JP2009181823A - Fuel cell module and fuel cell - Google Patents

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JP2009181823A JP2008020087A JP2008020087A JP2009181823A JP 2009181823 A JP2009181823 A JP 2009181823A JP 2008020087 A JP2008020087 A JP 2008020087A JP 2008020087 A JP2008020087 A JP 2008020087A JP 2009181823 A JP2009181823 A JP 2009181823A
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Masaru Shirahama
大 白濱
Motoyasu Miyao
元泰 宮尾
Kosaku Fujinaga
幸作 藤永
Toshiya Abe
俊哉 阿部
Takeshi Saito
健 斎藤
Hajime Omura
肇 大村
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Toto Ltd
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Toto Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell module capable of preventing the occurrence of a concentration overvoltage. <P>SOLUTION: The fuel cell module FC includes a power generation chamber 28 in which a fuel cell assembly is arranged and fuel gas and oxidizer gas are electrochemically reacted to each other to generate electric power, a fuel gas dispersion chamber 17 for dispersing the fuel gas supplied to the power generation chamber 28, a fuel gas dispersion plate 23 for partitioning the power generation chamber 28 and the fuel gas dispersion chamber 17, and a plurality of fuel gas supply holes 24<SB>1</SB>, 24<SB>2</SB>, 24<SB>3</SB>through which the fuel gas is made to pass from the fuel gas dispersion chamber 17 formed by the fuel gas dispersion plate 23 to the power generation chamber 28. The fuel gas supply holes 24<SB>1</SB>, 24<SB>2</SB>, 24<SB>3</SB>are formed so that the pressure loss of the fuel gas in the center part region S5 of the fuel gas dispersion plate 23 becomes smaller than that of the fuel gas in the other region. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に使用される燃料電池モジュール、及びそれを備える燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell module used for a solid oxide fuel cell (SOFC), and a fuel cell including the same.

セラミックス材料を燃料電池セルに用いる固体酸化物形燃料電池は、動作温度が７００〜１０００℃と高く、発電する際に出る排熱が利用できるので、高効率な発電システムとして開発が進んでいる。通常、固体酸化物形燃料電池は、複数の燃料電池セルからなる燃料電池セル集合体が金属製の容器に収容されている。また、固体酸化物形燃料電池は、容器内に設けられる仕切板で、発電室と燃焼室とに区分されており、発電室には燃料電池セル集合体が配置され、燃焼室に燃料電池セル内に酸化剤ガスを分配供給するガス分配器が配置されている。そして、発電室に燃料ガスを供給し、燃料電池セル内に酸化剤ガスを供給することで、酸化剤と燃料とを電気化学的に反応させることにより発電する。   A solid oxide fuel cell using a ceramic material for a fuel cell has a high operating temperature of 700 to 1000 ° C., and exhaust heat generated when generating electric power can be used. Therefore, development as a highly efficient power generation system is progressing. Usually, in a solid oxide fuel cell, a fuel cell assembly including a plurality of fuel cells is housed in a metal container. The solid oxide fuel cell is a partition plate provided in the container, and is divided into a power generation chamber and a combustion chamber. A fuel cell assembly is disposed in the power generation chamber, and the fuel cell is disposed in the combustion chamber. A gas distributor for distributing and supplying the oxidant gas is disposed therein. Then, the fuel gas is supplied to the power generation chamber, and the oxidant gas is supplied into the fuel cell, thereby generating electricity by causing the oxidant and the fuel to react electrochemically.

このような固体酸化物形燃料電池は、発電状態において燃料電池セル集合体に温度分布が発生し、十分な発電特性を得ることができない場合がある。この温度分布を均一化するために、燃料電池セル集合体の温度が上昇しやすい部分とそれ以外の部分とで濃度、温度、流量等の異なる燃料ガスを供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１２２９６４号公報 In such a solid oxide fuel cell, a temperature distribution is generated in the fuel cell assembly in a power generation state, and sufficient power generation characteristics may not be obtained. In order to make this temperature distribution uniform, there is known a fuel gas cell assembly that supplies fuel gas having different concentrations, temperatures, flow rates, etc. between the portion where the temperature of the fuel cell assembly is likely to rise and the other portion (for example, , See Patent Document 1).
JP 2007-122964 A

上述した固体酸化物燃料電池システムは、燃料ガスの濃度、温度、流量等を変えることで燃料電池セル集合体の温度分布を均一にするために、発電室内において燃料ガス密度が不均一になる場合がある。このため、燃料ガスの供給不足による過電圧、いわゆる濃度過電圧が発生する可能性がある。   In the solid oxide fuel cell system described above, the fuel gas density becomes uneven in the power generation chamber in order to make the temperature distribution of the fuel cell assembly uniform by changing the concentration, temperature, flow rate, etc. of the fuel gas. There is. For this reason, there is a possibility that overvoltage due to insufficient supply of fuel gas, so-called concentration overvoltage, may occur.

そこで、本発明では、いわゆる濃度過電圧を防止することができる燃料電池モジュール、及びその燃料電池モジュールを備える燃料電池を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell module that can prevent so-called concentration overvoltage, and a fuel cell including the fuel cell module.

上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する複数の電気的に繋げられた管状の燃料電池セルと、前記燃料電池セルを収容するためのセル室を形成する容器と、前記セル室を、前記燃料電池セルにおいて燃料ガス及び酸化剤ガスが作用して発電がおこなわれる発電室と、前記発電室に燃料ガスを供給するための燃料ガス室とに分離する仕切板と、を備える燃料電池モジュールであって、前記仕切板には、前記燃料ガス室から前記発電室へと燃料ガスを通過させるための複数のガス供給孔が形成されており、前記ガス供給孔は、前記仕切板の平面方向における中央部分を含む第一領域と、前記仕切板の平面方向における中央部分を含まない第二領域とに分けて形成されており、前記燃料ガス室から前記発電室へと燃料ガスが通過する場合の圧力損失が、前記第一領域における圧力損失が前記第二領域における圧力損失よりも小さい。   To achieve the above object, a fuel cell module according to the present invention accommodates a plurality of electrically connected tubular fuel cells operated by a fuel gas and an oxidant gas, and the fuel cells. A container for forming a cell chamber; a power generation chamber in which fuel gas and oxidant gas act on the fuel cell to generate power; and a fuel gas for supplying fuel gas to the power generation chamber A partition plate that is separated into chambers, wherein the partition plate is formed with a plurality of gas supply holes for allowing fuel gas to pass from the fuel gas chamber to the power generation chamber. The gas supply hole is divided into a first region including a central portion in the planar direction of the partition plate and a second region not including a central portion in the planar direction of the partition plate, and the fuel Pressure loss when the fuel gas passes from the gas chamber to the generator chamber, the pressure loss in the first region is smaller than the pressure loss in the second region.

本発明によれば、いわゆる濃度過電圧を防止することができる燃料電池モジュール、及びその燃料電池モジュールを備える燃料電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a fuel cell module which can prevent what is called a concentration overvoltage, and a fuel cell provided with the fuel cell module can be provided.

本発明を実施するための最良の形態を説明するのに先立って、本発明の作用効果について説明する。本発明者らは、いわゆる濃度過電圧を防止するために、燃料ガスの流れ方と燃料電池セルの配置態様や燃料電池セルを収容する容器との関係に着目して検討を行い、続いて説明する発明を成しえたものである。   Prior to describing the best mode for carrying out the present invention, the function and effect of the present invention will be described. In order to prevent a so-called concentration overvoltage, the present inventors have studied focusing on the relationship between the flow of fuel gas, the arrangement of fuel cells, and the container containing the fuel cells, and will be described subsequently. The invention has been accomplished.

