JP2008021596A - Solid-oxide fuel cell module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体電解質形燃料電池セルを複数積層した固体電解質形燃料電池スタックと燃料ガスを改質するガス改質部とを備えた固体電解質形燃料電池モジュールに関するものである。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell module including a solid oxide fuel cell stack in which a plurality of solid oxide fuel cells are stacked and a gas reforming unit for reforming fuel gas.
従来より、燃料電池として、固体電解質(固体酸化物)を用いた固体酸化物形燃料電池(以下SOFCとも記す)が知られている。
このSOFCは、例えば板状の固体電解質体の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セルを、多数積層してスタックを形成し、燃料極に燃料ガスを供給するとともに、空気極に空気を供給し、燃料及び空気中の酸素を固体電解質体を介して化学反応させることによって電力を発生させるものである。
Conventionally, a solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as SOFC) using a solid electrolyte (solid oxide) is known as a fuel cell.
In this SOFC, for example, a large number of fuel cells each provided with a fuel electrode and an air electrode on each surface of a plate-shaped solid electrolyte body are stacked to form a stack, and a fuel gas is supplied to the fuel electrode, and an air electrode is provided. The air is supplied to the fuel, and electric power is generated by chemically reacting the fuel and oxygen in the air through the solid electrolyte body.
上述したSOFCは、高温型の燃料電池であり、セルを所定の温度(例えば700〜1000℃程度)まで上昇させないと発電することはできず、そのため、温度を上昇させる手段として、燃料電池の周辺に電気ヒータを設けて加熱する方法、燃料や空気のガスラインに加熱装置を設けて加熱する方法、燃料となる都市ガスやプロパンなどの炭化水素燃料の燃焼ガスを利用して、起動時の加熱や発電状態を維持する方法等が考えられている。 The above-mentioned SOFC is a high-temperature fuel cell, and cannot generate electric power unless the cell is raised to a predetermined temperature (for example, about 700 to 1000 ° C.). Therefore, as a means for raising the temperature, Heating at startup using a method of heating by installing an electric heater, a method of heating by installing a heating device in the gas line of fuel or air, or combustion gas of hydrocarbon fuel such as city gas or propane as fuel And a method of maintaining the power generation state is considered.
また、比較的小型(1〜5kW程度)のSOFCにおいては、下記特許文献1、2に記載のように、スタックから排出された余剰燃料ガスをガス排出部近傍で燃焼させ、その燃焼熱により、スタックから離れた位置に設置されたガス改質部(即ち、燃料ガスを触媒にて改質する改質触媒部)を加熱するものが知られている。
Further, in a relatively small (about 1 to 5 kW) SOFC, as described in the following
このとき、スタックを収容するモジュール全体、即ち、改質触媒部等の周辺装置をスタックに加えたモジュール全体をなるべくコンパクトに設計すると、モジュール外に放散する熱を小さくできるため、発電効率の向上やシステム全体の熱効率を向上させるのに有利になる。
ところが、モジュール内に設置する改質触媒部では、一般に水蒸気改質が採用されるが、この反応は吸熱反応であるため、スタックから排出される余剰燃料ガスから得られる燃焼ガスを用いて改質触媒部を加熱する場合には、改質触媒部がスタックから離れている場合には、熱効率が悪いという問題があった。 However, in the reforming catalyst section installed in the module, steam reforming is generally adopted, but since this reaction is an endothermic reaction, reforming is performed using combustion gas obtained from surplus fuel gas discharged from the stack. When heating the catalyst part, there is a problem that the thermal efficiency is poor when the reforming catalyst part is away from the stack.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、スタックやモジュールをコンパクトにすることができるとともに、ガス改質部(改質触媒部)やスタックを効率良く加熱することができる固体電解質形燃料電池モジュールを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The object of the present invention is to make the stack and module compact and to efficiently heat the gas reforming section (reforming catalyst section) and stack. An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell module that can be used.
