JP2011175855A - Fuel cell module and fuel cell device - Google Patents

Fuel cell module and fuel cell device Download PDF

Info

Publication number
JP2011175855A
JP2011175855A JP2010038942A JP2010038942A JP2011175855A JP 2011175855 A JP2011175855 A JP 2011175855A JP 2010038942 A JP2010038942 A JP 2010038942A JP 2010038942 A JP2010038942 A JP 2010038942A JP 2011175855 A JP2011175855 A JP 2011175855A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reaction gas
fuel cell
wall
fuel
cell stack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2010038942A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5517674B2 (en
Inventor
Takashi Ono
孝 小野
Mitsuhiro Nakamura
光博 中村
Narikado Takahashi
成門 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2010038942A priority Critical patent/JP5517674B2/en
Publication of JP2011175855A publication Critical patent/JP2011175855A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5517674B2 publication Critical patent/JP5517674B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell module and fuel cell device, capable of preventing a decline in the efficiency of power generation. <P>SOLUTION: In the fuel cell module, a reaction gas introducing member 11 is inserted in a housing container 2 from its top to penetrate an inner wall 13. The reaction gas introducing member 11 extends to a side face of a cell stack 5, and includes a second reaction gas inlet 25 for allowing a second reaction gas to flow therein and a flange 26 at the upper end of the introducing member 11 and a second reaction gas outlet 16 for supplying the second reaction gas to a single fuel cell 3 at the lower end of the introducing member 11. The flange 26 of the reaction gas introducing member 11 is fixed to the inner wall 13 via a heat conduction suppressing member 27 having heat resistance and low heat conductivity. This suppresses a drop in the temperature of the reaction gas introducing member 11, thus suppresses a decline in the efficiency of power generation. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、収納容器内に複数個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 fuel cells are stored 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、燃料ガス(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配列してなるセルスタック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外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   In recent years, as a next-generation energy, a cell stack formed by arranging a plurality of fuel cells that can obtain electric power using fuel gas (hydrogen-containing gas) and air (oxygen-containing gas) is stored in a storage container. Various fuel cell modules and fuel cell devices in which the fuel cell module is housed in an outer case have been proposed (see, for example, Patent Document 1).

このような燃料電池モジュールにおいては、例えば直方体状の収納容器内おける発電室内に、複数の燃料電池セルを一列に配列してなるセルスタックを2つ並置し、セルスタック間に燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための板状の酸素含有ガス導入部材が配置されており、燃料電池セルの下端部側に酸素含有ガスが供給される。   In such a fuel cell module, for example, two cell stacks in which a plurality of fuel cells are arranged in a line are juxtaposed in a power generation chamber in a rectangular parallelepiped storage container, and oxygen cells are connected to the fuel cells between the cell stacks. A plate-like oxygen-containing gas introduction member for supplying the containing gas is arranged, and the oxygen-containing gas is supplied to the lower end side of the fuel cell.

特開2007−59377号公報JP 2007-59377 A

このような燃料電池モジュールにおいては、運転に伴い反応熱やジュール熱等の熱が生じる。これらの熱は、酸素含有ガス導入部材に伝熱され、酸素含有ガス導入部材の内部を流通する酸素含有ガスの温度を上昇させることができる。   In such a fuel cell module, heat such as reaction heat or Joule heat is generated during operation. These heats are transferred to the oxygen-containing gas introduction member, and the temperature of the oxygen-containing gas flowing through the oxygen-containing gas introduction member can be increased.

しかしながら、上述の燃料電池モジュールにおいて、酸素含有ガス導入部材と収納容器の内壁とが溶接等により直接接続されている場合には、酸素含有ガス導入部材に伝熱された発電室内の熱が、温度の低い収納容器(内壁)に容易に伝熱されてしまうおそれがあり、それに伴って酸素含有ガス導入部材の温度が低下し、その影響でセルスタックの温度も低下し、発電効率が低下するおそれがあった。   However, in the fuel cell module described above, when the oxygen-containing gas introduction member and the inner wall of the storage container are directly connected by welding or the like, the heat in the power generation chamber transferred to the oxygen-containing gas introduction member is May be easily transferred to a low storage container (inner wall), and accordingly, the temperature of the oxygen-containing gas introduction member may be lowered, and the temperature of the cell stack may also be lowered due to this, and power generation efficiency may be lowered. was there.

