JP2000149976A - Fuel cell module - Google Patents

Fuel cell module

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JP2000149976A
JP2000149976A JP10323433A JP32343398A JP2000149976A JP 2000149976 A JP2000149976 A JP 2000149976A JP 10323433 A JP10323433 A JP 10323433A JP 32343398 A JP32343398 A JP 32343398A JP 2000149976 A JP2000149976 A JP 2000149976A
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stack
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弘 吉田
Yoshimi Ezaki
義美 江崎
Masatoshi Hattori
雅俊 服部
Yoshinori Sakaki
嘉範 榊
Fusayuki Nanjo
房幸 南條
Koichi Takenobu
弘一 武信
Masanori Nishiura
雅則 西浦
Hitoshi Miyamoto
均 宮本
Mitsuo Ueda
三男 上田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell module capable of making a capacity of a fuel cell large, and having high performance, high durability and high reliability. SOLUTION: This module comprises an insulative module main body 12 with an inside partitioned into upper and lower chambers by a partitioning wall 12a arranged in a horizontal direction, a fuel cell stack 13 which is provided inside the lower chamber of the module main body 12, and where power generating films arranged with air electrodes and fuel electrodes in their both faces are plurally arranged in an upright condition, a fuel chamber 16 and an air chamber 17 arranged in a periphery of the fuel cell stack 13 to supply fuel 14 from a lower side (ground side) of the stack 13 and to supply air 15 from its left and right sides, a preheater 18 provided inside the upper chamber of the module main body 12 to heat the air 15 supplied to the air chamber 17 upto a power generating temperature (about 1000 deg.C) of the fuel cell, and a preheater 19 provided in a lower side of the module main body 12 to heat the fuel 14 supplied to the fuel chamber 16 upto the power generating temperature.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の大容量
化を図り、高性能・高耐久性並びに信頼性の高い燃料電
池モジュールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell module having a high capacity, a high performance, a high durability and a high reliability.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の固体電解質燃料電池(SOFC:
Solid Oxide Fuel Cells)の概略を図14を用いて説明
する。なお、図14においてはモジュール本体は省略し
た状態を示している。図14に示すように、従来の平板
型の固体電解質燃料電池は、両側に空気極と燃料極とを
配してなる発電膜01をインタコネクタ(図示せず)を
介して縦方向に複数積層してなる一体構造の燃料電池ス
タック02と、該燃料電池スタック02の各々の発電膜
に空気及び燃料を供給するガス供給マニホールド03
a,03b並びに排出ガス用の排出マニホールド04
a,04bと、上記燃料電池スタック02の上下端に設
けられ、電気を集電する集電棒05を具えた集電板06
とから構成してなる。上記構成の電池モジュール内部を
高温(800℃〜1000℃近傍)に保持し、発電膜の
空気極に空気を燃料極に燃料を各々供給することで発電
している。
2. Description of the Related Art A conventional solid electrolyte fuel cell (SOFC:
An outline of Solid Oxide Fuel Cells) will be described with reference to FIG. FIG. 14 shows a state where the module body is omitted. As shown in FIG. 14, in the conventional flat solid electrolyte fuel cell, a plurality of power generation membranes 01 each having an air electrode and a fuel electrode arranged on both sides are vertically stacked via an interconnector (not shown). And a gas supply manifold 03 for supplying air and fuel to each power generation membrane of the fuel cell stack 02.
a, 03b and exhaust manifold 04 for exhaust gas
a, 04b, and a current collector plate 06 provided at the upper and lower ends of the fuel cell stack 02 and provided with current collector rods 05 for collecting electricity.
It consists of: The inside of the battery module having the above configuration is maintained at a high temperature (around 800 ° C. to 1000 ° C.), and power is generated by supplying air to the air electrode of the power generation film and fuel to the fuel electrode.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
燃料電池モジュールでは、燃料電池スタックの大型化に
対応する場合、発電膜01の積層枚数を多段にした高積
層型のスタックとする必要がある。この際、例えば40
段の発電膜の積層枚数をその2.5倍以上の100段とす
る場合には、以下のような問題がある。 発電膜01の積層枚数が増大する結果、燃料電池の故
障確率が増大し、信頼性が低下する。 発電膜01の積層枚数が増大する結果、ガスの流量配
分が均一とならず、電池性能が低下すると共に、局部発
熱が増大し、ひいては発電膜の割れが生じる場合場合が
ある。 発電膜01の積層により積層下部側にスタックの自重
がかかり、下層側に位置する発電膜の割れの発生確率が
増大する。 多段の大型スタックではガス供給及び排出マニホール
ドの大型化が必須となり、シール部分の増大並びにシー
ル性能が低下するという問題がある。 更に、ガスマニホールドは一般にセラミックス製であ
るので、大型化には問題がある。
However, in the conventional fuel cell module, in order to cope with an increase in the size of the fuel cell stack, it is necessary to form a high-stack type stack in which the number of stacked power generation films 01 is increased. At this time, for example, 40
In the case where the number of stacked power generation films in the step is set to 100 times, which is 2.5 times or more, there are the following problems. As a result of the increase in the number of stacked power generation films 01, the failure probability of the fuel cell increases, and the reliability decreases. As a result of the increase in the number of stacked power generation films 01, the gas flow distribution may not be uniform, battery performance may be reduced, local heat generation may increase, and the power generation film may be cracked. Due to the stacking of the power generation films 01, the weight of the stack is applied to the lower part of the stack, and the probability of occurrence of cracks in the power generation films located on the lower layer side increases. In a multi-stage large stack, it is necessary to increase the size of the gas supply and discharge manifolds, and there is a problem that the seal portion increases and the sealing performance decreases. Further, since the gas manifold is generally made of ceramics, there is a problem in increasing the size.

【0004】本発明は、上記問題に鑑み、燃料電池の大
容量化を図った場合であっても、高性能・高耐久性並び
に信頼性の高い燃料電池モジュールを提供することを目
的とする。
[0004] In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell module having high performance, high durability and high reliability even when the capacity of the fuel cell is increased.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
[請求項1]の発明は、隔壁を配して内部を上下2室に
区分けしてなるモジュール本体と、上記モジュール本体
の下部室内に設けられ、両面に空気極と燃料極とを設け
た発電膜を起立した状態で複数列設してなる燃料電池ス
タックと、上記燃料電池スタックの周囲に配されてな
り、該燃料電池スタックに燃料及び空気を供給する燃料
室及び空気室と、上記モジュールの上部室内に設けら
れ、上記空気室へ供給する空気を加温する予熱器とを具
備してなることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a module main body having a partition wall, the inside of which is divided into two upper and lower chambers, and a lower main body of the module main body. A fuel cell stack in which a plurality of rows of power generation membranes each having an air electrode and a fuel electrode provided on both sides thereof are arranged in an upright state, and the fuel cell stack is disposed around the fuel cell stack. And a fuel chamber and an air chamber for supplying air, and a preheater provided in the upper chamber of the module for heating the air to be supplied to the air chamber.

【0006】[請求項2]の発明は、請求項1におい
て、上記燃料電池スタックの発電膜を所定枚数毎に分割
してサブスタックとし、該サブスタック同士を集電部材
で接続してなることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the power generation film of the fuel cell stack is divided into a predetermined number of sheets to form sub-stacks, and the sub-stacks are connected to each other by a current collecting member. It is characterized by.

