JP2008282760A - Fuel cell module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の燃料電池セルを具備する燃料電池セルスタックを収納してなる燃料電池モジュールに関する。 The present invention relates to a fuel cell module that houses a fuel cell stack including a plurality of fuel cells.
近年、次世代エネルギーとして、水素ガスと酸素含有ガス(通常、空気である)とを用いて電力を得ることができる発電ユニットと、このユニットを収納容器に収納してなる燃料電池モジュールが提案されている。 In recent years, as a next-generation energy, a power generation unit capable of obtaining electric power using hydrogen gas and an oxygen-containing gas (usually air) and a fuel cell module in which the unit is stored in a storage container have been proposed. ing.
このような発電ユニットとしては、例えば燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのマニホールドに、複数の燃料電池セルを立設して燃料電池セルスタックを構成するとともに、その燃料電池セルスタックの上方に原燃料を改質するための改質器を配置し、改質器とマニホールドとを燃料ガス供給管により接続する発電ユニットが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As such a power generation unit, for example, a fuel cell stack is configured by standing a plurality of fuel cells on a manifold for supplying fuel gas to the fuel cells, and above the fuel cell stack. There has been proposed a power generation unit in which a reformer for reforming raw fuel is arranged and the reformer and a manifold are connected by a fuel gas supply pipe (see, for example, Patent Document 1).
また、マニホールドに複数の燃料電池セルスタックを並置し、その複数の燃料電池セルスタックの上方に、改質器を配置するとともに、改質器とマニホールドとを中空平板状の改質ガス供給管にて接続する発電ユニットも提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, a plurality of fuel cell stacks are juxtaposed in the manifold, a reformer is disposed above the plurality of fuel cell stacks, and the reformer and the manifold are connected to a hollow flat reformed gas supply pipe. A power generation unit to be connected to each other has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
さらには、このような複数の燃料電池セルを配列してなる燃料電池セルスタックと、燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのマニホールドと、燃料電池セルスタックの上方に配置され原燃料から燃料ガスを得るための改質器とを具備する発電ユニットを収納してなる燃料電池モジュールも提案されている(例えば、特許文献3参照)。
図6は特許文献3に示された図であり、従来の発電ユニット103を収納容器102から引き出した状態を示している。この発電ユニット103は、2列の燃料電池セルスタックの上方に、内部に気化部を有するU字型の改質器106を具備するとともに、改質器106とマニホールド105とが管状の燃料ガス供給管107にて接続されている。そして、原燃料の改質を行う改質触媒がケース内に設けられ、そのケースを改質器106より引き出すことにより、改質触媒の交換を行うことができる。
FIG. 6 is a view shown in
しかしながら、このような燃料電池モジュールにおいては、改質触媒の交換において、収納容器を構成する面を取り外した後でなければ改質触媒の交換を行うことができず、燃料電池モジュールのメンテナンスにおいて手間がかかるという問題があった。 However, in such a fuel cell module, when the reforming catalyst is replaced, the reforming catalyst cannot be replaced unless the surface constituting the storage container is removed. There was a problem that it took.
さらに、改質器とマニホールドとを接続する燃料ガス供給部が管状の部材から構成される場合には、改質器で改質された燃料ガスの流れに圧損を生じ、燃料電池セルスタックを構成する燃料電池セルに供給される燃料ガスが不均等となるおそれがあり、また燃料ガスの圧力を上げるためのガスコンプレッサー等の補機類が必要となる場合があった。 Furthermore, when the fuel gas supply unit that connects the reformer and the manifold is formed of a tubular member, a pressure loss occurs in the flow of the fuel gas reformed by the reformer, and the fuel cell stack is configured. There is a possibility that the fuel gas supplied to the fuel cell to be uneven may be uneven, and auxiliary equipment such as a gas compressor for increasing the pressure of the fuel gas may be required.
さらに、改質器と燃料ガス供給管とが、それぞれ別個に作製され、溶接して接続される場合においては、その溶接部分において高温での耐久性が悪くなるおそれがあった。 Furthermore, when the reformer and the fuel gas supply pipe are separately manufactured and welded to each other, there is a possibility that durability at a high temperature is deteriorated in the welded portion.
