JP2009158121A - Fuel cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の燃料電池セルを立設して構成される燃料電池セルスタック装置および燃料電池セルスタック装置を収納してなる燃料電池モジュール、ならびに燃料電池モジュールを具備する燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell stack device configured by standing a plurality of fuel cells, a fuel cell module containing the fuel cell stack device, and a fuel cell device including the fuel cell module.
近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガスと空気(酸素含有ガス)とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数並設し電気的に直列に接続してなるセルスタックを、燃料電池セルにガスを供給するマニホールドに固定した燃料電池セルスタック装置や、それを収納してなる燃料電池モジュール、さらには燃料電池モジュールを収納してなる燃料電池装置が種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, as a next-generation energy, a cell stack formed by arranging a plurality of fuel cells that can obtain electric power using hydrogen-containing gas and air (oxygen-containing gas) and electrically connecting them in series, Various fuel cell stack devices fixed to a manifold that supplies gas to the cells, fuel cell modules that store the fuel cell stack devices, and fuel cell devices that store fuel cell modules have been proposed (for example, patents) Reference 1).
図7は、従来の燃料電池モジュール50の一例を示したものであり、図7における燃料電池モジュール50は、直方体状の収納容器51の内部に、内部を燃料ガスが流通するガス流路を有する燃料電池セル52を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル52間に集電部材(図示せず)を介して電気的に直列に接続してセルスタック54を構成するとともに、燃料電池セル52の下端がガラスシール材等の絶縁性接合材(図示せず)でマニホールド53に固定されている。
FIG. 7 shows an example of a conventional
また、燃料電池セル52にて使用する水素含有ガスを得るために、天然ガスや灯油等の燃料を改質して燃料ガス(水素含有ガス)を生成するための改質器55を燃料電池セルスタック54(燃料電池セル52)の上方に配置している。そして、改質器55で生成された燃料ガスは、ガス流通管56によりマニホールド53に供給され、マニホールド53を介して燃料電池セル52の内部に設けられたガス流路に供給される。このような構成により燃料電池セルスタック装置57が構成され、燃料電池セルスタック装置57が収納容器51に収納されて燃料電池モジュール50が構成されている。
Further, in order to obtain a hydrogen-containing gas used in the
なお、図7に示した燃料電池モジュール50においては、燃料電池セル52のガス流路より排出される余剰の燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル52の上端部側で燃焼させ、その熱により改質器55の温度を上昇させることができる。
ところで、上記特許文献1に記載されたような、燃料電池セルの上端部側で余剰の燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させるタイプの燃料電池セルスタック装置においては、各燃料電池セルの上端部側の温度が高く、下端部側の温度が低いという不均一な温度分布を生じる場合がある。また、燃料電池セルスタックの側方より燃料電池セルの下端部側に向けて酸素含有ガスが供給される場合においては、燃料電池セルの下端部の温度がさらに低下し、燃料電池セルの上下方向においてさらに不均一な温度分布を生じる場合がある。
By the way, in the fuel cell stack device of the type that burns excess fuel gas and oxygen-containing gas on the upper end side of the fuel cell as described in
それゆえ、本発明は、燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、発電効率が向上した燃料電池セルスタック装置および燃料電池モジュールならびにそれを具備する燃料電池装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention provides a fuel cell stack device and a fuel cell module that can make the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cells close to uniform and improve power generation efficiency, and a fuel cell device including the fuel cell stack device. With the goal.
本発明の燃料電池セルスタック装置は、内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端を固定するとともに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と、前記燃料電池セルの上方に配置され前記燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質器と、該改質器により生成された燃料ガスを前記マニホールドに供給するために前記改質器と前記マニホールドとを接続する燃料ガス供給管とを備え、前記ガス流路より排出される前記燃料ガスを前記燃料電池セルの上端部側で燃焼させるように構成してなる燃料電池セルスタック装置であって、前記燃料ガス供給管は、該燃料ガス供給管を流れる前記燃料ガスが前記燃料電池セルの下端部側を配列方向に沿って流れた後に前記マニホールドに供給されるよう構成されていることを特徴とする。 The fuel cell stack device of the present invention includes a cell stack formed by arranging and electrically connecting a plurality of columnar fuel cells each having a gas flow path in an upright state, and the fuel cell A manifold for fixing a lower end and supplying fuel gas to the fuel cell, a reformer disposed above the fuel cell and generating fuel gas to be supplied to the fuel cell, and the reformer A fuel gas supply pipe connecting the reformer and the manifold to supply the fuel gas generated by the gasifier to the manifold, and the fuel gas discharged from the gas flow path is the fuel cell. A fuel cell stack device configured to burn on the upper end side of a cell, wherein the fuel gas supply pipe includes the fuel gas flowing through the fuel gas supply pipe. Characterized in that it is configured to be supplied to the manifold lower end Le After flowing along the arrangement direction.
