JP2010186675A

JP2010186675A - Fuel cell module

Info

Publication number: JP2010186675A
Application number: JP2009030914A
Authority: JP
Inventors: Naoki Watanabe; 直樹渡邉; Toshiharu Oe; 俊春大江; Tsukasa Shigesumi; 司重住; Katsuhisa Tsuchiya; 勝久土屋; Kiyotaka Nakano; 清隆中野; Masayuki Kawamura; 昌之川村; Yosuke Akagi; 陽祐赤木
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2010-08-26

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell module in which fire transfer upon ignition is improved by burning a mixture of a residual fuel gas and a residual oxidizing agent gas which do not have contributed to power generation reaction in a fuel battery cell, whereby unburned gases are less likely to leak to the outside. SOLUTION: The fuel cell module includes a plurality of ignition plugs FP for generating sparks to induce combustion in a combustion portion, at least some of a plurality of fuel battery cells 4 are arranged so as to form a row, one of the ignition plugs FP is disposed at the top end of one of a plurality of fuel battery cells 4 arranged in a row, and another one of the plurality of ignition plugs is disposed at the top end of one of the plurality of fuel battery cells arranged in another row. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとが一端側から他端側へと流れることによって作動する複数の燃料電池セルを含む燃料電池モジュールに関する。 The present invention relates to a fuel cell module including a plurality of fuel cells that operate when fuel gas and oxidant gas flow from one end side to the other end side.

燃料ガスと酸化剤ガスとが一端側から他端側へと流れることによって作動する複数の燃料電池セルを含む燃料電池モジュールにおいては、外部から被改質ガスとしての都市ガス等が供給され、その都市ガス等を改質触媒が収められた改質器に導入し、水素リッチな燃料ガスに改質した後に複数の燃料電池セルへと供給している。そして、複数の燃料電池セルそれぞれにおいて燃料ガスと酸化剤ガスとが一端側から他端側に流れることで発電反応を行っている。この発電反応に寄与しなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガスとは、燃料電池セルの他端側において混合して燃焼するように構成されている。この燃焼が確実に行われていないと、燃料ガスがそのまま外部へ放出されることになるため、燃料ガスの着火判定の技術が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。 In a fuel cell module including a plurality of fuel cells that operate when fuel gas and oxidant gas flow from one end side to the other end side, city gas or the like as reformed gas is supplied from the outside. City gas or the like is introduced into a reformer containing a reforming catalyst, reformed into a hydrogen-rich fuel gas, and then supplied to a plurality of fuel cells. In each of the plurality of fuel cells, the fuel gas and the oxidant gas flow from one end side to the other end side, thereby generating a power generation reaction. The remaining fuel gas that did not contribute to the power generation reaction and the remaining oxidant gas are mixed and burned at the other end side of the fuel cell. If this combustion is not performed reliably, the fuel gas is released to the outside as it is, and therefore a technique for determining ignition of the fuel gas has been proposed (for example, see Patent Document 1 below).

また、このような燃料電池モジュールを提案したものとして、下記特許文献２が開示されている。さらに着火手段を提案したものとしては、下記特許文献３、４が開示されている。
特開２００８−１３５２６８号公報特開２００２−２８９２４４号公報特開２００７−２４２６２６号公報特開２００８−６６１２７号公報 Moreover, the following patent document 2 is disclosed as what proposed such a fuel cell module. Further, the following Patent Documents 3 and 4 are disclosed as proposals for ignition means.
JP 2008-135268 A JP 2002-289244 A JP 2007-242626 A JP 2008-66127 A

ところで、燃料ガスと酸化剤ガスとの燃焼を誘起させるためには、着火手段として直接的に火炎を発生させず、燃焼を誘起するための火花を発生する着火プラグを用いることも考えられる。むしろ、バーナーのように直接的な火炎によって着火させるよりも、火花によって着火させる方が着火のためにのみ用いるエネルギーが少なくて済むという利点がある。 By the way, in order to induce the combustion of the fuel gas and the oxidant gas, it is also conceivable to use an ignition plug that generates a spark for inducing combustion without directly generating a flame as an ignition means. Rather, rather than igniting with a direct flame like a burner, there is an advantage that less energy is used only for ignition by igniting with a spark.

一方、固体酸化物形燃料電池において、複数の燃料電池セルを含む燃料電池セル集合体は、複数の燃料電池セル間の電気的接続或いは酸化剤ガス流通性を考慮して設計される。つまり、燃料電池セル集合体の他端側に形成される燃焼領域は、燃焼性や火移り性を考慮して設計することが困難であるという事実に基づき、着火時の火移り性が悪いという課題があった。したがって火移り性が悪いため未燃ガスを外部に漏出する可能性があった。 On the other hand, in a solid oxide fuel cell, a fuel cell assembly including a plurality of fuel cells is designed in consideration of electrical connection between the plurality of fuel cells or oxidant gas flow. In other words, based on the fact that the combustion region formed on the other end side of the fuel cell assembly is difficult to design in consideration of the combustibility and the fire transfer property, the fire transfer property at the time of ignition is poor. There was a problem. Therefore, there is a possibility that unburned gas leaks to the outside due to poor fire transfer.

そこで本発明では、燃料電池セルにおいて発電反応に寄与しなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガスとを混合して燃焼する燃料電池モジュールであって、着火時の火移り性を向上し、未燃ガスを外部に漏出しにくい燃料電池モジュールを提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, a fuel cell module that burns by mixing the remaining fuel gas that did not contribute to the power generation reaction in the fuel cell and the remaining oxidant gas, and improves the fire transfer property at the time of ignition, An object of the present invention is to provide a fuel cell module that hardly leaks unburned gas to the outside.

上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池モジュールは、
燃料ガス流路を内部に有すると共に前記燃料ガス流路の出口より残余の燃料ガスを放出し、燃料電池セル集合体を構成する複数の燃料電池セルと、
前記燃料電池セル集合体の上部に配置され、被改質ガスを改質して燃料ガスとする改質触媒を含む少なくとも一つの改質器と、
前記改質器から供給される燃料ガスを、前記複数の燃料電池セルそれぞれに供給するガスタンクと、を備える燃料電池モジュールであって、
前記複数の燃料電池セルの上部に、発電反応に寄与しなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガスとが混合して燃焼する燃焼部が形成され、
前記燃焼部における燃焼を誘起する火花を発生する複数の着火プラグを備え、
前記複数の燃料電池セルは、それらの少なくとも一部が列を成すように配置され、
前記複数の着火プラグの一つは、列を成すように配置された複数の燃料電池セルを構成する一の燃料電池セルの先端上部に配置され、前記複数の着火プラグの別の一つは他の列を成すように配置された複数の燃料電池セルを構成する一の燃料電池セルの先端上部に配置されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a fuel cell module according to the present invention includes:
A plurality of fuel cells constituting a fuel cell assembly, wherein a fuel gas channel is disposed inside and the remaining fuel gas is discharged from an outlet of the fuel gas channel;
At least one reformer disposed on the fuel cell assembly and including a reforming catalyst that reforms the gas to be reformed into fuel gas;
A fuel cell module comprising a gas tank for supplying fuel gas supplied from the reformer to each of the plurality of fuel cells,
On the upper part of the plurality of fuel cells, a combustion part is formed in which the remaining fuel gas that did not contribute to the power generation reaction and the remaining oxidant gas are mixed and burned,
A plurality of ignition plugs that generate sparks that induce combustion in the combustion section;
The plurality of fuel cells are arranged such that at least some of them form a row,
One of the plurality of ignition plugs is disposed at an upper end of one fuel cell constituting a plurality of fuel cells arranged in a row, and another one of the plurality of ignition plugs is another It is characterized by being arranged at the upper end of one fuel cell constituting a plurality of fuel cells arranged in a row.

本発明によれば、燃料電池セルにおいて発電反応に寄与しなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガスとを混合して燃焼する燃料電池モジュールであって、着火時の火移り性を向上し、未燃ガスを外部に漏出しにくい燃料電池モジュールを提供することを目的とする。 According to the present invention, a fuel cell module in which the remaining fuel gas that has not contributed to the power generation reaction in the fuel cell and the remaining oxidant gas is mixed and burned, and the fire transfer property at the time of ignition is improved. An object of the present invention is to provide a fuel cell module that hardly leaks unburned gas to the outside.

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。本発明者らは着火手段として着火プラグを用いるにあたって、列状に配置された複数の燃料電池セルの、一端側に着火して他端側まで順に着火を引き継いで行く火移りの手法を採用することに着目した。本発明において「列」とは、直線的な列であっても湾曲を成す列であってもよく、隣接する燃料電池セルへ着火を引き継ぐことができる状態に配置されていることを指しており、例えば蛇行して列を成しているようなものや、行列状に配置されているものの一部分も含む概念である。 Prior to describing the best mode for carrying out the present invention, the function and effect of the present invention will be described. When using the ignition plug as an ignition means, the present inventors adopt a technique of fire transfer in which a plurality of fuel cells arranged in a row are ignited at one end side and the ignition is successively taken over to the other end side. Focused on that. In the present invention, the “row” may be a straight row or a curved row, and indicates that the adjacent fuel cells are arranged in a state where ignition can be taken over. For example, it is a concept including a part of a meandering row or a portion arranged in a matrix.

