JP2010146783A - Fuel battery module and fuel battery device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery module and a fuel battery device with power generation efficiency improved. <P>SOLUTION: The fuel battery module 1 is provided with a reaction gas guide member 11 for guiding second reaction gas into a cell stack 5 in a housing vessel 2 of a double-wall structure with a space between an inner wall 13 and an outer wall 14 as a flow channel of the second reaction gas. The reaction gas guide member 11 is provided with a first guide flow channel 23 having a width narrower than that of the cell stack 5, for flowing the second reaction gas downward from above at a position facing the center part of fuel battery cells 3 of the cell stack 5 in an alignment direction, a second guide flow channel 24 connected to a lower end of the first guide flow channel 23 with a width corresponding to that of the cell stack 5 in an alignment direction of the fuel battery cells 3, and a reaction gas guide port 16 fitted to the second guide flow channel 24 for guiding the second reaction gas toward a lower end part of the fuel battery cells 3, so that power generation efficiency is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、収納容器内に複数個の柱状の燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュールおよびそれを具備する燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell module in which a plurality of columnar fuel cells are accommodated in a storage container, 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個立設し電気的に直列に接続してなるセルスタックと、セルスタックを構成する燃料電池セルを固定するとともに、燃料電池セルに反応ガスを供給するマニホールドとを有するセルスタック装置を、収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや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。   In recent years, as a next-generation energy, a cell stack in which a plurality of fuel cells that can obtain electric power using hydrogen-containing gas and air (oxygen-containing gas) are electrically connected in series, and a cell A fuel cell module in which a fuel cell constituting a stack and a manifold for supplying a reaction gas to the fuel cell and a manifold for supplying a reaction gas are housed in a housing container and a fuel cell module are housed. Various fuel cell devices have been proposed.

そのような燃料電池モジュールとしては、例えば、直方体状の収納容器内に設けられた発電室内に、燃料電池セルを複数個並設し電気的に直列に接続してマニホールドに固定してなるセルスタック装置を収納してなる燃料電池モジュールが提案されている(例えば、特許文献1参照)。そして、上記特許文献1に記載の燃料電池モジュールにおいては、燃料電池セルに反応ガス(酸素含有ガス等)を導入するための反応ガス導入部材が設けられており、反応ガス導入部材の下端部側に、燃料電池セルの下端部側に反応ガス(酸素含有ガス等)を導入するための反応ガス導入口が設けられている。
特開2007−59377号公報
As such a fuel cell module, for example, a cell stack in which a plurality of fuel cells are arranged in parallel in a power generation chamber provided in a rectangular parallelepiped storage container and electrically connected in series and fixed to a manifold. A fuel cell module containing the device has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the fuel cell module described in Patent Document 1, a reaction gas introduction member for introducing a reaction gas (oxygen-containing gas or the like) into the fuel cell is provided, and the lower end side of the reaction gas introduction member In addition, a reaction gas inlet for introducing a reaction gas (oxygen-containing gas or the like) is provided on the lower end side of the fuel cell.
JP 2007-59377 A

ところで、燃料電池セルの発電に伴いセルスタック(燃料電池セル)に熱が生じるが、その発電により生じた熱は、隣接する燃料電池セル間等から放熱される。   By the way, heat is generated in the cell stack (fuel cell) with the power generation of the fuel cell, and the heat generated by the power generation is dissipated from between adjacent fuel cells.

しかしながら、特に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においては、セルスタックの配列方向の端部側に配置される燃料電池セルは熱を放散しやすいが、セルスタックの配列方向の中央部側に配置される燃料電池セルは熱を放散しにくいため、セルスタック全体として、中央部側の温度が高く、端部側の温度が低いという、燃料電池セルの配列方向において不均一な温度分布を生じることとなる。   However, particularly in a cell stack in which a plurality of fuel cells are arranged in parallel and electrically connected in series, the fuel cells arranged on the end side in the arrangement direction of the cell stack tend to dissipate heat. The fuel cell arranged on the central side in the stacking direction of the stack is unlikely to dissipate heat, so the overall cell stack has a high temperature on the central side and a low temperature on the end side. This results in a non-uniform temperature distribution in the direction.

そして、セルスタックの温度分布が燃料電池セルの配列方向において不均一な温度分布となる場合においては、セルスタックを構成する各燃料電池セルに供給される燃料ガスの流れにばらつきが生じ、セルスタックの発電量が低下する、またはセルスタックを構成する一部の燃料電池セルの劣化が早まるといったおそれがあった。   When the temperature distribution of the cell stack is non-uniform in the arrangement direction of the fuel cells, the flow of the fuel gas supplied to each fuel cell constituting the cell stack varies, and the cell stack There is a risk that the amount of generated power will be reduced, or the deterioration of some of the fuel cells constituting the cell stack will be accelerated.

それゆえ本発明は、セルスタックの燃料電池セルの配列方向における温度分布を均一に近づけることが可能な燃料電池モジュールおよび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。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell module capable of making the temperature distribution in the arrangement direction of the fuel cells in the cell stack evenly close, and a fuel cell device including the fuel cell module.

本発明の燃料電池モジュールは、内部に第1の反応ガスを流通させるためのガス流路を有する柱状の燃料電池セルを複数個立設し電気的に直列に接続してなるセルスタックと、該セルスタックを構成する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前記第1の反応ガスを供給するマニホールドとを具備するセルスタック装置を収納容器内に収納してなり、該収納容器は、内壁と外壁とを有する二重壁構造で、前記内壁と前記外壁との間を第2の反応ガスの流路とし、前記内壁には、前記流路につながって前記燃料電池セルの配列方向に沿った側面側より前記燃料電池セルの下端部へ前記第2の反応ガスを導入するための反応ガス導入部材を備えてなる燃料電池モジュールにおいて、前記反応ガス導入部材は、前記燃料電池セルの配列方向における前記セルスタックの幅よりも狭い幅を有し、前記流路を流れた前記第2の反応ガスを、前記セルスタックの前記燃料電池セルの配列方向における中央部と向かい合う位置で上方から下方に向けて流すための第1導入流路と、該第1導入流路の下端に接続され、前記燃料電池セルの配列方向における前記セルスタックの幅に対応した幅を有する第2導入流路と、該第2導入流路に設けられ、当該第2導入流路に流れた前記第2の反応ガスを前記燃料電池セルの下端部へ導入するための反応ガス導入口とを具備することを特徴とする。   A fuel cell module of the present invention comprises a cell stack in which a plurality of columnar fuel cells each having a gas flow path for allowing a first reaction gas to flow therein are erected and electrically connected in series; A cell stack device comprising a manifold for fixing the lower end of the fuel cell constituting the cell stack and supplying the first reactive gas to the fuel cell is accommodated in a storage container, and the storage container Is a double-wall structure having an inner wall and an outer wall, and a second reaction gas flow path is formed between the inner wall and the outer wall, and the inner wall is connected to the flow path, and the arrangement of the fuel cells. A fuel cell module comprising a reaction gas introduction member for introducing the second reaction gas from a side surface along a direction to a lower end portion of the fuel cell, wherein the reaction gas introduction member is the fuel cell. The second reaction gas having a width narrower than the width of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cell and flowing through the flow path is located at a position facing the central portion of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells. A first introduction channel for flowing downward from above, and a second introduction connected to the lower end of the first introduction channel and having a width corresponding to the width of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells. A flow path, and a reaction gas introduction port that is provided in the second introduction flow path and introduces the second reaction gas that has flowed into the second introduction flow path into the lower end portion of the fuel cell. It is characterized by that.

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に、温度の低い第2の反応ガスを供給するための反応ガス導入部材が、燃料電池セルの配列方向におけるセルスタックの幅よりも狭く、燃料電池セルの配列方向に沿った中央部と向かい合う位置で、内壁と外壁とで形成される流路を流れた第2の反応ガスを上方より下方に向けて流れるための第1導入流路を備えることから、燃料電池セルの配列方向における中央部の温度を低下させることができる。   In such a fuel cell module, the reaction gas introduction member for supplying the second reaction gas having a low temperature to the lower end portion of the fuel cell is narrower than the width of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cell. The first introduction flow path for flowing the second reaction gas flowing through the flow path formed by the inner wall and the outer wall from the upper side toward the lower side at a position facing the central portion along the arrangement direction of the fuel cells. Therefore, the temperature of the central part in the arrangement direction of the fuel cells can be lowered.