(1)請求項1の発明は、燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とを有する固体電解質体を備えた固体電解質形燃料電池セルを、複数積層した固体電解質形燃料電池スタックと、前記燃料極に供給する前記燃料ガスの改質を行うガス改質部と、を備えるとともに、前記固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の下端側に前記ガス改質部を配置して、前記固体電解質形燃料電池スタックと一体化したことを特徴とする。
(1) The invention of
本発明では、固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の下端側にガス改質部を配置して、固体電解質形燃料電池スタックと一体化したので、固体電解質形燃料電池モジュールをコンパクトにすることができるとともに、ガス改質部やスタックの加熱を効率良く行うことができる。 In the present invention, since the gas reforming portion is arranged at the lower end side in the stacking direction of the solid oxide fuel cell stack and integrated with the solid electrolyte fuel cell stack, the solid oxide fuel cell module can be made compact. In addition, the gas reforming section and the stack can be efficiently heated.
前記固体電解質形燃料電池モジュールとしては、固体電解質形燃料電池スタックとガス改質部とが、接合により一体化されたものが挙げられる。また、固体電解質形燃料電池スタックとガス改質部とが、内部に燃料ガス又は空気の流路を有する中空の部材(例えば中空ボルト)により一体化されたものが挙げられ、この場合は、流路により各固体電解質形燃料電池セルとガス改質部とが連通している。 Examples of the solid oxide fuel cell module include those in which a solid oxide fuel cell stack and a gas reforming unit are integrated by bonding. In addition, the solid oxide fuel cell stack and the gas reforming unit may be integrated by a hollow member (for example, a hollow bolt) having a fuel gas or air flow path therein. Each solid oxide fuel cell and the gas reforming portion communicate with each other through a path.
尚、ここで、固体電解質形燃料電池セルとは、燃料極と空気極と固体電解質体とからなる構成(セル本体)を備え、ガスとの接触により発電を行う発電単位である。
(2)請求項2の発明は、前記ガス改質部は層状であり、前記固体電解質形燃料電池スタックに積層配置してスタック化(多層化)したことを特徴とする。
Here, the solid oxide fuel cell is a power generation unit that includes a configuration (cell body) including a fuel electrode, an air electrode, and a solid electrolyte body, and generates power by contact with gas.
(2) The invention of claim 2 is characterized in that the gas reforming portion is layered and stacked on the solid oxide fuel cell stack to form a stack (multilayer).
本発明では、層状のガス改質部を固体電解質形燃料電池スタックに積層してスタック化しているので、装置を一層コンパクトにできるとともに、一層熱効率を向上できる。
(3)請求項3の発明は、前記固体電解質形燃料電池スタックと前記ガス改質部とは、絶縁部材によって電気的に絶縁されていることを特徴とする。
In the present invention, since the layered gas reforming section is stacked on the solid oxide fuel cell stack, the apparatus can be made more compact and the thermal efficiency can be further improved.
(3) The invention of
本発明では、固体電解質形燃料電池スタックとガス改質部とは、例えば絶縁部材を介して一体化されているように、絶縁部材によって電気的に絶縁されているので、固体電解質形燃料電池スタックとガス改質部との間のショートを防止することができる。 In the present invention, since the solid oxide fuel cell stack and the gas reforming unit are electrically insulated by the insulating member, for example, integrated through the insulating member, the solid oxide fuel cell stack And the gas reforming section can be prevented from being short-circuited.
尚、絶縁部材としては、スタックと熱膨張係数が近い、MgOとスピネルの混合焼結体シートやマイカシートを採用できる。
(4)請求項4の発明は、前記ガス改質部内に、燃料ガスの通路の1以上の屈曲部を備えたことを特徴とする。
As the insulating member, a mixed sintered body sheet or mica sheet of MgO and spinel having a thermal expansion coefficient close to that of the stack can be adopted.
(4) The invention of claim 4 is characterized in that one or more bent portions of a fuel gas passage are provided in the gas reforming portion.
本発明では、ガス改質部の燃料ガスの通路は屈曲しているので、例えば複数層のガス改質部に燃料ガスを通すことができる。よって、十分にガスの改質を行うことができる。
(5)請求項5の発明は、前記ガス改質部の下方に、前記ガス改質部を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする。
In the present invention, since the fuel gas passage in the gas reforming section is bent, the fuel gas can be passed through, for example, a plurality of gas reforming sections. Therefore, the gas can be sufficiently reformed.