本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガス流路を内部に有すると共に前記燃料ガス流路の出口より残余の燃料ガスを放出し、燃料電池セル集合体を構成する複数の燃料電池セルと、
前記燃料電池セル集合体の上部に配置され、被改質ガスを改質して燃料ガスとする改質触媒を含む少なくとも一つの改質器と、
前記改質器から供給される燃料ガスを、前記複数の燃料電池セルそれぞれに供給するガスタンクと、を備える燃料電池モジュールであって、
前記複数の燃料電池セルの上部に、発電反応に寄与しなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガスとが混合して燃焼する燃焼部が形成され、
前記燃焼部における燃焼を誘起する火花を発生する複数の着火プラグを備え、
前記複数の燃料電池セルは、それらの少なくとも一部が列を成すように配置され、
前記複数の着火プラグの一つは、列を成すように配置された複数の燃料電池セルを構成する一の燃料電池セルの先端上部に配置され、前記複数の着火プラグの別の一つは他の列を成すように配置された複数の燃料電池セルを構成する一の燃料電池セルの先端上部に配置されていることを特徴とする。 A fuel cell module according to the present invention includes a plurality of fuel cells that have a fuel gas flow channel therein and discharge remaining fuel gas from an outlet of the fuel gas flow channel to constitute a fuel cell assembly.
At least one reformer disposed on the fuel cell assembly and including a reforming catalyst that reforms the gas to be reformed into fuel gas;
A fuel cell module comprising a gas tank for supplying fuel gas supplied from the reformer to each of the plurality of fuel cells,
On the upper part of the plurality of fuel cells, a combustion part is formed in which the remaining fuel gas that did not contribute to the power generation reaction and the remaining oxidant gas are mixed and burned,
A plurality of ignition plugs that generate sparks that induce combustion in the combustion section;
The plurality of fuel cells are arranged such that at least some of them form a row,
One of the plurality of ignition plugs is disposed at an upper end of one fuel cell constituting a plurality of fuel cells arranged in a row, and another one of the plurality of ignition plugs is another It is characterized by being arranged at the upper end of one fuel cell constituting a plurality of fuel cells arranged in a row.

本発明では、燃焼部における燃焼を誘起する火花を発生する複数の着火プラグを互いに離隔し、一方が列状に配列されている複数の燃料電池セルを構成する一の燃料電池セルの先端上部に配置され、他方が他の列を成すように配置された燃料電池セルの先端上部に配置される。
従って、着火プラグによって発生された火花で誘起された燃焼がある箇所の燃料電池セルの先端側で開始されると、その燃焼状態は隣接する燃料電池セルへと順次引き継がれる。一方他の列を成すように配置された燃料電池セルの先端上部に配置される着火プラグでも同様に着火されるので、一方側からの火移りと他の列側からの火移りにより火移り完了時刻が早まる。よって火移り性が向上し未燃ガスを外部に漏出する可能性が減って大変良い。 In the present invention, a plurality of ignition plugs that generate sparks that induce combustion in the combustion section are spaced apart from each other, and one of the fuel cells constituting a plurality of fuel cells arranged in a row is arranged at the upper end of one fuel cell. It arrange | positions and it arrange | positions at the front-end | tip upper part of the fuel cell arrange | positioned so that the other may comprise another row | line | column.
Therefore, when the combustion induced by the spark generated by the ignition plug is started at the front end side of the fuel cell at a location, the combustion state is successively transferred to the adjacent fuel cells. On the other hand, the ignition plug arranged at the upper end of the fuel cell arranged in the other row is also ignited in the same way, so the fire transfer is completed by the fire transfer from one side and the other row side. The time is advanced. Therefore, the fire transfer property is improved and the possibility of unburned gas leaking to the outside is reduced, which is very good.

また本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記ガスタンクには一端側に前記改質器を経由して燃料ガスが供給され、この供給された燃料ガスは他端側へと流れるように構成されており、
前記一つの着火プラグは、前記ガスタンクの一端側に配置された燃料電池セルの先端上部に配置され、
前記別の一つの着火プラグは、前記ガスタンクの他端側に配置された燃料電池セルの先端上部に配置されていることも好ましい。 Further, in the fuel cell module according to the present invention, fuel gas is supplied to one end side of the gas tank via the reformer, and the supplied fuel gas flows to the other end side. ,
The one ignition plug is disposed at an upper end of a fuel cell disposed on one end side of the gas tank,
It is also preferable that the other one ignition plug is disposed at the upper end of the fuel cell disposed on the other end side of the gas tank.

この好ましい態様では、一端側の燃料ガスが供給される側では、着火プラグによりガスタンク内の燃料ガスの進行と同じ方向に燃料電池セルの上部で火移りがなされる。
また燃料ガスがガスタンク内で流れてくる他端側では別の一つの着火プラグの火花に起因して着火する。そして既にガスタンクから各燃料電池セルへ燃料ガスが供給している状態において、ガスタンク内で流れてくる燃料ガスの進行方向とは別方向に火移りを起こす。
よって、ガスタンクの燃料ガス供給側の他端側での未燃ガスの漏洩を抑制することが出来る。 In this preferred embodiment, on the side where the fuel gas at one end is supplied, the ignition plug is used to cause a fire transfer in the upper direction of the fuel cell in the same direction as the progress of the fuel gas in the gas tank.
Further, the other end side where the fuel gas flows in the gas tank ignites due to the spark of another ignition plug. In a state where the fuel gas is already supplied from the gas tank to each fuel cell, the fuel gas moves in a direction different from the traveling direction of the fuel gas flowing in the gas tank.
Therefore, leakage of unburned gas on the other end side of the fuel gas supply side of the gas tank can be suppressed.

また本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記別の一つの着火プラグは前記1つの着火プラグに対して、前記燃料電池セル集合体を上面視し対向した位置に配置されることも好ましい。 In the fuel cell module according to the present invention, it is also preferable that the other one ignition plug is disposed at a position facing the one ignition plug when the fuel cell assembly is viewed from above.

この好ましい態様では、上面視した燃料電池セル集合体の火移りが周囲からなされ、最終的に火移りがなされるセルが前記セル集合体の中央付近となる。
そうすると、燃料電池セル集合体自身の周囲の燃料電池セルは既に火移りしており、高温になっている。
すなわち火移りの後半時には燃料電池セル集合体の中央付近に火移りする必要があるが、その際には既に周囲に火移りが完了しており、中央付近は高い温度を維持できる。
よって、火移り後半時においても、その高い温度によりスムーズに火移りをすることが出来る。 In this preferred embodiment, the fuel cell assembly is transferred from the surroundings as viewed from above, and the cell to which the fire is finally transferred is near the center of the cell assembly.
If it does so, the fuel cell of the surroundings of the fuel cell assembly itself has already burned, and has become high temperature.
That is, in the second half of the fire transfer, it is necessary to transfer the fire to the vicinity of the center of the fuel cell assembly. At that time, the fire transfer has already been completed around the center, and a high temperature can be maintained near the center.
Therefore, even in the second half of the fire transfer, the fire can be smoothly transferred due to the high temperature.

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible in the drawings, and redundant descriptions are omitted.

図１は、本発明に係る燃料電池モジュールの一実施形態である燃料電池モジュールＦＣを示す斜視図であって、カバー部材を取り外した状態を示す図である。図２は、燃料電池モジュールＦＣの断面図であって、図１の矢印Ａ方向において、燃料電池モジュールＦＣの中央近傍における断面図である。図３は、燃料電池モジュールＦＣの断面図であって、図１の矢印Ｂ方向において、燃料電池モジュールＦＣの中央近傍における断面図である。尚、図２及び図３においては、断面のハッチングを省略している。 FIG. 1 is a perspective view showing a fuel cell module FC which is an embodiment of a fuel cell module according to the present invention, and shows a state where a cover member is removed. FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell module FC, and is a cross-sectional view in the vicinity of the center of the fuel cell module FC in the direction of arrow A in FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell module FC, and is a cross-sectional view in the vicinity of the center of the fuel cell module FC in the direction of arrow B in FIG. In FIGS. 2 and 3, the cross-sectional hatching is omitted.