また、第1導入流路を流れた第2の反応ガスが、燃料電池セルの配列方向におけるセルスタックの幅に対応した幅を有する第2導入流路を流れた後に、反応ガス導入口を介して燃料電池セルの下端部に導入されることから、燃料電池セルに十分な量の第2の反応ガスを導入することができる。   In addition, after the second reaction gas flowing through the first introduction flow path flows through the second introduction flow path having a width corresponding to the width of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells, the reaction gas is introduced through the reaction gas introduction port. Therefore, a sufficient amount of the second reaction gas can be introduced into the fuel cell.

それにより、燃料電池セルの配列方向における温度分布、すなわちセルスタック全体としての温度分布を均一に近づけることができることから、セルスタックの発電量が低下することを抑制でき、発電効率を向上することができる。さらには、セルスタックを構成する一部の燃料電池セルの劣化が早まることを抑制することができる。   As a result, the temperature distribution in the arrangement direction of the fuel cells, that is, the temperature distribution of the entire cell stack can be made close to uniform, so that the power generation amount of the cell stack can be suppressed from decreasing, and the power generation efficiency can be improved. it can. Furthermore, it is possible to suppress the deterioration of some fuel cells constituting the cell stack.

また、本発明の燃料電池モジュールは、前記第1導入流路は、前記セルスタックの前記燃料電池セルの配列方向に沿った側面側から見たときに、前記第1導入流路の外形が左右対称であるとともに、該第1の導入流路の中央線と前記セルスタックの前記燃料電池セルの配列方向における中央を上下方向に引いた中央線とが重なるような位置関係に、前記第1導入流路と前記セルスタックとが配置されていることが好ましい。   In the fuel cell module of the present invention, when the first introduction channel is viewed from the side surface along the arrangement direction of the fuel cells of the cell stack, the outer shape of the first introduction channel is left and right. The first introduction channel is symmetrical and has a positional relationship such that a center line of the first introduction flow path and a center line obtained by vertically pulling the center of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells overlap. It is preferable that a flow path and the cell stack are arranged.

このような燃料電池モジュールにおいては、左右対称の第1導入流路の中央部とセルスタックの中央部とが向かい合う配置関係となる。それにより、セルスタックの中央部の温度を効果的に低下させることができる。それにより、セルスタックの発電量が低下することを抑制でき、発電効率を向上することができる。   In such a fuel cell module, the center portion of the symmetrical first introduction flow path and the center portion of the cell stack face each other. Thereby, the temperature of the center part of a cell stack can be reduced effectively. Thereby, it can suppress that the electric power generation amount of a cell stack falls, and can improve electric power generation efficiency.

また、本発明の燃料電池モジュールは、前記反応ガス導入部材は、前記セルスタックと向かい合う面の幅が、上方から下方まで前記燃料電池セルの配列方向における前記セルスタックの幅以上であることが好ましい。   In the fuel cell module of the present invention, it is preferable that a width of a surface of the reaction gas introduction member facing the cell stack is equal to or greater than a width of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells from above to below. .

このような燃料電池モジュールにおいては、反応ガス導入部材における燃料電池セルの配列方向における端部側において、燃料電池セルの発電等により生じる熱が輻射熱となり、セルスタックにおける燃料電池セルの配列方向における端部側の温度を上昇させることができる。それにより、燃料電池セルの配列方向における温度分布を均一に近づけることができ、セルスタックの発電量が低下することを抑制でき、発電効率を向上することができる。   In such a fuel cell module, the heat generated by the power generation of the fuel cell in the reaction gas introduction member in the arrangement direction of the fuel cell is radiant heat, and the end of the fuel cell in the cell stack in the arrangement direction. The temperature on the part side can be increased. As a result, the temperature distribution in the arrangement direction of the fuel cells can be made to be uniform, the power generation amount of the cell stack can be suppressed from decreasing, and the power generation efficiency can be improved.

また、本発明の燃料電池モジュールは、前記反応ガス導入口が、前記反応ガス導入部材の前記セルスタックと向かい合う面に、前記燃料電池セルの配列方向に沿って複数個設けられていることが好ましい。   In the fuel cell module of the present invention, it is preferable that a plurality of the reaction gas introduction ports are provided along the arrangement direction of the fuel cells on the surface of the reaction gas introduction member facing the cell stack. .

このような燃料電池モジュールにおいては、反応ガス導入部材のセルスタックと向かい合う面に、燃料電池セルの配列方向に沿って、反応ガス導入口が複数個設けられていることから、燃料電池セルの下端部に第2の反応ガスを効率よく導入することができ、セルスタックの発電効率を向上することができる。   In such a fuel cell module, since a plurality of reaction gas introduction ports are provided along the arrangement direction of the fuel cells on the surface of the reaction gas introduction member facing the cell stack, the lower end of the fuel cell The second reaction gas can be efficiently introduced into the section, and the power generation efficiency of the cell stack can be improved.

また、本発明の燃料電池モジュールは、前記反応ガス導入部材は、前記燃料電池セルの配列方向における前記セルスタックの幅に対応した幅を有するとともに、上端が前記内壁に接続され、下端が前記第1導入流路に接続された第3導入流路を備え、該第3導入流路の下端が前記燃料電池セルの上端以上の高さに位置することが好ましい。   In the fuel cell module of the present invention, the reactive gas introduction member has a width corresponding to the width of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells, and an upper end is connected to the inner wall, and a lower end is the first It is preferable that a third introduction flow path connected to one introduction flow path is provided, and the lower end of the third introduction flow path is located at a height higher than the upper end of the fuel cell.

このような燃料電池モジュールにおいては、収納容器の内壁と外壁との間を流れる第2の反応ガスが、セルスタックの幅に対応した幅を有する第3導入流路を流れた後に、第1導入流路に流れ、続いて第2導入流路を流れた後に、燃料電池セルに供給されることになる。それにより、第2の反応ガスの流れにおいて圧損を低下させることができ、セルスタックの発電効率を向上することができる。   In such a fuel cell module, after the second reactive gas flowing between the inner wall and the outer wall of the storage container flows through the third introduction flow path having a width corresponding to the width of the cell stack, the first introduction gas is introduced. After flowing through the flow path and subsequently through the second introduction flow path, the fuel cell is supplied. Thereby, pressure loss can be reduced in the flow of the second reaction gas, and the power generation efficiency of the cell stack can be improved.

また、本発明の燃料電池モジュールは、前記第1導入流路の幅が、前記セルスタックの前記燃料電池セルの配列方向における幅の10〜90%であることが好ましい。   In the fuel cell module of the present invention, it is preferable that the width of the first introduction channel is 10 to 90% of the width of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells.

このような燃料電池モジュールにおいては、第1導入流路の幅が、セルスタックの燃料電池セルの配列方向における幅の10〜90%であることから、セルスタックにおける燃料電池セルの配列方向における中央部側の温度を低下させることができるとともに、燃料電池セルの配列方向における端部側の温度が低下することを効率よく抑制することができる。それにより、燃料電池セルの配列方向における温度分布を均一に近づけることができる。   In such a fuel cell module, since the width of the first introduction flow path is 10 to 90% of the width of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells, the center in the arrangement direction of the fuel cells in the cell stack. The temperature on the part side can be reduced, and the temperature on the end part side in the arrangement direction of the fuel cells can be effectively suppressed from decreasing. Thereby, the temperature distribution in the arrangement direction of the fuel cells can be made closer to the uniform.

また、本発明の燃料電池モジュールは、前記反応ガス導入口から前記第2導入流路の上端までの長さが、前記反応ガス導入口から前記燃料電池セルの上端までの長さの5〜60%以下であることが好ましい。   In the fuel cell module of the present invention, the length from the reaction gas introduction port to the upper end of the second introduction flow path is 5 to 60 from the reaction gas introduction port to the upper end of the fuel cell. % Or less is preferable.

このような燃料電池モジュールにおいては、反応ガス導入口から第2導入流路の上端までの長さが、反応ガス導入口から燃料電池セルの上端までの長さの5〜60%以下となるように配置されていることから、第1導入流路を流れた第2の反応ガスを、第2導入流路の燃料電池セルの配列方向に沿った端部側に効率よく流すことができる。それにより、各燃料電池セルに十分な量の第2の反応ガスを導入することができることから、セルスタックの発電量が低下することを抑制でき、発電効率を向上することができる。   In such a fuel cell module, the length from the reaction gas introduction port to the upper end of the second introduction flow path is 5 to 60% or less of the length from the reaction gas introduction port to the upper end of the fuel cell. Therefore, the second reaction gas that has flowed through the first introduction flow channel can be efficiently flowed to the end side along the arrangement direction of the fuel cells in the second introduction flow channel. Thereby, since a sufficient amount of the second reaction gas can be introduced into each fuel cell, it is possible to suppress a decrease in the amount of power generated by the cell stack, and to improve power generation efficiency.