【0007】[請求項3]の発明は、請求項1におい
て、上記燃料電池スタックの発電膜を所定枚数毎に分割
してサブスタックとし、該サブスタック毎にガス供給室
を各々設けてなることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the power generation film of the fuel cell stack is divided into a predetermined number of sheets to form sub-stacks, and a gas supply chamber is provided for each of the sub-stacks. It is characterized by.

【0008】[請求項4]の発明は、請求項2におい
て、上記サブスタックをセラミックス製のキャニスタ内
部に収納することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect, the sub-stack is housed in a ceramic canister.

【0009】[請求項5]の発明は、請求項4におい
て、上記キャニスタ内部にサブスタック同士を導電性の
弾性部材で押圧しつつ収納してなることを特徴とする
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the sub-stacks are housed in the canister while being pressed by a conductive elastic member.

【0010】[請求項6]の発明は、請求項1におい
て、上記サブスタック同士を接続する集電部材にリード
線を各々設けてなることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect, each of the current collecting members for connecting the sub-stacks is provided with a lead wire.

【0011】[請求項7]の発明は、請求項4におい
て、上記キャニスタ内部に収納したサブスタックに供給
するガス管をセラミックス継手を用いて接続してなるこ
とを特徴とする。
A seventh aspect of the present invention is characterized in that, in the fourth aspect, a gas pipe to be supplied to the substack housed in the canister is connected by using a ceramic joint.

【0012】[請求項8]の発明は、請求項4におい
て、上記各々のサブスタックにガスを供給するガス供給
室を共通にしてなることを特徴とする。
The invention of claim 8 is characterized in that, in claim 4, a gas supply chamber for supplying gas to each of the sub-stacks is shared.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明による燃料電池モジュール
の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実
施の形態に限定されるものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the fuel cell module according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these embodiments.

【0014】本発明の実施の形態を図1〜図5を用いて
説明する。図1は燃料電池モジュールの概略図であり、
図2は該モジュール内に配されるキャニスタの斜視図、
図3は図2の横方向断面図、図4はキャニスタに収容さ
れるスタック本体の斜視図、図5は図2の縦方向の一部
断面図である。図1に示すように、本実施の形態にかか
る燃料電池モジュールは、架台10に設けられた基部1
1上に設けられてなり、水平方向に配した隔壁12aに
よって内部を上下2室に区分けしてなる断熱性のモジュ
ール本体12と、上記モジュール本体12の下部室内に
設けられ、空気極と燃料極とをその両面に配した発電膜
を、起立した状態で複数列設してなる燃料電池スタック
13と、上記燃料電池スタック13の周囲に配されてな
り、該燃料電池スタック13に下方(地側)から燃料1
4及び左右方向から空気15を供給する燃料室16及び
空気室17と、上記モジュール本体12の上部室内に設
けられ、上記空気室17へ供給する空気15を燃料電池
の発電温度(800℃〜1000℃近傍)まで加温する
予熱器18と、上記モジュール本体12の下部側に設け
られ、上記燃料室16へ供給する燃料14を上記発電温
度まで加温する予熱器19とからなるものである。ここ
で、本実施の形態では、上記モジュール本体12により
区分けした上部室は外部から供給される空気15を予熱
する空気予熱室20とし、下部室は燃料電池スタック1
3を収納するスタック室21としている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell module,
FIG. 2 is a perspective view of a canister disposed in the module,
3 is a cross-sectional view in the horizontal direction of FIG. 2, FIG. 4 is a perspective view of the stack body accommodated in the canister, and FIG. 5 is a partial cross-sectional view in the vertical direction of FIG. As shown in FIG. 1, the fuel cell module according to this embodiment includes a base 1 provided on a gantry 10.
1, a heat-insulating module body 12 having an interior divided into two upper and lower chambers by a partition wall 12a disposed in a horizontal direction, and an air electrode and a fuel electrode provided in a lower chamber of the module body 12. And a fuel cell stack 13 in which a plurality of power generation membranes are arranged on both sides thereof in an upright state, and are arranged around the fuel cell stack 13. ) From fuel 1
4 and a fuel chamber 16 and an air chamber 17 for supplying air 15 from the left and right directions, and an upper chamber of the module main body 12. The air 15 to be supplied to the air chamber 17 is supplied to the power generation temperature (800 ° C. to 1000 And a preheater 19 provided at the lower side of the module main body 12 for heating the fuel 14 supplied to the fuel chamber 16 to the power generation temperature. Here, in the present embodiment, the upper chamber divided by the module main body 12 is an air preheating chamber 20 for preheating the air 15 supplied from the outside, and the lower chamber is the fuel cell stack 1.
3 is a stack chamber 21 for housing the stack 3.

【0015】また、本実施の形態では、モジュール本体
12の空気予熱室20には別途導入されるバーナー用燃
料22により燃焼され、モジュール内部を効率よく昇温
する昇温バーナー23が設けられており、始動開始時等
においてモジュール本体12の内部を発電温度まで昇温
させる。
In the present embodiment, the air preheating chamber 20 of the module main body 12 is provided with a temperature increasing burner 23 which is burned by a separately supplied burner fuel 22 and efficiently raises the temperature inside the module. At the start of the start, the inside of the module main body 12 is heated to the power generation temperature.

【0016】上記スタック室21の内部には、図2に示
すような燃料電池スタック13を収容する耐熱性の高い
セラミックス製の箱型のキャニスタ24が配されてい
る。また、図3に示すように、上記キャニスタ24の底
部24a側には溝部25が形成されており、上記燃料電
池スタック13を構成する発電膜の燃料極側に下方(地
側)から燃料14を供給する燃料室16が形成されてい
る。該燃料室16には、上記予熱器19により予熱され
た燃料14が供給されており、該予熱燃料14が発電膜
に供給され、電池反応を行った後の燃料排ガス26はス
タック13の上方から排出される。
Inside the stack chamber 21, a box canister 24 made of ceramics having high heat resistance and containing the fuel cell stack 13 as shown in FIG. 2 is arranged. As shown in FIG. 3, a groove 25 is formed on the bottom 24a side of the canister 24, and the fuel 14 is supplied from below (ground side) to the fuel electrode side of the power generation film constituting the fuel cell stack 13. A supply fuel chamber 16 is formed. Fuel 14 preheated by the preheater 19 is supplied to the fuel chamber 16, the preheated fuel 14 is supplied to the power generation membrane, and the fuel exhaust gas 26 after the cell reaction is performed from above the stack 13. Is discharged.

【0017】なお、排出された燃料排ガス26は高温で
あるので、モジュール本体12の内部を自己加熱する役
割を果たすと共に、スタック室21及び空気予熱室20
の内部を還元雰囲気下としている。
Since the discharged fuel exhaust gas 26 has a high temperature, it plays a role of self-heating the interior of the module main body 12 and also has a function of the stack chamber 21 and the air preheating chamber 20.
Is set in a reducing atmosphere.

【0018】ここで、本実施の形態では、上記予熱器1
9は基部11の内部に設けた燃料排ガス26を利用した
燃料用熱交換器19aと、外部から空気を導入して燃料
の部分燃焼により予熱する燃焼式予熱器19bとから構
成されており、燃料供給源からの燃料及び再利用する燃
料14を燃料電池の発電温度まで効率よく予熱してい
る。
Here, in the present embodiment, the preheater 1
Reference numeral 9 denotes a fuel heat exchanger 19a using a fuel exhaust gas 26 provided inside the base 11, and a combustion type preheater 19b for introducing air from outside and preheating by partial combustion of the fuel. The fuel from the supply source and the recycled fuel 14 are efficiently preheated to the power generation temperature of the fuel cell.