カバー部材（図１，３に明示しない。図２にその外形を二点鎖線で示す）は、正面側の側壁と、長手方向の一対の側壁と、背面側の側壁と、天井とによって直方体状に形成される。各側壁の下端部には、フランジ部が形成され、そのフランジ部をベース部材２に当接させることで、カバー部材とベース部材２とによって密閉される空間が形成されている。カバー部材とベース部材２とはボルト（図示しない）によって固定され、そのボルトがカバー部材に設けられた取り付け穴を貫通し、ベース部材２に設けられた取り付け穴２ａを貫通することで固定されている。 The cover member (not explicitly shown in FIGS. 1 and 3 is shown by a two-dot chain line in FIG. 2) has a rectangular parallelepiped shape by a front side wall, a pair of longitudinal side walls, a rear side wall, and a ceiling. Formed. A flange portion is formed at the lower end portion of each side wall, and a space sealed by the cover member and the base member 2 is formed by bringing the flange portion into contact with the base member 2. The cover member and the base member 2 are fixed by a bolt (not shown), and the bolt penetrates through an attachment hole provided in the cover member and is fixed by passing through an attachment hole 2a provided in the base member 2. Yes.

カバー部材とベース部材２とによって形成される内部空間は、仕切り板１５によって二つの空間に分離されている。仕切り板１５によって分離されている空間の内、燃料電池セルスタック４００が配置されている空間が発電室１６である。仕切り板１５によって分離されている空間の内、他方の空間が排気ガス室１７である。尚、カバー部材の内壁面と仕切り板１５とは、直接若しくは何らかの密着用部材（例えば、可撓性のある薄板部材）を介して間接的に密着している。 The internal space formed by the cover member and the base member 2 is separated into two spaces by the partition plate 15. Among the spaces separated by the partition plate 15, the space where the fuel cell stack 400 is disposed is the power generation chamber 16. Of the spaces separated by the partition plate 15, the other space is an exhaust gas chamber 17. The inner wall surface of the cover member and the partition plate 15 are in close contact with each other directly or indirectly through some kind of contact member (for example, a flexible thin plate member).

仕切り板１５は、ベース部材２に設けられた支持部材１５ａに戴置され、ベース部材２と所定距離を保って保持されている。支持部材１５ａは、仕切り板１５を長手方向の両端において支持するように一対設けられている。従って、一対の支持部材１５ａ，１５ａ間には隙間１５ｂが形成されている。カバー部材の壁面に設けられた排気ガス通路（図示しない）を通った排出ガスは、この隙間１５ｂから排気ガス室１７へと導入される。 The partition plate 15 is placed on a support member 15 a provided on the base member 2 and is held at a predetermined distance from the base member 2. A pair of support members 15a are provided so as to support the partition plate 15 at both ends in the longitudinal direction. Accordingly, a gap 15b is formed between the pair of support members 15a and 15a. Exhaust gas that has passed through an exhaust gas passage (not shown) provided on the wall surface of the cover member is introduced into the exhaust gas chamber 17 through the gap 15b.

仕切り板１５にはガスタンク３が載置されている。ガスタンク３には、燃料電池セルスタック４００が１０個並べて配置されており、ガスタンク３から燃料ガスが、それぞれの燃料電池セルスタック４００を構成する燃料電池セル４に供給される。 The gas tank 3 is placed on the partition plate 15. Ten fuel cell stacks 400 are arranged side by side in the gas tank 3, and fuel gas is supplied from the gas tank 3 to the fuel cell 4 constituting each fuel cell stack 400.

より具体的には、ガスタンク３の上面には、燃料電池セルスタック４００の下支持板４００ｂとほぼ同じ形状の開口部（図示しない）が設けられており、その開口部に下支持板４００ｂを密接させてガスタンク３と各燃料電池セルスタック４００とが接続されている。従って、燃料電池セルスタック４００を構成する燃料電池セル４は、その先端部分を上部側に向けてガスタンク３に立設されている。 More specifically, an opening (not shown) having substantially the same shape as the lower support plate 400b of the fuel cell stack 400 is provided on the upper surface of the gas tank 3, and the lower support plate 400b is in close contact with the opening. Thus, the gas tank 3 and each fuel cell stack 400 are connected. Therefore, the fuel cells 4 constituting the fuel cell stack 400 are erected on the gas tank 3 with their tip portions facing upward.

各燃料電池セル４は、管状であり、燃料電池セル４の管内を燃料電池セル４の一方の端部から他方の端部へと流れるガスと、その管外を一方の端部から他方の端部へと流れるガスの作用により作動する。本実施形態では、燃料電池セル４の管内を流れるガスは、水素又は炭化水素燃料等を改質した改質ガス等の燃料ガスであり、燃料電池セル４の管外を流れるガスは、酸素を含む空気等の酸化剤ガスである。 Each fuel battery cell 4 has a tubular shape, and a gas flowing from one end of the fuel battery cell 4 to the other end inside the pipe of the fuel battery cell 4 and outside the pipe from the one end to the other end. It operates by the action of the gas flowing to the part. In the present embodiment, the gas flowing in the pipe of the fuel battery cell 4 is a fuel gas such as reformed gas obtained by reforming hydrogen or hydrocarbon fuel, and the gas flowing outside the pipe of the fuel battery cell 4 contains oxygen. Contains oxidant gas such as air.

ここで、燃料電池セル４を含む燃料電池セルユニット３０について、図４を参照しながら説明する。図４に示すように、燃料電池セルユニット３０は、燃料電池セル４によって形成され且つ上下方向に延びる管状構造体であり、円筒形の燃料電池セル４と、燃料電池セル４の一方の端部４ａに取付けられた内側電極端子４０と、他方の端部４ｂに取付けられた外側電極端子４２と、を有している。 Here, the fuel cell unit 30 including the fuel cells 4 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the fuel cell unit 30 is a tubular structure formed by the fuel cells 4 and extending in the vertical direction, and includes a cylindrical fuel cell 4 and one end of the fuel cell 4. It has an inner electrode terminal 40 attached to 4a and an outer electrode terminal 42 attached to the other end 4b.

燃料電池セル４は、円筒形の内側の電極層４４と、円筒形の外側の電極層４８と、これらの電極層４４、４８の間に配置された円筒形の電解質層４６と、内側の電極層４４の内側に構成される貫通流路５０とを有している。また、燃料電池セル４の一方の端部４ａに、内側の電極層４４が電解質層４６及び外側の電極層４８に対して露出した内側電極露出周面４４ａと、電解質層４６が外側の電極層４８に対して露出した電解質露出周面４６ａとが設けられている。燃料電池セル４の他方の端部４ｂは、外側の電極層４８が露出した外側電極露出周面４８ａによって構成されている。貫通流路５０は、燃料ガス流路として機能する。内側電極露出周面４４ａは、内側の電極層４４と電気的に通じる内側電極外周面でもある。外側電極露出周面４８ａは、外側の電極層４８と電気的に通じる外側電極外周面でもある。 The fuel cell 4 includes a cylindrical inner electrode layer 44, a cylindrical outer electrode layer 48, a cylindrical electrolyte layer 46 disposed between the electrode layers 44, 48, and an inner electrode. And a through flow channel 50 configured inside the layer 44. Further, an inner electrode exposed peripheral surface 44a in which the inner electrode layer 44 is exposed to the electrolyte layer 46 and the outer electrode layer 48 at one end 4a of the fuel cell 4, and the electrolyte layer 46 is an outer electrode layer. An electrolyte exposed peripheral surface 46 a exposed to 48 is provided. The other end 4b of the fuel cell 4 is configured by an outer electrode exposed peripheral surface 48a from which the outer electrode layer 48 is exposed. The through channel 50 functions as a fuel gas channel. The inner electrode exposed peripheral surface 44 a is also an inner electrode outer peripheral surface that is in electrical communication with the inner electrode layer 44. The outer electrode exposed peripheral surface 48 a is also an outer electrode outer peripheral surface that is in electrical communication with the outer electrode layer 48.

内側の電極層４４は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレートとの混合体、の少なくとも一種から形成される。電解質層４６は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。外側の電極層４８は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたサマリウムコバルト、銀、などの少なくとも一種から形成される。この場合、内側の電極層４４が燃料極になり、外側の電極層４８が空気極になる。内側の電極層４４の厚さは、例えば、１ｍｍであり、電解質層４６の厚さは、例えば、３０μｍであり、外側の電極層４８の厚さは、例えば、３０μｍであり、その外径は、例えば、１〜１０ｍｍである。 The inner electrode layer 44 includes, for example, a mixture of Ni and zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Ca, Y, and Sc, ceria doped with at least one selected from Ni and rare earth elements, And a mixture of Ni and lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr, Mg, Co, Fe, and Cu. The electrolyte layer 46 includes, for example, zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Y and Sc, ceria doped with at least one selected from rare earth elements, lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr and Mg, Formed from at least one of the following. The outer electrode layer 48 is made of, for example, lanthanum manganite doped with at least one selected from Sr and Ca, lanthanum ferrite doped with at least one selected from Sr, Co, Ni, and Cu, Sr, Fe, Ni, and Cu. It is formed from at least one selected from samarium cobalt and silver doped with at least one selected. In this case, the inner electrode layer 44 becomes a fuel electrode, and the outer electrode layer 48 becomes an air electrode. The thickness of the inner electrode layer 44 is, for example, 1 mm, the thickness of the electrolyte layer 46 is, for example, 30 μm, the thickness of the outer electrode layer 48 is, for example, 30 μm, and the outer diameter is For example, it is 1-10 mm.