このような燃料電池セルスタック装置においては、改質器にて生成された高温の燃料ガスが、燃料電池セルの下端部側を配列方向に沿って流れた後にマニホールドに供給されるよう燃料ガス供給管を構成することから、燃料電池セルの下端部側の温度を上昇させることができる。したがって、燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、燃料電池セルの発電効率を向上することができる。 In such a fuel cell stack device, the fuel gas is supplied so that the high-temperature fuel gas generated in the reformer is supplied to the manifold after flowing along the arrangement direction in the lower end side of the fuel cell. Since the tube is configured, the temperature on the lower end side of the fuel cell can be increased. Therefore, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell can be made closer to the uniformity, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.
本発明の燃料電池セルスタック装置は、内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端を固定するとともに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と、前記燃料電池セルの上方に配置され前記燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質器と、該改質器により生成された燃料ガスを前記マニホールドに供給するために前記改質器と前記マニホールドとを接続する燃料ガス供給管とを備え、前記ガス流路より排出される前記燃料ガスを前記燃料電池セルの上端部側で燃焼させるように構成してなる燃料電池セルスタック装置であって、前記燃料ガス供給管は、該燃料ガス供給管を流れる前記燃料ガスが前記セルスタックの周囲を流れた後に前記マニホールドに供給されるよう構成されていることを特徴とする。 The fuel cell stack device of the present invention includes a cell stack formed by arranging and electrically connecting a plurality of columnar fuel cells each having a gas flow path in an upright state, and the fuel cell A manifold for fixing a lower end and supplying fuel gas to the fuel cell, a reformer disposed above the fuel cell and generating fuel gas to be supplied to the fuel cell, and the reformer A fuel gas supply pipe connecting the reformer and the manifold to supply the fuel gas generated by the gasifier to the manifold, and the fuel gas discharged from the gas flow path is the fuel cell. A fuel cell stack device configured to burn on the upper end side of a cell, wherein the fuel gas supply pipe is configured such that the fuel gas flowing through the fuel gas supply pipe Characterized in that it is configured to be supplied to the manifold after flowing around the click.
このような燃料電池セルスタック装置においては、改質器にて生成された高温の燃料ガスがセルスタックの周囲を流れるよう燃料ガス供給管を構成することで、燃料電池セルの下端部側の温度をより上昇させることができる。したがって、燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、燃料電池セルの発電効率を向上することができる。 In such a fuel cell stack device, the fuel gas supply pipe is configured so that the high-temperature fuel gas generated in the reformer flows around the cell stack, so that the temperature on the lower end side of the fuel cell is increased. Can be raised more. Therefore, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell can be made closer to the uniformity, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.
また、本発明の燃料電池セルスタック装置は、前記セルスタックが複数個並置されているとともに、前記燃料ガス供給管が、該燃料ガス供給管を流れる前記燃料ガスが前記セルスタック間を流れた後に前記マニホールドに供給されるよう構成されていることが好ましい。 In the fuel cell stack device of the present invention, a plurality of the cell stacks are juxtaposed, and the fuel gas supply pipe is disposed after the fuel gas flowing through the fuel gas supply pipe flows between the cell stacks. It is preferable to be configured to be supplied to the manifold.
このような燃料電池セルスタック装置においては、セルスタックを複数個並置する場合に、燃料ガスがセルスタック間を流れることから、燃料ガス供給管の両側に位置する燃料電池セルの下端部側の温度を効率よく上昇させることができる。したがって、燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、燃料電池セルの発電効率を向上することができる。 In such a fuel cell stack device, when a plurality of cell stacks are juxtaposed, the fuel gas flows between the cell stacks, so the temperature on the lower end side of the fuel cell located on both sides of the fuel gas supply pipe Can be raised efficiently. Therefore, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell can be made closer to the uniformity, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.
