高燃料电池系统的发电效率。
(第二实施方式)
第二实施方式所涉及的燃料电池模块与第一实施方式所涉及的燃料电池模块1构成为几乎相同的结构，只有排气箱50的结构不同。在本实施方式中，具备排气箱50A来代替排气箱50。下面，考虑到理解说明的容易性，以与第一实施方式所涉及的燃料电池模块1的不同点为中心来进行说明，省略重复的说明。
图7表示本实施方式所涉及的燃料电池模块所具备的排气箱50A的结构。图7的(a)是说明排气箱50A的内部结构的截面图，图7的(b)是沿图7的(a)的II-II线的截面图，图7的(c)是沿图7的(a)的III-III线的截面图。如图7的(a)～(c)所示，排气箱50A具有排气配管4a、汽化器5A以及分隔板51A。
如图7的(b)、(c)所示，排气箱50中配置有长方体型的汽化器5。汽化器5被配置成与第二底壁部24具有规定的间隔d。即，汽化器5与第二底壁部24分离地配置。规定的间隔d例如能够设为5mm左右，但是只要是排气EG能够流通的间隔则无需特别限定。
分隔板51A沿汽化器5的外侧以夹持汽化器5和排气配管4a相对置的方式设置有两个。分隔板51A竖立设置于第二底壁部24，其上端侧与第一底壁部18连接，沿汽化器5的内侧在长度方向D1上延伸。分隔板51A还具有与第二侧壁部25连结而不与第二侧壁部26连结的非连结部52，该第二侧壁部25与第二侧壁部21、22连结，该第二侧壁部26与第二侧壁部25相对置。
接着，由于排气EG在排气箱50A的内部的流动与第一实施方式相同，因此省略详细的说明。在本实施方式中的排气箱50A中，在排气流路12C、12D中向下方流入的排气EG也沿排气箱50A的铅垂方向向下流入。然后，排气EG通过由分隔板51和第二侧壁部21、22形成的排气流路。之后，到达未设置分隔板51的非连结部52的排气EG一边对汽化器5进行加热一边通过汽化器5与第二底壁部24的间隙，之后从排气配管4a被排出。因此，水WA与排气EG形成对流。
以上，在第二实施方式所涉及的燃料电池模块1中，也起到与第一实施方式所涉及的燃料电池模块1相同的效果。并且，根据本实施方式，像这样水WA的流通方向与排气EG的流通方向形成对流，因此能够提高热效率，从而能够以良好的能量效率对汽化器进行加热。
(第三实施方式)
第三实施方式所涉及的燃料电池模块与第二实施方式所涉及的燃料电池模块1构成为几乎相同的结构，只有排气箱50A的结构不同。在本实施方式中，具备排气箱50B来代替排气箱50A。下面，考虑到理解说明的容易性，以与第二实施方式所涉及的燃料电池模块1的不同点为中心来进行说明，省略重复的说明。
图8表示本实施方式所涉及的燃料电池模块所具备的排气箱50B的结构。图8的(a)是说明排气箱50B的内部结构的截面图，图8的(b)是沿图8的(a)的II-II线的截面图，图8的(c)是沿图6的(a)的III-III线的截面图。如图8的(a)～(c)所示，排气箱50B具有排气配管4a、汽化器5A以及分隔板51A。
分隔板51A沿汽化器5的外侧以夹持汽化器5和排气配管4a相对置的方式设置有两个。排气配管4a设置于排气箱50B的大致中央位置。分隔板51A竖立设置于第二底壁部24，其上端侧与第一底壁部18连接，沿汽化器5的内侧在长度方向D1上延伸。分隔板51A还具有不与第二侧壁部25连结的非连结部55以及不与第二侧壁部26连结的非连结部52，该第二侧壁部25与第二侧壁部21、22连结，该第二侧壁部26与第二侧壁部25相对置。
接着，由于排气EG在排气箱50B的内部的流动与第一实施方式和第二实施方式相同，因此省略详细的说明。在本实施方式中的排气箱50B中，在排气流路12C、12D中向下方流入的排气EG也沿排气箱50B的铅垂方向向下流入。然后，排气EG通过由分隔板51和第二侧壁部21、22形成的排气流路。之后，到达未设置分隔板51的非连结部52、55的排气EG一边对汽化器5进行加热一边通过汽化器5与第二底壁部24的间隙，之后从排气配管4a被排出。
以上，在第三实施方式所涉及的燃料电池模块中，也起到与第一实施方式所涉及的燃料电池模块相同的效果。如本实施方式那样，将排气配管4a配置于排气箱50B的大致中央位置，以夹持汽化器5和排气配管4a相对置的方式设置两个分隔板51A，由此能够形成将排气与汽化器5的接触距离确保为长距离的流路。
以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式，也可以在不变更各权利要求所记载的宗旨的范围内进行变更，或者应用于其它方面。
例如，在上述实施方式中，说明了具备隔热构件6的情况，但是也可以根据需要而构成为不具备隔热构件6。将图5和图6所示的流程图作为第一实施方式进行了说明，但是也可以将该控制流程应用于第二实施方式和第三实施方式。
另外，在上述实施方式中，说明了在汽化器5中具备加热部8、控制部9以及温度计53的情况，但是也可以根据需要而构成为不具备加热部8、控制部9以及温度计53。另外，汽化器5也可以被配置成从上下方向(D3方向)来看其一部分或整体不与电池堆3重叠。
另外，壳体7的形状能够在不变更各权利要求所记载的宗旨的范围内进行变更。例如，也可以在第一侧壁部16、17的上端部形成向内侧水平地延伸的折进部，将容纳室11的上端部折进去。另外，在上述实施方式中，从上侧导入氧化剂。但是，也可以用另一层壳体覆盖壳体7，在该壳体的下部设置供气管，由此从下方导入氧化剂。
附图标记说明
1：燃料电池模块；2：重整器；3：电池堆；5、5A：汽化器；6：隔热构件；7：壳体；8：加热部；9：控制部；11：容纳室(一部分为排气流路)；12、14：排气流路；53：温度计。