内側電極端子４０は、内側電極露出周面４４ａを全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続された本体部分４０ａと、本体部分４０ａから燃料電池セル４の長手方向に延びる管状部分４０ｂとを有している。本体部分４０ａ及び管状部分４０ｂは、円筒形であり且つ同心に配置され、管状部分４０ｂの管径は、本体部分４０ａの管径よりも細くなっている。管状部分４０ｂは、貫通流路５０と連通し且つ外部と通じる接続流路４０ｃを有している。本体部分４０ａと管状部分４０ｂとの間の段部４０ｄは、内側の電極層４４の端面４４ｂと当接している。 The inner electrode terminal 40 is arranged so as to cover the inner electrode exposed peripheral surface 44a from the outside over the entire circumference and is electrically connected to the inner electrode terminal 40a, and a tubular shape extending from the main body portion 40a in the longitudinal direction of the fuel cell 4. Part 40b. The main body portion 40a and the tubular portion 40b are cylindrical and concentrically arranged, and the tube diameter of the tubular portion 40b is smaller than the tube diameter of the main body portion 40a. The tubular portion 40b has a connection channel 40c that communicates with the through channel 50 and communicates with the outside. A step portion 40 d between the main body portion 40 a and the tubular portion 40 b is in contact with the end surface 44 b of the inner electrode layer 44.

外側電極端子４２は、外側電極露出周面４８ａを全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続された本体部分４２ａと、本体部分４２ａから燃料電池セル４の長手方向に延びる管状部分４２ｂとを有している。本体部分４２ａ及び管状部分４２ｂは、円筒形であり且つ同心であり、管状部分４２ｂの管径は、本体部分４２ａの管径よりも細くなっている。管状部分４２ｂは、貫通流路５０と連通し且つ外部と通じる接続流路４２ｃを有している。本体部分４２ａと管状部分４２ｂとの間の段部４２ｄは、環状の絶縁部材５２を介して外側の電極層４８、電解質層４６及び内側の電極層４４の端面４４ｃと当接している。 The outer electrode terminal 42 is disposed so as to cover the outer electrode exposed peripheral surface 48a from the outside over the entire circumference and is electrically connected thereto, and a tubular shape extending from the main body portion 42a in the longitudinal direction of the fuel cell 4. Part 42b. The main body portion 42a and the tubular portion 42b are cylindrical and concentric, and the tube diameter of the tubular portion 42b is smaller than the tube diameter of the main body portion 42a. The tubular portion 42b has a connection channel 42c that communicates with the through channel 50 and communicates with the outside. A step portion 42 d between the main body portion 42 a and the tubular portion 42 b is in contact with the outer electrode layer 48, the electrolyte layer 46, and the end surface 44 c of the inner electrode layer 44 via the annular insulating member 52.

内側電極端子４０の全体形状と外側電極端子４２の全体形状とは同一である。また、内側電極端子４０と燃料電池セル４、及び、外側電極端子４２と燃料電池セル４とは、その全周にわたって導電性のシール材５４によってシールされ且つ固定されている。シール材５４は、例えば、銀、銀とガラスの混合物、金、ニッケル、銅、チタンなどを含む各種ロウ材である。 The overall shape of the inner electrode terminal 40 and the overall shape of the outer electrode terminal 42 are the same. Further, the inner electrode terminal 40 and the fuel battery cell 4, and the outer electrode terminal 42 and the fuel battery cell 4 are sealed and fixed by a conductive sealing material 54 over the entire circumference. The sealing material 54 is various brazing materials including, for example, silver, a mixture of silver and glass, gold, nickel, copper, and titanium.

内側電極端子４０の接続流路４０ｃ、燃料電池セル４の貫通流路５０、及び外側電極端子４２の接続流路４２ｃは、燃料電池セルユニット３０の管内流路３０ｃを構成する。 The connection flow path 40 c of the inner electrode terminal 40, the through flow path 50 of the fuel cell 4, and the connection flow path 42 c of the outer electrode terminal 42 constitute an in-pipe flow path 30 c of the fuel cell unit 30.

続いて、燃料電池セルユニット３０を含む燃料電池セルスタック４００について、図５を参照しながら説明する。燃料電池セルスタック４００は、１６本の燃料電池セルユニット３０と、上支持板４００ａと、下支持板４００ｂと、接続部材４００ｃと、外部端子４００ｄとを備えている。 Next, the fuel cell stack 400 including the fuel cell unit 30 will be described with reference to FIG. The fuel cell stack 400 includes 16 fuel cell units 30, an upper support plate 400a, a lower support plate 400b, a connection member 400c, and an external terminal 400d.

上支持板４００ａ及び下支持板４００ｂは矩形であり、それぞれ、燃料電池セルユニット３０を２列×８行で支持するように燃料電池セルユニット３０の管状部分４０ｂ、４２ｂに嵌合する貫通孔（図に明示しない）を有している。上支持板４００ａ及び下支持板４００ｂは、電気絶縁性材料で形成されており、例えば、耐熱性のセラミックスで形成されている。具体的には、アルミナ、ジルコニア、スピネル、フォルステライト、マグネシア、チタニアなどを用いることが好ましい。 The upper support plate 400a and the lower support plate 400b are rectangular, and are through holes (fitting holes) that fit into the tubular portions 40b and 42b of the fuel cell unit 30 so as to support the fuel cell unit 30 in 2 columns × 8 rows, respectively. (Not shown in the figure). The upper support plate 400a and the lower support plate 400b are formed of an electrically insulating material, for example, formed of heat resistant ceramics. Specifically, it is preferable to use alumina, zirconia, spinel, forsterite, magnesia, titania or the like.

１６本の燃料電池セルユニット３０は、それらが電気的に直列に接続されるように配列されている。詳細には、燃料電池セルユニット３０は、隣接した燃料電池セルユニット３０の内側電極端子４０が交互に上側及び下側に配置されるように配列されている。更に、１６本の燃料電池セルユニット３０を電気的に直列に接続するための接続部材４００ｃが設けられている。接続部材４００ｃは、隣接した１つの内側電極端子４０と１つの外側電極端子４２とを電気的に接続する。直列に接続された１６本の燃料電池セルユニット３０の両端部の内側電極端子４０及び外側電極端子４２にはそれぞれ、外部と電気的な接続を行うための外部端子４００ｄが設けられている。接続部材４００ｃ、外部端子４００ｄは、例えば、ステンレス鋼、ニッケル基合金、クロム基合金などの耐熱金属や、ランタンクロマイトなどのセラミック材料で形成される。各燃料電池セルスタック４００の外部端子４００ｄは電気的に直列に接続されていて、その両端には電極棒１３，１４に接続されている。 The 16 fuel cell units 30 are arranged so that they are electrically connected in series. Specifically, the fuel cell units 30 are arranged so that the inner electrode terminals 40 of the adjacent fuel cell units 30 are alternately arranged on the upper side and the lower side. Further, a connection member 400c for electrically connecting the 16 fuel cell units 30 in series is provided. The connection member 400c electrically connects one adjacent inner electrode terminal 40 and one outer electrode terminal 42. Each of the inner electrode terminal 40 and the outer electrode terminal 42 at both ends of the 16 fuel cell units 30 connected in series is provided with an external terminal 400d for electrical connection with the outside. The connection member 400c and the external terminal 400d are made of, for example, a heat-resistant metal such as stainless steel, a nickel base alloy, or a chromium base alloy, or a ceramic material such as lanthanum chromite. The external terminals 400d of each fuel cell stack 400 are electrically connected in series, and are connected to the electrode rods 13 and 14 at both ends thereof.

図４及び図５を参照しながら説明したように、燃料電池セルスタック４００において、燃料電池セルユニット３０の内側電極端子４０が設けられている端部４ａと外側電極端子４２が設けられている端部４ｂとは上下交互になるように配置されている。 As described with reference to FIGS. 4 and 5, in the fuel cell stack 400, the end 4a of the fuel cell unit 30 where the inner electrode terminal 40 is provided and the end where the outer electrode terminal 42 is provided. The parts 4b are arranged so as to alternate with each other.