(5) The invention of
本発明では、ガス改質部の下方に、例えばバーナのような加熱手段を備えているので、ガス改質部を効率よく加熱することができる。また、ガス改質部は固体電解質形燃料電池スタックの下側に配置されているので、加熱手段によって固体電解質形燃料電池スタックも加熱することができる。 In the present invention, since a heating means such as a burner is provided below the gas reforming section, the gas reforming section can be efficiently heated. In addition, since the gas reforming section is disposed below the solid oxide fuel cell stack, the solid oxide fuel cell stack can also be heated by the heating means.
(6)請求項6の発明は、固体電解質形燃料電池スタック、ガス改質部、及び加熱手段を、断熱容器に収容したこと特徴とする。
本発明では、固体電解質形燃料電池スタックとガス改質部と加熱手段とは、断熱容器に収容されているので、加熱手段により、ガス改質部及び固体電解質形燃料電池スタックを効率良く加熱することができる。
(6) The invention of claim 6 is characterized in that the solid oxide fuel cell stack, the gas reforming section, and the heating means are accommodated in a heat insulating container.
In the present invention, since the solid oxide fuel cell stack, the gas reforming unit, and the heating means are accommodated in the heat insulating container, the gas reforming unit and the solid oxide fuel cell stack are efficiently heated by the heating unit. be able to.
本発明により、装置を一層コンパクトにできるとともに、一層熱効率を向上できる。
・ここで、前記固体電解質体は、電池の作動時に燃料極に導入される燃料ガス又は空気極に導入される酸化剤ガスのうちの一方の一部をイオンとして移動させることができるイオン伝導性を有する。このイオンとしては、例えば酸素イオン及び水素イオン等が挙げられる。また、燃料極は、還元剤となる燃料ガスと接触し、セルにおける負電極として機能する。空気極は、酸化剤となる酸化剤ガスと接触し、セルにおける正電極として機能する。
According to the present invention, the apparatus can be made more compact and the thermal efficiency can be further improved.
Here, the solid electrolyte body is capable of ionic conductivity that can move a part of one of the fuel gas introduced into the fuel electrode or the oxidant gas introduced into the air electrode during operation of the battery as ions. Have Examples of the ions include oxygen ions and hydrogen ions. Further, the fuel electrode comes into contact with the fuel gas that becomes the reducing agent and functions as a negative electrode in the cell. The air electrode is in contact with an oxidant gas serving as an oxidant and functions as a positive electrode in the cell.
・固体電解質体の材料としては、例えばZrO2系セラミック、LaGaO3系セラミック、BaCeO3系セラミック、SrCeO3系セラミック、SrZrO3系セラミック、及びCaZrO3系セラミック等が挙げられる。 Examples of the material of the solid electrolyte body include ZrO 2 ceramics, LaGaO 3 ceramics, BaCeO 3 ceramics, SrCeO 3 ceramics, SrZrO 3 ceramics, and CaZrO 3 ceramics.
・燃料極の材料としては、例えば、Ni及びFe等の金属と、Sc、Y等の希土類元素のうちの少なくとも1種により安定化されたジルコニア等のZrO2系セラミック、CeO2系セラミック等のセラミックのうちの少なくとも1種との混合物などが挙げられる。また、Pt、Au、Ag、Pd、Ir、Ru、Rh、Ni及びFe等の金属が挙げられる。これらの金属は1種のみでもよいし、2種以上の金属の合金でもよい。更に、これらの金属及び/又は合金と、上記セラミックの各々の少なくとも1種との混合物(サーメットを含む)が挙げられる。また、Ni及びFe等の金属の酸化物と、上記セラミックの各々の少なくとも1種との混合物などが挙げられる。 As the material of the fuel electrode, for example, ZrO 2 ceramics such as zirconia stabilized by at least one of metals such as Ni and Fe and rare earth elements such as Sc and Y, CeO 2 ceramics, etc. The mixture with at least 1 sort (s) of ceramics etc. are mentioned. Moreover, metals, such as Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, Rh, Ni, and Fe, are mentioned. These metals may be used alone or in an alloy of two or more metals. Further, a mixture (including cermet) of these metals and / or alloys and at least one of each of the above ceramics may be mentioned. Moreover, the mixture of metal oxides, such as Ni and Fe, and at least 1 type of each of the said ceramic etc. are mentioned.