したがって、本発明の目的は、改質器に設けられる改質触媒を容易に交換できるとともに、燃料ガスを効率よく燃料電池セルに供給することができ、かつ高温での耐久性が向上した燃料電池モジュールを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell in which the reforming catalyst provided in the reformer can be easily replaced, fuel gas can be efficiently supplied to the fuel cell, and durability at high temperature is improved. To provide a module.
本発明の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セルを所定間隔を置いて一列に配設してなる燃料電池セルスタックを前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのマニホールドに立設するとともに、前記マニホールドに中空状のガス流通部材を介して燃料ガスを供給してなる発電ユニットを収納容器に収納してなる燃料電池モジュールであって、前記ガス流通部材は、前記燃料電池セルスタックの上方に位置し内部に脱着可能に設けられた改質触媒を有する改質ユニットを備える改質部と、前記改質ユニットで生成された燃料ガスを前記マニホールドに供給する燃料ガス供給部とを備え、前記ガス流通部材の原燃料供給側先端部を前記収納容器を構成する部材を貫通して前記収納容器の外部に突出させてあることを特徴とする。 In the fuel cell module of the present invention, a fuel cell stack formed by arranging a plurality of fuel cells in a row at a predetermined interval is erected on a manifold for supplying fuel gas to the fuel cells, A fuel cell module in which a power generation unit configured to supply fuel gas to the manifold via a hollow gas flow member is housed in a storage container, wherein the gas flow member is disposed above the fuel cell stack. A reforming unit that includes a reforming unit that is positioned and has a reforming catalyst that is detachably provided therein, and a fuel gas supply unit that supplies fuel gas generated by the reforming unit to the manifold, The raw fuel supply side front end portion of the gas distribution member penetrates the member constituting the storage container and protrudes to the outside of the storage container.
このような燃料電池モジュールにおいては、ガス流通部材の原燃料供給側先端部が、収納容器を構成する部材を貫通して収納容器の外部に突出していることから、内部に改質触媒を有する改質ユニットを、収納容器を構成する面を取り外すことなく改質部に脱着することができる。それゆえ、改質触媒を容易に交換することができる。 In such a fuel cell module, the raw fuel supply side tip of the gas distribution member penetrates through the member constituting the storage container and protrudes to the outside of the storage container. The quality unit can be detached from the reforming section without removing the surface constituting the storage container. Therefore, the reforming catalyst can be easily replaced.
また、本発明の燃料電池モジュールは、前記改質ユニットのガス流通方向に対して直交する断面形状と前記燃料ガス供給部のガス流通方向に対して直交する断面形状とが同一形状であることが好ましい。 In the fuel cell module of the present invention, the cross-sectional shape orthogonal to the gas flow direction of the reforming unit and the cross-sectional shape orthogonal to the gas flow direction of the fuel gas supply unit may be the same shape. preferable.
このような燃料電池モジュールにおいては、改質ユニットのガス流通方向に対して直交する断面形状と燃料ガス供給部のガス流通方向に対して直交する断面形状とが同一形状であることから、マニホールドに供給する燃料ガスの流れにおいて圧損を減らすことができ、発電効率のよい燃料電池モジュールとすることができる。 In such a fuel cell module, since the cross-sectional shape orthogonal to the gas flow direction of the reforming unit and the cross-sectional shape orthogonal to the gas flow direction of the fuel gas supply unit are the same shape, Pressure loss can be reduced in the flow of fuel gas to be supplied, and a fuel cell module with good power generation efficiency can be obtained.
さらに、改質ユニットのガス流通方向に対して直交する断面形状と燃料ガス供給部のガス流通方向に対して直交する断面形状とが同一形状であることから、改質ユニットが燃料ガス供給部内に挿入されることを抑制でき、改質ユニットを目的とする場所に配置することができる。 Furthermore, since the cross-sectional shape orthogonal to the gas flow direction of the reforming unit and the cross-sectional shape orthogonal to the gas flow direction of the fuel gas supply unit are the same shape, the reforming unit is in the fuel gas supply unit. Insertion can be suppressed, and the reforming unit can be disposed at a target location.
また、本発明の燃料電池モジュールは、前記改質ユニットは、前記改質触媒を収納する改質触媒収納部と、前記改質触媒に供給する水蒸気を生成するための気化部とを有することが好ましい。 In the fuel cell module of the present invention, the reforming unit may include a reforming catalyst storage unit that stores the reforming catalyst, and a vaporization unit for generating steam to be supplied to the reforming catalyst. preferable.