それゆえ、本発明は、セルスタックの発電効率の低下を抑制することができる燃料電池モジュール並びに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 and a fuel cell device that can suppress a decrease in power generation efficiency of a cell stack.

本発明の燃料電池モジュールは、内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端を固定するとともに前記燃料電池セルに第1の反応ガスを供給するためのマニホールドとを有し、前記ガス流路より排出される前記第1の反応ガスを前記燃料電池セルの上端部側で燃焼させるように構成してなる燃料電池セルスタック装置を収納容器に収納してなる燃料電池モジュールであって、前記収納容器は、内壁と外壁とを有する二重構造で前記内壁と前記外壁との間を第2の反応ガスが流通する反応ガス流路としており、前記収納容器の上部には、前記セルスタックの側面側にまで延びるとともに、上端部に前記第2の反応ガスが流入するための第2の反応ガス流入口とフランジ部とを備え、下端部に前記燃料電池セルに前記第2の反応ガスを供給するための第2の反応ガス流出口を備えてなる反応ガス導入部材が前記内壁を貫通して挿通されており、前記反応ガス導入部材の前記フランジ部が前記内壁に、耐熱性を有しかつ熱伝導率の低い熱伝導抑制部材を介して固定されてい
ることを特徴とする。
The fuel cell module of the present invention includes a cell stack formed by arranging and electrically connecting a plurality of columnar fuel cells having gas flow paths therein, and a lower end of the fuel cell. And a manifold for supplying a first reaction gas to the fuel cell, and burning the first reaction gas discharged from the gas flow path on the upper end side of the fuel cell. A fuel cell module in which a fuel cell stack device configured as described above is housed in a housing container, wherein the housing container has a double structure having an inner wall and an outer wall, and a space between the inner wall and the outer wall. A reaction gas flow path through which a second reaction gas circulates extends to the side of the cell stack in the upper part of the storage container, and a second for the second reaction gas to flow into the upper end. The opposite of A reaction gas introduction member comprising a gas inflow port and a flange portion and having a second reaction gas outflow port for supplying the second reaction gas to the fuel cell at the lower end portion penetrates the inner wall. The flange portion of the reaction gas introduction member is fixed to the inner wall via a heat conduction suppressing member having heat resistance and low thermal conductivity.

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フランジ部が、耐熱性を有しかつ熱伝導率の低い熱伝導抑制部材を介して収納容器の内壁に固定されていることから、反応ガス導入部材に伝熱された熱が、温度の低い収納容器(内壁)に伝熱されることを抑制できる。それにより、反応ガス導入部材の温度が低下することを抑制できることで、セルスタックの温度が低下することを抑制でき、発電効率が低下することを抑制できる。   In such a fuel cell module, the flange portion of the reaction gas introduction member is fixed to the inner wall of the storage container via a heat conduction suppressing member having heat resistance and low thermal conductivity. It is possible to suppress the heat transferred to the introduction member from being transferred to the storage container (inner wall) having a low temperature. Thereby, it can suppress that the temperature of a reaction gas introduction member falls, can suppress that the temperature of a cell stack falls, and can suppress that power generation efficiency falls.

また、本発明の燃料電池モジュールは、前記熱伝導抑制部材が断熱材であることが好ましい。   In the fuel cell module of the present invention, it is preferable that the heat conduction suppressing member is a heat insulating material.