・空気極の材料としては、例えば、各種の金属、金属の酸化物、金属の複酸化物等を用いることができる。金属としては、Pt、Au、Ag、Pd、Ir、Ru及びRh等の金属又は2種以上の金属を含有する合金が挙げられる。更に、金属の酸化物としては、La、Sr、Ce、Co、Mn及びFe等の酸化物(La2O3、SrO、Ce2O3、Co2O3、MnO2及びFeO等)が挙げられる。また、複酸化物としては、少なくともLa、Pr、Sm、Sr、Ba、Co、Fe及びMn等を含有する複酸化物(La1-xSrxCoO3系複酸化物、La1-xSrxFeO3系複酸化物、La1-xSrxCo1-yFeyO3系複酸化物、La1-xSrxMnO3系複酸化物、Pr1-xBaxCoO3系複酸化物及びSm1-xSrxCoO3系複酸化物等)が挙げられる。 As the material for the air electrode, for example, various metals, metal oxides, metal double oxides, and the like can be used. Examples of the metal include metals such as Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, and Rh, or alloys containing two or more metals. Furthermore, examples of the metal oxide include oxides such as La, Sr, Ce, Co, Mn and Fe (La 2 O 3 , SrO, Ce 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO 2 and FeO). It is done. As the double oxide, a double oxide containing at least La, Pr, Sm, Sr, Ba, Co, Fe, Mn, etc. (La 1-x Sr x CoO 3 -based double oxide, La 1-x Sr x FeO 3 -based double oxide, La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3 -based double oxide, La 1-x Sr x MnO 3 -based double oxide, Pr 1-x Ba x CoO 3 -based double oxide Oxide and Sm 1-x Sr x CoO 3 -based double oxide).
・そして、固体電解質形燃料電池を用いて発電を行う場合、燃料極側には燃料ガスを導入し、空気極側には酸化剤ガスを導入する。
燃料ガスとしては、水素、還元剤となる炭化水素、水素と炭化水素との混合ガス、及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス、これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等が挙げられる。この燃料ガスとしては水素が好ましい。これらの燃料ガスは1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用することもできる。また、50体積%以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。
-And when generating electricity using a solid oxide fuel cell, a fuel gas is introduced into the fuel electrode side and an oxidant gas is introduced into the air electrode side.
As fuel gas, hydrogen, hydrocarbon as a reducing agent, mixed gas of hydrogen and hydrocarbon, fuel gas obtained by passing these gases through water at a predetermined temperature and humidified, and fuel obtained by mixing these gases with water vapor Gas etc. are mentioned. The hydrocarbon is not particularly limited, and examples thereof include natural gas, naphtha, and coal gasification gas. The fuel gas is preferably hydrogen. These fuel gas may use only 1 type and can also use 2 or more types together. Moreover, you may contain inert gas, such as nitrogen and argon of 50 volume% or less.
酸化剤ガスとしては、酸素と他の気体との混合ガス等が挙げられる。更に、この混合ガスには80体積%以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスが含有されていてもよい。これらの酸化剤ガスのうちでは安全であって、且つ安価であるため、空気(約80体積%の窒素が含まれている。)が好ましい。 Examples of the oxidizing gas include a mixed gas of oxygen and another gas. Further, the mixed gas may contain 80% by volume or less of an inert gas such as nitrogen and argon. Of these oxidant gases, air (containing about 80% by volume of nitrogen) is preferred because it is safe and inexpensive.
次に、本発明の最良の形態の例(実施例)について、すなわち、固体電解質形燃料電池モジュールの実施例について説明する。 Next, an example (example) of the best mode of the present invention, that is, an example of a solid oxide fuel cell module will be described.
a)まず、固体電解質形燃料電池モジュールの構成について説明する。
図1に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール1は、燃料ガス(例えば水素)と酸化剤ガス(例えば空気(詳しくは空気中の酸素))との供給を受けて発電を行う装置である。
a) First, the configuration of the solid oxide fuel cell module will be described.