このような燃料電地モジュールにおいては、改質ユニットは改質触媒を収納する改質触媒収納部と、改質触媒に供給する水蒸気を生成するための気化部とを有するとともに、改質ユニットはセルスタックの上方に位置することから、水蒸気改質を行う改質ユニットにおいて、改質触媒収納部と気化部の温度を高温にすることができ、原燃料の改質反応を効率よく行うことができる。それにより、燃料電池モジュールの発電効率を向上することができる。 In such a fuel electric module, the reforming unit has a reforming catalyst storage unit that stores the reforming catalyst, and a vaporization unit for generating steam to be supplied to the reforming catalyst. Since it is located above the cell stack, in the reforming unit that performs steam reforming, the temperature of the reforming catalyst storage unit and the vaporizing unit can be increased, and the reforming reaction of the raw fuel can be performed efficiently. it can. Thereby, the power generation efficiency of the fuel cell module can be improved.
また、本発明の燃料電池モジュールは、前記収納容器を構成する部材と前記ガス流通部材との隙間をガスシール部材にて封止していることが好ましい。 In the fuel cell module of the present invention, it is preferable that a gap between a member constituting the storage container and the gas flow member is sealed with a gas seal member.
このような燃料電池モジュールにおいては、収納容器のガス流通部材が貫通する面を構成する部材とガス流通部材との隙間をガスシール部材にて封止していることから、燃料電池モジュール内の排ガス等が燃料電池モジュールの外部に漏出することを抑制できる。それゆえ、燃料電池モジュールの発電効率を向上することができる。 In such a fuel cell module, since the gap between the member constituting the surface through which the gas flow member of the storage container passes and the gas flow member is sealed with the gas seal member, the exhaust gas in the fuel cell module Etc. can be prevented from leaking out of the fuel cell module. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell module can be improved.
本発明の燃料電池モジュールは、収納容器内に、燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのマニホールドに、複数の燃料電池セルを所定間隔を置いて一列に配設してなる燃料電池セルスタックを立設し、燃料電池セルスタックの上方に位置し、内部に脱着可能に設けられた改質触媒を有する改質ユニットを備える改質部と改質部で生成された燃料ガスをマニホールドに供給する燃料ガス供給部とを供える中空状のガス流通部材を具備する発電ユニットを収納し、ガス流通部材の原燃料供給側先端部が収納容器を構成する部材を貫通して収納容器の外部に突出していることから、改質触媒を容易に交換することができる。 The fuel cell module of the present invention includes a fuel cell stack formed by arranging a plurality of fuel cells in a row at predetermined intervals in a manifold for supplying fuel gas to the fuel cells in a storage container. A reforming unit provided with a reforming unit that is erected and is located above the fuel cell stack and has a reforming catalyst that is detachably provided therein, and fuel gas generated in the reforming unit is supplied to the manifold A power generation unit having a hollow gas flow member that provides a fuel gas supply unit is housed, and a raw fuel supply side tip of the gas flow member projects through the member constituting the storage container and protrudes outside the storage container. Therefore, the reforming catalyst can be easily replaced.