また、本発明の燃料電池モジュールは、前記第1導入流路の幅が、上方から下方まで同じ幅であることが好ましい。   In the fuel cell module of the present invention, it is preferable that the width of the first introduction channel is the same from the top to the bottom.

このような燃料電池モジュールにおいては、第1導入流路の幅が、上方から下方まで同じ幅であることから、セルスタックの中央部の温度を効果的に低下させることができる。それにより、セルスタックの発電量が低下することを抑制でき、発電効率を向上することができるとともに、セルスタックを構成する一部の燃料電池セルの劣化が早まることを抑制することができる。   In such a fuel cell module, since the width of the first introduction flow path is the same from the upper side to the lower side, the temperature of the central portion of the cell stack can be effectively reduced. Thereby, it can suppress that the electric power generation amount of a cell stack falls, and while being able to improve electric power generation efficiency, it can suppress that deterioration of the one part fuel cell which comprises a cell stack is accelerated.

また、本発明の燃料電池装置は、上述のうちいずれかの燃料電池モジュールと、前記セルスタックを動作させるための補機とを、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。   Further, the fuel cell device of the present invention has one of the above-described fuel cell modules and an auxiliary machine for operating the cell stack housed in an outer case, thereby improving power generation efficiency. A fuel cell device can be obtained.

本発明の燃料電池モジュールは、内部に第1の反応ガスを流通させるためのガス流路を有する柱状の燃料電池セルを複数個立設し電気的に直列に接続してなるセルスタックと、該セルスタックを構成する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前記第1の反応ガスを供給するマニホールドとを具備するセルスタック装置を収納容器内に収納してなり、該収納容器は、内壁と外壁とを有する二重壁構造で、前記内壁と前記外壁との間を第2の反応ガスの流路とし、前記内壁には、前記流路につながって前記燃料電池セルの配列方向に沿った側面側より前記燃料電池セルの下端部へ前記第2の反応ガスを導入するための反応ガス導入部材を備えてなる燃料電池モジュールにおいて、前記反応ガス導入部材は、前記燃料電池セルの配列方向における前記セルスタックの幅よりも狭い幅を有し、前記流路を流れた前記第2の反応ガスを前記燃料電池セルの配列方向における前記セルスタックの中央部と向かい合う位置で上方から下方に向けて流すための第1導入流路と、該第1導入流路の下端に接続され、前記燃料電池セルの配列方向における前記セルスタックの幅に対応した幅を有する第2導入流路と、該第2導入流路に設けられ、当該第2導入流路に流れた前記第2の反応ガスを前記燃料電池セルの下端部へ導入するための反応ガス導入口とを具備することから、燃料電池セルの配列方向における温度分布を均一に近づけることができ、セルスタックの発電量が低下することを抑制でき、発電効率を向上することができる。さらには、セルスタックを構成する一部の燃料電池セルの劣化が早まることを抑制することができる。   A fuel cell module of the present invention comprises a cell stack in which a plurality of columnar fuel cells each having a gas flow path for allowing a first reaction gas to flow therein are erected and electrically connected in series; A cell stack device comprising a manifold for fixing the lower end of the fuel cell constituting the cell stack and supplying the first reactive gas to the fuel cell is accommodated in a storage container, and the storage container Is a double-wall structure having an inner wall and an outer wall, and a second reaction gas flow path is formed between the inner wall and the outer wall, and the inner wall is connected to the flow path, and the arrangement of the fuel cells. A fuel cell module comprising a reaction gas introduction member for introducing the second reaction gas from a side surface along a direction to a lower end portion of the fuel cell, wherein the reaction gas introduction member is the fuel cell. The second reactive gas having a width narrower than the width of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cell and at the position facing the central portion of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells A first introduction flow channel for flowing downward from the first and a second introduction flow connected to the lower end of the first introduction flow channel and having a width corresponding to the width of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells And a reaction gas introduction port provided in the second introduction flow path for introducing the second reaction gas flowing in the second introduction flow path into the lower end portion of the fuel cell. Therefore, the temperature distribution in the arrangement direction of the fuel cells can be made to be uniform, the power generation amount of the cell stack can be suppressed from decreasing, and the power generation efficiency can be improved. Furthermore, it is possible to suppress the deterioration of some fuel cells constituting the cell stack.

図1は、本発明の燃料電池モジュール1(以下、モジュールという場合がある。)の一例を示す外観斜視図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。   FIG. 1 is an external perspective view showing an example of a fuel cell module 1 (hereinafter sometimes referred to as a module) of the present invention. In the following drawings, the same numbers are assigned to the same members.

図1に示すモジュール1においては、収納容器2の内部に、内部を第1の反応ガスが流通するガス流路(図示せず)を有する柱状の燃料電池セル3を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル3間に集電部材(図1においては図示せず)を介して電気的に直列に接続するとともに、燃料電池セル3の下端を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4に固定してなるセルスタック5(セルスタック装置12)を収納して構成されている。なお、セルスタック5の両端部には、セルスタック4(燃料電池セル3)の発電により生じた電流を集電して外部に引き出すための、電流引き出し部を有する導電部材が配置されている(図示せず)。   In the module 1 shown in FIG. 1, a columnar fuel cell 3 having a gas flow path (not shown) through which the first reaction gas flows is arranged inside the storage container 2 in an upright state. In addition, the adjacent fuel cells 3 are electrically connected in series via current collecting members (not shown in FIG. 1), and the lower end of the fuel cells 3 is connected to an insulating bonding material such as a glass sealing material. A cell stack 5 (cell stack device 12) formed by being fixed to the manifold 4 (not shown) is accommodated. At both ends of the cell stack 5, conductive members having current drawing portions for collecting and drawing the current generated by the power generation of the cell stack 4 (fuel cell 3) to the outside are arranged ( Not shown).

なお、図1においては、燃料電池セル3として、内部を第1の反応ガス(水素含有ガス)が長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、ガス流路を有する支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層を順に積層してなる固体酸化物形燃料電池セル3を例示している。以降の説明の説明において、特に断りのない限り第1の反応ガスを燃料ガス(水素含有ガス)とし、後述する第2の反応ガスを酸素含有ガスとして説明する。   In FIG. 1, the fuel cell 3 is a hollow flat plate type having a gas flow path through which the first reaction gas (hydrogen-containing gas) flows in the longitudinal direction, and the surface of the support body having the gas flow path. A solid oxide fuel cell 3 in which a fuel side electrode layer, a solid electrolyte layer, and an oxygen side electrode layer are sequentially laminated is illustrated. In the following description, unless otherwise specified, the first reaction gas is assumed to be a fuel gas (hydrogen-containing gas), and the second reaction gas described later is assumed to be an oxygen-containing gas.

さらに図1においては、燃料電池セル3の発電で使用する燃料ガス(第1の反応ガス)を得るために、原燃料供給管10を介して供給される天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器6をセルスタック5(燃料電池セル3)の上方に配置している。なお、改質器6は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とすることが好ましく、水を気化させるための気化部7と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒(図示せず)が配置された改質部8とを備えている。そして、改質器6で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管9を介してマニホールド4に供給され、マニホールド4より燃料電池セル3の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、セルスタック装置12の構成は、燃料電池セル3の種類や形状により、適宜変更することができ、例えばセルスタック装置12に改質器6を含むこともできる。   Further, in FIG. 1, in order to obtain the fuel gas (first reaction gas) used for power generation of the fuel cell 3, the raw fuel such as natural gas and kerosene supplied through the raw fuel supply pipe 10 is modified. A reformer 6 for producing a fuel gas is disposed above the cell stack 5 (fuel cell 3). The reformer 6 preferably has a structure capable of performing steam reforming, which is an efficient reforming reaction. The reformer 6 reforms the raw fuel into fuel gas, and a vaporizer 7 for vaporizing water. And a reforming unit 8 in which a reforming catalyst (not shown) is disposed. The fuel gas generated by the reformer 6 is supplied to the manifold 4 through the fuel gas flow pipe 9 and is supplied from the manifold 4 to a gas flow path provided inside the fuel battery cell 3. The configuration of the cell stack device 12 can be changed as appropriate depending on the type and shape of the fuel cell 3. For example, the reformer 6 can be included in the cell stack device 12.

また図1においては、収納容器2の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置12を後方に取り出した状態を示している。ここで、図1に示したモジュール1においては、セルスタック装置12を、収納容器2内にスライドして収納することが可能である。   FIG. 1 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the storage container 2 is removed and the cell stack device 12 stored inside is taken out rearward. Here, in the module 1 shown in FIG. 1, the cell stack device 12 can be slid and stored in the storage container 2.