本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する複数の電気的に繋げられた管状の燃料電池セルと、前記燃料電池セルを収容するためのセル室を形成する容器と、前記セル室を、前記燃料電池セルにおいて燃料ガス及び酸化剤ガスが作用して発電がおこなわれる発電室と、前記発電室に燃料ガスを供給するための燃料ガス室とに分離する仕切板と、を備える燃料電池モジュールであって、前記仕切板には、前記燃料ガス室から前記発電室へと燃料ガスを通過させるための複数のガス供給孔が形成されており、前記ガス供給孔は、前記仕切板の平面方向における中央部分を含む第一領域と、前記仕切板の平面方向における中央部分を含まない第二領域とに分けて形成されており、前記燃料ガス室から前記発電室へと燃料ガスが通過する場合の圧力損失が、前記第一領域における圧力損失が前記第二領域における圧力損失よりも小さい。   A fuel cell module according to the present invention includes a plurality of electrically connected tubular fuel cells operated by a fuel gas and an oxidant gas, and a container forming a cell chamber for accommodating the fuel cells. A partition plate that separates the cell chamber into a power generation chamber in which power is generated by the action of fuel gas and oxidant gas in the fuel cell, and a fuel gas chamber for supplying fuel gas to the power generation chamber; A plurality of gas supply holes for allowing fuel gas to pass from the fuel gas chamber to the power generation chamber are formed in the partition plate, and the gas supply holes are It is divided into a first region including a central portion in the planar direction of the partition plate and a second region not including a central portion in the planar direction of the partition plate, from the fuel gas chamber to the power generation chamber. Charge pressure loss when gas passes through the pressure loss in the first region is smaller than the pressure loss in the second region.

本発明によれば、ガス供給孔は、仕切板の中央部分を含む第一領域における燃料ガスの圧力損失が他の領域である第二領域における燃料ガスの圧力損失よりも小さくなるように形成される。このため、仕切板の中央部分を含む第一領域から発電室内へと導入される燃料ガスは、他の領域から導入される燃料ガスよりも体積流量が大きくなる。一方で、第一領域から導入される燃料ガスは、発電室内において相対的に高温部分を流通することから、膨張が大きくなりガス密度が小さくなる。したがって、比較的密度が小さくなった燃料ガスの体積流量を相対的に大きくすることで、質量流量の低下を補うことができる。その結果、温度分布により生じたガスの質量流量のばらつきを防止することができる。従って、複数の燃料電池セルを収容した容器内において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。   According to the present invention, the gas supply hole is formed such that the pressure loss of the fuel gas in the first region including the central portion of the partition plate is smaller than the pressure loss of the fuel gas in the second region, which is another region. The For this reason, the fuel gas introduced into the power generation chamber from the first region including the central portion of the partition plate has a larger volume flow rate than the fuel gas introduced from other regions. On the other hand, the fuel gas introduced from the first region circulates in a relatively high temperature portion in the power generation chamber, so that the expansion is increased and the gas density is decreased. Therefore, a decrease in mass flow rate can be compensated for by relatively increasing the volume flow rate of the fuel gas having a relatively small density. As a result, it is possible to prevent variation in the mass flow rate of the gas caused by the temperature distribution. Therefore, since the portion where the supply of fuel gas is insufficient in the container containing the plurality of fuel cells can be reduced, so-called concentration overvoltage can be prevented.

また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第一領域は前記第二領域に囲繞されていることも好ましい。複数の燃料電池セルを容器内に収容している場合、周辺よりも中央の温度が上昇し易い傾向にある。そこで、この好ましい態様によれば、容器周辺の堆積流量と容器中央近傍の体積流量とを調整し、より温度が上昇し易い容器中央近傍における燃料ガスの流れを好適に保つことができる。従って、複数の燃料電池セルを収容した容器内において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。   In the fuel cell module according to the present invention, it is also preferable that the first area is surrounded by the second area. When a plurality of fuel cells are housed in the container, the temperature at the center tends to rise more easily than the surroundings. Therefore, according to this preferred embodiment, the flow rate of fuel gas in the vicinity of the center of the container where the temperature is likely to rise can be suitably maintained by adjusting the deposition flow rate around the container and the volumetric flow rate in the vicinity of the container center. Therefore, since the portion where the supply of fuel gas is insufficient in the container containing the plurality of fuel cells can be reduced, so-called concentration overvoltage can be prevented.

また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第一領域に形成される前記ガス供給孔の開口面積の総和が前記第一領域の面積に占める比率が、前記第二領域に形成される前記ガス供給孔の開口面積の総和が前記第二領域の面積に占める比率よりも高くなるように前記ガス供給孔が形成されていることも好ましい。   Further, in the fuel cell module according to the present invention, the ratio of the total area of the gas supply holes formed in the first region to the area of the first region is the gas formed in the second region. It is also preferable that the gas supply holes are formed so that the total opening area of the supply holes is higher than the ratio of the area of the second region.

この好ましい態様によれば、第一領域に形成されるガス供給孔の開口面積の総和と第一領域の面積との比を、第二領域に形成されるガス供給孔の開口面積の総和と第二領域の面積との比よりも高くすることができるので、第一領域における圧力損失を低下させて燃料ガスの流れを適切かつ確実に確保することができる。従って、複数の燃料電池セルを収容した容器内において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。   According to this preferable aspect, the ratio of the sum of the opening areas of the gas supply holes formed in the first region and the area of the first region is set to the sum of the opening areas of the gas supply holes formed in the second region and the first area. Since it can be made higher than the ratio with the area of the two regions, the pressure loss in the first region can be reduced, and the flow of the fuel gas can be ensured appropriately and reliably. Therefore, since the portion where the supply of fuel gas is insufficient in the container containing the plurality of fuel cells can be reduced, so-called concentration overvoltage can be prevented.

また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第一領域に形成される前記ガス供給孔の径が、前記第二領域に形成される前記ガス供給孔の径よりも大きいことも好ましい。この好ましい態様によれば、第一領域に形成されるガス供給孔の径を大きくすることができるので、第一領域における圧力損失を低下させて燃料ガスの流れを適切かつ確実に確保することができる。従って、複数の燃料電池セルを収容した容器内において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。   In the fuel cell module according to the present invention, it is preferable that a diameter of the gas supply hole formed in the first region is larger than a diameter of the gas supply hole formed in the second region. According to this preferable aspect, since the diameter of the gas supply hole formed in the first region can be increased, the pressure loss in the first region can be reduced to ensure the flow of the fuel gas appropriately and reliably. it can. Therefore, since the portion where the supply of fuel gas is insufficient in the container containing the plurality of fuel cells can be reduced, so-called concentration overvoltage can be prevented.

また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第一領域に形成される前記ガス供給孔及び前記第二領域に形成される前記ガス供給孔の少なくとも一方が、複数の孔に分けて形成されていることも好ましい。この好ましい態様によれば、各領域に形成されるガス供給孔が複数の孔に分けて形成されているので、各領域におけるガス供給孔の配置を適切に行うことができる。従って、各領域における燃料ガスの流れを適切に調整することが可能となるので、上述した燃料ガスの流れの制御をより的確に行うことができる。   In the fuel cell module according to the present invention, at least one of the gas supply hole formed in the first region and the gas supply hole formed in the second region is divided into a plurality of holes. It is also preferable. According to this preferable aspect, since the gas supply holes formed in each region are divided into a plurality of holes, the gas supply holes in each region can be appropriately arranged. Therefore, since the flow of the fuel gas in each region can be appropriately adjusted, the above-described control of the flow of the fuel gas can be performed more accurately.