As shown in FIG. 1, the solid oxide
この固体電解質形燃料電池モジュール1は、図2(図1のA−A断面図)及び図3(図1のB−B断面図)に示す様に、層状の固体電解質形燃料電池セル3が複数個(例えば5個)積層された固体電解質形燃料電池スタック4と、固体電解質形燃料電池スタック4の下側に配置された層状のガス改質部5とが、積層一体化された積層体(モジュール本体)である。
As shown in FIG. 2 (A-A cross-sectional view in FIG. 1) and FIG. 3 (BB cross-sectional view in FIG. 1), this solid electrolyte
このうち、固体電解質形燃料電池セル3は、いわゆる燃料極支持膜タイプのセルであり、燃料ガス流路7側には、燃料極(アノード:負極)9が配置されるとともに、燃料極9の同図上側の表面には薄膜の固体電解質体11が形成され、その固体電解質体11の空気流路13側の表面には、空気極(カソード:正極)15が形成されている。尚、ここでは、燃料極9と固体電解質体11と空気極15とをセル本体17と称する。
Among these, the solid
前記固体電解質形燃料電池セル3やガス改質部5の厚み方向(図2の上下方向)の両側には、導電性を有する金属製のコネクタプレート19が配置され、このコネクタプレート19により、各固体電解質形燃料電池セル3やガス改質部5が区分(ガス流路を分離)されるとともに、板厚方向の導通が確保されている。
Conductive
ここで、隣り合う固体電解質形燃料電池セル3やガス改質部5の間に挟まれるコネクタプレート19を、インターコネクタと称し、固体電解質形燃料電池モジュール1の上下両端のコネクタプレート19を、エンドプレートと称する。
Here, the
また、空気極15と上方のコネクタプレート19との間には、その導通を確保するために、空気極側集電体21が配置され、燃料極9と下方のコネクタプレート19との間には、その導通を確保するために、燃料極側集電体23が配置されている。
In addition, an air electrode side
更に、固体電解質形燃料電池セル3は、空気流路13側の金属製の空気極フレーム25と、セラミックス製の絶縁フレーム27と、セル本体17を接合して配置するとともにガス流路を遮断する金属製のセパレータ29と、燃料ガス流路7側の金属製の燃料極フレーム31とを備えている。
Further, in the solid
一方、前記ガス改質部5は、固体電解質形燃料電池セル3の内部空間と同様なコネクタプレート19で挟まれた空間に、燃料ガス(例えばメタン+水蒸気)を水素リッチな燃料ガスに改質する改質触媒層33が充填され、その周囲を導電性を有する金属製の枠体34で囲ったものである。
On the other hand, the
この改質触媒層33は、例えば図4に示す様に、通気孔35、37を有する(燃料極9の材料にも使用できる)Ni−YSZの板状多孔体39、41から構成されるが、それ以外にも、例えば粒状Ni触媒など各種の改質触媒を利用できる。
For example, as shown in FIG. 4, the reforming
そして、本実施例では、前記図2及び図3に示す様に、コネクタプレート(その外周縁部)19と空気極フレーム25と絶縁フレーム27とセパレータ(その外周縁部)29と燃料極フレーム31と枠体34などにより、固体電解質形燃料電池モジュール1の外周を囲む様に枠部43が構成されており、各部材19、25〜31、34は、例えばAg系等のろう材45により接合されて一体化されている。つまり、固体電解質形燃料電池モジュール1は、ろう材45により接合一体化されている。
In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the connector plate (the outer peripheral edge portion) 19, the
b)次に、固体電解質形燃料電池モジュール1のガス流路について説明する。
(1)空気の流路
図2に示す様に、固体電解質形燃料電池モジュール1の上方の空気入口47から供給された空気は、枠部43の板厚方向に空けられた空気導入孔49に導入され、各横穴51から各セル3内の空気流路13に供給される。
b) Next, the gas flow path of the solid oxide
(1) Air flow path As shown in FIG. 2, the air supplied from the
次に、各セル3内の空気流路13の空気は、同様な横穴53及び空気排出孔55を介して、空気出口57から、モジュール外に排出される。
(2)燃料の流路
図3に示す様に、固体電解質形燃料電池モジュール1の下方の燃料入口59から供給された燃料ガスは、横穴61からガス改質部5内に導入され、改質触媒層33にて燃料ガスの改質が行われる。
Next, the air in the
(2) Fuel flow path As shown in FIG. 3, the fuel gas supplied from the
次に、ガス改質部5から横穴63を介して排出された燃料ガスは、枠部43の板厚方向に空けられた燃料ガス導入孔65に導入され、各横穴67から各セル内の燃料ガス流路17に供給される。
Next, the fuel gas discharged from the
次に、各セル内の燃料ガス流路7の燃料ガスは、同様な横穴67及び燃料ガス排出孔69を介して、燃料出口71から、モジュール外に排出される。
c)次に、固体電解質形燃料電池モジュール1の製造方法について、簡単に説明する。
Next, the fuel gas in the fuel
c) Next, a method for manufacturing the solid oxide
・まず、例えばSUS430からなる板材を打ち抜いて、コネクタプレート19、空気極フレーム25、燃料極フレーム31、セパレータ29、枠体34を製造した。
また、定法により、MgOとスピネルの混合物を主成分とするグリーンシートを所定形状に形成し、焼成して、絶縁フレーム27を製造した。
First, a plate material made of SUS430, for example, was punched out, and the
In addition, an insulating frame 27 was manufactured by forming a green sheet having a mixture of MgO and spinel as a main component into a predetermined shape and firing it by a conventional method.