ここで、図１〜３に戻り、燃料電池モジュールＦＣの説明を続ける。本実施形態では、燃料電池セルスタック４００の上方に位置するように、改質器５が配置されている。改質器５には、配管６Ｃと配管６Ｄとが繋がれていて、これらの配管６Ｃ及び配管６Ｄによって、改質器５は燃料電池セルスタック４００と所定間隔をおいて上方に位置するように保持されている。配管６Ｃは、改質器５に被改質ガスとしての都市ガス、空気、及び水蒸気を供給するための配管であって、仕切り板１５に対して立設されている。配管６Ｄは、改質器５において改質された燃料ガスをガスタンク３に供給するための配管であって、ガスタンク３に対して立設されている。 Here, returning to FIGS. 1 to 3, the description of the fuel cell module FC will be continued. In the present embodiment, the reformer 5 is disposed so as to be located above the fuel cell stack 400. A pipe 6C and a pipe 6D are connected to the reformer 5, and the reformer 5 is positioned above the fuel cell stack 400 at a predetermined interval by the pipe 6C and the pipe 6D. Is retained. The pipe 6 C is a pipe for supplying city gas, air, and water vapor as reformed gas to the reformer 5, and is erected with respect to the partition plate 15. The pipe 6 D is a pipe for supplying the fuel gas reformed in the reformer 5 to the gas tank 3, and is erected with respect to the gas tank 3.

配管６Ｃを通して改質器５に供給される都市ガス及び空気は、被改質ガス供給管６Ａを通って燃料電池モジュールＦＣ内に導入される。また、配管６Ｃを通して改質器５に供給される水蒸気は、水蒸気供給管６Ｂを通って燃料電池モジュールＦＣ内に導入される。被改質ガス供給管６Ａ及び水蒸気供給管６Ｂは、仕切り板１５を挟んで配管６Ｃとは反対側に設けられている混合室１５ｃに繋がっている。被改質ガス供給管６Ａから供給される都市ガス及び空気と、水蒸気供給管６Ｂから供給される水蒸気とは、この混合室１５ｃにおいて混合され、配管６Ｃへと供給される。 The city gas and air supplied to the reformer 5 through the pipe 6C are introduced into the fuel cell module FC through the reformed gas supply pipe 6A. Further, the steam supplied to the reformer 5 through the pipe 6C is introduced into the fuel cell module FC through the steam supply pipe 6B. The to-be-reformed gas supply pipe 6A and the water vapor supply pipe 6B are connected to a mixing chamber 15c provided on the opposite side of the pipe 6C with the partition plate 15 in between. The city gas and air supplied from the reformed gas supply pipe 6A and the water vapor supplied from the steam supply pipe 6B are mixed in the mixing chamber 15c and supplied to the pipe 6C.

図１〜３には明示しないが本実施形態では、被改質ガス供給管６Ａと水蒸気供給管６Ｂとのそれぞれに電磁弁が取り付けられていて、それぞれの電磁弁は制御部としてのＣＰＵから出力される指示信号に応じて開閉し、改質器５に供給する被改質ガスと空気と水蒸気の比率を変更可能なように構成されている。 Although not explicitly shown in FIGS. 1 to 3, in this embodiment, electromagnetic valves are attached to the reformed gas supply pipe 6 A and the steam supply pipe 6 B, respectively, and each electromagnetic valve is output from a CPU as a control unit. The ratio of the gas to be reformed, air, and water vapor supplied to the reformer 5 can be changed by opening and closing according to the instruction signal.

改質器５に導入された被改質ガスとしての都市ガス（水蒸気が混合されている場合もあり）及び空気（被改質ガスのみの場合もあり）は、改質器５内に収められている改質触媒によって改質される。改質された燃料ガスは、配管６Ｄを通ってガスタンク３へと供給される。改質器５に対して配管６Ｃが繋がっている部分と、改質器５に対して配管６Ｄが繋がっている部分とは、長手方向において一端近傍と他端近傍とに引き離されている。これによって、改質器５に供給された燃料ガス及び空気は改質触媒に十分に触れることが可能となる。 City gas (which may be mixed with steam) and air (which may be only reformed gas) as reformed gas introduced into the reformer 5 are contained in the reformer 5. The reforming catalyst is reformed. The reformed fuel gas is supplied to the gas tank 3 through the pipe 6D. The portion where the pipe 6C is connected to the reformer 5 and the portion where the pipe 6D is connected to the reformer 5 are separated from each other in the vicinity of one end and the other end in the longitudinal direction. As a result, the fuel gas and air supplied to the reformer 5 can sufficiently come into contact with the reforming catalyst.

改質器５には、改質触媒が封入されている。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したもの、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したもの、が適宜用いられる。これらの改質触媒は球体である。 A reforming catalyst is enclosed in the reformer 5. As the reforming catalyst, a catalyst in which nickel is applied to the surface of the alumina sphere and a catalyst in which ruthenium is applied to the surface of the alumina sphere are appropriately used. These reforming catalysts are spheres.

本実施形態では、改質器５及び各燃料電池セルスタック４００を覆うように、流路部材７が設けられている。流路部材７は、空気流路外壁７１，７２と、空気分配室７３と、空気集約室７４，７５と、空気流路管７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂと、外壁７８，７９を有している。流路部材７は、長手方向に空気流路外壁７１，７２が、短手方向に外壁７８，７９が、それぞれ配置され、それらの部材によって箱状となるように形成されている。流路部材７は、改質器５及び各燃料電池セルスタック４００を覆うように、仕切り板１５に立設されている。続く説明では、流路部材７の仕切り板１５に当接する側を下方とし、その下方と反対側を上方として説明する。 In the present embodiment, the flow path member 7 is provided so as to cover the reformer 5 and each fuel cell stack 400. The flow path member 7 has air flow path outer walls 71 and 72, an air distribution chamber 73, air collecting chambers 74 and 75, air flow path pipes 76a, 76b, 77a, and 77b, and outer walls 78 and 79. Yes. The flow path member 7 is formed such that the air flow path outer walls 71 and 72 are arranged in the longitudinal direction and the outer walls 78 and 79 are arranged in the short direction, respectively, and are formed into a box shape by these members. The flow path member 7 is erected on the partition plate 15 so as to cover the reformer 5 and each fuel cell stack 400. In the following description, the side of the flow path member 7 that is in contact with the partition plate 15 will be referred to as the lower side, and the side opposite to the lower side will be referred to as the upper side.

空気分配室７３は、外壁７９の外側上方に取り付けられている。すなわち、空気分配室７３は、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形成される箱状体の外側且つ短手側の上方に取り付けられている。空気分配室７３には、空気供給管７Ａが繋がれており、酸化剤ガスとしての空気が供給される。空気分配室７３には、空気流路管７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂも繋がれている。 The air distribution chamber 73 is attached to the upper outside of the outer wall 79. That is, the air distribution chamber 73 is attached to the outside of the box-shaped body formed by the air flow path outer walls 71 and 72 and the outer walls 78 and 79 and above the short side. An air supply pipe 7A is connected to the air distribution chamber 73, and air as an oxidant gas is supplied. Air flow passages 76a, 76b, 77a, 77b are also connected to the air distribution chamber 73.

空気流路管７６ａ，７６ｂは、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形成される箱状体の内側且つ長手側の上方に、空気流路外壁７１に沿うように配置されている。空気流路管７６ａは、空気流路外壁７１側に、空気流路管７６ｂは、空気流路管７６ａよりも内側に、それぞれ配置されている。空気流路管７６ａ，７６ｂの一端は外壁７９を貫通して空気分配室７３に繋がれており、他端は空気集約室７４に繋がれている。従って、空気分配室７３に流入した空気は、空気流路管７６ａ，７６ｂを通り、空気集約室７４へと流れ込んで再合流する。 The air flow path pipes 76a and 76b are arranged along the air flow path outer wall 71 on the inner side of the box-shaped body formed by the air flow path outer walls 71 and 72 and the outer walls 78 and 79 and above the longitudinal side. Yes. The air channel tube 76a is disposed on the air channel outer wall 71 side, and the air channel tube 76b is disposed on the inner side of the air channel tube 76a. One end of each of the air flow path pipes 76 a and 76 b passes through the outer wall 79 and is connected to the air distribution chamber 73, and the other end is connected to the air collecting chamber 74. Therefore, the air that has flowed into the air distribution chamber 73 flows through the air flow path pipes 76a and 76b into the air collecting chamber 74 and rejoins.

空気流路管７７ａ，７７ｂは、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形成される箱状体の内側且つ長手側の上方に、空気流路外壁７２に沿うように配置されている。空気流路管７７ａは、空気流路外壁７２側に、空気流路管７７ｂは、空気流路管７７ａよりも内側に、それぞれ配置されている。空気流路管７７ａ，７７ｂの一端は外壁７９を貫通して空気分配室７３に繋がれており、他端は空気集約室７５に繋がれている。従って、空気分配室７３に流入した空気は、空気流路管７７ａ，７７ｂを通り、空気集約室７５へと流れ込んで再合流する。 The air flow path pipes 77a and 77b are arranged along the air flow path outer wall 72 on the inner side and the upper side of the box-shaped body formed by the air flow path outer walls 71 and 72 and the outer walls 78 and 79. Yes. The air flow path pipe 77a is disposed on the air flow path outer wall 72 side, and the air flow path pipe 77b is disposed on the inner side of the air flow path pipe 77a. One end of each of the air passage pipes 77 a and 77 b passes through the outer wall 79 and is connected to the air distribution chamber 73, and the other end is connected to the air collecting chamber 75. Accordingly, the air flowing into the air distribution chamber 73 flows through the air flow path pipes 77a and 77b into the air collecting chamber 75 and rejoins.