なお、収納容器2の内部には、マニホールド4に並置されたセルスタック5の間に配置され、第2の反応ガス(酸素含有ガス)が燃料電池セル3の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、反応ガス導入部材11が配置されている。なお、反応ガス導入部材11については後述する。   In addition, the storage container 2 is arranged between the cell stacks 5 juxtaposed on the manifold 4, and the second reaction gas (oxygen-containing gas) moves from the lower end to the upper end of the fuel cell 3. The reaction gas introduction member 11 is arranged so as to flow toward the surface. The reactive gas introduction member 11 will be described later.

ここで、燃料電池セル3のガス流路より排出される余剰な燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル3の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル3の温度を上昇させることができ、セルスタック装置12の起動を早めることができる。あわせて、燃料電池セル3(セルスタック5)の上方に配置された改質器6を温めることができ、改質器6で効率よく改質反応を行なうことができる。   Here, it is possible to raise the temperature of the fuel cell 3 by burning excess fuel gas and oxygen-containing gas discharged from the gas flow path of the fuel cell 3 on the upper end side of the fuel cell 3. The activation of the cell stack device 12 can be accelerated. In addition, the reformer 6 disposed above the fuel cell 3 (cell stack 5) can be warmed, and the reformer 6 can efficiently perform the reforming reaction.

図2は、図1で示すモジュール1の断面図である。モジュール1を構成する収納容器2は、内壁13と外壁14とを有する二重構造で、外壁14により収納容器2の外枠が形成されるとともに、内壁13によりセルスタック5(セルスタック装置12)を収納する発電室15が形成されている。さらにモジュール1(収納容器2)においては、内壁13と外壁14との間を、燃料電池セル3に導入する酸素含有ガス(第2の反応ガス)が流通する反応ガス流路としている。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the module 1 shown in FIG. The storage container 2 constituting the module 1 has a double structure having an inner wall 13 and an outer wall 14, and an outer frame of the storage container 2 is formed by the outer wall 14, and the cell stack 5 (cell stack device 12) is formed by the inner wall 13. Is formed. Further, in the module 1 (storage container 2), a reaction gas flow path through which the oxygen-containing gas (second reaction gas) introduced into the fuel cell 3 flows is provided between the inner wall 13 and the outer wall 14.

ここで内壁13には、内壁13の上面よりセルスタック5の側面側にまで延び、内壁13と外壁14とで形成される反応ガス流路に通じて、セルスタック5に酸素含有ガスを導入するための反応ガス導入部材11が備えられている。また、反応ガス導入部材11の下端に、燃料電池セル3の下端部に第2の反応ガスを導入するための反応ガス導入口16が設けられている。なお、図2においては、底部が開口で、その開口部が反応ガス導入口16として構成されている反応ガス導入部材11を示しており、第2の反応ガスは、反応ガス導入口16(開口)より、発電室15の底面側に供給された後、燃料電池セル3の下端部に供給される。   Here, an oxygen-containing gas is introduced into the inner wall 13 from the upper surface of the inner wall 13 to the side surface side of the cell stack 5 and through a reaction gas flow path formed by the inner wall 13 and the outer wall 14. For this purpose, a reactive gas introducing member 11 is provided. Further, a reaction gas introduction port 16 for introducing a second reaction gas to the lower end portion of the fuel cell 3 is provided at the lower end of the reaction gas introduction member 11. 2 shows the reaction gas introduction member 11 having an opening at the bottom and the opening serving as the reaction gas introduction port 16. The second reaction gas is the reaction gas introduction port 16 (opening). ) Is supplied to the bottom side of the power generation chamber 15 and then supplied to the lower end of the fuel cell 3.

図2においては、反応ガス導入部材11が、収納容器2の内部に横並びに並置された2つのセルスタック5間に位置するように配置されているが、セルスタック5の数により、例えば反応ガス導入部材11をセルスタック5の両側面側から挟み込むように配置してもよい。具体的には、セルスタック5(セルスタック装置12)を1つだけ収納する場合には、反応ガス導入部材11を2つ設け、セルスタック5を両側面側から挟み込むように配置することができる。   In FIG. 2, the reaction gas introduction member 11 is disposed so as to be positioned between two cell stacks 5 juxtaposed side by side inside the storage container 2, but depending on the number of cell stacks 5, for example, the reaction gas The introduction member 11 may be disposed so as to be sandwiched from both side surfaces of the cell stack 5. Specifically, when only one cell stack 5 (cell stack device 12) is accommodated, two reaction gas introduction members 11 can be provided and disposed so as to sandwich the cell stack 5 from both side surfaces. .

また発電室15内には、モジュール1内の熱が極端に放散され、燃料電池セル3(セルスタック5)の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール1内の温度を高温に維持するための断熱材17が適宜設けられている。   Also, in the power generation chamber 15, the temperature in the module 1 is maintained at a high temperature so that the heat in the module 1 is extremely dissipated and the temperature of the fuel cell 3 (cell stack 5) decreases and the power generation amount does not decrease. A heat insulating material 17 is appropriately provided.

断熱材17は、セルスタック5の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル3の配列方向に沿ってセルスタック5の側面側に配置するとともに、セルスタック5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17を配置することが好ましい。なお、好ましくは、断熱材17はセルスタック5の両側面側に配置することが好ましい。それにより、セルスタック5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11より導入される第2の反応ガス(酸素含有ガス)が、セルスタック5の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック5を構成する燃料電池セル3間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。   The heat insulating material 17 is preferably disposed in the vicinity of the cell stack 5, and in particular, disposed on the side surface side of the cell stack 5 along the arrangement direction of the fuel cells 3, and is equivalent to the outer shape of the side surface of the cell stack 5. Or it is preferable to arrange | position the heat insulating material 17 which has a magnitude | size beyond it. In addition, it is preferable that the heat insulating material 17 is disposed on both side surfaces of the cell stack 5. Thereby, it can suppress effectively that the temperature of the cell stack 5 falls. Further, the second reaction gas (oxygen-containing gas) introduced from the reaction gas introduction member 11 can be suppressed from being discharged from the side surface side of the cell stack 5, and between the fuel cells 3 constituting the cell stack 5. The flow of oxygen-containing gas can be promoted.

また、燃料電池セル3の配列方向に沿った内壁13の内側には、排ガス用内壁18が設けられており、内壁13と排ガス用内壁18との間が、発電室15内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路とされている。なお、排ガス流路は、収納容器2の底部に設けられた排気孔19と通じている。   Further, an exhaust gas inner wall 18 is provided on the inner side of the inner wall 13 along the arrangement direction of the fuel cells 3, and the exhaust gas in the power generation chamber 15 extends from above between the inner wall 13 and the exhaust gas inner wall 18. It is an exhaust gas flow path that flows downward. The exhaust gas passage communicates with an exhaust hole 19 provided in the bottom of the storage container 2.

それにより、モジュール1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19より排気される構成となっている。なお、排気孔19は収納容器2の底部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。   As a result, the exhaust gas generated with the operation of the module 1 (during start-up processing, power generation, and stop processing) flows through the exhaust gas passage and is then exhausted from the exhaust hole 19. The exhaust hole 19 may be formed by cutting out a part of the bottom of the storage container 2 or may be formed by providing a tubular member.

図3は、図2に示した燃料電池モジュール1の他の一例を示す断面図であり、図3に示す燃料電池モジュール20においては、反応ガス導入部材21のセルスタック5と向かい合う面に、燃料電池セル3の配列方向に沿って反応ガス導入口22が設けられている例を示している。   3 is a cross-sectional view showing another example of the fuel cell module 1 shown in FIG. 2. In the fuel cell module 20 shown in FIG. 3, the fuel gas module 20 shown in FIG. The example in which the reactive gas inlet 22 is provided along the arrangement direction of the battery cell 3 is shown.

このような燃料電池モジュール20においては、反応ガス導入部材21内を流れる酸素含有ガス(第2の反応ガス)を、燃料電池セル3の下端部に効率よく供給することができる。   In such a fuel cell module 20, the oxygen-containing gas (second reaction gas) flowing in the reaction gas introduction member 21 can be efficiently supplied to the lower end portion of the fuel cell 3.