また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第一領域に形成される前記ガス供給孔の個数が、前記第二領域に形成される前記ガス供給孔の個数よりも多いことも好ましい。この好ましい態様によれば、第一領域に形成されるガス供給孔の個数を多くすることで、第一領域における燃料ガスの流れを適切かつ確実に確保することができる。従って、複数の燃料電池セルを収容した容器内において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。   In the fuel cell module according to the present invention, it is preferable that the number of the gas supply holes formed in the first region is larger than the number of the gas supply holes formed in the second region. According to this preferable aspect, the flow of the fuel gas in the first region can be ensured appropriately and reliably by increasing the number of gas supply holes formed in the first region. Therefore, since the portion where the supply of fuel gas is insufficient in the container containing the plurality of fuel cells can be reduced, so-called concentration overvoltage can be prevented.

また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記燃料電池セルを複数含む複数の燃料電池セルスタックが形成され、前記第二領域は更に第三領域と第四領域とに分割されると共に、前記複数の燃料電池セルスタックの少なくとも一つに対応させて、前記第三領域が前記第四領域に挟まれるように形成され、前記ガス供給孔は、前記第三領域と前記第四領域とに分けて形成されており、前記燃料ガス室から前記発電室へと燃料ガス及び酸化剤のいずれか一方が通過する場合の圧力損失が、前記第三領域における圧力損失が前記第四領域における圧力損失よりも小さいことも好ましい。   Further, in the fuel cell module according to the present invention, a plurality of fuel cell stacks including a plurality of the fuel cells are formed, the second region is further divided into a third region and a fourth region, and the plurality In correspondence with at least one of the fuel cell stacks, the third region is formed to be sandwiched by the fourth region, and the gas supply hole is divided into the third region and the fourth region. The pressure loss when any one of the fuel gas and the oxidant passes from the fuel gas chamber to the power generation chamber is greater than the pressure loss in the fourth region. Smallness is also preferable.

本発明において燃料電池セルを複数個まとめて燃料電池セルスタックを構成すると、その燃料電池セルスタックの中央近傍において温度が上昇しやすくなる。そこで、燃料電池セルスタックと第二領域とが対応する場合に、その第二領域を第四領域と第四領域で挟まれた第三領域とに分割し、それぞれでガス供給孔の形成態様を変えて第三領域における圧力損失が小さくなるように形成している。従って、各燃料電池セルスタックにおいて比較的温度が高く、質量流量の低下しやすい中央近傍の体積流量を相対的に大きくすることで、質量流量の低下を補うことができる。その結果、温度分布により生じたガスの質量流量のばらつきを防止することができる。従って、複数の燃料電池セルを収容した容器内において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。   In the present invention, when a plurality of fuel cells are combined to form a fuel cell stack, the temperature is likely to increase near the center of the fuel cell stack. Therefore, when the fuel cell stack and the second region correspond to each other, the second region is divided into a fourth region and a third region sandwiched between the fourth regions. In other words, the pressure loss in the third region is reduced. Therefore, the decrease in the mass flow rate can be compensated by relatively increasing the volume flow rate in the vicinity of the center where the temperature is relatively high in each fuel cell stack and the mass flow rate is likely to decrease. As a result, it is possible to prevent variation in the mass flow rate of the gas caused by the temperature distribution. Therefore, since the portion where the supply of fuel gas is insufficient in the container containing the plurality of fuel cells can be reduced, so-called concentration overvoltage can be prevented.

また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第三領域に形成される前記ガス供給孔の径が、前記第四領域に形成される前記ガス供給孔の径よりも大きいことも好ましい。この好ましい態様によれば、第三領域に形成されるガス供給孔の径を大きくすることができるので、第三領域における圧力損失を低下させて燃料ガスの流れを適切かつ確実に確保することができる。従って、燃料電池セルスタック毎において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。   In the fuel cell module according to the present invention, it is preferable that a diameter of the gas supply hole formed in the third region is larger than a diameter of the gas supply hole formed in the fourth region. According to this preferable aspect, since the diameter of the gas supply hole formed in the third region can be increased, it is possible to reduce the pressure loss in the third region and ensure the flow of the fuel gas appropriately and reliably. it can. Therefore, since the portion where fuel gas is insufficiently supplied in each fuel cell stack can be reduced, so-called concentration overvoltage can be prevented.

また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第三領域に形成される前記ガス供給孔及び前記第四領域に形成される前記ガス供給孔の少なくとも一方が、複数の孔に分けて形成されていることも好ましい。この好ましい態様によれば、各領域に形成されるガス供給孔が複数の孔に分けて形成されているので、各領域におけるガス供給孔の配置を適切に行うことができる。従って、各領域における燃料ガスの流れを適切に調整することが可能となるので、上述した燃料ガスの流れの制御をより的確に行うことができる。   In the fuel cell module according to the present invention, at least one of the gas supply hole formed in the third region and the gas supply hole formed in the fourth region is divided into a plurality of holes. It is also preferable. According to this preferable aspect, since the gas supply holes formed in each region are divided into a plurality of holes, the gas supply holes in each region can be appropriately arranged. Therefore, since the flow of the fuel gas in each region can be appropriately adjusted, the above-described control of the flow of the fuel gas can be performed more accurately.

また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第三領域に形成される前記ガス供給孔の個数が、前記第四領域に形成される前記ガス供給孔の個数よりも多いことも好ましい。この好ましい態様によれば、第三領域に形成されるガス供給孔の個数を多くすることで、第三領域における燃料ガスの流れを適切かつ確実に確保することができる。従って、燃料電池セルスタック毎において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。   In the fuel cell module according to the present invention, it is preferable that the number of the gas supply holes formed in the third region is larger than the number of the gas supply holes formed in the fourth region. According to this preferable aspect, the flow of the fuel gas in the third region can be ensured appropriately and reliably by increasing the number of gas supply holes formed in the third region. Therefore, since the portion where fuel gas is insufficiently supplied in each fuel cell stack can be reduced, so-called concentration overvoltage can be prevented.

また、本発明に係る燃料電池モジュールを備える燃料電池では、上述したような作用効果を奏する燃料電池を提供することができる。   Moreover, in a fuel cell provided with the fuel cell module according to the present invention, a fuel cell having the above-described effects can be provided.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１は、本実施形態に係る燃料電池モジュールＦＣを部分的に破断した概略的な斜視図である。燃料電池モジュールＦＣは、燃料ガスと空気（酸化剤ガス）とを電気化学反応させることで発電するための装置として構成されている。   FIG. 1 is a schematic perspective view in which the fuel cell module FC according to this embodiment is partially broken. The fuel cell module FC is configured as a device for generating electric power by causing an electrochemical reaction between fuel gas and air (oxidant gas).

燃料電池モジュールＦＣは、燃料電池セル２と、集電部材３，４と、集電ロッド５と、空気ヘッダ６と、空気供給管７と、モジュール容器８と、絶縁断熱部材９と、断熱部材１０とを備えている。   The fuel cell module FC includes a fuel cell 2, current collecting members 3 and 4, a current collecting rod 5, an air header 6, an air supply pipe 7, a module container 8, an insulating heat insulating member 9, and a heat insulating member. 10.

燃料電池セル２は、２列×６列の１２本ごとに燃料電池セルスタック（図１において明示しない）として構成され、モジュール容器８（容器）内に収められている。各燃料電池セル２は、有底筒状であって、セラミックス材料からなり筒の内側から外側に向かって空気極、固体酸化物電解質、燃料極の多層構造を形成している。燃料電池セル２の内壁すなわち空気極に空気、外壁すなわち燃料極に燃料ガスが接触すると、セル内でＯ２−イオンが移動して電気化学反応が起こり空気極と燃料極との間に電位差が生じで発電が行われる。燃料電池セル２が発電した電気は、集電部材３，４によって集電され、集電ロッド５によって外部に取出される。 The fuel cells 2 are configured as fuel cell stacks (not explicitly shown in FIG. 1) for every 12 of 2 rows × 6 rows, and are housed in a module container 8 (container). Each fuel cell 2 has a bottomed cylindrical shape, and is made of a ceramic material and forms a multilayer structure of an air electrode, a solid oxide electrolyte, and a fuel electrode from the inside to the outside of the cylinder. When air is in contact with the inner wall of the fuel cell 2, that is, the air electrode, and fuel gas is in contact with the outer wall, that is, the fuel electrode, O 2− ions move in the cell to cause an electrochemical reaction, and there is a potential difference between the air electrode and the fuel electrode. As a result, electricity is generated. The electricity generated by the fuel cell 2 is collected by the current collecting members 3 and 4 and taken out by the current collecting rod 5.