本発明の燃料電池モジュールは、上記のうちいずれかに記載の燃料電池セルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とする。 The fuel cell module of the present invention is characterized in that the fuel cell stack device according to any one of the above is housed in a housing container.
このような燃料電池モジュールにおいては、燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、燃料電池セルの発電効率を向上することができる燃料電池セルスタック装置を収納容器内に収納してなることから、発電効率の向上した燃料電池モジュールとすることができる。 In such a fuel cell module, the fuel cell stack device that can make the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell close to uniform and can improve the power generation efficiency of the fuel cell is stored in the storage container. Thus, a fuel cell module with improved power generation efficiency can be obtained.
また、本発明の燃料電池モジュールは、前記収納容器が、内壁と外壁とを有する二重構造で前記内壁と前記外壁との間を反応ガス流路とし、前記内壁に前記燃料電池セルスタックの側面側にまで延び、前記燃料電池セルの下端部側に前記反応ガスを供給するための反応ガス導入部材が設けられていることが好ましい。 In the fuel cell module of the present invention, the storage container has a double structure having an inner wall and an outer wall, and a reaction gas flow path is formed between the inner wall and the outer wall, and a side surface of the fuel cell stack is formed on the inner wall. It is preferable that a reaction gas introduction member for supplying the reaction gas to the lower end side of the fuel cell is provided.
このような燃料電池モジュールにおいては、燃料電池セルの下端部側に反応ガスを供給することから、燃料電池セルの下端部側の温度がさらに低下する。ここで燃料ガス供給管を、燃料電池セルの下端部側を流れるように配置することにより、燃料電池セルの下端部側の温度が低下することを抑制する、もしくは燃料電池セルの下端部側の温度を上昇させることができる。それにより、燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、発電効率の向上した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 reaction gas is supplied to the lower end side of the fuel cell, the temperature on the lower end side of the fuel cell further decreases. Here, the fuel gas supply pipe is disposed so as to flow on the lower end side of the fuel cell, thereby suppressing the temperature on the lower end side of the fuel cell from decreasing, or on the lower end side of the fuel cell. The temperature can be raised. Thereby, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell can be made closer to the uniform, and a fuel cell module with improved power generation efficiency can be obtained.
本発明の燃料電池装置は、上記のうちいずれかに記載の燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなることを特徴とする。 A fuel cell device according to the present invention is characterized in that any one of the above fuel cell modules is housed in an outer case.
このような燃料電池装置においては、発電効率の向上した燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなることから、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。 In such a fuel cell device, since the fuel cell module with improved power generation efficiency is housed in the outer case, a fuel cell device with improved power generation efficiency can be obtained.
本発明の燃料電池セルスタック装置は、内部にガス流路を有する燃料電池セルの複数個を電気的に接続してなるセルスタックをマニホールドに固定するととともに、燃料電池セルの上方に燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質器を配置し、燃料電池セルの上端部側でガス流路より排出される燃料ガスを燃焼させるように構成してなる燃料電池セルスタック装置において、改質器とマニホールドとを接続する燃料ガス供給管を、燃料ガス供給管を流れる燃料ガスが燃料電池セルの下端部側を配列方向に沿って流れた後にマニホールドに供給されるよう構成されていることから、燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、燃料電池セルの発電効率を向上することができる。あわせて、本発明の燃料電池セルスタック装置を具備することで、発電効率の向上した燃料電池モジュールおよび燃料電池装置とすることができる。 In the fuel cell stack device of the present invention, a cell stack formed by electrically connecting a plurality of fuel cells having gas passages therein is fixed to a manifold, and the fuel cell is disposed above the fuel cell. In a fuel cell stack apparatus configured to dispose a reformer for generating fuel gas to be supplied and combust fuel gas discharged from a gas flow path on the upper end side of the fuel cell. The fuel gas supply pipe connecting the mass device and the manifold is configured to be supplied to the manifold after the fuel gas flowing through the fuel gas supply pipe flows along the arrangement direction in the lower end side of the fuel cell. Thus, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell can be made closer to the uniform, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved. In addition, by providing the fuel cell stack device of the present invention, a fuel cell module and a fuel cell device with improved power generation efficiency can be obtained.