ここで、セルスタック5において、セルスタック5を構成する燃料電池セル3の配列方向の端部側に配置される燃料電池セル3は放熱しやすく、セルスタック5を構成する燃料電池セル3の配列方向の中央部側に配置される燃料電池セル3は放熱しにくい。それゆえ、セルスタック5全体として中央部側の温度が高く、端部側の温度が低いという、燃料電池セル3の配列方向において不均一な温度分布を生じる場合がある。   Here, in the cell stack 5, the fuel cells 3 arranged on the end side in the arrangement direction of the fuel cells 3 constituting the cell stack 5 easily dissipate heat, and the arrangement of the fuel cells 3 constituting the cell stack 5. The fuel cells 3 arranged on the center side in the direction are unlikely to dissipate heat. Therefore, there may be a non-uniform temperature distribution in the arrangement direction of the fuel cells 3 in which the cell stack 5 as a whole has a high temperature on the center side and a low temperature on the end side.

ここで、セルスタック5の温度分布が燃料電池セル3の配列方向において不均一な温度分布となる場合においては、セルスタック5を構成する各燃料電池セル3にマニホールド4から供給される燃料ガス(第1の反応ガス)の流れにばらつきが生じ、セルスタック5(燃料電池セル3)の発電量が低下する、またはセルスタック5を構成する一部の燃料電池セル3の劣化が早まるといったおそれがある。   Here, when the temperature distribution of the cell stack 5 is a non-uniform temperature distribution in the arrangement direction of the fuel cells 3, the fuel gas (from the manifold 4 to each fuel cell 3 constituting the cell stack 5 ( There is a possibility that the flow of the first reaction gas) varies, and the power generation amount of the cell stack 5 (fuel cell 3) is reduced, or the deterioration of some of the fuel cells 3 constituting the cell stack 5 is accelerated. is there.

図4は、図1および図2で示す反応ガス導入部材11を抜粋して示す斜視図である。図3に示す反応ガス導入部材11は、燃料電池セル3の配列方向におけるセルスタック5の幅に対応した幅を有している。そして、反応ガス導入部材11は、燃料電池セル3の配列方向にけるセルスタック5の幅よりも狭い幅を有し、内壁13と外壁14とで形成される反応ガス流路を流れた酸素含有ガス(第2の反応ガス)を、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向における中央部と向かい合う位置で上方から下方に向けて流すための第1導入流路23と、第1導入流路23の下端に接続され、燃料電池セル3の配列方向におけるセルスタック5の幅に対応した幅を有する第2導入流路24とを備えており、第1導入流路23を介して第2導入流路24を流れる酸素含有ガスは、反応ガス導入部材11の底部に設けられた反応ガス導入口16を介して、マニホールド4に立設した燃料電池セル3の下端部に導入される。   FIG. 4 is a perspective view showing the reaction gas introduction member 11 shown in FIGS. The reactive gas introduction member 11 shown in FIG. 3 has a width corresponding to the width of the cell stack 5 in the arrangement direction of the fuel cells 3. The reaction gas introduction member 11 has a width narrower than the width of the cell stack 5 in the arrangement direction of the fuel cells 3, and contains oxygen that has flowed through the reaction gas flow path formed by the inner wall 13 and the outer wall 14. A first introduction flow path 23 for flowing a gas (second reaction gas) from the upper side to the lower side at a position facing the central portion in the arrangement direction of the fuel cells 3 of the cell stack 5; And a second introduction channel 24 having a width corresponding to the width of the cell stack 5 in the arrangement direction of the fuel cells 3, and the second introduction channel 23 via the first introduction channel 23. The oxygen-containing gas flowing through the flow path 24 is introduced into the lower end portion of the fuel cell 3 standing on the manifold 4 through the reaction gas introduction port 16 provided at the bottom of the reaction gas introduction member 11.

それにより、反応ガス導入部材11において、セルスタック5の温度よりも低い温度の酸素含有ガスの熱が、まずセルスタック5の燃料電池セル3の配列方向における中央部と向かい合う面を上方から下方へと流れる間に、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向における中央部に伝熱し、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向における中央部側の温度を下げることができる。   As a result, in the reaction gas introduction member 11, the heat of the oxygen-containing gas having a temperature lower than that of the cell stack 5 first moves from the upper side to the lower side on the surface of the cell stack 5 facing the central portion in the arrangement direction of the fuel cells 3. Heat flows to the central portion of the cell stack 5 in the arrangement direction of the fuel cells 3, and the temperature on the central portion side in the arrangement direction of the fuel cells 3 of the cell stack 5 can be lowered.

ここで、内壁13と外壁14とで形成される反応ガス流路を流れる酸素含有ガスは、第2導入流路24に向けて流れる際に、反応ガス導入部材11の燃料電池セル3の配列方向における端部側を流れないこととなる。   Here, when the oxygen-containing gas flowing through the reaction gas flow path formed by the inner wall 13 and the outer wall 14 flows toward the second introduction flow path 24, the arrangement direction of the fuel cells 3 of the reaction gas introduction member 11. It will not flow through the end side.

それにより、酸素含有ガスは、反応ガス導入部材11におけるセルスタック5の燃料電池セル3の配列方向における端部側を流れないことから、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向における端部側の温度が低下することを抑制できる(すなわち端部側の温度を上昇させることができる)。   As a result, the oxygen-containing gas does not flow on the end side in the arrangement direction of the fuel cells 3 of the cell stack 5 in the reaction gas introduction member 11. Can be suppressed (that is, the temperature on the end side can be increased).

それにより、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向における中央部側の温度が低下して、端部側の温度が上昇することから、セルスタック5全体としての温度分布を均一に近づけることができ、セルスタック5の発電量が低下することを抑制でき、発電効率を向上することができる。あわせて、セルスタック5を構成する一部の燃料電池セル3の劣化が早まることを抑制することができる。   As a result, the temperature on the center side in the arrangement direction of the fuel cells 3 of the cell stack 5 decreases and the temperature on the end side increases, so that the temperature distribution of the entire cell stack 5 can be made closer to uniform. It is possible to suppress the power generation amount of the cell stack 5 from being lowered, and the power generation efficiency can be improved. In addition, it is possible to prevent the deterioration of some of the fuel cells 3 constituting the cell stack 5 from being accelerated.

ところで、反応ガス導入部材11は、第1導入流路23および第2導入流路24を備える形状であればよく、例えばT字状の部材を上下に逆とした形状とすることもできる。それにより、燃料電池セル3の配列方向における中央部側の温度を下げることができる。   By the way, the reactive gas introduction member 11 should just be a shape provided with the 1st introduction flow path 23 and the 2nd introduction flow path 24, for example, can also be made into the shape which turned the T-shaped member upside down. Thereby, the temperature of the center part side in the arrangement direction of the fuel cells 3 can be lowered.

ここで、セルスタック5における燃料電池セル3の配列方向に沿った温度分布において、一端側から他端側に向けて山なりの温度分布となるが、この山なりの温度分布はほぼ左右対称となる場合がある。   Here, in the temperature distribution along the arrangement direction of the fuel cells 3 in the cell stack 5, the temperature distribution is a mountain-shaped distribution from one end side to the other end side. There is a case.

それゆえ、第1導入流路23の外形を、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向に沿った側面側から見たときに左右対称の形状とし、さらに、この第1導入流路23の中央線が、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向における中央を上下方向に引いた中央線と重なるような位置関係となるように第1導入流路23とセルスタック5とを配置することが好ましい。   Therefore, the outer shape of the first introduction flow path 23 has a symmetrical shape when viewed from the side surface along the arrangement direction of the fuel cells 3 of the cell stack 5. The first introduction flow path 23 and the cell stack 5 are arranged so that the center line overlaps the center line obtained by drawing the center in the arrangement direction of the fuel cells 3 of the cell stack 5 in the vertical direction. Is preferred.

それにより、左右対称の第1導入流路23の中央部とセルスタック5の中央部とが向かい合う配置関係となるとともに、第1導入流路23が左右対称の形状であることから、セルスタック5の中央部側の温度を効果的に低下させることができ、特に山なりとなっている温度分布を均一に近づけることができる。   As a result, the central portion of the symmetrical first introduction flow path 23 and the central portion of the cell stack 5 face each other, and the first introduction flow path 23 has a symmetrical shape. It is possible to effectively reduce the temperature of the central portion side, and in particular, it is possible to make the temperature distribution that is a peak close to uniform.