このような燃料電池モジュールにおいては、熱伝導抑制部材が断熱材であることから、反応ガス導入部材に伝熱された熱が、温度の低い収納容器(内壁)に伝熱されることを効率よく抑制することができ、セルスタックの発電効率が低下することを抑制できる。   In such a fuel cell module, since the heat conduction suppressing member is a heat insulating material, the heat transferred to the reaction gas introducing member is efficiently suppressed from being transferred to the storage container (inner wall) having a low temperature. It can suppress, and it can suppress that the power generation efficiency of a cell stack falls.

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、該燃料電池モジュール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、発電効率が低下することを抑制できる燃料電池装置とすることができる。   The fuel cell device according to the present invention includes any one of the above-described fuel cell modules and an auxiliary machine for operating the fuel cell module in an outer case. It can be set as the fuel cell device which can be controlled.

本発明の燃料電池モジュールは、収納容器が、内壁と外壁とを有する二重構造で内壁と外壁との間を第2の反応ガスが流通する反応ガス流路としており、収納容器の上部に、セルスタックの側面側にまで延びるとともに、上端部に第2の反応ガスが流入するための第2の反応ガス流入口とフランジ部とを備え、下端部に燃料電池セルに第2の反応ガスを供給するための第2の反応ガス流出口を備えてなる反応ガス導入部材が内壁を貫通して挿通されており、反応ガス導入部材のフランジ部が内壁に、耐熱性を有しかつ熱伝導率の低い熱伝導抑制部材を介して固定されていることから、反応ガス導入部材に伝熱された熱が、温度の低い収納容器(内壁)に伝熱されることを効率よく抑制することができることで、反応ガス導入部材の温度が低下することを抑制でき、それによりセルスタックの発電効率が低下することを抑制できる。   In the fuel cell module of the present invention, the storage container has a double structure having an inner wall and an outer wall, and a reaction gas flow path through which the second reaction gas flows between the inner wall and the outer wall. The cell stack extends to the side of the cell stack, and has a second reaction gas inlet and a flange for allowing the second reaction gas to flow into the upper end, and the second reaction gas is supplied to the fuel cell at the lower end. A reaction gas introduction member having a second reaction gas outlet for supplying is inserted through the inner wall, and the flange portion of the reaction gas introduction member has heat resistance and thermal conductivity on the inner wall. Since it is fixed via the low heat conduction suppressing member, it is possible to efficiently suppress the heat transferred to the reaction gas introducing member from being transferred to the storage container (inner wall) having a low temperature. The temperature of the reaction gas introduction member is lowered It can be suppressed Rukoto, whereby the power generation efficiency of the cell stack can be prevented from being lowered.

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に示す燃料電池モジュールを概略的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the fuel cell module shown in FIG. 1. 図2に示す反応ガス導入部材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 reactive gas introduction member shown in FIG. 本発明の燃料電池装置の一例を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view showing roughly an example of the fuel cell device of the present invention.

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)。上述の各部材を備えることで、セルスタック装置12が構成される。
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). The cell stack device 12 is configured by including the above-described members.

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、燃料極層、固体電解質層および酸素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. 2 illustrates a solid oxide fuel cell 3 in which a fuel electrode layer, a solid electrolyte layer, and an oxygen electrode layer are sequentially laminated. 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の断面図であり、図3は図1に示す反応ガス導入部材11を抜粋して示す外観斜視図である。   2 is a cross-sectional view of the module 1 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an external perspective view showing the reaction gas introduction member 11 shown in FIG.

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21としている。   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 21 through which an 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、収納容器2内には、収納容器2の上部より、上端側に第2の反応ガスが流入するための第2の反応ガス流入口25とフランジ部26とを備え、下端部に燃料電池セル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流出口16が設けられてなる反応ガス導入部材11が、内壁13を貫通して挿入されて固定されている。   Here, the storage container 2 includes a second reaction gas inlet 25 and a flange portion 26 for allowing the second reaction gas to flow into the upper end side from the upper portion of the storage container 2, and a fuel at the lower end portion. A reaction gas introduction member 11 provided with a reaction gas outlet 16 for introducing a second reaction gas to the lower end of the battery cell 3 is inserted through the inner wall 13 and fixed.

