JP2009231187A - Fuel cell module and fuel cell including it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の燃料電池セルを備え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 including a plurality of fuel cells 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、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。このような固体酸化物形燃料電池に用いられる固体酸化物形燃料電池モジュールは、高い電気出力を得るために、通常複数の燃料電池セルを備える燃料電池セルスタックを集合させたセルスタック集合体を備えている。 Solid oxide fuel cells that use ceramic materials for fuel cells can utilize the exhaust heat that is generated during power generation, and are therefore being developed as highly efficient power generation systems. In order to obtain a high electrical output, a solid oxide fuel cell module used for such a solid oxide fuel cell is generally a cell stack assembly in which fuel cell stacks each having a plurality of fuel cells are assembled. I have.
このような固体酸化物形燃料電池モジュールは、発電時にはジュール熱によって燃料電池セルが発熱することから、燃料電池セルと導入される燃料ガス及び酸化性ガスとに温度差が生じ、燃料電池セルが部分的に冷却されることになる。そのため燃料電池セルに温度分布が発生し、燃料電池の性能を低下させるばかりでなく、熱応力により燃料電池セルが破損する恐れがある。 In such a solid oxide fuel cell module, since the fuel cell generates heat due to Joule heat at the time of power generation, a temperature difference occurs between the fuel cell and the introduced fuel gas and oxidizing gas. It will be partially cooled. For this reason, temperature distribution occurs in the fuel cell, which not only deteriorates the performance of the fuel cell, but also may cause damage to the fuel cell due to thermal stress.
燃料電池セルの温度分布を均一化するために、燃料電池セルスタックの間に熱伝導部材を両側から絶縁部材で挟んだ仕切部材を配置することで、温度分布の均一化に加えて熱伝導部材と燃料電池セルとの絶縁性を確保する固体酸化物形燃料電池モジュール(例えば、特許文献1参照)が知られている。
上述のような固体酸化物形燃料電池モジュールは、隣接する燃料電池セルスタックを電気的に接続するためのスタック間集電部材が設けられており、燃料電池セルスタック間に配置される熱伝導部材と接触して漏電しないように、熱伝導部材の端部とスタック間集電部材とを電気的に絶縁させる必要がある。上述の固体酸化物形燃料電池モジュールにおいては、スタック間集電部材が金属製の容器の内側に設けられた断熱兼絶縁部材を用いて熱伝導部材の端部とスタック間集電部材とを電気的に絶縁させており、スタック間集電部材のとり回しが煩雑となり、組み立てる際の施工性に問題がある。 The solid oxide fuel cell module as described above is provided with an inter-stack current collecting member for electrically connecting adjacent fuel cell stacks, and is a heat conducting member disposed between the fuel cell stacks. It is necessary to electrically insulate the end of the heat conducting member and the inter-stack current collecting member so as not to leak due to contact with each other. In the solid oxide fuel cell module described above, the end of the heat conducting member and the inter-stack current collecting member are electrically connected to each other by using the heat insulating and insulating member provided between the stack current collecting members inside the metal container. Thus, the current collecting member between the stacks becomes complicated and there is a problem in workability when assembling.
そこで、本発明では、燃料電池セルスタック同士を電気的に接続する集電部材と燃料電池セルの温度分布を均一化させるための熱伝導部材とを確実に絶縁すると共に、施工性に優れ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, in the present invention, a fuel cell that is excellent in workability while reliably insulating a current collecting member that electrically connects the fuel cell stacks and a heat conducting member for making the temperature distribution of the fuel cells uniform. It is an object to provide a module 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燃料電池セルが電気的に繋げられて形成されている複数の燃料電池セルスタックと、前記複数の燃料電池セルスタックを収容するための容器と、前記複数の燃料電池セルスタックと前記容器との間に配置される断熱部材と、前記複数の燃料電池セルスタック同士を電気的に接続する集電部材と、電気絶縁性を有する材料によって形成されており、互いに隣接する前記燃料電池セルスタックの間に配置される絶縁部材と、前記燃料電池セルが延びる方向に沿って延在し、前記絶縁部材よりも熱伝導性の高い材料によって形成されている熱伝導部材と、を備え、前記絶縁部材は、互いに隣接する前記燃料電池セルスタックの一方側と他方側とのそれぞれに接するように第一絶縁部材と第二絶縁部材とに分けて配置され、前記熱伝導部材は、前記第一絶縁部材と前記第二絶縁部材との間に配置されており、前記集電部材と前記熱伝導部材との間に前記断熱部材とは独立した部材として、電気絶縁性を有する材料によって形成されている第三絶縁部材を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell module according to the present invention includes a plurality of fuel cell stacks formed by electrically connecting a plurality of fuel cells operated by a fuel gas and an oxidant gas. A container for accommodating the plurality of fuel cell stacks, a heat insulating member disposed between the plurality of fuel cell stacks and the container, and electrically connecting the plurality of fuel cell stacks A current collecting member that is formed of a material having electrical insulation properties, an insulating member disposed between the fuel cell stacks adjacent to each other, and a direction in which the fuel cell extends, A heat conductive member formed of a material having higher heat conductivity than the insulating member, and the insulating member is disposed on one side of the fuel cell stack adjacent to each other. The first insulating member and the second insulating member are arranged so as to be in contact with each side, and the heat conducting member is arranged between the first insulating member and the second insulating member. A third insulating member formed of an electrically insulating material is provided as a member independent of the heat insulating member between the current collecting member and the heat conducting member.