また、反応ガス導入部材11の外形を、反応ガス導入部材11のセルスタック5と向かい合う面の幅を、上方から下方まで燃料電池セル3の配列方向におけるセルスタック5の幅以上とする形状とした場合(例えば、図4に示すような直方体状の形状)においては、燃料電池セル3の配列方向における端部側において、燃料電池セル3の発電で生じる熱や、余剰の燃料ガスを燃料電池セル3の上端部側で燃焼させる場合に生じる燃焼熱が、反応ガス導入部材11に伝熱するとともに、その伝熱した熱が輻射熱となり、セルスタック5における燃料電池セル3の配列方向における端部側の温度を上昇させることができる。それゆえ、反応ガス導入部材11の外形を、反応ガス導入部材11のセルスタック5と向かい合う面の幅を、上方から下方まで燃料電池セル3の配列方向におけるセルスタック5の幅以上の形状とすることが好ましく、以降の図に示す反応ガス導入部材については、上述の形状にて示すものとする。   Further, the outer shape of the reaction gas introduction member 11 has a shape in which the width of the surface of the reaction gas introduction member 11 facing the cell stack 5 is equal to or larger than the width of the cell stack 5 in the arrangement direction of the fuel cells 3 from above to below. In the case (for example, a rectangular parallelepiped shape as shown in FIG. 4), the heat generated by the power generation of the fuel cell 3 or the surplus fuel gas is removed from the end of the fuel cell 3 in the arrangement direction. Combustion heat generated when combustion is performed on the upper end side of the gas 3 is transferred to the reaction gas introduction member 11, and the transferred heat becomes radiant heat, and the end side in the arrangement direction of the fuel cells 3 in the cell stack 5. The temperature can be increased. Therefore, the outer shape of the reaction gas introduction member 11 is set so that the width of the surface of the reaction gas introduction member 11 facing the cell stack 5 is greater than the width of the cell stack 5 in the arrangement direction of the fuel cells 3 from above to below. It is preferable that the reactive gas introduction member shown in the following figures is shown in the above-described shape.

なお図4において、第1導入流路23を形成するにあたり(すなわち酸素含有ガスが燃料電池セル3の配列方向における端部側を流れないようにするにあたり)、反応ガス導入部材11の内部(端部側)に、反応ガス流通阻止部材22を設けている。反応ガス流通阻止部材22としては、耐熱性に優れたものであればよく、例えば、鉄やステンレス等の金属や、断熱材、セラミックス等により形成することができる。また、反応ガス導入部材11の内部には、反応ガス流通阻止部材22を固定するための固定部材を設けることが好ましい。さらに、第1導入流路23を形成するにあたり、例えば、反応ガス導入部材11の内壁同士を接合することにより形成することもできる。   In FIG. 4, when the first introduction flow path 23 is formed (that is, when the oxygen-containing gas does not flow on the end side in the arrangement direction of the fuel cells 3), the inside of the reaction gas introduction member 11 (the end) The reaction gas flow blocking member 22 is provided on the portion side. The reaction gas flow blocking member 22 only needs to have excellent heat resistance, and can be formed of, for example, a metal such as iron or stainless steel, a heat insulating material, or ceramics. Further, it is preferable to provide a fixing member for fixing the reaction gas flow blocking member 22 inside the reaction gas introduction member 11. Furthermore, when forming the 1st introduction flow path 23, it can also form by joining the inner walls of the reactive gas introduction member 11, for example.

また、第1導入流路23は、上方から下方まで同じ幅であることが好ましく、図4においては、上方から下方まで同じ幅である第1導入流路23を示している。それにより、燃料電池セル3の配列方向における中央部側に位置する燃料電池セル3の温度を効果的に低下させることができ、燃料電池セル3の配列方向における温度分布を均一に近づけることができる。   The first introduction channel 23 preferably has the same width from above to below, and FIG. 4 shows the first introduction channel 23 having the same width from above to below. Thereby, the temperature of the fuel cell 3 located on the center side in the arrangement direction of the fuel cells 3 can be effectively lowered, and the temperature distribution in the arrangement direction of the fuel cells 3 can be made closer to the uniform. .

なお、第2導入流路24については、燃料電池セル3の配列方向に沿って一端から他端まで同じ幅とすることが好ましく、図4においては、燃料電池セル3の配列方向に沿って一端から他端まで同じ幅の第2導入流路24を示している。   In addition, about the 2nd introduction flow path 24, it is preferable to make it the same width | variety from one end to the other end along the arrangement direction of the fuel battery cell 3, and in FIG. The 2nd introduction flow path 24 of the same width is shown from the other end.

第2導入流路24を上述した形状とすることにより、第1導入流路23を介して第2導入流路24に流れる酸素含有ガスの流れにむらが生じることを抑制できる。例えば、第2導入流路24の一端側に酸素含有ガスが多く流れるといったことを抑制できる。それにより、セルスタック5を構成する各燃料電池セル3に十分な量の酸素含有ガスを導入することができることから、セルスタック5の発電量が低下することを抑制でき、発電効率を向上することができる。   By making the 2nd introduction flow path 24 into the shape mentioned above, it can control that the nonuniformity in the flow of the oxygen content gas which flows into the 2nd introduction flow path 24 via the 1st introduction flow path 23 arises. For example, it can be suppressed that a large amount of oxygen-containing gas flows to one end side of the second introduction flow path 24. Thereby, since a sufficient amount of oxygen-containing gas can be introduced into each fuel cell 3 constituting the cell stack 5, it is possible to suppress a decrease in the amount of power generated by the cell stack 5, and to improve power generation efficiency. Can do.

図5は、図3で示す反応ガス導入部材21を抜粋して示す斜視図であり、セルスタック5と向かい合う面に、燃料電池セル3の配列方向に沿って(第2導入流路24に沿って)、複数個の反応ガス導入口22を設けているほかは、上述した図4で示した反応ガス導入部材11と同様である。   FIG. 5 is a perspective view showing the reaction gas introduction member 21 shown in FIG. 3 as an excerpt, along the arrangement direction of the fuel cells 3 on the surface facing the cell stack 5 (along the second introduction flow path 24). The reaction gas introduction member 11 is the same as that shown in FIG. 4 except that a plurality of reaction gas introduction ports 22 are provided.

ここで図5に示す反応ガス導入部材21において、セルスタック5と向かい合う面に、燃料電池セル3の配列方向に沿って(第2導入流路24に沿って)、複数個の反応ガス導入口22を備えることにより、マニホールド4に立設した燃料電池セル3の下端部に効率よく酸素含有ガスを供給することができる。それにより、セルスタック5の発電効率を向上することができる。   Here, in the reaction gas introduction member 21 shown in FIG. 5, a plurality of reaction gas introduction ports are provided on the surface facing the cell stack 5 along the arrangement direction of the fuel cells 3 (along the second introduction flow path 24). 22 is provided, oxygen-containing gas can be efficiently supplied to the lower end portion of the fuel cell 3 standing on the manifold 4. Thereby, the power generation efficiency of the cell stack 5 can be improved.

なお、図5においては、複数個の反応ガス導入口22を、燃料電池セル3の配列方向における中央部側の間隔が狭く、端部側の間隔が広くなるように設けた例を示しているが、燃料電池セル3の配列方向に沿って等間隔となるように配置することもできる。   FIG. 5 shows an example in which a plurality of reaction gas inlets 22 are provided so that the interval on the center side in the arrangement direction of the fuel cells 3 is narrow and the interval on the end side is wide. However, it can also arrange | position so that it may become equal intervals along the sequence direction of the fuel cell 3. FIG.

図6は、反応ガス導入部材の他の一例を示す斜視図であり、図6に示す反応ガス導入部材26においては、燃料電池セル3の配列方向におけるセルスタック5の幅に対応した幅を有するとともに、上端が内壁13に接続され、下端が第1導入流路23に接続された第3導入流路27を備えている。すなわち、反応ガス導入部材26における酸素含有ガスの流路がHを左右に90°回転させた形状となっている。   FIG. 6 is a perspective view showing another example of the reactive gas introduction member. The reactive gas introduction member 26 shown in FIG. 6 has a width corresponding to the width of the cell stack 5 in the arrangement direction of the fuel cells 3. In addition, a third introduction flow path 27 having an upper end connected to the inner wall 13 and a lower end connected to the first introduction flow path 23 is provided. That is, the flow path of the oxygen-containing gas in the reaction gas introduction member 26 has a shape in which H is rotated 90 degrees left and right.

それにより、内壁13と外壁14との間を流れる酸素含有ガスが、第3導入流路27を介して第1導入流路23に流れ、続いて第2導入流路24を流れた後に、反応ガス導入口22を介して燃料電池セル3に導入される。それにより、酸素含有ガスの流れにおいて圧損を低下させることができ、セルスタック5の発電効率を向上することができる。   As a result, the oxygen-containing gas flowing between the inner wall 13 and the outer wall 14 flows to the first introduction flow path 23 via the third introduction flow path 27, and then flows to the second introduction flow path 24 before the reaction. The fuel cell 3 is introduced via the gas inlet 22. Thereby, pressure loss can be reduced in the flow of the oxygen-containing gas, and the power generation efficiency of the cell stack 5 can be improved.