図1は本発明の燃料電池セルスタック装置1の一例を示す(以下、セルスタック装置と略す場合がある)外観斜視図であり、以降の図において同一の構成については同一の符号を用いるものとする。
FIG. 1 is an external perspective view showing an example of a fuel
図1に示したセルスタック装置1は、内部にガス流路を有する複数の燃料電池セル2を立設させた状態で所定間隔をおいて配列し、隣接する燃料電池セル2間に集電部材(図示せず)を介して電気的に直列に接続してセルスタック4を構成するとともに、燃料電池セル2の下端はガラスシール材等の絶縁性接合材(図示せず)でマニホールド3に固定されている。
A
なお、燃料電池セル2としては、内部を水素含有ガス(燃料ガス)が長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セル2を例示している。
The
また、セルスタック4の上方には、天然ガスや灯油等の燃料を改質して燃料電池セル2に供給する燃料ガスを生成するための改質器5が配置されており、改質器5にて生成された燃料ガスが、燃料ガス供給管6を流れてマニホールド3に供給される。そしてマニホールド3に供給された燃料ガスは、燃料電池セル2の内部に設けられたガス流路を下端より上端に向けて流れ、燃料電池セル2の側方より供給される酸素含有ガスとで発電が行なわれることとなる。
Above the
このようなセルスタック装置1においては、燃料電池セル2の上端部側にてガス流路より排出される余剰の燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させ、その燃料熱により改質器5を温めることができる。それにより、改質器5での改質反応を効率よく行うことができる。
In such a
一方、燃料電池セル2の上端部側で余剰の燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させるセルスタック装置においては、各燃料電池セル2の上端部側の温度が高く、下端部側の温度が低いという不均一な温度分布を生じる場合がある。
On the other hand, in the cell stack device that burns surplus fuel gas and oxygen-containing gas on the upper end side of the
さらに、マニホールド3より供給される燃料ガスを、燃料電池セルの内部に設けられたガス流路を下端より上端に向けて流す燃料電池セルにおいては、燃料ガスと同様、酸素含有ガスも下端部側より上端部側に向けて流すことが好ましい。しかしながら、温度の低い酸素含有ガスが燃料電池セル2の下端部側より供給される場合には、燃料電池セル2の下端部側の温度がさらに低下し、燃料電池セル2の上下方向においてさらに不均一な温度分布を生じる場合がある。
Further, in the fuel battery cell in which the fuel gas supplied from the
ここで、燃料電池セル2の上下方向における温度分布が不均一となった場合に、燃料電池セルの発電効率が低下するおそれがある。
Here, when the temperature distribution in the vertical direction of the
それゆえ、本発明においては燃料電池セル2の下端部側の温度を上昇させ、もしくは燃料池セル2の下端部側の温度低下を抑制し、燃料電池セル2の上下方向における温度分布を均一に近づけることを目的とする。
Therefore, in the present invention, the temperature on the lower end side of the
ここで、図1に示したセルスタック装置1においては、燃料ガス供給管6は、改質器5からマニホールド3に向けて燃料ガスを流す(燃料電池セル2の高さ方向に沿って流れる)ための供給管7と、供給管7を流れた燃料ガスを、燃料電池セル2の下端部側を配列方向に沿って流すためのスタック側方管8とから構成されている。
Here, in the
ここで、改質器5にて生成される燃料ガスは約600℃と高温のため、この生成された高温の燃料ガスを燃料電池セル2の下端部側を配列方向に沿って流通させることにより、燃料電池セル2の下端部側の温度を上昇させるもしくは燃料電池セル2の下端部側の温度低下を抑制することができる。それにより、燃料電池セル2の上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。
Here, since the fuel gas generated in the
なお、スタック側方管8は、燃料電池セル2の高さ方向における半分の高さ以下の部位に配置することが好ましく、さらには燃料電池セル2のマニホールド3との固定部位の近傍を燃料ガスが流れるように配置することが好ましい。
Note that the
また、図1においては、スタック側方管8をセルスタック4(燃料電池セル2)の一方側の側方にだけ配置したが、セルスタック4を挟み込むように両側方側に設けることもできる。
Further, in FIG. 1, the
図2は、本発明のセルスタック装置の他の一例を示したものであり、(a)はマニホールド3にセルスタック4を2つ並置してなるセルスタック装置10の外観斜視図、(b)は(a)で示すセルスタック装置10のうち、改質器5を取り外した状態の平面図を示している。
FIG. 2 shows another example of the cell stack device of the present invention. FIG. 2 (a) is an external perspective view of a