【0019】なお、本実施の形態では、モジュール本体
外部には凝縮器27が設けられており、回収された排気
燃料ガス26中の水蒸気を除去し、再度供給する際にお
ける燃料14中の水蒸気含有量を低減させ、電池反応効
率の向上を図るようにしている。
In this embodiment, a condenser 27 is provided outside the module main body to remove the water vapor in the recovered exhaust fuel gas 26 and to supply the water vapor contained in the fuel 14 when supplying again. The amount is reduced to improve the battery reaction efficiency.

【0020】また、本実施の形態においては、キャニス
タ24に収容されるスタック13の両側に設けた空気室
17には、図3に示すように、上記高温に予熱された空
気15が空気導入管28を介して内部に供給されると共
に、電池反応後の空気排ガス29を空気排出管30を介
して空気用予熱室20側へ送り、その後外部の空気供給
源より導入される空気と熱交換した後、排ガス31とし
て外部に排出される。ここで、本実施の形態では、外部
から供給される空気を予熱する上記予熱器18は、空気
排ガス29を利用した空気用熱交換器18aと、外部か
ら別途燃料を導入して部分燃焼により予熱する燃焼式予
熱器18bとから構成されており、燃料電池の発電温度
まで効率よく空気を予熱している。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the air 15 preheated to a high temperature is provided in the air chambers 17 provided on both sides of the stack 13 accommodated in the canister 24. The air exhaust gas 29 after the battery reaction is sent to the air preheating chamber 20 via the air exhaust pipe 30 and then heat-exchanged with air introduced from an external air supply source. Thereafter, the gas is discharged to the outside as exhaust gas 31. Here, in the present embodiment, the preheater 18 for preheating the air supplied from the outside is provided with a heat exchanger for air 18a using the air exhaust gas 29 and a preheat by partial combustion by separately introducing fuel from the outside. And a combustion type preheater 18b that preheats air efficiently to the power generation temperature of the fuel cell.

【0021】また、上記セラミックス製のキャニスタ2
4の側壁24b,24cは、図1に示すように、上記モ
ジュール本体12内部を二分割する隔壁12aを支える
リブの役割も果たしている。
Also, the ceramic canister 2
As shown in FIG. 1, the side walls 24b and 24c of the 4 also serve as ribs for supporting the partition wall 12a that divides the inside of the module main body 12 into two parts.

【0022】本発明では、上記スタック室21の内部に
配設される上記燃料電池スタック13は、特に限定され
るものではなく、従来のように多段に積層した発電膜を
起立した状態とし、これを複数列設して横置状態のスタ
ックとしたものを使用するようにしてもよい。
In the present invention, the fuel cell stack 13 disposed inside the stack chamber 21 is not particularly limited. May be arranged in a plurality of rows to form a stack in a horizontal state.

【0023】また、本発明ではより好ましくは、本実施
の形態の図4に示すように、上記燃料電池スタック13
が、発電膜を起立した状態でインタコネクタを交互に介
して少量(例えば5段)列設してなるサブスタック32
を構成し、該サブスタック32同士を接続する集電部材
(図示せず)を用いて、複数列(例えば10列:32-1`3
2-10)交互に連結してなる貨車状横置スタック34とし
たものを用いることができる。この貨車状横置スタック
34とした場合には、各々のサブスタック32に空気を
供給する空気供給マニホールド35a及び空気排出マニ
ホールド35bをサブスタック単位で各々形成すること
ができるので、複数列を多段に設ける場合と比べて、例
えば空気室等のようなマニホールド等の部材を大型化す
る必要がなくなる。 また、貨車状横置スタック34の
両端部に位置するサブスタック32−1,32−10に
は、集電棒36を具えた集電板37が各々設けられてお
り、これらにより集電している。なお、本実施の形態で
は、下部側に設けた燃料室16は長手方向に設けた溝2
5によりガス供給室を共通にして部材の共用化並びに構
成部品の低減化を図っているが、本発明はこれに限定さ
れることはなく、個々のサブスタックに燃料ガスを供給
するようにしてもよい。
In the present invention, more preferably, as shown in FIG.
However, a sub-stack 32 in which a small number (for example, 5 stages) of rows are arranged alternately with interconnectors in a state where the power generation film is standing up
And a plurality of rows (for example, 10 rows: 32-1`3) are formed by using current collecting members (not shown) for connecting the sub-stacks 32 to each other.
2-10) A wagon-shaped horizontal stack 34 alternately connected can be used. In the case of the wagon-shaped horizontal stack 34, the air supply manifold 35a and the air discharge manifold 35b for supplying air to each sub-stack 32 can be formed in each sub-stack, so that a plurality of rows are multi-tiered. In comparison with the case where the air conditioner is provided, it is not necessary to increase the size of a member such as a manifold such as an air chamber. In addition, current collecting plates 37 having current collecting rods 36 are provided in the sub-stacks 32-1 and 32-10 located at both ends of the wagon-shaped horizontal stack 34, respectively, and current is collected by these. . In this embodiment, the fuel chamber 16 provided on the lower side is provided with the groove 2 provided in the longitudinal direction.
5, the common gas supply chamber is used to share the members and reduce the number of components, but the present invention is not limited to this, and the fuel gas is supplied to each sub-stack. Is also good.

【0024】このように、サブスタック32を一単位と
して貨車状に複数連結することにより、多段で直列にし
たものよりも、故障確率を低くすることができ、流配の
アンバランスを低く抑えることができる。なお、本実施
の形態では連結の数は10段であるが、本発明では何等
限定されるものではなく、容易に多段化が可能となる。
つまり、適宜必要に応じて高信頼性が確保できる迄の連
結段数にすることができ、燃料電池モジュールの大型化
を図ることができる。また、多段化した場合であって
も、各々の集電部材に設けたリード線50により適宜所
望量の電力を供給することも可能となる。また、ガスマ
ニホールドを従来の大型化のようなものを作製する必要
がなくなり、発電膜5段分のガスマニホールドを製作す
ればよく、作製効率及び作製費用の低減並びにシール性
能の低下を回避することができる。また、横置スタック
とすることにより、従来技術のように発電膜を多段に積
層したスタックのような自重による制約を受けず、大容
量化が図れる。なお、本実施の形態ではサブスタック3
2を5枚の発電膜を一単位としたが本発明はこれに限定
されるものではなく、必要に応じて枚数を増大すること
ができる。また連結するサブスタックの数も限定するも
のではなく、必要に応じて適宜増大することができる。
As described above, by connecting a plurality of sub-stacks 32 as a unit in a wagon shape, it is possible to lower the failure probability and to reduce the imbalance in distribution as compared with a multi-stage series. Can be. In this embodiment, the number of connections is ten. However, the present invention is not limited to this, and the number of connections can be easily increased.
In other words, the number of connection stages can be increased as needed until high reliability can be secured, and the size of the fuel cell module can be increased. Further, even in the case of multi-stage, it is possible to appropriately supply a desired amount of power through the lead wires 50 provided on each current collecting member. Further, it is not necessary to manufacture a gas manifold having a conventional size, and it is sufficient to manufacture a gas manifold for five stages of the power generation film, thereby reducing the manufacturing efficiency and the manufacturing cost and avoiding a decrease in the sealing performance. Can be. In addition, by adopting the horizontal stack, the capacity can be increased without being restricted by its own weight as in a stack in which power generation films are stacked in multiple stages as in the prior art. In this embodiment, the sub stack 3
Although 2 is a unit of five power generation membranes, the present invention is not limited to this, and the number can be increased as needed. Also, the number of sub-stacks to be connected is not limited, and can be increased as needed.