なお、第3導入流路27は、その第3導入流路27の下端が、燃料電池セル3の上端以上の高さに位置するように設定することで、燃料電池セル3の配列方向における温度分布を効率よく均一に近づけることができる。   The temperature of the third introduction flow path 27 in the arrangement direction of the fuel cells 3 is set by setting the lower end of the third introduction flow channel 27 to be higher than the upper end of the fuel cells 3. The distribution can be made close to uniformity efficiently.

図7は、図3で示したセルスタック装置12の一部および反応ガス導入部材21(図5参照)を抜粋して示す側面図(説明図)である。   FIG. 7 is a side view (explanatory view) showing a part of the cell stack device 12 shown in FIG. 3 and the reactive gas introduction member 21 (see FIG. 5).

反応ガス導入部材21における第1導入流路23は、セルスタック5における燃料電池セル3の配列方向における中央部側の温度を低下させるとともに、端部側の温度の低下を抑える(端部側の燃料電池セル3の温度が上昇するようにする)形状とすることが好ましい。   The first introduction flow path 23 in the reaction gas introduction member 21 reduces the temperature on the center side in the arrangement direction of the fuel cells 3 in the cell stack 5 and suppresses the temperature drop on the end side (on the end side). It is preferable that the temperature of the fuel battery cell 3 be increased).

それゆえ、第1導入流路23の燃料電池セル3の配列方向に沿った幅(W2)は、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向における幅(W2)の幅の10〜90%となるように適宜設定することが好ましく、さらには50〜75%となるように設定することが好ましい。具体的には、幅が3mmの燃料電池セル3を間隔をあけて70本立設し、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向に沿った幅(W2)が300mmとなるセルスタック装置12においては、第1導入流路23の幅(W2)を、30mm〜270mmとすることができ、特に、150mm〜225mmとなるように設定することが好ましい。   Therefore, the width (W2) along the arrangement direction of the fuel cells 3 in the first introduction flow path 23 is 10 to 90% of the width (W2) in the arrangement direction of the fuel cells 3 of the cell stack 5. It is preferable to set appropriately so that it may become 50% to 75%. Specifically, in the cell stack device 12 in which 70 fuel cells 3 having a width of 3 mm are erected at intervals, and the width (W2) along the arrangement direction of the fuel cells 3 of the cell stack 5 is 300 mm. The width (W2) of the first introduction flow path 23 can be set to 30 mm to 270 mm, and is particularly preferably set to be 150 mm to 225 mm.

それにより、セルスタック5における燃料電池セル3の配列方向における中央部側の温度を低下することができるとともに、燃料電池セル3の配列方向における端部側の温度が低下することを効率よく抑制する(すなわち、端部側の温度を上昇させる)ことができ、燃料電池セル3の配列方向における温度分布を均一に近づけることができる。   Thereby, while the temperature of the center part side in the arrangement direction of the fuel cell 3 in the cell stack 5 can be reduced, the temperature of the end part side in the arrangement direction of the fuel battery cell 3 is efficiently suppressed. (That is, the temperature on the end portion side can be increased), and the temperature distribution in the arrangement direction of the fuel cells 3 can be made closer to uniform.

図8は、図3で示したセルスタック装置12の一部および反応ガス導入部材21(図5参照)を抜粋して示す側面図(説明図)である。   FIG. 8 is a side view (explanatory view) showing a part of the cell stack device 12 shown in FIG. 3 and the reactive gas introduction member 21 (see FIG. 5).

反応ガス導入部材21における第2導入流路24は、セルスタック5を構成する各燃料電池セル3に十分な量の酸素含有ガスを導入するとともに、第1導入流路23の大きさ(燃料電池セル3の長手方向に沿った長さ)をできるだけ大きくすることができる形状とすることが好ましい。   The second introduction flow path 24 in the reaction gas introduction member 21 introduces a sufficient amount of oxygen-containing gas into each fuel cell 3 constituting the cell stack 5, and the size of the first introduction flow path 23 (fuel cell). It is preferable that the length of the cell 3 along the longitudinal direction) be as large as possible.

それゆえ、第2導入流路24は、反応ガス導入口22から第2導入流路24の上端までの長さ(h1)が、反応ガス導入口22から燃料電池セル3の上端までの長さ(h2)の5〜60%以下となるように適宜設定することが好ましく、さらには5〜40%となるように設定することが好ましい。なお、燃料電池セル3の上端とは、反応ガス導入口22において燃料電池セル3の上端と同じ位置となる部位を意味する。   Therefore, the length (h1) from the reaction gas introduction port 22 to the upper end of the second introduction flow channel 24 is the length from the reaction gas introduction port 22 to the upper end of the fuel cell 3. It is preferable to set appropriately so as to be 5 to 60% or less of (h2), and it is more preferable to set it to be 5 to 40%. In addition, the upper end of the fuel cell 3 means a portion at the same position as the upper end of the fuel cell 3 in the reaction gas inlet 22.

なお、反応ガス導入口22からの高さとは、反応ガス導入口22の燃料電池セル3の長手方向における中央部からの高さを意味するものとする。   The height from the reaction gas introduction port 22 means the height from the central portion of the reaction gas introduction port 22 in the longitudinal direction of the fuel cell 3.

具体的には、反応ガス導入口22から燃料電池セル3の上端までの長さが150mmであるモジュール1においては、反応ガス導入口22から第2導入流路24の上端までの長さを7.5mm〜90mmとすることができ、特には7.5mm〜60mmとなるように設定することが好ましい。   Specifically, in the module 1 in which the length from the reaction gas introduction port 22 to the upper end of the fuel cell 3 is 150 mm, the length from the reaction gas introduction port 22 to the upper end of the second introduction flow path 24 is 7 It can be set to 0.5 mm to 90 mm, and is particularly preferably set to be 7.5 mm to 60 mm.

それにより、第1導入流路23を流れた酸素含有ガスを、第2導入流路24の燃料電池セル3の配列方向に沿った端部側に効率よく流すことができる。それにより、各燃料電池セル3に十分な量の酸素含有ガスを導入することができ、セルスタック5(燃料電池セル3)の発電量が低下することを抑制でき、発電効率を向上することができる。   As a result, the oxygen-containing gas that has flowed through the first introduction flow path 23 can efficiently flow to the end side along the arrangement direction of the fuel cells 3 in the second introduction flow path 24. As a result, a sufficient amount of oxygen-containing gas can be introduced into each fuel cell 3, the power generation amount of the cell stack 5 (fuel cell 3) can be suppressed from decreasing, and the power generation efficiency can be improved. it can.

図9は、本発明の燃料電池装置28の一例を示す分解斜視図である。なお、図9においては一部構成を省略して示している。   FIG. 9 is an exploded perspective view showing an example of the fuel cell device 28 of the present invention. In FIG. 9, a part of the configuration is omitted.

図9に示す燃料電池装置28は、支柱29と外装板30から構成される外装ケース内を仕切板31により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール1を収納するモジュール収納室32とし、下方側を燃料電池モジュール1を動作させるための補機類を収納する補機収納室33として構成されている。なお、補機収納室33に収納する補機類を省略して示している。   The fuel cell device 28 shown in FIG. 9 divides the inside of an exterior case composed of a support column 29 and an exterior plate 30 by a partition plate 31, and a module storage chamber 32 for storing the above-described fuel cell module 1 on the upper side. The lower side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 33 for storing auxiliary equipment for operating the fuel cell module 1. It should be noted that auxiliary equipment stored in the auxiliary equipment storage chamber 33 is omitted.

また、仕切板31は、補機収納室33の空気をモジュール収納室32側に流すための空気流通口34が設けられており、モジュール収納室32を構成する外装板30の一部に、モジュール収納室32内の空気を排気するための排気口35が設けられている。   In addition, the partition plate 31 is provided with an air circulation port 34 for allowing the air in the auxiliary machine storage chamber 33 to flow toward the module storage chamber 32, and a module is formed in a part of the exterior plate 30 constituting the module storage chamber 32. An exhaust port 35 for exhausting the air in the storage chamber 32 is provided.

このような燃料電池装置28においては、上述したように、発電効率が向上した燃料電池モジュール1をモジュール収納室32内に収納して構成されることにより、発電効率の向上した燃料電池装置28とすることができる。   In such a fuel cell device 28, as described above, the fuel cell module 1 with improved power generation efficiency is configured by storing the fuel cell module 1 with improved power generation efficiency in the module storage chamber 32. can do.

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の例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. .