固体電解質形燃料電池セル3のセル本体17を、定法に従って製造した。具体的には、燃料極9のグリーンシート上に、固体電解質体11の材料を印刷し、その上に空気極15の材料を印刷し、その後焼成した。尚、セル本体17は、セパレータ45にろう付けして固定した。
The
・次に、上述したコネクタプレート19、空気極フレーム25、燃料極フレーム31、(セル本体17をろう付けした)セパレータ29、集電体21、23などを一体にして、各固体電解質形燃料電池セル3を組み付けるとともに、各固体電解質形燃料電池セル3を積層してセル用積層体(図示せず)を形成した。
Next, the above-described
また、このセル用積層体の下側に、改質触媒層33及び枠体34を配置し、それらをコネクタプレート(エンドプレート)19で挟んで、ガス改質部5を構成し、モジュール用積層体(図示せず)を形成した。
In addition, the reforming
尚、モジュール用積層体の各部材の間には、ろう材45を配置した。
・次に、ろう材45を配置したモジュール用積層体を加熱し、その後冷却して、各部材がろう材45にて接合一体化された固体電解質形燃料電池モジュール1を完成した。
In addition, the
Next, the module laminate in which the
c)次に、本実施例の効果について説明する。
本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール1は、固体電解質形燃料電池スタック4の積層方向の下端側に層状のガス改質部5を積層配置して、固体電解質形燃料電池スタック4と一体化したものである。よって、固体電解質形燃料電池モジュール1をコンパクトにすることができるとともに、ガス改質部5や固体電解質形燃料電池スタック1の加熱を、効率良く行うことができる。
c) Next, the effect of the present embodiment will be described.
The solid oxide
次に、実施例2について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
図5に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール81は、固体電解質形燃料電池セル83が積層された固体電解質形燃料電池スタック85の下端に、ガス改質部87が積層された積層体(モジュール本体)である。
Next, the second embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
As shown in FIG. 5, in the solid oxide
この固体電解質形燃料電池モジュール81では、固体電解質形燃料電池スタック85とガス改質部87とは、例えばMgOとスピネルの混合焼結体シート又はマイカシートからなる絶縁板89により、電気的に絶縁されている。
In the solid oxide
これにより、固体電解質形燃料電池スタック85とガス改質部87(特に改質触媒層91)との間のショートを防止することができる。また、改質触媒層9中とその(周囲の)枠部を電流が通過することで発生する抵抗ロスを回避できるので、より好ましい。
Thereby, a short circuit between the solid oxide
尚、本実施例の場合は、固体電解質形燃料電池スタック85の下端のコネクタプレート(エンドプレート)93が負極となる。また、絶縁板89はろう材97によりコネクタプレート93と接合されている。
In the present embodiment, the connector plate (end plate) 93 at the lower end of the solid oxide
次に、実施例3について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
図6に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール100は、前記実施例1と同様な固体電解質形燃料電池スタック101の下端にガス改質部103が積層された積層体(モジュール本体)105と、バーナ107と、断熱容器109とを備えている。
Next, the third embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
As shown in FIG. 6, the solid oxide
つまり、モジュール本体105の下方には、吸熱反応であるガス改質の反応を促進するために、ガス改質部103を加熱する平面燃料式のバーナ107を備えており、モジュール本体105とバーナ107とは、断熱容器109内に収容されている。
That is, a
尚、燃料出口111から排出された燃料ガスは、バーナ107に供給されるガス(メタン+空気)に加えられて、バーナ107で燃焼される。
本実施例では、ガス改質部103の下方にバーナ107を備えているので、ガス改質部103を効率よく加熱することができる。また、ガス改質部103は固体電解質形燃料電池スタック101の下方に配置されているので、固体電解質形燃料電池スタック101も加熱することができる。
The fuel gas discharged from the
In this embodiment, since the
更に、本実施例では、固体電解質形燃料電池スタック101とガス改質部103とバーナ107とは、断熱容器109に収容されているので、バーナ107により、ガス改質部103及び固体電解質形燃料電池スタック101を効率良く加熱することができる。
Further, in the present embodiment, the solid oxide
次に、実施例4について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