以下、本発明に従って構成された発電ユニットおよびそれを具備する燃料電池モジュールについて添付図面を参照して、更に詳述する。 Hereinafter, a power generation unit configured according to the present invention and a fuel cell module including the power generation unit will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図であり、図2は本発明の燃料電池モジュールに収納される発電ユニットの一例を示している。燃料電池モジュール1は、収納容器2の内部に発電ユニット3を収納している。
FIG. 1 is an external perspective view showing an example of a fuel cell module of the present invention, and FIG. 2 shows an example of a power generation unit housed in the fuel cell module of the present invention. The
発電ユニット3は、内部に燃料ガスの流路を有する燃料電池セル7を所定間隔を置いて一列に配設した燃料電池セルスタック(以下、セルスタックという)を、燃料電池セル7に燃料ガスを供給するためのマニホールド8に立設するとともに、マニホールド8にはマニホールド8に燃料ガスを供給する中空状のガス流通部材4が接続されている。なお、図1および図2においてセルスタックは燃料電池セル7の一部(両端に位置する燃料電池セル3)のみを示しており、他の燃料電池セル7は黒丸にて省略して示している。また、ガス流通部材4は中空平板状のガス流通部材4として示しているが、中空状であればよく、例えば中空円筒状とすることもできる。
The
なお、図1においては内部に脱着可能に設けられた改質触媒を有する改質ユニットを改質部9に取り付けている状態を示しており、改質ユニットには、改質ユニット内に原燃料を供給するための原燃料供給管5と、改質ユニット内に水(水蒸気)を供給するための水供給管6とが接続されている。
FIG. 1 shows a state in which a reforming unit having a reforming catalyst provided therein is detachably attached to the reforming
ガス流通部材4は、セルスタックの上方に位置し、内部に脱着可能に設けられた改質触媒を有する改質ユニットを備える改質部9と、改質部9で生成された燃料ガスをマニホールド8に供給する燃料ガス供給部10とを備えており、一端はマニホールド8に接続(固定)されるとともに、他端(原燃料供給側先端部)が収納容器2を貫通して収納容器2の外部に突出している形状となっている。
The
ここで、ガス流通部材4は中空状の部材の一部を屈曲させることにより、セルスタックの上方に位置する改質部9と、改質された燃料ガスをマニホールド8に供給する燃料ガス供給部10とを一体的に形成することが好ましい。なお、中空状の部材の一部を屈曲させるにあたり、その屈曲部はR形状とすることが好ましい。それにより、改質部9にて生成された燃料ガスをマニホールド8に供給するにあたり、圧損を減らすことができる。
Here, the
ここで、燃料電池セル7の発電に用いられなかった燃料ガスと、燃料電池セル7間を流れる酸素含有ガスとが、燃料電池セル7の上方にて燃焼する。そして、ガス流通部材4(改質部9)は、セルスタックの上方に位置するため、その燃焼による熱が改質部9に伝熱し改質部9の温度が上昇する。それにより、改質部9での原燃料の改質反応を効率よく行うことができ、発電効率のよい燃料電池モジュール1とすることができる。
Here, the fuel gas that has not been used for the power generation of the
また、ガス流通部材4は、改質部9と燃料ガス供給部10とを一体的に形成すること、すなわち継ぎ目なく形成することが好ましく、それにより、ガス流通部材4の高温での耐久性を向上することができる。あわせて、改質部9と燃料ガス供給部10との接続において溶接部分をなくすことができることから、ガス流通部材4の製造を容易とすることができる。
In addition, the
さらに、改質部9と燃料ガス供給部10とは、中空状のガス流通部材4の一部を屈曲させて形成することにより、改質部9のガス流通方向に対して直交する断面形状と燃料ガス供給部10のガス流通方向に対して直交する断面形状とをほぼ同一形状とすることができる。それゆえ、改質部9で改質されて生成された燃料ガスの流れにおいて圧損を減らすことができる。それにより、発電効率のよい燃料電池モジュール1とすることができる。また燃料ガスを供給するためのガスコンプレッサー等の補機が不要となる。
Further, the reforming
ここで、ガス流通部材4(燃料ガス供給部10)の一端はマニホールド8の表面で固定されるが、燃料ガスがガス流通部材4とマニホールド8との接続部から漏出しないように強固に固定することが好ましい。それゆえ、ガス流通部材4はマニホールド8の底面まで挿入するとともに、ガス流通部材4とマニホールド8の表面とで接続することにより、ガス流通部材4とマニホールド8とを強固に固定(接合)することができる。なお、この場合においては、マニホールド8に挿入したガス流通部材4のセルスタック側の面(燃料ガスを流す方向の面)に、ガス流通部材のガス流通方向に対して直交する断面形状(すなわち、ガス流通部材の内径)とほぼ同一(好ましくは同一)の形状の開口部を設けることが好ましい(図示せず)。さらには、燃料ガスをマニホールド8内に流すにあたり、より圧損を減らすことを目的として、開口部の近傍に燃料ガス流れ調整部材(例えば、開口部の下端と、開口部と対向する面で開口部の上端と同じ高さに位置する部位とを接続する板状部材等)を設けることもできる。