【0025】次に、貨車状横置スタック34をキャニス
タ24の内部に収容する場合について説明する。図5に
示すように、上記キャニスタ24の内部に収容される貨
車状横置スタック34の各サブスタック32は、起立し
た状態でインタコネクタ40を介して5列列設してなる
発電膜41がセラミックス製の枠体であるマニホールド
42a,42bにより上下方向で一体に挾持されてお
り、下部マニホールド42bはキャニスタ底部24a側
にジルコニアペースト43等のシール材によりシールさ
れて固定されている。
Next, a case where the wagon-shaped horizontal stack 34 is housed inside the canister 24 will be described. As shown in FIG. 5, each of the sub-stacks 32 of the wagon-shaped horizontal stack 34 housed inside the canister 24 has a power generation film 41 which is arranged in five rows via an interconnector 40 in an upright state. The manifolds 42a and 42b, which are ceramic frames, are integrally held in the vertical direction, and the lower manifold 42b is fixed to the canister bottom 24a side by sealing with a seal material such as zirconia paste 43 or the like.

【0026】また、上記サブスタック32の両端部のイ
ンタコネクタ40には、Niメッシュ44及びニッケル
ペースト45を用いて中間集電板46と接合している。
上記中間集電板46同士は、図5及び図6に示すよう
に、例えばセラミックスバネ47等の弾力性を有する弾
性部材で両者を接続すると共に、例えばニッケルの素線
を編み込んだ集電帯48で結線している。これにより、
貨車状スタック34をキャニスタ24内に規制しつつ収
納した場合、電池の運転温度(約1000℃)におい
て、キャニスタ24内の熱伸びにより各単位スタック間
の距離が増大した場合でも、セラミックスバネ47の弾
性力により、集電部品を抑えつける力を常にかけること
ができる。また、キャニスタ24の両端壁24d部の内
側には、上記セラミックスバネ47を収容する溝49が
形成されており、集電板37に所定の押圧をかけてい
る。これにより、キャニスタ24内では、伸縮自在のセ
ラミックスバネ47によりサブスタック32に所定の押
圧力をかけつつ収容されていることとなる。
The interconnectors 40 at both ends of the sub-stack 32 are joined to an intermediate current collector 46 using a Ni mesh 44 and a nickel paste 45.
As shown in FIGS. 5 and 6, the intermediate collector plates 46 are connected to each other by an elastic member having elasticity such as a ceramic spring 47, and a collector band 48 in which a nickel element wire is woven. Are connected. This allows
When the wagon-shaped stack 34 is accommodated in the canister 24 while being regulated, even if the distance between the unit stacks is increased due to the thermal expansion in the canister 24 at the battery operating temperature (about 1000 ° C.), the ceramic spring 47 Due to the elastic force, a force for suppressing the current collecting component can always be applied. A groove 49 for accommodating the ceramic spring 47 is formed inside both end walls 24d of the canister 24, and a predetermined pressure is applied to the current collector 37. As a result, in the canister 24, the sub-stack 32 is accommodated in the canister 24 while applying a predetermined pressing force by the elastic ceramic spring 47.

【0027】また、図7に示すように、サブスタック3
2の並び方に偏りが生じた場合でも、セラミックスバネ
47等の弾性部材により、サブスタック32と中間集電
板46とを密着させることができる。この結果、サブス
タック32,32をセラミックスバネ47を介して集電
部材で接続し、キャニスタ24内に納めた構造とするこ
とにより、熱膨張の伸びを吸収し、なおかつ一定荷重に
てサブスタック同士を接続することが可能となる。な
お、弾性部材はセラミックスバネ47に限定されるもの
ではなく、例えば伸縮自在のニッケルファイバ等を例示
することができる。
Further, as shown in FIG.
Even if there is a bias in the arrangement of the two, the sub-stack 32 and the intermediate current collector 46 can be brought into close contact with each other by the elastic member such as the ceramic spring 47. As a result, the sub-stacks 32, 32 are connected by a current collecting member via the ceramic spring 47 and are housed in the canister 24, so that the expansion of thermal expansion is absorbed and the sub-stacks are connected to each other with a constant load. Can be connected. The elastic member is not limited to the ceramic spring 47, but may be, for example, a stretchable nickel fiber.

【0028】なお、端部集電板を所定圧で押圧する方法
として、外部から所定の押圧をかけることでキャニスタ
内部に整列させるようにしてもよい。
As a method of pressing the end current collector plate with a predetermined pressure, a predetermined pressure may be applied from the outside to align the inside of the canister.

【0029】また、図5に示すように、中間集電板46
には電流バイパス用のリード線50が設けられている。
このリード線50は例えばニッケル素線を編み込んだも
のや棒状のものを用いることができる。なお、スタック
室21内は排出された燃料排ガス26により還元雰囲気
下であるので、酸化されるおそれはない。このリード線
50は、図2に示すように、キャニスタ24の外部へ引
き出されている。そして、これらのリード線50を用い
て、サブスタックの電位を常時測定することにより、仮
にサブスタックの一単位が故障した場合でも、直ちにバ
イパス回路を形成することにより、故障したサブスタッ
クを解列でき、運転の信頼性の向上を図ることができ
る。
Further, as shown in FIG.
Is provided with a lead wire 50 for current bypass.
The lead wire 50 may be, for example, a braided nickel wire or a rod-shaped wire. Since the stack chamber 21 is in a reducing atmosphere due to the discharged fuel exhaust gas 26, there is no possibility of oxidation. This lead wire 50 is drawn out of the canister 24 as shown in FIG. Then, by always measuring the potential of the sub-stack using these lead wires 50, even if one unit of the sub-stack fails, the failed sub-stack is disconnected by immediately forming a bypass circuit. It is possible to improve the reliability of operation.

【0030】このバイパス回路を形成する場合には、サ
ブスタックの破壊を防止するためには、先ずバイパスす
る部分のサブスタックの箇所を検出し、バイパス回路を
形成すると共に、直ちに当該サブスタックへの空気の供
給を遮断する。この結果、当該サブスタックの抵抗値が
上がり、所定の抵抗値になった時点でバイパス回路へ切
替える。これにより、サブスタックの自己破壊が防止さ
れ、キャニスタ24内で所定の押圧力でささえているス
タック本体に影響を与えないこととなる。
When this bypass circuit is formed, in order to prevent the sub-stack from being destroyed, first, the location of the sub-stack to be bypassed is detected, the bypass circuit is formed, and the sub-stack is immediately connected to the sub-stack. Shut off air supply. As a result, when the resistance value of the sub-stack increases and reaches a predetermined resistance value, the sub-stack is switched to the bypass circuit. This prevents self-destruction of the sub-stack, and does not affect the stack body that is held at a predetermined pressing force in the canister 24.

【0031】本発明の燃料電池モジュールに使用する発
電膜は、空気供給溝や燃料供給溝を形成してなるもの
や、発電膜に凹凸を形成した構造(ディンプル)とした
もの等の公知の平板型発電膜を使用することができ、何
等限定されるものではない。
The power generation film used in the fuel cell module of the present invention may be a known flat plate such as one formed with an air supply groove or a fuel supply groove, or one having a structure (dimple) with irregularities formed on the power generation film. A type power generation membrane can be used and is not limited at all.