図7に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール121は、固体電解質形燃料電池スタック123の下端にガス改質部125が積層された積層体(モジュール本体)126を備えている。
Next, the fourth embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
As shown in FIG. 7, the solid oxide
このガス改質部125は、下層のガス改質部127の上部に上層のガス改質部129を積層配置した2層構造であり、下層のガス改質部127と上層のガス改質部129とは、屈曲した空間(屈曲部)131により連通している。尚、両ガス改質部127、129は、バーナ133により加熱される。
The
本実施例では、燃料ガスは、まず、下層のガス改質部127にて改質され、その後、屈曲部131を介して上層のガス改質部129に導入され、この上層のガス改質部129にて改質されるので、十分にガスの改質を行うことができる。
In the present embodiment, the fuel gas is first reformed in the lower
次に、実施例5について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
図8に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール141は、固体電解質形燃料電池スタック143の下端にガス改質部145が積層された積層体(モジュール本体)146と、バーナ149とを備えている。
Next, although Example 5 is demonstrated, description of the content similar to the said Example 1 is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 8, the solid oxide
ここでは、固体電解質形燃料電池スタック143とガス改質部145とは、例えばMgOとスピネルの混合焼結体シートやマイカシートからなる絶縁板147により、電気的に絶縁されている。また、ガス改質部145は、バーナ149により加熱される。
Here, the solid oxide
次に、実施例6について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
図9に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール151は、固体電解質形燃料電池スタック153の下端側にガス改質部155を配置した積層体(モジュール本体)156を備えている。
Next, the sixth embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
As shown in FIG. 9, the solid oxide
前記モジュール本体151の各部材は、ろう材で接合一体化されるのではなく、燃料ガス(又は空気)の導入(又は排出)が行われる中空ボルト157で結合されて一体化されている。
The members of the
この中空ボルト157の軸中心には、燃料ガスが流れる燃料ガス流路159が設けられている。尚、図示しないが、他の中空ボルトには、空気が流れる空気流路が設けられている。
A
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。 Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.
1、81、100、121、141、151…固体電解質形燃料電池モジュール
3…固体電解質形燃料電池セル
4、85、101、123、143、153…固体電解質形燃料電池スタック
5、87、103、125、127、129、145、155…ガス改質部
9…燃料極
11…固体電解質体
15…空気極
19、93…コネクタプレート(インターコネクタ、エンドプレート)
89、147…絶縁板
105、126、146、156…積層体(モジュール本体)
107、133、149…バーナ
109…断熱容器
131…屈曲部
DESCRIPTION OF
89, 147 ... Insulating
107, 133, 149 ...
Claims (6)
前記燃料極に供給する前記燃料ガスの改質を行うガス改質部と、
を備えるとともに、
前記固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の下端側に前記ガス改質部を配置して、前記固体電解質形燃料電池スタックと一体化したことを特徴とする固体電解質形燃料電池モジュール。 A solid electrolyte fuel cell stack in which a plurality of solid electrolyte fuel cell cells each including a solid electrolyte body having a fuel electrode in contact with a fuel gas and an air electrode in contact with an oxidant gas; and
A gas reforming section for reforming the fuel gas supplied to the fuel electrode;
With
A solid oxide fuel cell module, wherein the gas reforming portion is disposed at a lower end side in the stacking direction of the solid oxide fuel cell stack and integrated with the solid electrolyte fuel cell stack.
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