空気集約室７４，７５は、外壁７８の内側上方に取り付けられている。すなわち、空気集約室７４，７５は、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形成される箱状体の内側且つ短手側の上方に取り付けられている。空気集約室７４は空気流路外壁７１と密着するように配置されており、空気集約室７４に流れ込んだ空気は空気流路外壁７１へと流れ出すように構成されている。一方、空気集約室７５は空気流路外壁７２と密着するように配置されており、空気集約室７５に流れ込んだ空気は空気流路外壁７２へと流れ出すように構成されている。 The air collecting chambers 74 and 75 are attached to the upper inside of the outer wall 78. That is, the air collecting chambers 74 and 75 are attached to the inside of the box-like body formed by the air flow path outer walls 71 and 72 and the outer walls 78 and 79 and above the short side. The air collecting chamber 74 is disposed so as to be in close contact with the air flow path outer wall 71, and the air that has flowed into the air collecting room 74 is configured to flow out to the air flow path outer wall 71. On the other hand, the air collecting chamber 75 is disposed so as to be in close contact with the air flow path outer wall 72, and the air flowing into the air collecting chamber 75 is configured to flow out to the air flow path outer wall 72.

空気流路外壁７１，７２は、それぞれが二重壁構造となっていて、それぞれの内部を空気が流れることができるように構成されている。より具体的には、空気流路外壁７１は、上方から三室に分割された構造となっており、上方から順に、第一室７１１、第二室７１２、第三室７１３として形成されている。空気集約室７４から流れ込んだ空気は、第一室７１１に流れ込んだ後、第二室７１２に流れ込み、その後第三室７１３に流れ込む。同様に、空気流路外壁７２も、上方から三室に分割された構造となっており、上方から順に、第一室７２１、第二室７２２、第三室７２３として形成されている。空気集約室７５から流れ込んだ空気は、第一室７２１に流れ込んだ後、第二室７２２に流れ込み、その後第三室７２３に流れ込む。 Each of the air flow path outer walls 71 and 72 has a double wall structure, and is configured so that air can flow through each of them. More specifically, the air flow path outer wall 71 has a structure divided into three chambers from above, and is formed as a first chamber 711, a second chamber 712, and a third chamber 713 in order from the top. The air that flows from the air collecting chamber 74 flows into the first chamber 711, then flows into the second chamber 712, and then flows into the third chamber 713. Similarly, the air flow path outer wall 72 is also divided into three chambers from above, and is formed as a first chamber 721, a second chamber 722, and a third chamber 723 in this order from the top. The air flowing from the air collecting chamber 75 flows into the first chamber 721, then flows into the second chamber 722, and then flows into the third chamber 723.

第三室７１３，７２３にはそれぞれ、所定間隔をおいて複数の空気流入孔７１３ａ，７２３ａが形成されている。空気流入孔７１３ａ，７２３ａは、燃料電池セルスタック４００が連設されている方向に、各燃料電池セル４間の間隙に向かう位置であって、燃料電池セル４に対する上下方向の位置が略同一となるように、複数個形成されている。 In the third chambers 713 and 723, a plurality of air inflow holes 713a and 723a are formed at predetermined intervals, respectively. The air inflow holes 713a and 723a are positions facing the gaps between the fuel cells 4 in the direction in which the fuel cell stacks 400 are connected, and the positions in the vertical direction with respect to the fuel cells 4 are substantially the same. A plurality of them are formed.

空気流路外壁７１，７２に流れ込んだ空気は、空気流入孔７１３ａ，７２３ａを通って発電室１６内の燃料電池セル４近傍へと流れ込むように構成されている。空気流入孔７１３ａ，７２３ａを通って流れ込んだ空気は、燃料電池セル４の外側を通って各燃料電池セル４の下方から上方へと流れる。各燃料電池セル４の上方に至った空気は、各燃料電池セル４の管内流路を通った燃料ガスと合わせて燃焼される。 The air flowing into the air flow path outer walls 71 and 72 is configured to flow into the vicinity of the fuel cell 4 in the power generation chamber 16 through the air inflow holes 713a and 723a. The air that has flowed through the air inflow holes 713 a and 723 a flows from the lower side to the upper side of each fuel cell 4 through the outside of the fuel cell 4. The air that reaches the upper side of each fuel battery cell 4 is burned together with the fuel gas that has passed through the pipe flow path of each fuel battery cell 4.

各燃料電池セルスタック４００の上方は、空気と燃料ガスとが混合して燃焼する燃焼部１８となっている。燃料ガスは、ガスタンク３から、燃料電池セルユニット３０の管内流路３０ｃを通り、燃焼部１８に向けて上昇する。また、燃料電池セル４の外側を流れる空気も、燃焼部１８に向けて上昇する。空気流路外壁７２の燃焼部１８に対応する部分には点火装置挿入穴７２４が設けられ、燃焼ガスと空気との燃焼を開始させるための点火プラグＦＰが点火装置挿入穴７２４から燃焼部１８に突出されている。この点火プラグＦＰが発生する火花により、燃料ガスと空気とが混合した混合気の燃焼が誘起され点火されて燃焼する。燃料電池セルスタック４００を構成する燃料電池セル４は、燃焼部１８によって上方から加熱される。また、空気流入孔７１３ａ，７２３ａを通って流れ込む空気も、上述したように空気流路管７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂ、空気流路外壁７１，７２を通る間に、燃焼部１８における燃焼によって加熱される。 Above each fuel cell stack 400 is a combustion section 18 in which air and fuel gas are mixed and burned. The fuel gas rises from the gas tank 3 through the in-pipe flow path 30 c of the fuel cell unit 30 toward the combustion unit 18. Further, the air flowing outside the fuel cell 4 also rises toward the combustion unit 18. An ignition device insertion hole 724 is provided in a portion of the air flow path outer wall 72 corresponding to the combustion portion 18, and an ignition plug FP for starting combustion of combustion gas and air is provided from the ignition device insertion hole 724 to the combustion portion 18. It is protruding. The spark generated by the spark plug FP induces combustion of the air-fuel mixture in which fuel gas and air are mixed, and is ignited and burned. The fuel cells 4 constituting the fuel cell stack 400 are heated from above by the combustion unit 18. Further, the air flowing through the air inflow holes 713a and 723a is also heated by the combustion in the combustion section 18 while passing through the air flow path pipes 76a, 76b, 77a and 77b and the air flow path outer walls 71 and 72 as described above. Is done.

燃焼部１８において、燃料ガスと空気とが混合して燃焼したことにより発生した排出ガスは、隙間１５ｂから排出ガス室１７へと流入する。より具体的には、燃焼部１８において、燃料ガスと空気とが混合して燃焼したことにより発生した排出ガスは、カバー部材（図１，３に明示しない。図２にその外形を二点鎖線で示す）に形成された排出ガス流路（図に明示しない）を通って下方に向い、隙間１５ｂから排出ガス室１７へと流入する。排出ガス室１７に流入した排出ガスは、排気口１１から外部へ排出される。 In the combustion section 18, the exhaust gas generated by the combustion of the fuel gas and the air flows into the exhaust gas chamber 17 through the gap 15b. More specifically, the exhaust gas generated when the fuel gas and the air are mixed and burned in the combustion unit 18 is not clearly shown in the cover member (FIGS. 1 and 3). It flows downward through the exhaust gas flow path (not shown in the figure) formed in (shown)) and flows into the exhaust gas chamber 17 from the gap 15b. The exhaust gas flowing into the exhaust gas chamber 17 is exhausted from the exhaust port 11 to the outside.

点火装置挿入穴７２４と対向する部分における空気流路外壁７１には、燃焼検知部挿入穴７２５が設けられている。この燃焼検知部挿入穴７２５には、燃焼検知部ＦＳが挿入され、燃焼部１８に突出されている。燃焼検知部ＦＳは、温度センサやフレームロッドによって構成されている。燃焼検知部ＦＳを温度センサによって構成した場合には、その部分の温度上昇を計測することで燃焼が行われていることを検知する。燃焼検知部ＦＳをフレームロッドによって構成した場合には、その部分に火炎が発生していることを検知することで燃焼が行われていることを検知する。 A combustion detector insertion hole 725 is provided in the air flow path outer wall 71 at a portion facing the ignition device insertion hole 724. A combustion detection unit FS is inserted into the combustion detection unit insertion hole 725 and protrudes from the combustion unit 18. The combustion detection unit FS includes a temperature sensor and a frame rod. When the combustion detection part FS is comprised with the temperature sensor, it detects that combustion is performed by measuring the temperature rise of the part. When the combustion detection unit FS is configured by a frame rod, it is detected that combustion is performed by detecting that a flame is generated in that portion.