【0032】図8は本実施の形態にかかる発電膜の一例
を示しており、複数枚列設したサブスタック32の断面
図であり、(A)は図9のA−A線断面図であり、
(B)は図9のB−B線断面図である。図8に示すよう
に、発電膜40として、略全面に凸部ディンプル部40
aと凹部ディンプル部40bとを複数形成させた固体電
解質の成形体を用い、固体電解質の片面に空気極及び他
の片面に燃料極を形成したものを使用した。図8(A)
は空気供給口を燃料供給側の1/2長さの下半分だけ開
放しており、該開口部から空気を供給している。ただ
し、本発明では開口部は1/2に限定されるものではな
く、適宜最適な長さとすればよい。一方、図8(B)は
下部(地側)に設けた燃料室16から供給された燃料1
4の全量を導入すると共に、反応後には、上方(天側)
から排気燃料26を排出している。
FIG. 8 shows an example of the power generation film according to the present embodiment, and is a cross-sectional view of a plurality of sub-stacks 32 arranged in a row, and FIG. 8A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. ,
FIG. 10B is a sectional view taken along line BB of FIG. 9. As shown in FIG. 8, as the power generation film 40, the convex dimple portions 40
a and a solid electrolyte formed with a plurality of concave dimple portions 40b were used, and an air electrode was formed on one side of the solid electrolyte and a fuel electrode was formed on the other side. FIG. 8 (A)
The air supply port is opened only in the lower half of the half length of the fuel supply side, and air is supplied from the opening. However, in the present invention, the opening is not limited to 2, and may have an optimal length as appropriate. On the other hand, FIG. 8B shows the fuel 1 supplied from the fuel chamber 16 provided on the lower side (ground side).
After the reaction, the entire amount of
Exhaust fuel 26 is discharged from the

【0033】図9は空気極側の空気の流れを示してお
り、図9(A)は図4の第2,4,6,8,10番目の
サブスタックの空気流れを示し、図9(B)は図4の第
1,3,5,7,9番目のサブスタックの空気流れを示
している。なお、図9においてはディンプル形状を省略
している。図9(A)に示す場合では、図中右下に設け
た空気導入口71から空気15が内部に導入されると共
に、図中左上に設けた空気排出口72から空気排ガス2
9が排出されている。一方図9(B)に示す場合では、
図中左下に設けた空気導入口73から空気15が内部に
導入されると共に、図中右上に設けた空気排出口74か
ら空気排ガス29が排出されている。本実施の形態で
は、サブスタック毎に空気の流れを逆向きとしているの
で、スタック本体では全体として温度分布が均一化さ
れ、電池反応が活発化される。
FIG. 9 shows the air flow on the air electrode side, and FIG. 9A shows the air flow of the second, fourth, sixth, eighth and tenth sub-stacks in FIG. (B) shows the air flow of the first, third, fifth, seventh and ninth sub-stacks in FIG. In FIG. 9, the dimple shape is omitted. In the case shown in FIG. 9A, air 15 is introduced into the inside from an air inlet 71 provided at the lower right in the figure, and the air exhaust gas 2 is supplied from an air outlet 72 provided at the upper left in the figure.
9 have been discharged. On the other hand, in the case shown in FIG.
The air 15 is introduced into the inside from an air inlet 73 provided at the lower left in the figure, and the air exhaust gas 29 is discharged from an air outlet 74 provided at the upper right in the figure. In the present embodiment, since the air flow is reversed for each sub-stack, the temperature distribution is made uniform throughout the stack body, and the battery reaction is activated.

【0034】なお、本実施の形態ではサブスタック毎に
空気の供給の向きを逆としているが、本発明はこれに限
定されず、サブスタック単位においても、各空気極へ交
互に空気を供給するようにしてもよい。
In this embodiment, the direction of air supply is reversed for each sub-stack. However, the present invention is not limited to this, and air is supplied alternately to each air electrode even in sub-stack units. You may do so.

【0035】次に、本発明の燃料電池モジュールの空気
供給用の配管の接続方法について説明する。本発明では
スタック本体をキャニスタ内部に収納しており、該スタ
ック本体には空気室が設けられている。該空気室には空
気予熱室20からの空気が供給されるが、空気予熱室2
0の配管は金属であり、一方のスタック室21のキャニ
スタ24側の配管はセラミックス製であるので、異種材
料の接続となる。従来においては、異種配管同士を焼嵌
めにより接続していたが、温度変化があった場合には、
キャニスタ24側の空気配管に直接影響があり、問題で
あった。また、キャニスタ24はセラミックス製である
ので、キャニスタ側の空気配管に傾きがある場合に、芯
合せが困難であった。
Next, a method of connecting the air supply pipe of the fuel cell module of the present invention will be described. In the present invention, the stack body is housed inside the canister, and the stack body is provided with an air chamber. Air from the air preheating chamber 20 is supplied to the air chamber.
The pipe No. 0 is made of metal, and the pipe on the canister 24 side of one of the stack chambers 21 is made of ceramics, so that different materials are connected. In the past, different types of pipes were connected by shrink fitting, but if there was a temperature change,
There was a direct effect on the air pipe on the canister 24 side, which was a problem. Also, since the canister 24 is made of ceramics, it is difficult to align the canister when the air pipe on the canister side is inclined.

【0036】そこで、本発明では、セラミックス継手を
組み合わせることで、異種材料の配管を良好に接続して
いる。図10に本実施の形態にかかるセラミックス継手
を用いた異種材料の配管構造の概略を示す。
Therefore, in the present invention, the pipes of different materials are connected well by combining the ceramic joints. FIG. 10 schematically illustrates a piping structure of a different material using the ceramic joint according to the present embodiment.

【0037】図10に示すように、金属配管81とセラ
ミックス配管82との接続は、セラミックス配管82の
外径よりやや大きな内径を有する第1のセラミックス継
手83と、該セラミックス継手83の開口部に形成され
た内溝83aに嵌合する第2のセラミックス継手84
と、第2のセラミックス継手84の内筒側に嵌合すると
共に金属配管81の外径と略同一の内径を有する第3の
セラミックス継手85とから構成してなり、セラミック
ス配管82と第1の継手83、第1の継手83と第2の
継手84、第2の継手84と第3の継手85とは所定の
接合箇所を各々ジルコニアペースト86で接合してな
り、第3の継手85内に金属配管81を挿入し、熱膨張
率を利用して焼きばめにより両者を継ぐようにしてい
る。
As shown in FIG. 10, the connection between the metal pipe 81 and the ceramic pipe 82 is made by connecting a first ceramic joint 83 having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the ceramic pipe 82 to an opening of the ceramic joint 83. Second ceramic joint 84 fitted into formed inner groove 83a
And a third ceramic joint 85 fitted to the inner cylinder side of the second ceramic joint 84 and having an inner diameter substantially the same as the outer diameter of the metal pipe 81. The joint 83, the first joint 83 and the second joint 84, and the second joint 84 and the third joint 85 are respectively joined at predetermined joint portions with a zirconia paste 86. The metal pipe 81 is inserted, and both are connected by shrink fitting using the coefficient of thermal expansion.

【0038】継手の材質はセラミックス製であれば特に
限定されるものではないが、例えばジルコニアを例示す
ることができる。
The material of the joint is not particularly limited as long as it is made of ceramics. For example, zirconia can be exemplified.

【0039】なお、この継手の接続方法は、燃料電池の
配管のみに限定して適用されるものではなく、その他金
属と当該金属以外の異種材料を継ぐ場合に適用すること
ができる。
This connection method of the joint is not limited to the piping of the fuel cell, but can be applied to a case where another metal and a different material other than the metal are connected.