本発明によれば、燃料電池セルスタック同士を電気的に接続する集電部材と燃料電池セルの温度分布を均一化させるための熱伝導部材とを確実に絶縁すると共に、施工性に優れる燃料電池モジュールを提供することができる。 According to the present invention, a current collecting member that electrically connects fuel cell stacks and a heat conducting member for uniformizing the temperature distribution of the fuel cells are reliably insulated, and a fuel cell that is excellent in workability. Modules 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。 Prior to describing the best mode for carrying out the present invention, the function and effect of the present invention will be described.
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燃料電池セルが電気的に繋げられて形成されている複数の燃料電池セルスタックと、前記複数の燃料電池セルスタックを収容するための容器と、前記複数の燃料電池セルスタックと前記容器との間に配置される断熱部材と、前記複数の燃料電池セルスタック同士を電気的に接続する集電部材と、電気絶縁性を有する材料によって形成されており、互いに隣接する前記燃料電池セルスタックの間に配置される絶縁部材と、前記燃料電池セルが延びる方向に沿って延在し、前記絶縁部材よりも熱伝導性の高い材料によって形成されている熱伝導部材と、を備え、前記絶縁部材は、互いに隣接する前記燃料電池セルスタックの一方側と他方側とのそれぞれに接するように第一絶縁部材と第二絶縁部材とに分けて配置され、前記熱伝導部材は、前記第一絶縁部材と前記第二絶縁部材との間に配置されており、前記集電部材と前記熱伝導部材との間に前記断熱部材とは独立した部材として、電気絶縁性を有する材料によって形成されている第三絶縁部材を有することを特徴とする。 A fuel cell module according to the present invention includes a plurality of fuel cell stacks formed by electrically connecting a plurality of fuel cells operated by a fuel gas and an oxidant gas, and the plurality of fuel cell stacks. A container for containing the battery, a heat insulating member disposed between the plurality of fuel cell stacks and the container, a current collecting member for electrically connecting the plurality of fuel cell stacks, and an electric insulation An insulating member disposed between the fuel cell stacks adjacent to each other and extending in a direction in which the fuel cell extends, and is more thermally conductive than the insulating member. A heat conductive member formed of a high material, and the insulating member is in contact with one side and the other side of the fuel cell stack adjacent to each other The first insulating member and the second insulating member are arranged separately, and the heat conducting member is arranged between the first insulating member and the second insulating member, and the current collecting member and the heat insulating member are arranged. A third insulating member formed of an electrically insulating material is provided as a member independent of the heat insulating member between the conductive member and the conductive member.
本発明によれば、隣接する燃料電池セルスタック同士を絶縁するための絶縁部材が第一絶縁部材と第二絶縁部材とに分けられており、その分けられている第一絶縁部材と第二絶縁部材との間に熱伝導部材が配置され、その熱伝導部材の作用により燃料電池セルの熱分布が均等化されている。その熱伝導部材と、燃料電池セルスタック同士を電気的に接続する集電部材とを電気的に絶縁するために、第三絶縁部材が、容器の内側に設けられている断熱部材とは独立して設けられている。従って、第三絶縁部材によって熱伝導部材と集電部材と確実に離隔することで、確実に電気的に絶縁することができる。さらに、絶縁部材が断熱部材とは別体で設けられることから、容器内に燃料電池セルスタック、集電部材、熱伝導部材、第一絶縁部材、及び第二絶縁部材を組み込んだ後に、第三絶縁部材を容易に挿入することができるため施工性に優れている。 According to the present invention, the insulating member for insulating adjacent fuel cell stacks is divided into the first insulating member and the second insulating member, and the divided first insulating member and second insulating member are separated. A heat conduction member is disposed between the members, and the heat distribution of the fuel cells is equalized by the action of the heat conduction member. In order to electrically insulate the heat conducting member and the current collecting member that electrically connects the fuel cell stacks, the third insulating member is independent of the heat insulating member provided inside the container. Is provided. Therefore, it is possible to reliably insulate electrically by separating the heat conducting member and the current collecting member from each other by the third insulating member. Furthermore, since the insulating member is provided separately from the heat insulating member, after the fuel cell stack, the current collecting member, the heat conducting member, the first insulating member, and the second insulating member are assembled in the container, Since the insulating member can be easily inserted, the workability is excellent.