Here, one end of the gas flow member 4 (fuel gas supply unit 10) is fixed on the surface of the
そして、ガス流通部材4の他端(原燃料供給側先端部)が収納容器2を構成する部材を貫通して収納容器2の外部に突出している。それゆえ、収納容器2を構成する部材(板状部材等)を取り外すことなく、改質ユニットをガス流通部材4の他端側より挿入するだけで、改質ユニットを改質部9に取り付けることができる。それゆえ、改質ユニット(改質触媒)を容易に交換することができる。なお、収納容器の外面に断熱材を取り付ける場合においては、ガス流通部材4の他端は、断熱材を貫通して断熱材の外部に突出している形状とするのが好ましい。
The other end of the gas distribution member 4 (the front end of the raw fuel supply side) penetrates the member constituting the
なお、改質部9の大きさは、セルスタックの幅や長さ、改質ユニット内に設けられる改質触媒の性能や量等により適宜調整することができる。
Note that the size of the reforming
以下に、本発明で用いる燃料電池セル7について詳述する。図3に燃料電池セル7の一例を示す。図3に示す燃料電池セル7は、断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状の導電性支持基板11を備えており、導電性支持基板11の内部には、適当な間隔で複数の燃料ガス通路12が長手方向に形成されている。燃料電池セル7は、この導電性支持基板11上に各種の部材が設けられた構造を有している。
Hereinafter, the
導電性支持基板11は、平坦部nと平坦部nの両端の弧状部mとからなっている。平坦部nの両面は互いにほぼ平行に形成されており、平坦部nの一方の面(下面)と両側の弧状部mを覆うように燃料側電極13が設けられており、さらに、この燃料側電極13を覆うように、緻密質な固体電解質14が積層されている。また、固体電解質14の上には、燃料側電極13と対面するように酸素側電極15が積層されている。また、燃料側電極13及び固体電解質14が積層されていない他方の平坦部nの表面には、インターコネクタ16が形成されている。図3から明らかな通り、燃料側電極13及び固体電解質14は、インターコネクタ16の両サイドにまで延びており、導電性支持基板11の表面が外部に露出しないように構成されている。
The
ここで、燃料電池セル7は、燃料側電極13の酸素側電極15と対面している部分が燃料側電極として機能して発電する。即ち、酸素側電極15の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ導電性支持基板11内のガス通路12に燃料ガス(水素)を流し、所定の作動温度まで加熱することにより発電する。そして、かかる発電によって生成した電流は、導電性支持基板11に取り付けられているインターコネクタ16を介して集電される。
Here, in the
なお、インターコネクタ16と導電性支持基板11との間に、インターコネクタ16、導電性支持基板11間の熱膨張係数差を軽減する等のために燃料側電極13と類似する組成からなる層17を形成しても良い。なお、図3では、インターコネクタ16と導電性支持基板11との間に、燃料側電極13と類似する組成からなる層17を形成した状態を示している。
A
また、インターコネクタ16の外面(上面)には、P型半導体18を設けることが好ましい。複数の燃料電池セルを集電部材を用いて電気的に接続するが、集電部材をP型半導体18を介してインターコネクタ16に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。
Further, it is preferable to provide a P-
図4は、マニホールド8に燃料電池セル7を所定間隔を置いて一列に配設したセルスタックを立設し、その上方に改質部9が位置するように、ガス流通部材4を設けた本発明の燃料電池モジュールの断面の一部を示している。なお、図中において黒丸は燃料電池セル7を省略して示していることを意味する。
FIG. 4 shows a book in which a cell stack in which
図4は、ガス流通部材4に設けられた改質部9に改質ユニット19を挿入した状態の断面であり、改質ユニット19は、原燃料を改質して燃料ガス(改質ガス)を生成するための改質触媒20を収納する改質触媒収納部21と、改質触媒20(改質触媒収納部21)に水蒸気を供給するための気化部22を有しており、この改質触媒収納部21と気化部22とがセルスタックの上方に位置している。
FIG. 4 is a cross section of a state in which the reforming
それにより、水蒸気改質を行なう改質ユニット19において、改質触媒収納部21と気化部22とをセルスタックの上方に位置するように配置することで、改質触媒収納部21と気化部22の温度を高温とすることができ、原燃料の改質反応を効率よく行なうことができる。それにより、燃料電池モジュールの発電効率を向上することができる。