ここで、図2に示したセルスタック装置10においては、セルスタック4をマニホールド3上に2つ並置するとともに、その上方に平面視でコの字状の改質器5が配置されている。そして図2に示すセルスタック装置10においては、燃料ガス供給管6は、改質器5からマニホールド3に向けて燃料ガスを流す(燃料電池セル2の高さ方向に沿って流す)ための供給管7と、供給管7を流れた燃料ガスを、2つ並置したセルスタック4の周囲を流すための周囲管11とから構成されている。
Here, in the
ここで、改質器5にて生成される燃料ガスは約600℃と高温のため、この生成された高温の燃料ガスをセルスタック4の周囲を流通させることにより、燃料電池セル2の下端部側の温度を上昇させるもしくは燃料電池セル2の下端部側の温度低下を抑制することができる。それにより、燃料電池セル2の上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。
Here, since the fuel gas generated in the
また、周囲管11も前述のスタック側方管8と同様に、燃料電池セル2の高方向における半分の高さ以下の部位近傍に配置することが好ましく、さらには燃料電池セル2のマニホールド3との固定部位の近傍を燃料ガスが流れるように配置することが好ましい。
Further, similarly to the
なお、(b)において、セルスタック4の両端部には端部集電部材12を介してセルスタック4を挟持するように導電部材13が配置されており、導電部材13には電流引き出し部9が設けられている。なお、(b)において燃料電池セル2間に配置される集電部材は省略して示したが、端部集電部材12と同じものを使用することができる。
In (b),
また、燃料ガス供給管6を供給管7と周囲管11とにより構成する場合に、複数のセルスタック4を並置するにあたっては、複数のセルスタック4を、燃料電池セル2の配列方向を平行となるように横並びに配置するほか、燃料電池セル2の配列方向が直線状となるように縦並びに配置することもできる。
Further, when the fuel
図3は、図2(a)で示したセルスタック装置10のうち、供給管7と周囲管11との接続を示すべく、点線枠Aで示した部位を抜粋して示したものである。
FIG. 3 shows an excerpt of the portion indicated by the dotted frame A in order to show the connection between the
図3に示したように、改質器5側より供給管7を流れる燃料ガスは、供給管7の上部側に接続された周囲管11に流れてセルスタック4の周囲を流れるとともに、セルスタック4の周囲を流れた燃料ガスは供給管7の下部側に接続された周囲管11より供給管7に流入してマニホールド3に流れることとなる。それゆえ、供給管7の内部には、改質器5から流れる燃料ガスが上部側に接続された周囲管11に流れるよう仕切部14が設けられている。なお、仕切部14は燃料ガスが透過しなければ、特にその構成において制限はない。
As shown in FIG. 3, the fuel gas flowing through the
供給管7と周囲管11との接続構造をこのような構造とすることで、高温の燃料ガスをセルスタック4の周囲に流すことができる。それにより、燃料電池セル2の下端部側の温度を上昇させるもしくは燃料電池セル2の下端部側の温度低下を抑制することができ、燃料電池セル2の上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。
By using such a connection structure between the
図4は、本発明のセルスタック装置のさらに他の実施態様を示したものであり、(a)はマニホールド3にセルスタック4を2つ並置してなるセルスタック装置15の外観斜視図、(b)は(a)で示すセルスタック装置10のうち、改質器5を取り外した状態の平面図を示している。
FIG. 4 shows still another embodiment of the cell stack device of the present invention, and (a) is an external perspective view of a
ここで、図4においては、セルスタック4をマニホールド3上に2つ並置するとともに、その上方に平面視でコの字状の改質器5が配置されている。そして図4に示すセルスタック装置15においては、燃料ガス供給管6は、改質器5からマニホールド3に向けて燃料ガスを流す(燃料電池セル2の高さ方向に沿って流す)ための供給管7と、供給管7を流れた燃料ガスが、2つ並置したセルスタック4の間を流れるためのセルスタック間流通管16とから構成されている。
Here, in FIG. 4, two
なお、燃料ガス供給管6を供給管7とセルスタック間流通管16とにより構成する場合に、複数のセルスタック4を並置するにあたっては、燃料電池セル2の配列方向を平行となるように横並びに配置することができる。
When the fuel
ここで、改質器5にて生成される燃料ガスは約600℃と高温のため、この生成された高温の燃料ガスがセルスタック4間を流通することにより、燃料電池セル2の下端部側の温度を上昇させるもしくは燃料電池セル2の下端部側の温度低下を抑制することができる。それにより、燃料電池セル2の上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。
Here, since the fuel gas generated in the
なお、図4においてはセルスタック間流通管16の形状を、供給管7と対象の位置にてマニホールド3に流入する形状としたが、セルスタック4の間を流れればよく、例えば平面視でコの字状としてもよい。