ここで、図６を参照しながら、複数の燃料電池セル４に対して、どのような位置に点火プラグＦＰと燃焼検知部ＦＳとを配置するかを説明する。図６は、複数の燃料電池セル４からなる燃料電池セル集合体に対して、点火プラグＦＰと燃焼検知部ＦＳとを配置する際の位置を説明するための平面図である。図６に示すように、点火プラグＦＰと燃焼検知部ＦＳとはそれぞれ一対設けられている。一対の点火プラグＦＰと一対の燃焼検知部ＦＳとは互いに対向する位置に配置されており、その間には列状に配列された複数の燃料電池セル４が存在する。 Here, with reference to FIG. 6, the position at which the spark plug FP and the combustion detection unit FS are arranged with respect to the plurality of fuel cells 4 will be described. FIG. 6 is a plan view for explaining a position when the spark plug FP and the combustion detection unit FS are arranged with respect to the fuel battery cell assembly including the plurality of fuel battery cells 4. As shown in FIG. 6, a pair of spark plugs FP and combustion detectors FS are provided. The pair of spark plugs FP and the pair of combustion detectors FS are disposed at positions facing each other, and there are a plurality of fuel cells 4 arranged in a row therebetween.

図６に示すような配置にする場合の燃焼の進行について、図７を参照しながら説明する。図７に示すように、複数の燃料電池セル４を列状に配置した燃料電池セル列４Ｌの、一端側４Ｌａに点火プラグＦＰが配置され、他端側４Ｌｂに燃焼検知部ＦＳが配置されている。改質器５によって供給される燃料ガスは、ガスタンク３の一端側（燃料電池セル列４Ｌの一端側４Ｌａに対応する側）からガスタンク３内に導入され、ガスタンク３の他端側（燃料電池セル列４Ｌの他端側４Ｌｂに対応する側）へと流れる。 The progress of combustion in the case of the arrangement as shown in FIG. 6 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, a spark plug FP is arranged on one end side 4La of a fuel cell array 4L in which a plurality of fuel cells 4 are arranged in a row, and a combustion detection unit FS is arranged on the other end side 4Lb. Yes. The fuel gas supplied by the reformer 5 is introduced into the gas tank 3 from one end side of the gas tank 3 (the side corresponding to the one end side 4La of the fuel cell array 4L), and the other end side of the gas tank 3 (fuel cell). To the other end side 4Lb of the row 4L).

点火プラグＦＰと燃焼検知部ＦＳとの配置関係に着目すれば、点火プラグＦＰと燃焼検知部ＦＳとは、列状に配列されている複数の燃料電池セル４からなる燃料電池セル列４Ｌを挟んで互いに離隔して配置されている。また、ガスタンク３との関係に着目すれば、ガスタンク３の一端側である燃料電池セル列４Ｌの一端側４Ｌａに配置されている燃料電池セル４の先端上部に点火プラグＦＰが配置され、ガスタンク３の他端側である燃料電池セル列４Ｌの他端側４Ｌｂに配置されている燃料電池セル４の先端上部に燃焼検知部ＦＳが配置されている。また、ガスタンク３からの燃料ガスの供給に着目すれば、ガスタンク３は、燃料電池セル列４Ｌの一端側４Ｌａから他端側４Ｌｂへと順次燃料ガスを供給するように構成されており、その先端上部に点火プラグＦＰが配置されてなる燃料電池セル４（一端側４Ｌａ側の燃料電池セル４）は、その先端上部に燃焼検知部ＦＳが配置されてなる燃料電池セル４（他端側４Ｌｂ側の燃料電池セル４）よりも先に燃料ガスが供給される。 If attention is paid to the arrangement relationship between the spark plug FP and the combustion detector FS, the spark plug FP and the combustion detector FS sandwich a fuel cell array 4L composed of a plurality of fuel cells 4 arranged in a row. Are spaced apart from each other. If attention is paid to the relationship with the gas tank 3, an ignition plug FP is disposed at the upper end of the fuel cell 4 disposed on one end side 4La of the fuel cell row 4L which is one end side of the gas tank 3, and the gas tank 3 A combustion detector FS is arranged at the upper end of the fuel cell 4 arranged on the other end side 4Lb of the fuel cell row 4L which is the other end side of the fuel cell. If attention is paid to the supply of the fuel gas from the gas tank 3, the gas tank 3 is configured to sequentially supply the fuel gas from the one end side 4La to the other end side 4Lb of the fuel cell row 4L. The fuel cell 4 (the fuel cell 4 on the one end side 4La side) in which the spark plug FP is arranged on the upper side is the fuel cell 4 (on the other end side 4Lb side) in which the combustion detection unit FS is arranged on the top end. The fuel gas is supplied before the fuel cell 4).

上述したような構成とすることで、燃料電池セル列４Ｌを構成する燃料電池セル４は、図中矢印Ｃ方向に順次火移りしながら着火していく。従って、この燃料電池セル列４Ｌを挟んで点火プラグＦＰと燃焼検知部ＦＳとを配置することで、火移りを利用して燃料電池セル列４Ｌを構成する燃料電池セル４それぞれに確実に点火させることができ、それら全ての燃料電池セル４に点火したことを燃焼検知部ＦＳによって確実に検知することができる。 With the configuration as described above, the fuel cells 4 constituting the fuel cell row 4L are ignited while sequentially moving in the direction of arrow C in the figure. Therefore, by arranging the ignition plug FP and the combustion detection unit FS across the fuel cell row 4L, the fuel cells 4 constituting the fuel cell row 4L are surely ignited by using fire transfer. The combustion detector FS can reliably detect that all the fuel cells 4 have been ignited.

火移りによって燃料電池セル４に順次点火する態様は、図７に示したような直線的な態様に限られるものではなく、燃料電池セル４を行列配置した場合であっても、隣接する燃料電池セル４に順次火移りしていくものである。従って、例えば、図８に示すように、一対の点火プラグＦＰの配置はそのままに、燃焼検知部ＦＳを一対の点火プラグＦＰの間の位置であって、平面視において複数の燃料電池セル４を挟んで反対側の位置に一つ設けることも好ましい態様である。このように行列配置された複数の燃料電池セル４の長辺側の一辺に点火プラグＦＰを一対設け、その一辺に対向する辺に燃焼検知部ＦＳを設けることで、複数の燃料電池セル４の長辺側の一辺から対向する辺に向う火移りを検知して、全ての燃料電池セル４が着火した否かの判断に用いることができる。 The mode in which the fuel cells 4 are sequentially ignited by fire transfer is not limited to the linear mode as shown in FIG. 7, and even when the fuel cells 4 are arranged in a matrix, adjacent fuel cells The cells are sequentially transferred to the cell 4. Therefore, for example, as shown in FIG. 8, the combustion detector FS is positioned between the pair of spark plugs FP while the arrangement of the pair of spark plugs FP is kept as it is, and a plurality of fuel cells 4 are arranged in a plan view. It is also a preferred aspect to provide one at the opposite side of the sandwich. By providing a pair of ignition plugs FP on one side of the long side of the plurality of fuel cells 4 arranged in a matrix in this manner, and providing a combustion detector FS on the side opposite to the one side, the plurality of fuel cells 4 A fire transfer from one side of the long side toward the opposite side can be detected and used to determine whether all the fuel cells 4 have ignited.