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第三絶縁部材は、前記集電部材とは離隔して配置されていることも好ましい。 In the fuel cell module according to the present invention, it is also preferable that the third insulating member is disposed apart from the current collecting member.
この好ましい態様によれば、運転時において、集電部材が熱膨張や変形を起こした場合であっても、第三絶縁部材に接触し難くなり、より確実に集電部材と熱伝導部材とを電気的に絶縁することができる。さらに、常温時においても第三絶縁部材を、集電部材と熱伝導部材との間の空間に容易に挿入しやすくなり、施工性に優れている。さらに、熱伝導部材が熱膨張を起こしても、第三絶縁部材や集電部材に対して応力が加わり難くなり、破損等の発生を抑えることができる。 According to this preferred aspect, even when the current collecting member undergoes thermal expansion or deformation during operation, it becomes difficult to contact the third insulating member, and the current collecting member and the heat conducting member are more reliably connected. It can be electrically isolated. Furthermore, the third insulating member can be easily inserted into the space between the current collecting member and the heat conducting member even at room temperature, and the workability is excellent. Furthermore, even if the heat conducting member undergoes thermal expansion, it becomes difficult to apply stress to the third insulating member and the current collecting member, and the occurrence of damage and the like can be suppressed.
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第三絶縁部材は、前記熱伝導部材とは離隔して配置されていることも好ましい。 In the fuel cell module according to the present invention, it is also preferable that the third insulating member is disposed apart from the heat conducting member.
この好ましい態様によれば、運転時において、熱伝導部材が熱膨張や変形を起こした場合であっても、第三絶縁部材に接触し難くなり、より確実に集電部材と熱伝導部材とを電気的に絶縁することができる。また、熱伝導部材が熱膨張を起こしても、第三絶縁部材を集電部材に押しつけるように作用することを回避でき、集電部材の破損等を抑えることができる。さらに、常温時においても第三絶縁部材を、集電部材と熱伝導部材との間の空間に容易に挿入しやすくなり、施工性に優れている。さらに、熱伝導部材が熱膨張を起こしても、絶縁部材や集電部材に対して応力が加わり難くなり、破損等の発生を抑えることができる。 According to this preferred aspect, even when the heat conducting member undergoes thermal expansion or deformation during operation, it becomes difficult to contact the third insulating member, and the current collecting member and the heat conducting member are more reliably connected. It can be electrically isolated. Moreover, even if the heat conducting member undergoes thermal expansion, it can be avoided that the third insulating member is pressed against the current collecting member, and damage to the current collecting member can be suppressed. Furthermore, the third insulating member can be easily inserted into the space between the current collecting member and the heat conducting member even at room temperature, and the workability is excellent. Furthermore, even if the heat conducting member undergoes thermal expansion, it becomes difficult to apply stress to the insulating member or the current collecting member, and the occurrence of damage or the like can be suppressed.