各燃料電池セル２に供給される空気は、空気供給管７を通って空気ヘッダ６に供給された空気が分配されて供給される。本実施形態の場合空気ヘッダ６は３つ設けられており、それぞれの空気ヘッダ６に空気供給管７が繋がれている。空気供給管７の上流側は空気の供給元に連結されている。   The air supplied to each fuel cell 2 is supplied by distributing the air supplied to the air header 6 through the air supply pipe 7. In the present embodiment, three air headers 6 are provided, and an air supply pipe 7 is connected to each air header 6. The upstream side of the air supply pipe 7 is connected to an air supply source.

空気ヘッダ６は、各燃料電池セル２に供給される空気を一時的に貯留して昇温させる役割を果たすと共に、各燃料電池セル２に空気を分配する役割も果たしている。空気ヘッダ６は、各燃料電池セル２に供給する空気の流路を燃料電池セル２の数に応じて複数の系統に分配するためのものでもあるので、燃料電池セル２の数に応じてその配置数量が増減される。   The air header 6 serves to temporarily store and raise the temperature of air supplied to each fuel battery cell 2 and also to distribute air to each fuel battery cell 2. The air header 6 is also for distributing the flow path of the air supplied to each fuel cell 2 to a plurality of systems according to the number of the fuel cells 2, so that the air header 6 corresponds to the number of the fuel cells 2. The placement quantity is increased or decreased.

各燃料電池セル２に供給される燃料ガスは、各燃料電池セル２の下方から供給される（詳細は後述する）。   The fuel gas supplied to each fuel cell 2 is supplied from below each fuel cell 2 (details will be described later).

燃料電池セル２、集電部材３，４、及び空気ヘッダ６は、直方体形状のモジュール容器８に収容されている。従って、モジュール容器８は、燃料電池セル２を収容するためのセル室を形成している。このモジュール容器８は、運転時に高温になることから、例えば、インコネルやステンレスなどの耐熱性の合金材料により形成されている。また、燃料ガスや空気を外部に漏出させないために密閉構造となっている。モジュール容器８の内側には、燃料電池セル２とモジュール容器８とを絶縁すると共に、モジュール容器８内部を保温するための絶縁断熱部材９が設けられている。絶縁断熱部材９は、アルミナ繊維等で形成されている。モジュール容器８は更に、動作温度を安定に保つためにその全体が断熱部材１０で覆われている。   The fuel cell 2, the current collecting members 3 and 4, and the air header 6 are accommodated in a rectangular parallelepiped module container 8. Therefore, the module container 8 forms a cell chamber for housing the fuel battery cell 2. The module container 8 is made of a heat-resistant alloy material such as Inconel or stainless steel because it becomes hot during operation. Moreover, it has a sealed structure in order to prevent fuel gas and air from leaking outside. Inside the module container 8, an insulating heat insulating member 9 is provided to insulate the fuel cell 2 and the module container 8 and keep the inside of the module container 8 warm. The insulating heat insulating member 9 is made of alumina fiber or the like. The module container 8 is further entirely covered with a heat insulating member 10 in order to keep the operating temperature stable.

続いて、図２を参照しながら、燃料電池セル２の配置態様について説明する。図２は、図１において空気ヘッダ６側から燃料電池セル２側を見通す方向における横断面図である。燃料電池セル集合体２１は、複数の燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備えている。各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、１２本の燃料電池セル２を有し、それぞれの燃料電池セル２は、２列（図中ｘ方向）×６列（図中ｙ方向）に配置されている。   Then, the arrangement | positioning aspect of the fuel cell 2 is demonstrated, referring FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view in the direction in which the fuel cell 2 side is seen from the air header 6 side in FIG. The fuel cell assembly 21 includes a plurality of fuel cell stacks 21a, 21b, and 21c. Each fuel cell stack 21a, 21b, 21c has 12 fuel cells 2, and each fuel cell 2 is arranged in 2 rows (x direction in the figure) × 6 rows (y direction in the figure). Has been.

各燃料電池セル２は有底円筒状であって、その開口部２ａを空気ヘッダ６側に向けて配置されている。各燃料電池セル２は、セル間集電部材１３及び導電性のセル接続部材１４を介して、電気的に２並列×６直列に接続されている。なお、燃料電池セル２は、発電容量等に応じて本数や配列が適宜選択される。   Each fuel cell 2 has a bottomed cylindrical shape, and is arranged with its opening 2a facing the air header 6 side. Each fuel cell 2 is electrically connected in 2 parallel × 6 series via an inter-cell current collecting member 13 and a conductive cell connecting member 14. The number and arrangement of the fuel cells 2 are appropriately selected according to the power generation capacity and the like.

各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、所定の間隔を置いて３列（図中ｘ方向）に配置されており、３６本の燃料電池セル２を有する燃料電池セル集合体２１を構成している。それぞれの燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、集電部材４を介して電気的に直列に接続されている。直列接続された燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃの両端に配置される燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｃの端部には、集電部材５が繋がれている。集電部材５は集電ロッド６に繋がれているので、集電ロッド６を介して外部に電力が取り出すことができる。   The fuel cell stacks 21a, 21b, and 21c are arranged in three rows (in the x direction in the figure) at a predetermined interval, and constitute a fuel cell assembly 21 having 36 fuel cells 2. ing. The respective fuel cell stacks 21a, 21b, and 21c are electrically connected in series via the current collecting member 4. A current collecting member 5 is connected to the ends of the fuel cell stacks 21a, 21c arranged at both ends of the fuel cell stacks 21a, 21b, 21c connected in series. Since the current collecting member 5 is connected to the current collecting rod 6, electric power can be taken out through the current collecting rod 6.

各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃにはそれぞれ、燃料電池セル２が６列に並べられている一対の側面に接するように絶縁板１６が配置されている。更に、隣接する絶縁板１６の間には熱伝導板１５が配置されている。燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｃと絶縁断熱部材１１との間にも熱伝導板１５が配置されている。熱伝導板１５と集電部材４，５との間には、絶縁棒１１が配置されている。   Each of the fuel cell stacks 21a, 21b, and 21c is provided with an insulating plate 16 so as to contact a pair of side surfaces in which the fuel cells 2 are arranged in six rows. Further, a heat conduction plate 15 is disposed between adjacent insulating plates 16. A heat conduction plate 15 is also disposed between the fuel cell stacks 21 a and 21 c and the insulating heat insulating member 11. An insulating rod 11 is disposed between the heat conductive plate 15 and the current collecting members 4 and 5.

このように熱伝導板１５が配置されることで、局部的に燃料電池セル２の温度が高くなっても、熱伝導板１５を介して高温部分から低温部分へ熱が移動しやすくなり、燃料電池セル２の温度分布を均一化させることができる。   By disposing the heat conduction plate 15 in this way, even if the temperature of the fuel cell 2 is locally increased, heat can be easily transferred from the high temperature portion to the low temperature portion via the heat conduction plate 15. The temperature distribution of the battery cell 2 can be made uniform.

また、上述したように絶縁板１６及び絶縁棒１１が配置されることで、熱伝導板１５と燃料電池セル２との間の電気絶縁性、及び熱伝導板１５と集電部材４，５との間の電気絶縁性が確保される。   Further, as described above, the insulating plate 16 and the insulating rod 11 are arranged, so that the electrical insulation between the heat conducting plate 15 and the fuel cell 2 and the heat conducting plate 15 and the current collecting members 4, 5 Electrical insulation is ensured.