Claims (10)

1.一种燃料电池模块，其特征在于，具备：
汽化器，其生成水蒸气；
重整器，其使用上述水蒸气和含氢燃料产生重整气体；
电池堆，其使用上述重整气体来进行发电；以及
壳体，其在内部收纳上述汽化器、上述重整器以及上述电池堆，并且在内部具有壁部，该壁部划分出使上述电池堆的排气排出到外部的排气流路，
其中，上述壁部具有内壁部和外壁部，该内壁部划分出在内部收纳上述重整器和上述电池堆的容纳室，该外壁部在上述内壁部的外侧与上述内壁部分离地相对置，上述壁部在上述内壁部与上述外壁部之间划分出与上述容纳室连通的排气流路，
上述汽化器在上述排气流路内的比上述重整器和上述电池堆更靠下方的位置处与上述重整器分离地配置，且与上述外壁部分离地配置。
2.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，
上述汽化器配置于上述壳体的下部。
3.根据权利要求2所述的燃料电池模块，其特征在于，
上述壳体的下部构成收纳上述汽化器的排气箱，
上述排气箱具备：流入部，排气从上述排气流路流入该流入部；排出部，将从上述流入部流入的排气排出到上述排气箱的外部；以及板部，其在上述流入部与上述排出部之间将排气的流路形成于该排气箱的内部。
4.根据权利要求3所述的燃料电池模块，其特征在于，
上述排气箱具有在铅垂方向上相对置的盖部和底部，
上述板部以该板部的两侧端部与上述盖部及上述底部分别连结的方式竖立设置于上述排气箱的内部，
上述汽化器配置于由上述板部形成的排气的流路内。
5.根据权利要求4所述的燃料电池模块，其特征在于，
在上述排气箱中，以夹持上述排出部相对置的方式配置有多个上述板部。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，
在上述汽化器与上述电池堆之间配置有隔热构件。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，
还具备对上述汽化器进行加热的加热部。
8.根据权利要求7所述的燃料电池模块，其特征在于，
还具备基于上述汽化器的温度来控制上述加热部的动作的控制部。
9.根据权利要求8所述的燃料电池模块，其特征在于，
上述控制部进行控制，使得在启动时在上述加热部动作之后上述汽化器的温度高于规定的阈值的情况下，向上述汽化器注入水。
10.根据权利要求8或9所述的燃料电池模块，其特征在于，
上述控制部对上述加热部进行控制，使得在上述汽化器的温度低于第一阈值的情况下上述加热部进行动作，在上述汽化器的温度高于比上述第一阈值高的第二阈值的情况下上述加热部停止。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107851823A (zh) * 2015-08-31 2018-03-27 京瓷株式会社 燃料电池模块以及燃料电池装置
CN107925102A (zh) * 2015-08-31 2018-04-17 京瓷株式会社 燃料电池模块以及燃料电池装置
CN114730894A (zh) * 2019-11-27 2022-07-08 株式会社电装 燃料电池模块