更に、図９に別の実施例を示す。これは図６の変形例であり、点火プラグと燃焼検知部の一対の配置が異なる例である。
燃料電池セル４が複数行配置し、燃料電池セル集合体を形成している。この燃料電池セル集合体の下方には図示しないがガスタンクが配置され燃料ガスを各燃料電池セル４へ供給している。なおガスタンクには燃料ガスの供給口があり、上面視左側にその供給口（図示せず）がある。
点火プラグは2つ設けられ、一つは燃料ガスの供給口側に点火プラグＦＰ１が配置され、供給口側の反対側であり、点火プラグＦＰ１と上面視対向した位置に点火プラグＦＰ２が配置される。
さらに各点火プラグには上面視対向する位置に燃焼検知部ＦＳがそれぞれ配置している。
次に着火、火移りの状況について説明する。
燃料ガスがガスタンクの供給口から入ってくると、紙面左側から右側にガスタンク内で燃料ガスが流れる。すると点火プラグＦＰ１での火花を起因に着火し火移りが紙面右方向に進行する。
またガスタンク内ではその火移りの速度より早く、紙面右側に燃料ガスが移動する。よって紙面右側に点火プラグがないと、先に移動した燃料ガスがセルを介して外部に排出されてしまうこととなる。
本実施例では燃料ガスの供給口の反対側に点火プラグＦＰ２を備えているので、紙面右側に燃料ガスが来た時点で点火プラグＦＰ２により着火できる。よって未燃ガスの外部流出を抑えることができ非常に安全性が高まる。 FIG. 9 shows another embodiment. This is a modification of FIG. 6 and is an example in which the pair of arrangements of the spark plug and the combustion detector are different.
A plurality of fuel cells 4 are arranged to form a fuel cell assembly. A gas tank (not shown) is disposed below the fuel cell assembly to supply fuel gas to each fuel cell 4. The gas tank has a fuel gas supply port, and a supply port (not shown) on the left side of the top view.
Two spark plugs are provided. One is the spark plug FP1 disposed on the fuel gas supply port side, and the other side of the spark plug FP1 is disposed on the opposite side of the supply port side from the spark plug FP1. The
Further, each of the spark plugs is provided with a combustion detection unit FS at a position facing the top view.
Next, the situation of ignition and fire transfer will be described.
When the fuel gas enters from the supply port of the gas tank, the fuel gas flows in the gas tank from the left side to the right side of the drawing. Then, the spark from the spark plug FP1 is ignited and the fire transfer proceeds in the right direction on the paper.
In the gas tank, the fuel gas moves to the right side of the page faster than the speed of the fire transfer. Therefore, if there is no spark plug on the right side of the page, the fuel gas that has moved first will be discharged to the outside through the cell.
In this embodiment, since the spark plug FP2 is provided on the opposite side of the fuel gas supply port, ignition can be performed by the spark plug FP2 when the fuel gas comes to the right side of the drawing. Therefore, the outflow of unburned gas can be suppressed and the safety is greatly enhanced.

更に、図１０に別の変形例を示す。
本実施例では燃料電池セル集合体の形状は図６や図９と同様である。
点火プラグが燃料電池セル集合体の両方の長辺側に２つづつ配置されている。よって着火時には燃料電池セル集合体の周囲から着火し、最終的に燃料電池セル集合体の中央付近に火移りすることとなる。
そうすると燃料電池セル集合体自身の周囲のセル上部が既に燃焼しており、燃料電池セル集合体の中央付近も高温となり火移りしやすい状態となる。
よって未燃ガスの外部漏出はもとより、火移り完了の確実性も向上する。 Furthermore, another modification is shown in FIG.
In this embodiment, the shape of the fuel cell assembly is the same as that shown in FIGS.
Two spark plugs are arranged on both long sides of the fuel cell assembly. Therefore, at the time of ignition, the fuel cell assembly is ignited from the periphery, and finally it is transferred to the vicinity of the center of the fuel cell assembly.
If it does so, the cell upper part of the circumference | surroundings of the fuel cell assembly itself has already burned, and the vicinity of the center of the fuel cell assembly will also become high temperature and will be in the state which is easy to burn.
Therefore, not only the unburned gas is leaked out, but also the certainty of the completion of the fire transfer is improved.

カバー部材を外して示す燃料電池モジュールの斜視図である。It is a perspective view of the fuel cell module which removes and shows a cover member. 図１に示す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. 図１に示す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. 燃料電池セルユニットを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a fuel cell unit. 燃料電池セルスタックを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a fuel cell stack. 点火プラグと燃焼検知部の配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of a spark plug and a combustion detection part. 点火プラグによる着火と燃焼検知部による燃焼検知の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of the ignition detection by a spark plug, and the combustion detection by a combustion detection part. 点火プラグと燃焼検知部の配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of a spark plug and a combustion detection part. 点火プラグと燃焼検知部の配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of a spark plug and a combustion detection part. 点火プラグと燃焼検知部の配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of a spark plug and a combustion detection part.

２：ベース部材
２ａ：穴
３：ガスタンク
４：燃料電池セル
４ａ：端部
４ｂ：端部
５：改質器
６Ａ：被改質ガス供給管
６Ｂ：水蒸気供給管
６Ｃ：配管
６Ｄ：配管
７：流路部材
７Ａ：空気供給管
１３，１４：電極棒
１５：板
１５ａ：支持部材
１５ｂ：隙間
１５ｃ：混合室
１６：発電室
１７：排気ガス室
１８：燃焼部
３０：燃料電池セルユニット
３０ｃ：管内流路
４０：内側電極端子
４０ａ：本体部分
４０ｂ：管状部分
４０ｃ：接続流路
４０ｄ：段部
４２：外側電極端子
４２ａ：本体部分
４２ｂ：管状部分
４２ｃ：接続流路
４２ｄ：段部
４４：電極層
４４ａ：内側電極露出周面
４４ｂ：端面
４４ｃ：端面
４６：電解質層
４６ａ：電解質露出周面
４８：電極層
４８ａ：外側電極露出周面
５０：貫通流路
５２：絶縁部材
５４：シール材
７１：空気流路外壁
７２：空気流路外壁
７３：空気分配室
７４：空気集約室
７５：空気集約室
７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂ：空気流路管
７６ａａ，７６ｂａ，７７ａａ，７７ｂａ：下面
７８：外壁
７９：外壁
４００：燃料電池セルスタック
４００ａ：上支持板
４００ｂ：下支持板
４００ｃ：接続部材
４００ｄ：外部端子
７１１：第一室
７１２：第二室
７１３：第三室
７１３ａ，７２３ａ：空気流入孔
７２１：第一室
７２２：第二室
７２３：第三室
７２４：点火装置挿入穴
ＦＣ：燃料電池モジュール 2: Base member 2a: Hole 3: Gas tank 4: Fuel cell 4a: End 4b: End 5: Reformer 6A: Reformed gas supply pipe 6B: Steam supply pipe 6C: Pipe 6D: Pipe 7: Flow Road member 7A: Air supply pipe 13, 14: Electrode rod 15: Plate 15a: Support member 15b: Gap 15c: Mixing chamber 16: Power generation chamber 17: Exhaust gas chamber 18: Combustion section 30: Fuel cell unit 30c: In-pipe flow Path 40: Inner electrode terminal 40a: Main body portion 40b: Tubular portion 40c: Connection flow path 40d: Step portion 42: Outer electrode terminal 42a: Main body portion 42b: Tubular portion 42c: Connection flow passage 42d: Step portion 44: Electrode layer 44a : Inner electrode exposed peripheral surface 44b: End surface 44c: End surface 46: Electrolyte layer 46a: Electrolyte exposed peripheral surface 48: Electrode layer 48a: Outer electrode exposed peripheral surface 50: Through channel 52: Insulating member 5 4: Sealing material 71: Air flow path outer wall 72: Air flow path outer wall 73: Air distribution chamber 74: Air collection chamber 75: Air collection chamber 76a, 76b, 77a, 77b: Air flow path pipes 76aa, 76ba, 77aa, 77ba : Lower surface 78: Outer wall 79: Outer wall 400: Fuel cell stack 400a: Upper support plate 400b: Lower support plate 400c: Connection member 400d: External terminal 711: First chamber 712: Second chamber 713: Third chamber 713a, 723a : Air inflow hole 721: First chamber 722: Second chamber 723: Third chamber 724: Ignition device insertion hole FC: Fuel cell module

Claims

A plurality of fuel cells constituting a fuel cell assembly, wherein a fuel gas channel is disposed inside and the remaining fuel gas is discharged from an outlet of the fuel gas channel;
At least one reformer disposed on the fuel cell assembly and including a reforming catalyst that reforms the gas to be reformed into fuel gas;
A fuel cell module comprising a gas tank for supplying fuel gas supplied from the reformer to each of the plurality of fuel cells,
On the upper part of the plurality of fuel cells, a combustion part is formed in which the remaining fuel gas that did not contribute to the power generation reaction and the remaining oxidant gas are mixed and burned,
A plurality of ignition plugs that generate sparks that induce combustion in the combustion section;
The plurality of fuel cells are arranged such that at least some of them form a row,
One of the plurality of ignition plugs is disposed at an upper end of one fuel cell constituting a plurality of fuel cells arranged in a row, and another one of the plurality of ignition plugs is another A fuel cell module, wherein the fuel cell module is arranged at the upper end of one fuel cell constituting a plurality of fuel cells arranged in a row.

Fuel gas is supplied to the gas tank via the reformer on one end side, and the supplied fuel gas is configured to flow to the other end side,
The one ignition plug is disposed at an upper end of a fuel cell disposed on one end side of the gas tank,
2. The fuel cell module according to claim 1, wherein the another one ignition plug is disposed at an upper end of a fuel cell disposed on the other end side of the gas tank.

3. The fuel cell module according to claim 1, wherein the another one ignition plug is disposed at a position opposite to the one ignition plug when the fuel cell assembly is viewed from above.