たとえば、燃料電池セル3を、内部を第2の反応ガスである酸素含有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とすることもできる。この場合においては、内壁13と外壁14とで形成される反応ガス流路を第1の反応ガスである燃料ガスが流通する流路とし、反応ガス導入部材11より各燃料電池セル3に燃料ガスを供給し、マニホールド4(燃料電池セル3)に酸素含有ガスを供給する構成となる。この場合においても、上述と同様に、セルスタック5全体としての温度分布を均一に近づけることができ、発電効率を向上することができる。   For example, the fuel battery cell 3 may be a hollow plate type having a gas flow path in which an oxygen-containing gas that is the second reaction gas flows in the longitudinal direction. In this case, the reaction gas flow path formed by the inner wall 13 and the outer wall 14 is a flow path through which the fuel gas that is the first reaction gas flows, and the fuel gas is supplied from the reaction gas introduction member 11 to each fuel cell 3. And the oxygen-containing gas is supplied to the manifold 4 (fuel cell 3). Also in this case, as described above, the temperature distribution of the entire cell stack 5 can be made uniform, and the power generation efficiency can be improved.

また、上述の説明において、収納容器2内に収納するセルスタック5を2つ並置してなるセルスタック装置13を用いて説明したが、例えばセルスタック5を1つだけ配置してなるセルスタック装置を収納することもできる。この場合においては、反応ガス導入部材11を、セルスタック5の両側面側に位置するように設けることができる。   In the above description, the cell stack device 13 in which two cell stacks 5 accommodated in the storage container 2 are juxtaposed is described. However, for example, a cell stack device in which only one cell stack 5 is arranged. Can also be stored. In this case, the reactive gas introduction member 11 can be provided so as to be located on both side surfaces of the cell stack 5.

本発明の燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows an example of the fuel cell module of this invention. 図1に示した燃料電池モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell module shown in FIG. 本発明の燃料電池モジュールの他の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the fuel cell module of this invention. 図2に示した反応ガス導入部材の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a reaction gas introduction member shown in FIG. 2. 図3に示した反応ガス導入部材の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a reaction gas introduction member shown in FIG. 3. 反応ガス導入部材の他の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another example of a reactive gas introduction member. 本発明の燃料電池モジュールの一例において、一部を抜粋して示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing a part extracted from an example of the fuel cell module of the present invention. 本発明の燃料電池モジュールの一例において、一部を抜粋して示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing a part extracted from an example of the fuel cell module of the present invention. 本発明の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows an example of the fuel cell apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:燃料電池モジュール
3:燃料電池セル
11、21、26:反応ガス導入部材
16、22:反応ガス導入口
20、23:第1導入流路
21、24:第2導入流路
27:第3導入流路
28:燃料電池装置
1: fuel cell module 3: fuel cell 11, 21, 26: reaction gas introduction member 16, 22: reaction gas introduction port 20, 23: first introduction flow path 21, 24: second introduction flow path 27: third Introduction channel 28: fuel cell device

Claims (9)

内部に第1の反応ガスを流通させるためのガス流路を有する柱状の燃料電池セルを複数個立設し電気的に直列に接続してなるセルスタックと、該セルスタックを構成する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前記第1の反応ガスを供給するマニホールドとを具備するセルスタック装置を収納容器内に収納してなり、該収納容器は、内壁と外壁とを有する二重壁構造で、前記内壁と前記外壁との間を第2の反応ガスの流路とし、前記内壁には、前記流路につながって前記燃料電池セルの配列方向に沿った側面側より前記燃料電池セルの下端部へ前記第2の反応ガスを導入するための反応ガス導入部材を備えてなる燃料電池モジュールにおいて、前記反応ガス導入部材は、前記燃料電池セルの配列方向における前記セルスタックの幅よりも狭い幅を有し、前記流路を流れた前記第2の反応ガスを、前記セルスタックの前記燃料電池セルの配列方向における中央部と向かい合う位置で上方から下方に向けて流すための第1導入流路と、該第1導入流路の下端に接続され、前記燃料電池セルの配列方向における前記セルスタックの幅に対応した幅を有する第2導入流路と、該第2導入流路に設けられ、当該第2導入流路に流れた前記第2の反応ガスを前記燃料電池セルの下端部へ導入するための反応ガス導入口とを具備することを特徴とする燃料電池モジュール。   A cell stack in which a plurality of columnar fuel cells each having a gas flow path for allowing the first reaction gas to flow therein are erected and electrically connected in series, and the fuel cell constituting the cell stack A cell stack device having a lower end of the cell and a manifold for supplying the first reaction gas to the fuel cell is housed in a housing container, and the housing container has an inner wall and an outer wall. In the double wall structure, a second reaction gas flow path is formed between the inner wall and the outer wall, and the inner wall is connected to the flow path from the side surface side along the arrangement direction of the fuel cells. A fuel cell module comprising a reaction gas introduction member for introducing the second reaction gas into a lower end portion of a fuel cell, wherein the reaction gas introduction member is the cell in the arrangement direction of the fuel cells. The second reaction gas having a width narrower than the tack width and flowing through the flow path flows from above to below at a position facing the central portion of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells. A first introduction flow path for connecting to the lower end of the first introduction flow path, the second introduction flow path having a width corresponding to the width of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells, and the second A fuel cell comprising: a reaction gas introduction port provided in the introduction flow channel for introducing the second reaction gas flowing through the second introduction flow channel into a lower end portion of the fuel cell. module. 前記第1導入流路は、前記セルスタックの前記燃料電池セルの配列方向に沿った側面側から見たときに、前記第1導入流路の外形が左右対称であるとともに、該第1の導入流路の中央線と前記セルスタックの前記燃料電池セルの配列方向における中央を上下方向に引いた中央線とが重なるような位置関係に、前記第1導入流路と前記セルスタックとが配置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 first introduction flow path has a symmetric outer shape of the first introduction flow path when viewed from the side of the cell stack along the arrangement direction of the fuel cells. The first introduction flow path and the cell stack are arranged in a positional relationship such that the center line of the flow path and the center line of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells overlap the vertical line. The fuel cell module according to claim 1, wherein 前記反応ガス導入部材は、前記セルスタックと向かい合う面の幅が、上方から下方まで前記燃料電池セルの配列方向における前記セルスタックの幅以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池モジュール。   3. The reactive gas introduction member according to claim 1, wherein a width of a surface facing the cell stack is equal to or larger than a width of the cell stack in an arrangement direction of the fuel cells from above to below. The fuel cell module described. 前記反応ガス導入口が、前記反応ガス導入部材の前記セルスタックと向かい合う面に、前記燃料電池セルの配列方向に沿って複数個設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちいずれかに記載の燃料電池モジュール。   4. The reaction gas introduction port according to claim 1, wherein a plurality of the reaction gas introduction ports are provided on a surface of the reaction gas introduction member facing the cell stack along the arrangement direction of the fuel cells. The fuel cell module according to any one of the above. 前記反応ガス導入部材は、前記燃料電池セルの配列方向における前記セルスタックの幅に対応した幅を有するとともに、上端が前記内壁に接続され、下端が前記第1導入流路に接続された第3導入流路を備え、該第3導入流路の下端が前記燃料電池セルの上端以上の高さに位置することを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれかに記載の燃料電池モジュール。   The reactive gas introduction member has a width corresponding to the width of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells, and has a third upper end connected to the inner wall and a lower end connected to the first introduction flow path. 5. The fuel cell module according to claim 1, further comprising an introduction channel, wherein a lower end of the third introduction channel is positioned at a height higher than an upper end of the fuel cell. . 前記第1導入流路の幅が、前記セルスタックの前記燃料電池セルの配列方向における幅の10〜90%であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のうちいずれかに記載の燃料電池モジュール。   The fuel according to any one of claims 1 to 5, wherein the width of the first introduction flow path is 10 to 90% of the width of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells. Battery module. 前記反応ガス導入口から前記第2導入流路の上端までの長さが、前記反応ガス導入口から前記燃料電池セルの上端までの長さの5〜60%以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のうちいずれかに記載の燃料電池モジュール。   The length from the reaction gas introduction port to the upper end of the second introduction flow path is 5 to 60% or less of the length from the reaction gas introduction port to the upper end of the fuel cell. The fuel cell module according to any one of claims 1 to 6. 前記第1導入流路の幅が、上方から下方まで同じ幅であることを特徴とする請求項1乃至請求項7のうちいずれかに記載の燃料電池モジュール。   The fuel cell module according to any one of claims 1 to 7, wherein the width of the first introduction flow path is the same from the upper side to the lower side. 請求項1乃至請求項8のうちいずれかに記載の燃料電池モジュールと、前記セルスタックを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする燃料電池装置。   9. A fuel cell device comprising: the fuel cell module according to claim 1; and an auxiliary machine for operating the cell stack, which is housed in an outer case.
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