続いて、図３を参照しながら、燃料電池セル２の配置態様と燃料ガス及び空気の供給態様について説明する。図３は、燃料電池モジュールＦＣの縦断面図であって、モジュール容器８の内部を示す図である。   Subsequently, an arrangement mode of the fuel cells 2 and a supply mode of the fuel gas and air will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the fuel cell module FC and shows the inside of the module container 8.

図３に示すように、モジュール容器８の下方には、モジュール容器８内に導入する燃料ガスを均一に分散するための燃料ガス分散室１７（燃料ガス室）が形成されている。この燃料ガス分散室１７内には、燃料ガスを予備分散する予備分散板１８が配置されている。この予備分散板１８は、例えばアルミナからなり、燃料ガス通気孔１９が一様に形成されている。また、予備分散板１８の上方には、例えばＮｉフォームからなる燃料ガス分散材３０が配置されている。燃料ガス分散室１７の上流側（図中下側）には、燃料ガス供給管２２が設けられ、この燃料ガス供給管２２の上流側は燃料ガスの供給元に連結されている。また、モジュール容器８と燃料ガス分散室１７との間には、燃料ガスを燃料ガス分散室１７からモジュール容器８に通気させるための燃料ガス分散板２３（仕切板）が設けられている。この燃料ガス分散板２３には、複数の燃料ガス供給孔２４（ガス供給孔）が形成されている。燃料ガス分散板２３は、燃料ガスを分散させて通過させる役割を果たしていると共に、モジュール容器８内を燃料ガス室である燃料ガス分散室１７と発電室２８とに分離する役割も果たしている。   As shown in FIG. 3, a fuel gas dispersion chamber 17 (fuel gas chamber) for uniformly dispersing the fuel gas introduced into the module container 8 is formed below the module container 8. In the fuel gas dispersion chamber 17, a pre-dispersion plate 18 for pre-dispersing the fuel gas is disposed. The preliminary dispersion plate 18 is made of alumina, for example, and the fuel gas vent holes 19 are uniformly formed. Further, a fuel gas dispersion material 30 made of, for example, Ni foam is disposed above the preliminary dispersion plate 18. A fuel gas supply pipe 22 is provided on the upstream side (lower side in the figure) of the fuel gas dispersion chamber 17, and the upstream side of the fuel gas supply pipe 22 is connected to a fuel gas supply source. Further, a fuel gas dispersion plate 23 (partition plate) is provided between the module container 8 and the fuel gas dispersion chamber 17 for allowing the fuel gas to flow from the fuel gas dispersion chamber 17 to the module container 8. A plurality of fuel gas supply holes 24 (gas supply holes) are formed in the fuel gas dispersion plate 23. The fuel gas dispersion plate 23 serves to disperse and pass the fuel gas, and also serves to separate the inside of the module container 8 into the fuel gas dispersion chamber 17 and the power generation chamber 28 which are fuel gas chambers.

また、燃料電池セル集合体２１の上方に配置される空気ヘッダ６には、燃料電池セル２の空気極に空気を導入する複数の空気導入管２５が連結されている。この空気導入管２５は、燃料電池セル２の管内に挿入され、その下端部は燃料電池セル２の底面付近まで延びている。   In addition, a plurality of air introduction pipes 25 for introducing air into the air electrode of the fuel cell 2 are connected to the air header 6 disposed above the fuel cell assembly 21. The air introduction pipe 25 is inserted into the pipe of the fuel cell 2, and its lower end extends to the vicinity of the bottom surface of the fuel battery cell 2.

また、モジュール容器８内には、燃料電池セル２の長尺方向に対して垂直方向に沿って形成される矩形状の仕切板２６が設けられている。この仕切板２６は、アルミナ繊維を積層してブランケット状に形成したものが用いられている。モジュール容器８内において、この仕切板２６で仕切られた上側に燃焼室２７が形成され、下側に発電室２８が形成される。従って、モジュール容器８内に形成されているセル室は、燃料室２７と発電室２８とに分離されている。ここで、燃焼室２７は、発電室２８で反応に寄与しなかった余剰の燃料ガスと、各燃料電池セル２の筒内で反応に寄与しなかった余剰の空気とを混合して燃焼させるための空間である。発電室２８は、燃料ガス供給孔２４から導入される燃料ガスを各燃料電池セル２に接触させ、各燃料電池セル２の管内に流れる空気との電気化学反応を生じさせて発電させるための空間である。   In the module container 8, a rectangular partition plate 26 formed along the direction perpendicular to the longitudinal direction of the fuel cell 2 is provided. The partition plate 26 is formed by laminating alumina fibers into a blanket shape. In the module container 8, a combustion chamber 27 is formed on the upper side partitioned by the partition plate 26, and a power generation chamber 28 is formed on the lower side. Therefore, the cell chamber formed in the module container 8 is separated into the fuel chamber 27 and the power generation chamber 28. Here, the combustion chamber 27 mixes and burns surplus fuel gas that has not contributed to the reaction in the power generation chamber 28 and surplus air that has not contributed to the reaction in the cylinder of each fuel cell 2. Space. The power generation chamber 28 is a space for bringing the fuel gas introduced from the fuel gas supply hole 24 into contact with each fuel cell 2 and generating an electrochemical reaction with the air flowing in the pipe of each fuel cell 2 to generate power. It is.

続いて、図４を参照しながら燃料ガス分散板２３に形成される燃料ガス供給孔２４について詳細に説明する。図４は、図１に示す燃料電池モジュールＦＣの燃料ガス分散板を上方から示す図である。   Next, the fuel gas supply holes 24 formed in the fuel gas dispersion plate 23 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 is a view showing the fuel gas dispersion plate of the fuel cell module FC shown in FIG. 1 from above.

図４に示すように、燃料ガス分散板２３には、図中破線で等分割した各領域であって、９つの領域Ｓ１（第二領域、第四領域），領域Ｓ２（第二領域），領域Ｓ３（第二領域、第四領域），領域Ｓ４（第二領域、第三領域），領域Ｓ５（第一領域），領域Ｓ６（第二領域、第三領域），領域Ｓ７（第二領域、第四領域），領域Ｓ８（第二領域），領域Ｓ９（第二領域、第四領域）が形成されている。これらの９つの領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９は概念的な領域であって、実際に燃料ガス分散板２３に破線が描かれている必要はない。   As shown in FIG. 4, the fuel gas distribution plate 23 includes nine regions S <b> 1 (second region, fourth region), region S <b> 2 (second region), each region equally divided by a broken line in the drawing. Region S3 (second region, fourth region), region S4 (second region, third region), region S5 (first region), region S6 (second region, third region), region S7 (second region) , Fourth region), region S8 (second region), and region S9 (second region, fourth region). These nine regions S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, and S9 are conceptual regions, and it is not necessary that the broken line is actually drawn on the fuel gas dispersion plate 23.

各領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９には、それぞれ複数の燃料ガス供給孔２４が形成されている。説明の便宜上、第一領域に相当する領域Ｓ５に形成されている燃料ガス供給孔を燃料ガス供給孔２４１とし、第二領域及び第二領域中の第四領域に相当する領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９に形成されている燃料ガス供給孔を燃料ガス供給孔２４２とし、第二領域中の第三領域に相当する領域Ｓ４，Ｓ６に形成されている燃料ガス供給孔を燃料ガス供給孔２４３としている。各燃料ガス供給孔２４１，２４２，２４３を通って、燃料ガスが燃料ガス分散室１７から発電室２８へと供給される。 A plurality of fuel gas supply holes 24 are formed in each of the regions S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, and S9. For convenience of explanation, the area S1, the fuel gas supply hole formed in a region S5, corresponding to the first region and the fuel gas supply holes 24 1, corresponding to the fourth region in the second region and the second region, S2, S3, S7, S8, S9 fuel gas supply holes formed in the fuel gas supply hole 24 2, the fuel gas supply holes formed in the region S4, S6 corresponding to the third region in the second region and a fuel gas supply hole 24 3. The fuel gas is supplied from the fuel gas dispersion chamber 17 to the power generation chamber 28 through the fuel gas supply holes 241, 242, and 243.