【0040】この結果、金属配管81とセラミックス配
管82とが直接接続されていないので、高温時における
配管の熱伸びによる荷重がスタックにかかることがなく
なる。また、セラミックス配管82が傾いた場合であっ
ても、接続が可能となり、セラミックス配管やキャニス
タ等の製造精度の許容係数を大きくすることができる。
また、セラミックス継手の接続ペースト86部分近傍を
切断するだけで容易に切り離しすることができ、据え付
け並びに取り外しが容易となる。さらに、セラミックス
継手83,84,85の熱膨張率を等しくすることで、
高温時における継手同士の熱応力の発生を防止すること
ができる。
As a result, since the metal pipe 81 and the ceramic pipe 82 are not directly connected, a load due to thermal expansion of the pipe at a high temperature is not applied to the stack. Further, even when the ceramic pipe 82 is inclined, connection is possible, and the allowable coefficient of the manufacturing accuracy of the ceramic pipe, the canister, and the like can be increased.
In addition, the ceramic joint can be easily separated only by cutting the vicinity of the connection paste 86 portion, thereby facilitating installation and removal. Further, by making the thermal expansion coefficients of the ceramic joints 83, 84, 85 equal,
Generation of thermal stress between the joints at a high temperature can be prevented.

【0041】次に、燃料電池は高温で作動するので、本
発明の燃料電池モジュールの熱伸びによる配管の吸収構
造について説明する。図11に金属配管の熱伸び吸収機
構の概略を示す。図11に示すように、例えば燃料室に
供給する燃料14は燃料供給配管91により供給されて
いるが、上述した図5に示すように、サブスタック32
の位置はキャニスタ24内の所定箇所に固定されてい
る。よってサブスタック32の燃料マニホールド42b
が固定されているので、燃料を溜めておくヘッダ90と
の連結部分の上記燃料供給配管91や上記燃料供給配管
91から分枝される配管92の所定箇所に金属ベローズ
93を配して、熱伸びを吸収している。
Next, since the fuel cell operates at a high temperature, a description will be given of a structure for absorbing a pipe by thermal expansion of the fuel cell module of the present invention. FIG. 11 schematically shows a thermal expansion absorbing mechanism of a metal pipe. As shown in FIG. 11, for example, the fuel 14 to be supplied to the fuel chamber is supplied through a fuel supply pipe 91. However, as shown in FIG.
Is fixed to a predetermined position in the canister 24. Therefore, the fuel manifold 42b of the sub stack 32
Is fixed, a metal bellows 93 is disposed at a predetermined portion of the fuel supply pipe 91 or a pipe 92 branched from the fuel supply pipe 91 at a connection portion with the header 90 for storing fuel, and heat is applied. Absorbs growth.

【0042】本発明の燃料電池モジュールでは、サブス
タックを連結するようにしたので、上述した以外に、以
下のような作用・効果を奏する。図12はサブスタック
を一体に構成するための枠体の概略図である。本実施の
形態のように発電膜100 を起立状態として所定の枚数毎
にサブスタック101 とし、このサブスタック101 を集電
部材102 を介して接続して連結スタック103 とすること
で、図12(A)に示すように、供給する供給ガスのガ
スマニホールド104 を小型化することができる。この結
果、単に発電膜100 を多段に設けたスタック110 とした
図13(B)に示す場合のように、多段のスタック用の
大型マニホールド111 のように大型化する必要がなくな
る。また、サブスタック毎にマニホールド104 でシール
されるので、発電膜の端部が不揃いであっても、小型の
マニホールド104 との隙間が小さくなり、シール性能が
向上する。これに対して、大型マニホールド111 で多数
の発電膜を一度にシールする場合には、発電膜100 の端
部の不揃いな場合、すき間112 が大きくなり、この結果
シール性が低下し、信頼性が低下する。
In the fuel cell module of the present invention, since the sub-stacks are connected, the following operations and effects can be obtained in addition to the above. FIG. 12 is a schematic view of a frame for integrally forming the sub-stack. By forming the power generation film 100 in an upright state and forming a sub-stack 101 for each predetermined number as in this embodiment, and connecting the sub-stacks 101 via a current collecting member 102 to form a connection stack 103, FIG. As shown in A), the size of the gas manifold 104 for supplying supply gas can be reduced. As a result, there is no need to increase the size of the large-sized manifold 111 for a multi-stage stack as in the case shown in FIG. 13B in which the stack 110 in which the power generation films 100 are simply provided in multiple stages. Further, since the substacks are sealed by the manifold 104, even if the end portions of the power generation film are not uniform, the gap between the manifold and the small-sized manifold 104 is reduced, and the sealing performance is improved. On the other hand, when a large number of power generation films are sealed at one time by the large manifold 111, the gap 112 becomes large when the ends of the power generation film 100 are not uniform, resulting in a decrease in sealing performance and reliability. descend.

【0043】図13はサブスタックとする場合とサブス
タックとしない場合における供給ガスの流量の関係を示
す。図13(A)に示すように、本発明のよう発電膜10
0 を起立状態として所定の枚数毎にサブスタック101 と
し、このサブスタック101 を集電部材102 を介して接続
して貨車状連結スタック103 とすることで、一部に供給
ガス105 の流量が増加する場合には、当該増加した箇所
のガス供給流量を調整することで、電池性能を平坦化さ
せることができる。これに対し、図14(B)に示すよ
うに、大型マニホールドを用いてスタック110 に供給ガ
ス105 を一度に導入する場合には、圧損の高い部分があ
ると、電池性能が低下する。よって、本発明のようにサ
ブスタックとすることで流配アンバランスを制御するこ
とができる。
FIG. 13 shows the relationship between the supply gas flow rates when the sub-stack is used and when the sub-stack is not used. As shown in FIG. 13A, the power generation film 10 according to the present invention is used.
By setting 0 to the standing state, the sub-stack 101 is formed for each predetermined number of sheets, and this sub-stack 101 is connected via a current collecting member 102 to form a wagon-shaped connection stack 103, so that the flow rate of the supply gas 105 is partially increased. In this case, the battery performance can be made flat by adjusting the gas supply flow rate at the increased location. On the other hand, as shown in FIG. 14B, when the supply gas 105 is introduced into the stack 110 at once using a large-sized manifold, if there is a portion having a high pressure loss, the battery performance is reduced. Therefore, the distribution imbalance can be controlled by using a sub-stack as in the present invention.