In FIG. 4, the shape of the inter-cell
上述したように、本発明の燃料電池セルスタック装置においては、改質器5にて生成された高温の燃料ガスを、セルスタック4の配列方向に沿って流通させる、セルスタック4の周囲を流通させる、もしくはセルスタック4間を流通させることにより、燃料電池セル2の下端部側の温度を上昇させるもしくは燃料電池セル2の下端部側の温度低下を抑制することができ、燃料電池セル2の上下方向における温度分布を均一に近づけることができる燃料電池セルスタック装置とすることができる。
As described above, in the fuel cell stack apparatus of the present invention, the high-temperature fuel gas generated by the
そして、上述したような燃料電池セルスタック装置を収納容器に収納することにより、発電効率が向上した燃料電池モジュールとすることができる。 And it can be set as the fuel cell module which improved electric power generation efficiency by accommodating the fuel cell stack apparatus as mentioned above in a storage container.
図5は、本発明の燃料電池モジュール17の一例を示す(以下、モジュールと略す場合がある)の外観斜視図であり、直方体状の収納容器18の内部に、図2で示したセルスタック装置10を収納して構成する例を示している。
FIG. 5 is an external perspective view showing an example of the
なお、図5においては、収納容器18の一部(前後面)を取り外し、内部に収納される燃料電池セルスタック装置10を後方に取り出した状態を示している。ここで、図5に示したモジュール17においては、燃料電池セルスタック装置10を、収納容器18内にスライドして収納するにあたり、周囲管11は後述する反応ガス導入部材22と接触しない高さに設けることが好ましい。
5 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the
図6は、図5で示すモジュール17の断面図である。モジュール17を構成する収納容器18は、内壁19と外壁20を有する二重構造で、外壁20により収納容器18の外枠が形成されるとともに、内壁19によりセルスタック4(セルスタック装置10等)を収納する発電室21が形成されている。さらにモジュール17(収納容器18)においては、内壁19と外壁20との間を、燃料電池セル2に導入する反応ガス(酸素含有ガス)が流通する反応ガス流路としている。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
ここで内壁19には、内壁19の上面よりセルスタック4の側面側にまで延び、セルスタック4の配列方向における幅に対応し、内壁19と外壁20とで形成される流路に通じて、セルスタック4に酸素含有ガスを導入するための反応ガス導入部材22が備えられている。また、反応ガス導入部材22の下端部側(燃料電池セル2の下端部側)には、燃料電池セル2に酸素含有ガスを導入するための吹出口23が設けられている。
Here, the
ここで、反応ガス導入部材22はセルスタック4を構成する各燃料電池セル2に効率よく酸素含有ガスを導入するため、セルスタック4の配列方向における幅と同等もしくはそれ以上の長さとなるように構成することが好ましい。
Here, the reactive
なお図6において、反応ガス導入部材22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反応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。また図6においては、反応ガス導入部材22は、収納容器18の内部に並置された2つのセルスタック4間に位置するように配置されている。なお、反応ガス導入部材22は、収納容器18に収納されるセルスタック4の数により、例えばセルスタック4の両側面から挟み込むように配置してもよい。
In FIG. 6, the reaction
そして、反応ガス導入部材22の内部に、温度センサ24の測温部25が位置するよう、温度センサ24が収納容器28の上面側より挿入されている。なお、温度センサ24としては、例えば熱電対を用いることができる。なお温度センサ24は、測温部25がセルスタック4の最も高い温度となる中央部側(セルスタック4の配列方向の中央部で、かつ燃料電池セル2の長手方向における中央部に位置する部位)を測定できるように配置することが好ましい。それにより、セルスタック4の温度管理を行なうことができる。
The
また発電室21内には、モジュール17内の熱が極端に放散され、燃料電池セル2(セルスタック4)の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール17内の温度を高温に維持するための断熱材26が適宜設けられている。
Further, in the
なお断熱材26は、セルスタック4の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル2の配列方向に沿ってセルスタック4の側面側に並設するとともに、セルスタック4の側面の外形と同等またはそれ以上の大きさを有する断熱材26を並設することが好ましい。なお、好ましくは、断熱材26はセルスタック4の両側面側に並設することが好ましい。それにより、セルスタック4の温度が低下することを効果的に抑制できる。さらには、反応ガス導入部材22より供給される酸素含有ガスが、セルスタック4の側面側(酸素含有ガスが供給される側と反対側の側面側)より排出されることを抑制でき、セルスタック4を構成する燃料電池セル2間の反応ガスの流れを促進することができる。