本実施形態の場合、領域Ｓ５には、燃料ガス供給孔２４１が９個形成されている。また、領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９にはそれぞれ、燃料ガス供給孔２４２が４個ずつ形成されている。また、領域Ｓ４，Ｓ６にはそれぞれ、燃料ガス供給孔２４３が５個ずつ形成されている。 In this embodiment, the region S5, the fuel gas supply hole 24 1 is nine formed. Further, each of the regions S1, S2, S3, S7, S8, S9, the fuel gas supply hole 24 2 is formed by four. Further, each of the region S4, S6, the fuel gas supply hole 24 3 is formed by five.

各燃料ガス供給孔２４１，２４２，２４３がそれぞれ同じ開口面積であるとした場合には、それぞれの配置個数の関係から、各領域について単位面積当たりにおける開口面積は次の通りとなる。すなわち、領域Ｓ５が最も大きく、続いて領域Ｓ４，Ｓ６が大きく、領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９が小さい。また、本実施形態の場合、燃料ガス供給孔２４１の開口面積を、燃料ガス供給孔２４２，２４３の開口面積よりも大きくしているので、領域Ｓ５の単位面積当たりにおける開口面積は更に大きくなる。 If each fuel gas supply hole 24 1 , 24 2 , 24 3 has the same opening area, the opening area per unit area for each region is as follows from the relationship of the number of each of the fuel gas supply holes 24 1 , 24 2 , 24 3 . That is, the region S5 is the largest, followed by the regions S4 and S6, and the regions S1, S2, S3, S7, S8, and S9 are small. Further, in this embodiment, the opening area of the fuel gas supply holes 24 1, since the larger than the opening area of the fuel gas supply holes 24 2, 24 3, an opening area per unit area of the region S5, further growing.

以上のことから、燃料ガス分散板２３の平面方向における中央部分を含む第一領域に相当する領域Ｓ５における燃料ガスの圧力損失は、燃料ガス分散板２３の平面方向における中央部分を含む第二領域に相当する領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９における燃料ガスの圧力損失よりも小さい。   From the above, the pressure loss of the fuel gas in the region S5 corresponding to the first region including the central portion in the planar direction of the fuel gas dispersion plate 23 is the second region including the central portion in the planar direction of the fuel gas dispersion plate 23. Is smaller than the pressure loss of the fuel gas in the regions S1, S2, S3, S4, S6, S7, S8, and S9 corresponding to.

また、第一領域に相当する領域Ｓ５に形成される燃料ガス供給孔２４１の開口面積の総和が領域Ｓ５の面積に占める比率は、第二領域に相当する領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９に形成される燃料ガス供給孔２４２，２４３の開口面積の総和が領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９の面積の総和に占める比率よりも高い。   Further, the ratio of the sum of the opening areas of the fuel gas supply holes 241 formed in the region S5 corresponding to the first region to the area of the region S5 is the region S1, S2, S3, S4, S6 corresponding to the second region. , S7, S8, S9, the sum of the opening areas of the fuel gas supply holes 242, 243 is higher than the ratio of the total area of the regions S1, S2, S3, S4, S6, S7, S8, S9.

また、各領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９に形成されている燃料ガス供給孔２４１，２４２，２４３は、図示する通り複数の孔に分けて形成されている。   Further, the fuel gas supply holes 241, 242, and 243 formed in each of the regions S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, and S9 are divided into a plurality of holes as illustrated. .

更に、本実施形態の場合には、第二領域をその一部において第三領域と第四領域とに分割している。より具体的には、領域Ｓ１，Ｓ４，Ｓ７において、領域Ｓ４を第三領域とし、領域Ｓ１，Ｓ７を第四領域としている。領域Ｓ４は、領域Ｓ１と領域Ｓ７とに挟まれるように形成されている。更に、領域Ｓ３，Ｓ６，Ｓ９において、領域Ｓ６を第三領域とし、省域Ｓ３，Ｓ９を第四領域としている。   Furthermore, in the case of this embodiment, the second area is partly divided into a third area and a fourth area. More specifically, in the areas S1, S4, and S7, the area S4 is the third area, and the areas S1 and S7 are the fourth area. The region S4 is formed so as to be sandwiched between the region S1 and the region S7. Further, in the areas S3, S6, and S9, the area S6 is a third area and the areas S3 and S9 are a fourth area.

このように第二領域を更に、第三領域及び第四領域に分割する概念を導入すると、第三領域に相当する領域Ｓ４，Ｓ６における燃料ガスの圧力損失は、領域Ｓ１，Ｓ３，Ｓ７，Ｓ９における燃料ガスの圧力損失よりも小さくなるように構成できる。   When the concept of further dividing the second region into the third region and the fourth region is introduced in this way, the pressure loss of the fuel gas in the regions S4 and S6 corresponding to the third region is represented by the regions S1, S3, S7, and S9. The fuel gas can be configured to be smaller than the pressure loss of the fuel gas.

上述のように構成すると、領域Ｓ５における燃料ガスの圧力損失が最も小さく、次いで領域Ｓ４，Ｓ６における燃料ガスの圧力損失が小さく、領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９は圧力損失が比較的大きくなる。   If comprised as mentioned above, the pressure loss of the fuel gas in area | region S5 is the smallest, then the pressure loss of the fuel gas in area | region S4, S6 is the smallest, and pressure loss is compared with area | region S1, S2, S3, S7, S8, S9. Become bigger.

このように燃料ガス分散板２３の平面方向において圧力損失の差を生じるように形成している理由について図５も併せて参照しながら説明する。図５は、燃料電池セル２の配置状況を燃料ガス分散板２３に投影した図である。   The reason why the difference in pressure loss is generated in the planar direction of the fuel gas dispersion plate 23 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram in which the arrangement state of the fuel cells 2 is projected onto the fuel gas dispersion plate 23.

図５に示すように、燃料電池セルスタック２１ａに相当する位置には、領域Ｓ１，Ｓ４，Ｓ７が対応し、燃料電池セルタック２１ｂに相当する位置には、領域Ｓ２，Ｓ５，Ｓ８が対応し、燃料電池セルスタック２１ｃに相当する位置には、領域Ｓ３，Ｓ６，Ｓ９が対応している。   As shown in FIG. 5, regions S1, S4 and S7 correspond to positions corresponding to the fuel cell stack 21a, and regions S2, S5 and S8 correspond to positions corresponding to the fuel cell stack 21b. Regions S3, S6, and S9 correspond to positions corresponding to the fuel cell stack 21c.