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016029362A (ja) * 2014-07-24 2016-03-03 セイコーエプソン株式会社 ガスセルおよび磁気測定装置
JP6361875B2 (ja) * 2014-08-28 2018-07-25 Toto株式会社 固体酸化物型燃料電池装置
JP6649126B2 (ja) * 2016-03-03 2020-02-19 株式会社東芝 燃料電池システム、及び燃料電池モジュール
JP6618047B2 (ja) * 2018-12-25 2019-12-11 Toto株式会社 固体酸化物形燃料電池装置
JP7186147B2 (ja) * 2019-08-08 2022-12-08 本田技研工業株式会社 燃料電池モジュール
JP6848101B2 (ja) * 2020-01-24 2021-03-24 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 固体酸化物形燃料電池装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01248479A (ja) * 1988-02-16 1989-10-04 Westinghouse Electric Corp <We> 電気化学電池発電装置およびその作動方法
JP2007005134A (ja) * 2005-06-23 2007-01-11 Mitsubishi Materials Corp 水蒸気発生器および燃料電池
JP2007220575A (ja) * 2006-02-20 2007-08-30 Mitsubishi Materials Corp 燃料電池発電装置及び制御プログラム並びに制御方法
JP2010080176A (ja) * 2008-09-25 2010-04-08 Casio Computer Co Ltd 反応装置及び反応装置の制御部
JP2010238446A (ja) * 2009-03-30 2010-10-21 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6821660B2 (en) * 1998-09-08 2004-11-23 Fideris, Inc. Gas humidification device for operation, testing, and evaluation of fuel cells
KR20010076243A (ko) * 2000-01-25 2001-08-11 요트 루나우 액체 연료용 연료 전지
JP5129452B2 (ja) * 2006-01-31 2013-01-30 京セラ株式会社 燃料電池発電システム
JP5294778B2 (ja) 2008-09-26 2013-09-18 京セラ株式会社 燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP5408609B2 (ja) * 2009-03-10 2014-02-05 京セラ株式会社 燃料電池
JP2011014495A (ja) * 2009-07-06 2011-01-20 Toyota Motor Corp 燃料電池モジュール

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01248479A (ja) * 1988-02-16 1989-10-04 Westinghouse Electric Corp <We> 電気化学電池発電装置およびその作動方法
JP2007005134A (ja) * 2005-06-23 2007-01-11 Mitsubishi Materials Corp 水蒸気発生器および燃料電池
JP2007220575A (ja) * 2006-02-20 2007-08-30 Mitsubishi Materials Corp 燃料電池発電装置及び制御プログラム並びに制御方法
JP2010080176A (ja) * 2008-09-25 2010-04-08 Casio Computer Co Ltd 反応装置及び反応装置の制御部
JP2010238446A (ja) * 2009-03-30 2010-10-21 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107851823A (zh) * 2015-08-31 2018-03-27 京瓷株式会社 燃料电池模块以及燃料电池装置
CN107925102A (zh) * 2015-08-31 2018-04-17 京瓷株式会社 燃料电池模块以及燃料电池装置
CN107925102B (zh) * 2015-08-31 2021-05-25 京瓷株式会社 燃料电池模块以及燃料电池装置
CN114730894A (zh) * 2019-11-27 2022-07-08 株式会社电装 燃料电池模块

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EP2696417A1 (en) 2014-02-12

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