【0044】このように、サブスタックを一単位とする
ことにより、従来の積層型の固体電解質燃料電池では得
られないような作用・効果を奏すると共に、サブスタッ
ク化とすることで、輸送,発電装置内における組み込み
が簡易となる。さらに、大容量化の場合にはキャニスタ
のブロック毎に取扱うこともできる。
As described above, the use of the sub-stack as one unit provides functions and effects that cannot be obtained by the conventional solid electrolyte fuel cell of the stack type. Incorporation into the device is simplified. Further, in the case of a large capacity, it is possible to handle each block of the canister.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上述べたように、[請求項1]の発明
によれば、隔壁を配して内部を上下2室に区分けしてな
るモジュール本体と、上記モジュール本体の下部室内に
設けられ、両面に空気極と燃料極とを設けた発電膜を起
立した状態で複数列設してなる燃料電池スタックと、上
記燃料電池スタックの周囲に配されてなり、該燃料電池
スタックに燃料及び空気を供給する燃料室及び空気室
と、上記モジュールの上部室内に設けられ、上記空気室
へ供給する空気を加温する予熱器とを具備してなるの
で、発電膜の積層枚数が増大してもガスの流量配分が均
一となり、電池性能が良好に維持できる。また、従来の
ような発電膜の積層により積層下部側にスタックの自重
がかかることがなく、発電膜の割れの発生確率が皆無と
なる。この結果、発電膜を増大しても燃料電池の故障な
く良好に発電を維持でき、発電の信頼性が向上する。
As described above, according to the first aspect of the present invention, there is provided a module main body in which a partition is disposed and the inside of the module main body is divided into upper and lower chambers, and the module main body is provided in a lower chamber of the module main body. A fuel cell stack in which a plurality of rows of power generating membranes each having an air electrode and a fuel electrode provided on both sides thereof are arranged in an upright state, and the fuel cell stack is disposed around the fuel cell stack. And a preheater provided in the upper chamber of the module and heating the air supplied to the air chamber, so that the number of stacked power generation films increases. The gas flow distribution becomes uniform, and the battery performance can be favorably maintained. Further, the stacking of the power generation films as in the related art does not apply the weight of the stack to the lower portion of the stack, and the probability of occurrence of cracks in the power generation films is eliminated. As a result, even if the number of power generation membranes is increased, power generation can be favorably maintained without failure of the fuel cell, and the reliability of power generation is improved.

【0046】[請求項2]の発明によれば、請求項1に
おいて、上記燃料電池スタックの発電膜を所定枚数毎に
分割してサブスタックとし、該サブスタック同士を集電
部材で接続してなるので、例えばマニホールド等の部材
を小型化することができ、燃料電池の大型化に対応した
場合でも、製造費用の増大がなく、しかもシール部分も
少ないので、シール性能が低下するという問題もなくな
る。さらに、取り扱いが容易であるので、輸送,発電装
置内における組み込みが簡易となる。また、段数を無限
に増大することが容易となり、燃料電池の大型化に対応
することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the power generation film of the fuel cell stack is divided into a predetermined number of sheets to form a sub-stack, and the sub-stacks are connected to each other by a current collecting member. Therefore, for example, it is possible to reduce the size of members such as a manifold, and even if the fuel cell is increased in size, there is no increase in manufacturing cost and the number of sealing portions is small, so that there is no problem that sealing performance is reduced. . Furthermore, since the handling is easy, the transportation and the incorporation in the power generation device are simplified. Further, it is easy to increase the number of stages indefinitely, and it is possible to cope with an increase in the size of the fuel cell.

【0047】[請求項3]の発明によれば、請求項1に
おいて、上記燃料電池スタックの発電膜を所定枚数毎に
分割してサブスタックとし、該サブスタック毎にガス供
給室を各々設けてなるので、供給状態を監視することで
異常に対応でき、部分的な圧力変動があった場合でも直
ちに対応することができ、発電の信頼性が向上する。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the power generation film of the fuel cell stack is divided into a predetermined number of sheets to form sub-stacks, and a gas supply chamber is provided for each sub-stack. Therefore, abnormality can be dealt with by monitoring the supply state, and even if there is a partial pressure fluctuation, it can be dealt with immediately and the reliability of power generation is improved.

【0048】[請求項4]の発明によれば、請求項2に
おいて、上記サブスタックをセラミックス製のキャニス
タ内部に収納するので、スタックの周囲を防護すること
ができると共に、モジュール本体のリブの役割も兼ねる
ことができ、モジュール本体の製造費用の低廉を図るこ
とができる。
According to the fourth aspect of the present invention, in the second aspect, since the sub-stack is housed in a ceramic canister, the periphery of the stack can be protected and the role of the rib of the module body can be achieved. As a result, the manufacturing cost of the module body can be reduced.

【0049】[請求項5]の発明によれば、請求項4に
おいて、上記キャニスタ内部にサブスタック同士を導電
性の弾性部材で押圧しつつ収納してなるので、キャニス
タ内の熱伸びにより各単位スタック間の距離が増大した
場合でも、導電性の弾性部材の弾性力により、集電部品
を抑えつける力を常にかけることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the sub-stacks are housed in the canister while being pressed by a conductive elastic member. Even when the distance between the stacks is increased, a force for suppressing the current collecting component can always be applied by the elastic force of the conductive elastic member.

【0050】[請求項6]の発明によれば、請求項1に
おいて、上記サブスタック同士を接続する集電部材にリ
ード線を各々設けてなるので、仮にサブスタックの一単
位が故障した場合でも、直ちにバイパス回路を形成する
ことにより、故障したサブスタックの劣化を防止するこ
とができ、運転の信頼性の向上を図ることができる。
According to the invention of claim 6, according to claim 1, the current collecting member for connecting the sub-stacks is provided with a lead wire, respectively, so that even if one unit of the sub-stack fails. By forming the bypass circuit immediately, it is possible to prevent the failed sub-stack from deteriorating, and to improve the operation reliability.

【0051】[請求項7]の発明によれば、請求項4に
おいて、上記キャニスタ内部に収納したサブスタックに
供給するガス管をセラミックス継手を用いて接続してな
るので、例えば金属配管とセラミックス配管とが直接接
続されていないので、高温時における配管の熱伸びによ
る荷重がスタックにかかることはない。また、セラミッ
クス配管が傾いた場合であっても、接続が可能となり、
製造精度の許容係数を大きくすることができる。
According to the invention of claim 7, in claim 4, the gas pipe for supplying to the substack housed in the canister is connected by using a ceramic joint, so that, for example, a metal pipe and a ceramic pipe are connected. Are not directly connected to each other, so that no load is applied to the stack due to thermal expansion of the piping at high temperatures. Also, even if the ceramic pipe is inclined, connection becomes possible,
The tolerance coefficient of manufacturing accuracy can be increased.

【0052】[請求項8]の発明によれば、請求項4に
おいて、上記各々のサブスタックにガスを供給するガス
供給室を共通にしてなるので、燃料電池モジュールの構
成部品を減らすことができ、燃料電池の製造費用の低廉
を図ることができる。
According to the invention of claim 8, in claim 4, the gas supply chamber for supplying gas to each of the sub-stacks is made common, so that the number of components of the fuel cell module can be reduced. In addition, the manufacturing cost of the fuel cell can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本実施の形態にかかる燃料電池モジュールの概
略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell module according to an embodiment.

【図2】燃料電池モジュール内に配されるキャニスタの
斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view of a canister disposed in the fuel cell module.

【図3】図2の横方向断面図である。FIG. 3 is a lateral sectional view of FIG. 2;

【図4】キャニスタに収容されるスタック本体の斜視図
である。
FIG. 4 is a perspective view of a stack body accommodated in a canister.

【図5】図2の縦方向の一部断面図である。FIG. 5 is a vertical partial cross-sectional view of FIG. 2;

【図6】中間集電部材の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of an intermediate current collecting member.

【図7】サブスタック同士の接続状態図である。FIG. 7 is a connection state diagram of sub-stacks.

【図8】本実施の形態にかかる発電膜の一例であり、
(A)は図9のA−A線断面図であり、(B)は図9の
B−B線断面図である。
FIG. 8 is an example of a power generation film according to the present embodiment,
(A) is a sectional view taken along line AA of FIG. 9, and (B) is a sectional view taken along line BB of FIG. 9.

【図9】空気極側の空気の流れの状態を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a state of air flow on the air electrode side.

【図10】セラミックス継手の概略図である。FIG. 10 is a schematic view of a ceramic joint.

【図11】配管構造の概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram of a piping structure.

【図12】発電膜の接合状態の概略図である。FIG. 12 is a schematic view of a bonding state of a power generation film.