各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃにおいては、燃料電池セル２が配置されている長手方向における中央近傍、すなわち２列×６列に燃料電池セル２が配置されている場合に６列の中央の２列の近傍の温度が最も高くなり、その両側の温度が比較的低くなる。従って、燃料電池セルスタック２１ａでは、領域Ｓ４に対応する燃料電池セル２の温度が高くなり、領域Ｓ１，Ｓ７に対応する燃料電池セル２の温度が比較的低くなり、燃料電池セルスタック２１ｂでは、領域Ｓ５に対応する燃料電池セル２の温度が高くなり、領域Ｓ２，Ｓ８に対応する燃料電池セル２の温度が比較的低くなり、燃料電池セルスタック２１ｃでは、領域Ｓ６に対応する燃料電池セル２の温度が高くなり、領域Ｓ３，Ｓ９に対応する燃料電池セル２の温度が比較的低くなる。また、燃料電池セルスタック２１ｂは、燃料電池セルスタック２１ａと燃料電池セルスタック２１ｃとに挟まれているので、その中央近傍の温度は最も高くなる。   In each of the fuel cell stacks 21a, 21b, and 21c, in the vicinity of the center in the longitudinal direction where the fuel cells 2 are arranged, that is, when the fuel cells 2 are arranged in 2 rows × 6 rows, the center of 6 rows The temperature in the vicinity of the two rows is the highest, and the temperatures on both sides thereof are relatively low. Therefore, in the fuel cell stack 21a, the temperature of the fuel cell 2 corresponding to the region S4 is high, the temperature of the fuel cell 2 corresponding to the regions S1 and S7 is relatively low, and in the fuel cell stack 21b, The temperature of the fuel cell 2 corresponding to the region S5 becomes high, the temperature of the fuel cell 2 corresponding to the regions S2 and S8 becomes relatively low, and in the fuel cell stack 21c, the fuel cell 2 corresponding to the region S6. The temperature of the fuel cell 2 corresponding to the regions S3 and S9 becomes relatively low. Further, since the fuel cell stack 21b is sandwiched between the fuel cell stack 21a and the fuel cell stack 21c, the temperature in the vicinity of the center becomes the highest.

これらのことから、領域Ｓ５における燃料ガスの圧力損失を最も低くし、領域Ｓ４，Ｓ６における燃料ガスの圧力損失をその次に低くすることで、対応する位置における燃料電池セル２の燃料ガス不足を補うことができる。   From these facts, the fuel gas pressure loss in the region S5 is minimized, and the fuel gas pressure loss in the regions S4 and S6 is then lowered, thereby reducing the fuel gas shortage of the fuel cell 2 in the corresponding position. Can be supplemented.

続いて、図５を参照しながら、燃料電池モジュールＦＣを用いた燃料電池ＦＣＳの構成について説明する。図５は、燃料電池ＦＣＳの構成を示すブロック図である。図５に示すように、燃料電池ＦＣＳは、燃料電池モジュールＦＣと、燃料供給部ＦＰと、空気供給部ＡＰと、水供給部ＷＰと、電力取出部ＥＰと、制御部ＣＳとを備えている。燃料供給部ＦＰ、空気供給部ＡＰ、水供給部ＷＰ、及び電力取出部ＥＰは、燃料電池ＦＣＳの補器ＡＤを構成している。   Next, the configuration of the fuel cell FCS using the fuel cell module FC will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell FCS. As shown in FIG. 5, the fuel cell FCS includes a fuel cell module FC, a fuel supply unit FP, an air supply unit AP, a water supply unit WP, a power extraction unit EP, and a control unit CS. . The fuel supply unit FP, the air supply unit AP, the water supply unit WP, and the power extraction unit EP constitute an auxiliary device AD of the fuel cell FCS.

燃料供給部ＦＰは、燃料供給源としての都市ガス配管から燃料ガスを燃料電池モジュールＦＣに供給する部分であって、燃料ポンプ、電磁弁を有している。燃料供給部ＦＰから供給される燃料ガスは燃料ガス供給管２２へと送り出される。   The fuel supply unit FP is a part that supplies fuel gas from a city gas pipe as a fuel supply source to the fuel cell module FC, and includes a fuel pump and an electromagnetic valve. The fuel gas supplied from the fuel supply unit FP is sent out to the fuel gas supply pipe 22.

空気供給部ＡＰは、空気供給源としての大気中から空気を固体酸化物形燃料電池モジュール１に供給する部分であって、空気ブロア、電磁弁を有している。空気供給部ＡＰから供給される空気は空気供給管８へと送り出される。   The air supply part AP is a part that supplies air from the atmosphere as an air supply source to the solid oxide fuel cell module 1, and has an air blower and an electromagnetic valve. The air supplied from the air supply unit AP is sent out to the air supply pipe 8.

水供給部ＷＰは、水供給源としての水道管から水を固体酸化物形燃料電池モジュール１に供給する部分であって、水ポンプ、電磁弁を有している。水供給部ＷＰから供給される水は、燃料電池モジュールＦＣ内部で水蒸気となって送り出される。   The water supply unit WP is a part that supplies water to the solid oxide fuel cell module 1 from a water pipe as a water supply source, and includes a water pump and a solenoid valve. The water supplied from the water supply unit WP is sent out as water vapor inside the fuel cell module FC.

電力取出部ＥＰは、燃料電池モジュールＦＣから電力を取り出す部分であって、インバータ等の電力変換装置を有している。電力取出部ＥＰは、集電ロッド５と繋がっていて、変換した電力は電力供給先へと送り出すように構成されている。   The power extraction unit EP is a part that extracts electric power from the fuel cell module FC, and includes a power conversion device such as an inverter. The power extraction unit EP is connected to the current collecting rod 5 and is configured to send the converted power to a power supply destination.

制御部ＣＳは、燃料供給部ＦＰ、空気供給部ＡＰ、駆動補器ＡＤ、及び電力取出部ＥＰのそれぞれを制御するための部分であって、ＣＰＵやＲＯＭを有している。燃料電池モジュールＦＣの動作は、制御部ＣＳからの指示信号に基づいて実行される。   The control unit CS is a part for controlling each of the fuel supply unit FP, the air supply unit AP, the driving auxiliary device AD, and the power extraction unit EP, and includes a CPU and a ROM. The operation of the fuel cell module FC is executed based on an instruction signal from the control unit CS.

このように構成された燃料電池ＦＣＳの動作について説明する。発電室２８を電気化学反応が生じる温度（７００〜１０００℃）に昇温する。空気供給部ＡＰから空気を空気供給管７に供給し、空気ヘッダ６内に貯留する。貯留された空気は、複数の空気導入管２５内を下方に流れ、下端から燃料電池セル２の筒内に流出する。流出した空気は、燃料電池セル２の筒内を上方に流れる。このとき、空気は、空気極に接触して反応に供される。反応で消費されなかった空気は、燃料電池セル２の開口部２ａから燃焼室２７に達する。   The operation of the fuel cell FCS configured as described above will be described. The power generation chamber 28 is heated to a temperature (700 to 1000 ° C.) at which an electrochemical reaction occurs. Air is supplied from the air supply unit AP to the air supply pipe 7 and stored in the air header 6. The stored air flows downward in the plurality of air introduction pipes 25 and flows out into the cylinder of the fuel cell 2 from the lower end. The outflowed air flows upward in the cylinder of the fuel battery cell 2. At this time, the air is brought into contact with the air electrode and subjected to the reaction. The air not consumed by the reaction reaches the combustion chamber 27 from the opening 2 a of the fuel cell 2.

また、燃料供給部ＦＰから燃料ガスを燃料ガス供給管２２に供給し、燃料ガス分散室１７内に貯留する。貯留された燃料ガスは、燃料ガス分散板２３に形成された複数の燃料ガス供給孔２４から発電室２８内に導入され、発電室２８内を各燃料電池セル２を包囲しながら上方に流れる。このとき、燃料ガスは、燃料極に接触して反応に供される。反応で消費されなかった燃料ガスは、仕切板２６の燃料ガス排出管２９を通って燃焼室２７に達する。   Further, the fuel gas is supplied from the fuel supply unit FP to the fuel gas supply pipe 22 and stored in the fuel gas dispersion chamber 17. The stored fuel gas is introduced into the power generation chamber 28 from a plurality of fuel gas supply holes 24 formed in the fuel gas dispersion plate 23, and flows upward while surrounding each fuel cell 2 in the power generation chamber 28. At this time, the fuel gas is brought into contact with the fuel electrode for reaction. The fuel gas not consumed by the reaction reaches the combustion chamber 27 through the fuel gas discharge pipe 29 of the partition plate 26.