The
また、内壁19により形成される底面(内部底面)および燃料電池セル2の配列方向に沿って形成された側面(内部側面)に対して所定間隔を空けて併設された排ガス用内壁27により排ガス流路が形成され、さらに収納容器18の底に設けられた排気孔28と排ガス流路が通じている。
In addition, the exhaust gas flow is caused by the exhaust gas
それにより、モジュール17の稼動(起動処理時、発電時、停止処理時)に伴って生じる排ガスは、排ガス流路を流れた後、排気孔28より排気される構成となっている。なお、排気孔28は収納容器18の底の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を設けることにより形成してもよい。
Thereby, the exhaust gas generated with the operation of the module 17 (during start-up processing, power generation, and stop processing) flows through the exhaust gas passage and is then exhausted from the
ところで、このような燃料電池モジュールにおいては、マニホールド3より供給される燃料ガスが燃料電池セル2の内部に設けられたガス流路を下端より上端に向けて流れるため、あわせて燃料電池セル2に供給する酸素含有ガスも燃料電池セル2の下端部側より上端部側に向けて流れるように供給することが好ましい。それゆえ、本発明の燃料電池モジュール17における収納容器18においては、燃料電池セル2に酸素含有ガスを供給するための反応ガス導入部材22の吹出口23が、燃料電池セル2の下端部側に設けられていることが好ましい。
By the way, in such a fuel cell module, the fuel gas supplied from the
ところが、吹出口23より供給される酸素含有ガスが低温の場合には、その低温の酸素含有ガスが供給されることにより、燃料電池セル2の下端部側の温度が低下し、それにより燃料電池セルの上下方向における温度分布が不均一となり、燃料電池セルの発電効率が低下するおそれがある。
However, when the oxygen-containing gas supplied from the
そこで、本発明の燃料電池モジュール17においては、上述したような改質器5より供給される高温の燃料ガスを、セルスタック4の配列方向に沿って流通させる、セルスタック4の周囲を流通させる、もしくはセルスタック4間を流通させることにより、燃料電池セル2の下端部側の温度を上昇させるもしくは燃料電池セル2の下端部側の温度低下を抑制することができ、燃料電池セル2の上下方向における温度分布を均一に近づけることができるセルスタック装置を収納してなることから、発電効率が向上した燃料電池モジュールとすることができる。
Therefore, in the
そして、上述したような燃料電池モジュール17を外装ケース内に収納することにより、本発明の燃料電池装置が構成される。それにより、燃料電池セル2の上下方向における温度分布をより均一化することができる燃料電池モジュール1を収納してなることから、発電効率が向上した燃料電池装置とすることができる。
And the fuel cell module of this invention is comprised by accommodating the
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、複数のセルスタックを配置してなる燃料電池セルスタック装置において、セルスタックを燃料電池セルの配列方向に平行となるように横並びに配置するとともに、燃料ガス供給管を流れる燃料ガスを、セルスタックの周囲およびセルスタック間の両方に流すように燃料ガス供給管を構成することも可能である。この場合においては、セルスタック4を構成する燃料電池セル2の配列方向における両側面より燃料電池セル2の下端部側を温めることができ、燃料電池セル2の上下方向における温度分布をより均一化することができる。
For example, in a fuel cell stack apparatus in which a plurality of cell stacks are arranged, the cell stacks are arranged side by side so as to be parallel to the arrangement direction of the fuel cells, and the fuel gas flowing through the fuel gas supply pipe is It is also possible to configure the fuel gas supply pipe so as to flow both around the stack and between the cell stacks. In this case, the lower end side of the
1、10、15:燃料電池セルスタック装置
2:燃料電池セル
3:マニホールド
4:セルスタック
5:改質器
6:燃料ガス供給管
17:燃料電池モジュール
18:収納容器
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