【図13】発電膜への供給ガスの供給状態の概略図であ
る。
FIG. 13 is a schematic diagram of a supply state of a supply gas to a power generation film.

【図14】従来技術の積層構造の燃料電池の概略図であ
る。
FIG. 14 is a schematic view of a conventional fuel cell having a laminated structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 架台 11 基部 12a 隔壁 12 モジュール本体 13 燃料電池スタック 14 燃料 15 空気 16 燃料室 17 空気室 18 予熱器 19 予熱器 20 空気予熱室 21 スタック室 32 サブスタック 34 貨車状横置スタック 35a空気供給マニホールド 35b空気排出マニホールド 36 集電棒 37 集電板 40 インタコネクタ 41 発電膜 42a,42b マニホールド 43 ジルコニアペースト 44 Niメッシュ 45 ニッケルペースト 46 中間集電板 47 セラミックスバネ 48 集電帯 49 溝 50 リード線 81 金属配管 82 セラミックス配管 83 第1のセラミックス継手 84 第2のセラミックス継手 85 第3のセラミックス継手 86 ジルコニアペースト 90 ヘッダ 91 燃料供給配管 92 分枝配管 93 金属ベローズ 100 発電膜 101 サブスタック 102 集電部材 103 連結スタック 104 ガスマニホールド 105 供給ガス 110 スタック 111 大型マニホールド 112 すき間 Reference Signs List 10 base 11 base 12a partition 12 module main body 13 fuel cell stack 14 fuel 15 air 16 fuel chamber 17 air chamber 18 preheater 19 preheater 20 air preheat chamber 21 stack chamber 32 substack 34 wagon-shaped horizontal stack 35a air supply manifold 35b Air discharge manifold 36 Current collecting rod 37 Current collecting plate 40 Interconnector 41 Power generation film 42a, 42b Manifold 43 Zirconia paste 44 Ni mesh 45 Nickel paste 46 Intermediate current collecting plate 47 Ceramic spring 48 Current collecting band 49 Groove 50 Lead wire 81 Metal pipe 82 Ceramic pipe 83 First ceramic joint 84 Second ceramic joint 85 Third ceramic joint 86 Zirconia paste 90 Header 91 Fuel supply pipe 92 Branch pipe 93 Metal tongue 'S 100 generation film 101 sub-stack 102 collecting member 103 connecting the stack 104 gas manifold 105 supplying gas 110 stack 111 large manifold 112 gap

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江崎 義美 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の1 中部電力株式会社技術開発本部電力 技術研究所内 (72)発明者 服部 雅俊 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の1 中部電力株式会社技術開発本部電力 技術研究所内 (72)発明者 榊 嘉範 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の1 中部電力株式会社技術開発本部電力 技術研究所内 (72)発明者 南條 房幸 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 武信 弘一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 西浦 雅則 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 宮本 均 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 上田 三男 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 中外テクノス株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC03 CC04 CX06 CX08 CX09 CX10 EE11 5H027 AA06  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Yoshimi Ezaki 1 at Kita-Kanzan, Chubu Electric Power Co., Inc., 20-20 Kita-Sekiyama, Midori-ku, Nagoya-shi, Aichi Prefecture (72) Inventor Masatoshi Hattori Aichi Prefecture Chubu Electric Power Co., Inc. Technology Development Headquarters Power Technology Research Center (72) Inventor Yoshinori Sakaki 20-29 Kitakanyama, Midori-ku, Nagoya-shi, Aichi Prefecture (72) Fusayuki Nanjo, 1-1-1 Wadazakicho, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.Kobe Shipyard (72) Inventor Koichi Takenobu, Kobe-shi, Hyogo 1-1-1 Wadazakicho, Hyogo-ku Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.Kobe Shipyard (72) Inventor Masanori Nishiura Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo 1-1-1 Sakicho Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.Kobe Shipyard (72) Inventor Hitoshi Miyamoto 2-1-1, Shinhama, Araimachi, Takasago-shi, Hyogo Pref.Mitsuo Heavy Industries, Ltd. 2-1-1 Shinhama, Araimachi, Takasago-shi Chugai Technos Co., Ltd. F-term (reference) 5H026 AA06 CC03 CC04 CX06 CX08 CX09 CX10 EE11 5H027 AA06

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 隔壁を配して内部を上下2室に区分けし
てなるモジュール本体と、 上記モジュール本体の下部室内に設けられ、両面に空気
極と燃料極とを設けた発電膜を起立した状態で複数列設
してなる燃料電池スタックと、 上記燃料電池スタックの周囲に配されてなり、該燃料電
池スタックに燃料及び空気を供給する燃料室及び空気室
と、 上記モジュールの上部室内に設けられ、上記空気室へ供
給する空気を加温する予熱器とを具備してなることを特
徴とする燃料電池モジュール。
1. A module main body having a partition wall and the inside divided into two upper and lower chambers, and a power generation membrane provided in a lower chamber of the module main body and provided with an air electrode and a fuel electrode on both sides thereof are erected. A fuel cell stack arranged in a plurality of rows in a state, a fuel chamber and an air chamber arranged around the fuel cell stack and supplying fuel and air to the fuel cell stack, and provided in an upper chamber of the module. And a preheater for heating air supplied to the air chamber.
【請求項2】 請求項1において、 上記燃料電池スタックの発電膜を所定枚数毎に分割して
サブスタックとし、該サブスタック同士を集電部材で接
続してなることを特徴とする燃料電池モジュール。
2. The fuel cell module according to claim 1, wherein the power generation film of the fuel cell stack is divided into a predetermined number of sheets to form sub-stacks, and the sub-stacks are connected to each other by a current collecting member. .
【請求項3】 請求項1において、 上記燃料電池スタックの発電膜を所定枚数毎に分割して
サブスタックとし、該サブスタック毎にガス供給室を各
々設けてなることを特徴とする燃料電池モジュール。
3. The fuel cell module according to claim 1, wherein the power generation film of the fuel cell stack is divided into predetermined numbers to form sub-stacks, and a gas supply chamber is provided for each of the sub-stacks. .
【請求項4】 請求項2において、 上記サブスタックをセラミックス製のキャニスタ内部に
収納することを特徴とする燃料電池モジュール。
4. The fuel cell module according to claim 2, wherein the substack is housed inside a ceramic canister.
【請求項5】 請求項4において、 上記キャニスタ内部にサブスタック同士を導電性の弾性
部材で押圧しつつ収納してなることを特徴とする燃料電
池モジュール。
5. The fuel cell module according to claim 4, wherein the sub-stacks are housed inside the canister while being pressed by a conductive elastic member.
【請求項6】 請求項1において、 上記サブスタック同士を接続する集電部材にリード線を
各々設けてなることを特徴とする燃料電池モジュール。
6. The fuel cell module according to claim 1, wherein a lead wire is provided on each of the current collecting members connecting the sub-stacks.
【請求項7】 請求項4において、 上記キャニスタ内部に収納したサブスタックに供給する
ガス管をセラミックス継手を用いて接続してなることを
特徴とする燃料電池モジュール。
7. The fuel cell module according to claim 4, wherein a gas pipe to be supplied to the substack housed in the canister is connected using a ceramic joint.
【請求項8】 請求項4において、 上記各々のサブスタックにガスを供給するガス供給室を
共通にしてなることを特徴とする燃料電池モジュール。
8. The fuel cell module according to claim 4, wherein a gas supply chamber for supplying gas to each of the sub-stacks is shared.
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