燃焼室２７に達した残余の燃料ガスと残余の空気とは、所定の点火装置を用いて燃焼され排出ガスが、モジュール容器９の上壁に連結された排ガス管から燃焼室２７の外に排出される。この排出ガスは高温となるために、発電室２８を加熱するための熱源として利用される。   The remaining fuel gas and the remaining air that have reached the combustion chamber 27 are combusted using a predetermined ignition device, and exhaust gas is discharged out of the combustion chamber 27 from an exhaust gas pipe connected to the upper wall of the module container 9. Is done. Since this exhaust gas becomes high temperature, it is used as a heat source for heating the power generation chamber 28.

本実施形態に係る燃料電池モジュールを部分的に破断した概略的な斜視図である。It is the schematic perspective view which fractured partially the fuel cell module concerning this embodiment. 図１において空気ヘッダ側から燃料電池セル側を見通す方向における横断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view in a direction in which the fuel cell side is seen from the air header side in FIG. 1. 燃料電池モジュールの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a fuel cell module. 図１の燃料電池モジュールの燃料ガス分散板を上方から示す図である。It is a figure which shows the fuel gas dispersion | distribution board of the fuel cell module of FIG. 1 from upper direction. 図１の燃料電池モジュールの燃料ガス分散板を上方から示す図である。It is a figure which shows the fuel gas dispersion | distribution board of the fuel cell module of FIG. 1 from upper direction. 燃料電池の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

２…燃料電池セル、３，４…集電部材、５…集電ロッド、６…空気ヘッダ、７…空気供給管、８…モジュール容器、９…絶縁断熱部材、１０…断熱部材、１１…絶縁棒、１７…燃料ガス分散室、２０…燃料ガス分散板、２４，２４１，２４２…燃料ガス供給孔、ＦＣ…燃料電池モジュール、ＦＣＳ…燃料電池。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Fuel cell, 3, 4 ... Current collection member, 5 ... Current collection rod, 6 ... Air header, 7 ... Air supply pipe, 8 ... Module container, 9 ... Insulation heat insulation member, 10 ... Heat insulation member, 11 ... Insulation Rod, 17 ... fuel gas dispersion chamber, 20 ... fuel gas dispersion plate, 24, 24 1 , 24 2 ... fuel gas supply hole, FC ... fuel cell module, FCS ... fuel cell.

Claims (11)

燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する複数の電気的に繋げられた管状の燃料電池セルと、
前記燃料電池セルを収容するためのセル室を形成する容器と、
前記セル室を、前記燃料電池セルにおいて燃料ガス及び酸化剤ガスが作用して発電がおこなわれる発電室と、前記発電室に燃料ガスを供給するための燃料ガス室とに分離する仕切板と、を備える燃料電池モジュールであって、
前記仕切板には、前記燃料ガス室から前記発電室へと燃料ガスを通過させるための複数のガス供給孔が形成されており、
前記ガス供給孔は、前記仕切板の平面方向における中央部分を含む第一領域と、前記仕切板の平面方向における中央部分を含まない第二領域とに分けて形成されており、
前記燃料ガス室から前記発電室へと燃料ガスが通過する場合の圧力損失が、前記第一領域における圧力損失が前記第二領域における圧力損失よりも小さいことを特徴とする燃料電池モジュール。 A plurality of electrically connected tubular fuel cells operated by fuel gas and oxidant gas;
A container forming a cell chamber for housing the fuel cell;
A partition plate that separates the cell chamber into a power generation chamber in which power is generated by the action of fuel gas and oxidant gas in the fuel cell, and a fuel gas chamber for supplying fuel gas to the power generation chamber; A fuel cell module comprising:
The partition plate is formed with a plurality of gas supply holes for allowing fuel gas to pass from the fuel gas chamber to the power generation chamber,
The gas supply hole is divided into a first region including a central portion in the planar direction of the partition plate and a second region not including a central portion in the planar direction of the partition plate,
The fuel cell module, wherein the pressure loss when the fuel gas passes from the fuel gas chamber to the power generation chamber is smaller than the pressure loss in the first region. 前記第一領域は前記第二領域に囲繞されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。   The fuel cell module according to claim 1, wherein the first region is surrounded by the second region. 前記第一領域に形成される前記ガス供給孔の開口面積の総和が前記第一領域の面積に占める比率が、前記第二領域に形成される前記ガス供給孔の開口面積の総和が前記第二領域の面積に占める比率よりも高くなるように前記ガス供給孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池モジュール。   The ratio of the total opening area of the gas supply holes formed in the first region to the area of the first region is such that the total opening area of the gas supply holes formed in the second region is the second. 3. The fuel cell module according to claim 1, wherein the gas supply hole is formed to be higher than a ratio of the area to the area. 前記第一領域に形成される前記ガス供給孔の径が、前記第二領域に形成される前記ガス供給孔の径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。   The diameter of the said gas supply hole formed in said 1st area | region is larger than the diameter of the said gas supply hole formed in said 2nd area | region, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. Fuel cell module. 前記第一領域に形成される前記ガス供給孔及び前記第二領域に形成される前記ガス供給孔の少なくとも一方が、複数の孔に分けて形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。   The at least one of the gas supply hole formed in the first region and the gas supply hole formed in the second region is formed by being divided into a plurality of holes. The fuel cell module according to any one of the above. 前記第一領域に形成される前記ガス供給孔の個数が、前記第二領域に形成される前記ガス供給孔の個数よりも多いことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池モジュール。   6. The fuel cell module according to claim 5, wherein the number of the gas supply holes formed in the first region is larger than the number of the gas supply holes formed in the second region. 前記燃料電池セルを複数含む複数の燃料電池セルスタックが形成され、
前記第二領域は更に第三領域と第四領域とに分割されると共に、前記複数の燃料電池セルスタックの少なくとも一つに対応させて、前記第三領域が前記第四領域に挟まれるように形成され、
前記ガス供給孔は、前記第三領域と前記第四領域とに分けて形成されており、
前記燃料ガス室から前記発電室へと燃料ガス及び酸化剤のいずれか一方が通過する場合の圧力損失が、前記第三領域における圧力損失が前記第四領域における圧力損失よりも小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。 A plurality of fuel cell stacks including a plurality of the fuel cells are formed,
The second region is further divided into a third region and a fourth region, and the third region is sandwiched between the fourth regions so as to correspond to at least one of the plurality of fuel cell stacks. Formed,
The gas supply hole is divided into the third region and the fourth region,
The pressure loss when any one of the fuel gas and the oxidant passes from the fuel gas chamber to the power generation chamber is such that the pressure loss in the third region is smaller than the pressure loss in the fourth region. The fuel cell module according to any one of claims 1 to 6. 前記第三領域に形成される前記ガス供給孔の径が、前記第四領域に形成される前記ガス供給孔の径よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池モジュール。   The fuel cell module according to claim 7, wherein a diameter of the gas supply hole formed in the third region is larger than a diameter of the gas supply hole formed in the fourth region. 前記第三領域に形成される前記ガス供給孔及び前記第四領域に形成される前記ガス供給孔の少なくとも一方が、複数の孔に分けて形成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の燃料電池モジュール。   9. At least one of the gas supply hole formed in the third region and the gas supply hole formed in the fourth region is formed by being divided into a plurality of holes. A fuel cell module according to claim 1. 前記第三領域に形成される前記ガス供給孔の個数が、前記第四領域に形成される前記ガス供給孔の個数よりも多いことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池モジュール。   The fuel cell module according to claim 9, wherein the number of the gas supply holes formed in the third region is larger than the number of the gas supply holes formed in the fourth region. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載されている燃料電池モジュールを備える燃料電池。   A fuel cell comprising the fuel cell module according to any one of claims 1 to 10.
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