Thereby, in the reforming
ここで、改質ユニット19に配置される改質触媒は、使用により劣化を生じる場合があり、劣化を生じた改質触媒を継続して利用すると、改質反応が低下し、燃料電池セル7に燃料ガスが十分に供給されず、燃料電池セル7の発電量が低下する場合がある。それゆえ、改質触媒が劣化した場合には、改質触媒の交換等のメンテナンスを行なう必要性が生じる。
Here, the reforming catalyst disposed in the reforming
図4において改質ユニット19は、改質触媒収納部21、気化部22、原燃料供給管5および水供給管6を具備して構成されている場合を示しており、このような改質ユニット19においては、ガス流通部材4より原燃料供給管5または水供給管6を引き出す(改質ユニット19を引き抜く)ことにより、改質ユニット19の脱着を容易に行うことができる。それにより、容易に改質触媒を交換することができる。
FIG. 4 shows a case where the reforming
ここで、原燃料供給管5から供給される原燃料および水供給管6より供給される水(水蒸気)が、改質触媒収納部21に供給されるよう、改質触媒収納部21と気化部22とは通気性のある壁で分離されていることが好ましく、同様に改質触媒収納部21と燃料ガス供給部10とは通気性のある壁で分離されていることが好ましい。それゆえ、例えば改質触媒収納部21を網目状の部材で構成することができる。それにより、改質触媒20は、改質触媒収納部21を構成する部材の一部を取り外すもしくは開放することにより容易に交換することができる。
Here, the reforming
なお、気化部22には、原燃料を供給するための原燃料供給管5と、改質触媒収納部21に水(水蒸気)を供給するための水供給管6とが接続されており、とくに水供給管6は、気化部22の内部まで挿入されるように設けられている。それにより、水供給管6より供給される水が、より効率よく気化することができる。
The
さらに、改質ユニット19に、原燃料供給管5および水供給管6の強度を確保するために、原燃料供給管5および水供給管6を固定するための固定部材をあわせて設けることも可能であり、図4においては、気化部22に隣接して固定部材23を設けている例を示している。なお、気化部22をガス流通部材4の原燃料供給側先端部まで設け、固定部材23を省くことも可能である。
Furthermore, in order to ensure the strength of the raw
また、改質ユニット19のガス流通方向に対して直交する断面形状と燃料ガス供給部10のガス流通方向に対して直交する断面形状とを同一形状とする、すなわち改質ユニット19と燃料ガス供給部10との内径を同一とすることが好ましい。それにより、改質ユニット19にて生成された燃料ガスをマニホールド8に供給するにあたり、さらに圧損を減らすことができ、発電効率のよい燃料電池モジュールとすることができる。
Further, the cross-sectional shape orthogonal to the gas flow direction of the reforming
さらに、改質ユニット19のガス流通方向に対して直交する断面形状と燃料ガス供給部10のガス流通方向に対して直交する断面形状とを同一形状とすることにより、改質ユニット19が燃料ガス供給部10の内部に挿入されることを抑制でき、改質ユニット19を目的とする場所に配置することができる。
Furthermore, the cross-sectional shape orthogonal to the gas flow direction of the reforming
また、改質ユニット19が所定の位置よりも燃料ガス供給部10側に挿入されないよう、改質ユニット19にストッパー部材25を設けることもできる。そのようなストッパー部材25としては、例えば、ストッパー部材25をガス流通部材4の挿入口に接触させ、改質ユニット19がそれ以上ガス流通部材4の内部に挿入されないように適宜設計することができる。
In addition, a
ここで、収納容器2のガス流通部材4が貫通する部材である板状部材に、ガス流通部材4が貫通するための開口部を設けるが、その板状部材(開口部)とガス流通部材4との隙間から、燃料電池セル7の発電により生じる排ガスや燃料電池セル7で使用されなかった燃料ガス等が漏出する場合に、燃料電池モジュール内の温度が低下するなど、発電効率が低下するおそれがある。
Here, an opening for allowing the
それゆえ、開口部を有する板状部材とガス流通部材4との隙間をガスシール部材24にて封止していることが好ましい。
Therefore, it is preferable that the gap between the plate-like member having the opening and the
このようなガスシール部材は、開口部やガス流通部材4の大きさにより適宜設計することができ、板状部材の外面側(収納容器の外面側)または内面側(収納容器の内面側)の少なくとも一方に設けることができる。それにより、収納容器内の排ガス等が収納容器の外部に漏出することを抑制でき、燃料電池モジュールの発電効率を向上することができる。
Such a gas seal member can be appropriately designed depending on the size of the opening and the