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
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
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
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
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
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。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
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
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
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3を介して電気的に直列に接続されている。このように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4が繋がれている。集電部材4は集電ロッド5に繋がれているので、集電ロッド5を介して外部に電力が取り出すことができる。
The
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、一対の絶縁板16(第一絶縁部材、第二絶縁部材)が熱伝導板15をその間に配置できるように所定の間隔をおいて対向配置されている。更に、隣接する絶縁板16の間には熱伝導板15(熱伝導部材)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9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3,4との間には、絶縁棒11(第三絶縁部材)が配置されている。
Each
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の温度が部分的に高くなっても、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 arranging the
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3,4との間の電気絶縁性が確保される。
Further, as described above, the insulating
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
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が配置されている。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が形成されている。
As shown in FIG. 3, a fuel
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
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。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
また、仕切板26には、残余の燃料ガスを発電室28から燃焼室27に排出するための、例えばアルミナからなる筒状の燃料ガス排出管(図示しない)が複数挿通されている。従って、仕切板26には、発電室28から燃焼室27へと燃料ガスを通過させるための複数のガス排出孔が形成されていることになる。
The
図4は、本発明に係る燃料電池モジュールの平面的な一部分を示す部分拡大図である。図4に示すように、絶縁断熱部材11の内面にスタック間集電部材4が設けられている。また、燃料電池セルスタック21a,21bの間に配置される熱伝導板15は、集電部材3から離間しており、その両面から絶縁板16により挟持されている。絶縁板16の端部には、外側に突出する係止部16aが形成されている。この係止部16aが、集電部材3に形成されるスリット3aを貫通し、絶縁断熱部材9に形成される凹部9aに嵌合されることで、絶縁板16が絶縁断熱部材9に固定されている。
FIG. 4 is a partially enlarged view showing a planar part of the fuel cell module according to the present invention. As shown in FIG. 4, the inter-stack current collecting
そして、集電部材3、熱伝導板15の端部及び各絶縁板16で囲まれる領域には空間Sが形成されており、その空間Sの内部に絶縁棒11が挿入されている。絶縁棒11は、集電部材3と熱伝導板15の端部との間隔よりも小さな外径のアルミナ等のセラミックスチューブからなっている。熱伝導板15の端部と絶縁棒11とは離隔して配置されている。また、絶縁棒11と集電部材3とも離隔して配置されている。絶縁棒11が上記した空間Sに配置されていることで、常温時の組み立て時や運搬時に、熱伝導板15と集電部材3との距離を保って安定的に絶縁することができる。また、運転時においては、熱伝導板15や集電部材3が熱膨張したり変形したりした場合であっても、それらが接触するのを防ぐことができる。更に、絶縁棒11は、熱伝導部材15及び集電部材3の少なくとも一方と離隔して配置されており、運転時において熱伝導板15が熱膨張した場合であっても、その熱膨張に起因する応力の発生を防ぐことができる。
A space S is formed in a region surrounded by the current collecting
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
空気供給部APは、空気供給源としての大気中から空気を燃料電池モジュールFC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7へと送り出される。 The air supply unit AP is a part that supplies air from the atmosphere as an air supply source to the fuel cell module FC, and includes an air blower and an electromagnetic valve. Air supplied from the air supply unit AP is sent out to the air supply pipe 7.
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
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
制御部CSは、燃料供給部FP、空気供給部AP、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 unit for controlling each of the fuel supply unit FP, the air supply unit AP, the 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
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(図示しない)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
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8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
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、発電室28から燃焼室27に残余の燃焼ガスを通気させる燃料ガス排出手段として、燃料ガス排出管を用いたが、仕切板26に孔のみを形成した燃料ガス排出孔を用いても良い。
The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the fuel gas discharge pipe is used as the fuel gas discharge means for allowing the remaining combustion gas to flow from the
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、21…燃料電池セル集合体、25…空気導入管、26…仕切板、27…燃焼室、28…発電室、29…燃料ガス排出孔、FC…燃料電池モジュール、FCS…燃料電池。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記複数の燃料電池セルスタックを収容するための容器と、
前記複数の燃料電池セルスタックと前記容器との間に配置される断熱部材と、
前記複数の燃料電池セルスタック同士を電気的に接続する集電部材と、
電気絶縁性を有する材料によって形成されており、互いに隣接する前記燃料電池セルスタックの間に配置される絶縁部材と、
前記燃料電池セルが延びる方向に沿って延在し、前記絶縁部材よりも熱伝導性の高い材料によって形成されている熱伝導部材と、を備え、
前記絶縁部材は、互いに隣接する前記燃料電池セルスタックの一方側と他方側とのそれぞれに接するように第一絶縁部材と第二絶縁部材とに分けて配置され、
前記熱伝導部材は、前記第一絶縁部材と前記第二絶縁部材との間に配置されており、
前記集電部材と前記熱伝導部材との間に前記断熱部材とは独立した部材として、電気絶縁性を有する材料によって形成されている第三絶縁部材を有することを特徴とする燃料電池モジュール。 A plurality of fuel cell stacks formed by electrically connecting a plurality of fuel cells operated by fuel gas and oxidant gas; and
A container for housing the plurality of fuel cell stacks;
A heat insulating member disposed between the plurality of fuel cell stacks and the container;
A current collecting member for electrically connecting the plurality of fuel cell stacks;
An insulating member that is formed of a material having electrical insulation properties and disposed between the fuel cell stacks adjacent to each other;
A heat conducting member extending along a direction in which the fuel cell extends and formed of a material having a higher thermal conductivity than the insulating member, and
The insulating member is divided into a first insulating member and a second insulating member so as to be in contact with one side and the other side of the fuel cell stack adjacent to each other,
The heat conducting member is disposed between the first insulating member and the second insulating member,
A fuel cell module comprising a third insulating member formed of an electrically insulating material as a member independent of the heat insulating member between the current collecting member and the heat conducting member.
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