図5は、本発明の燃料電池モジュールの一例の縦断面図を示したものである。燃料電池モジュール51は、直方体状の収納容器2の内部に、複数の燃料電池セル7をマニホールド8上に立設して電気的に直列に接続してなるセルスタックを収納する。セルスタックの上方には、改質部9を有するガス流通部材4が配置されている。
FIG. 5 shows a longitudinal sectional view of an example of the fuel cell module of the present invention. The
収納容器2は、内壁26と外壁27を有する二重壁構造で、外壁27により収納容器2の外枠が形成されるとともに、内壁26によりセルスタックを収納する発電室28が形成されている。
The
さらに燃料電池モジュール51においては、内壁26と外壁27との間を、燃料電池セル7に導入する酸素含有ガスの流路としており、例えば、燃料電池セル7に導入する酸素含有ガス等が流れる。
Further, in the
ここで内壁26には、セルスタックの配列方向における幅に対応し、内壁26と外壁27とで形成される流路に連通してセルスタックの配列方向に沿った側面側よりセルスタックに酸素含有ガスを導入するための酸素含有ガス導入部材29が備えられている。また、酸素含有ガス導入部材29の下端側(燃料電池セル7の下端側)には、燃料電池セル7に酸素含有ガスを導入するための吹出口30が設けられている。なお図5において、酸素含有ガス導入部材29は、収納容器2の上面側から発電室28に垂下する形状を示しており、酸素含有ガス導入部材29は、互いに所定間隔を空けて並設された一対の板部材により酸素含有ガス導入流路を形成し、下端側で底部材に接合して形成されている。なお、図5においてはセルスタックを一列設けた例を示しており、そのセルスタックの配列方向に沿った両方の側面側に酸素含有ガス導入部材29が設けられている。なお、セルスタックを2列とする場合においては、その2列のセルスタックの間に酸素含有ガス導入部材29が位置するように配置することもでき、また2列のセルスタックを挟み込むように酸素含有ガス導入部材29を配置することもできる。
Here, the
また収納容器2は、さらに内壁26の発電室28側に発電室側内壁31が設けられている。ここで発電室側内壁31は上端側が開放された構成となっており、セルスタックの発電により生じる排ガスが、内壁26と発電室側内壁31とにより形成される空間を流通して、収納容器2の外部に排気される。そして、この内壁26と発電室側内壁31とにより形成される空間を流れる排ガスと、内壁26と外壁27とにより形成される流路を流れる酸素含有ガスとで効率よく熱交換し、酸素含有ガス導入部材29から燃料電池セル7に供給される酸素含有ガスを温めることができ、より効率よく熱交換を行うため、これらの空間はそれぞれ例えば蛇行状の流路とすることができ、図5に示す燃料電池モジュールにおいては、これらの空間を蛇行状の流路とすべく、蛇行流路板32を設けた例を示している。また発電室28内には、燃料電池セル3と発電室側内壁31との間や、マニホールド8と外壁27との間等に、適宜断熱材33を設けることができる。
The
なお、このような収納容器2は金属製の板または箱を成形加工することにより作製でき、例えば収納容器2を構成する前後面の壁面を取り外し可能とすることにより、収納容器2の発電室28に、セルスタックや、断熱材33をスライドして挿入することができる。なお、改質ユニット19の交換においては、収納容器2を構成する部材(前後面の壁面等)を取り外すことなく、改質ユニット19の交換を行うことができる。
Such a
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。 Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、改質ユニット19が部分酸化改質を行なう(水蒸気改質と併用する場合も含む)場合には、改質ユニット19にさらに酸素含有ガス供給管を接続することもできる。
For example, when the reforming
上述の説明において、中空平板状の燃料電池セル7を用いて説明したが、例えば円筒型や平板形の燃料電池セルとすることもできる。この場合においては、ガス流通部材4は燃料電池セルの形状にあわせて適宜調整することにより、本発明の燃料電池モジュールとすることができる。
In the above description, the hollow
1、51:燃料電池モジュール
2:収納容器
3:発電ユニット
4:ガス流通部材
5:原燃料供給管
6:水供給管
7:燃料電池セル
8:マニホールド
9:改質部
10:燃料ガス供給部
19:改質ユニット
20:改質触媒
21:改質触媒収納部
22:気化部
24:ガスシール部材
DESCRIPTION OF
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JP2005158716A (en) * | 2003-10-27 | 2005-06-16 | Kyocera Corp | Fuel cell assembly and catalyst cartridge used in this |
JP2006302881A (en) * | 2005-03-25 | 2006-11-02 | Kyocera Corp | Fuel cell assembly |
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