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の側面における燃料電池セル3の配列方向に沿った幅と同等またはそれ以上の幅を有する断熱材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。なお、セルスタック5の両側面側に配置された断熱材17においては、燃料電池セル3に供給される酸素含有ガスの流れを調整し、セルスタック5の長手方向および燃料電池セル3の積層方向における温度分布を低減するための開口部18が設けられている。   The heat insulating material 17 is preferably arranged in the vicinity of the cell stack 5. In particular, the heat insulating material 17 is arranged on the side surface side of the cell stack 5 along the arrangement direction of the fuel cell 3, and the fuel cell unit on the side surface of the cell stack 5. It is preferable to arrange the heat insulating material 17 having a width equal to or greater than the width along the three arrangement directions. 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. In the heat insulating material 17 disposed on both side surfaces of the cell stack 5, the flow of the oxygen-containing gas supplied to the fuel cell 3 is adjusted, and the longitudinal direction of the cell stack 5 and the stacking direction of the fuel cell 3 are adjusted. An opening 18 is provided for reducing the temperature distribution at.

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19が設けられており、内壁13と排ガス用内壁19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22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20と通じている。   Further, an exhaust gas inner wall 19 is provided inside the inner wall 13 along the arrangement direction of the fuel cells 3, and the exhaust gas in the power generation chamber 15 is located between the inner wall 13 and the exhaust gas inner wall 19 from above. The exhaust gas flow path 22 flows downward. The exhaust gas passage communicates with an exhaust hole 20 provided at 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20より排気される構成となっている。なお、排気孔20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。   Thereby, 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 20. The exhaust hole 20 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.

なお、反応ガス導入部材11の内部には、セルスタック5近傍の温度を測定するための熱電対24が、その測温部23が燃料電池セル3の長手方向の中央部でかつ燃料電池セル3の配列方向における中央部に位置するように配置されている。   Note that a thermocouple 24 for measuring the temperature in the vicinity of the cell stack 5 is provided inside the reaction gas introduction member 11, and the temperature measuring portion 23 is the central portion in the longitudinal direction of the fuel cell 3 and the fuel cell 3. It is arrange | positioned so that it may be located in the center part in the arrangement direction.

ここで、モジュール1においては、モジュール1の運転に伴い反応熱やジュール熱等の熱が生じ、これらの熱が反応ガス導入部材11に伝熱されることで、反応ガス導入部材11の内部を流通する酸素含有ガス(第2の反応ガス)の温度を上昇することができ、温度の上昇した酸素含有ガスが燃料電池セル3に供給されることで効率の良い発電を行なうことができる。   Here, in the module 1, heat such as reaction heat or Joule heat is generated with the operation of the module 1, and these heats are transferred to the reaction gas introduction member 11, thereby circulating inside the reaction gas introduction member 11. The temperature of the oxygen-containing gas (second reaction gas) to be increased can be increased, and the oxygen-containing gas having an increased temperature is supplied to the fuel cell 3, so that efficient power generation can be performed.

しかしながら、反応ガス導入部材11と収納容器2の内壁13とが溶接等により直接接続されている場合には、反応ガス導入部材11に伝熱された発電室15内の熱が、温度の低い内壁13に容易に伝熱され、反応ガス導入部材11の温度が低下する場合がある。反応ガス導入部材11はセルスタック5の側方に配置されていることから、反応ガス導入部材11の温度が低下することに伴って、セルスタック5の温度が低下し、セルスタック5の発電効率が低下するおそれがある。   However, when the reaction gas introduction member 11 and the inner wall 13 of the storage container 2 are directly connected by welding or the like, the heat in the power generation chamber 15 transferred to the reaction gas introduction member 11 is the inner wall having a low temperature. 13, the temperature of the reaction gas introduction member 11 may be lowered. Since the reaction gas introduction member 11 is disposed on the side of the cell stack 5, the temperature of the cell stack 5 decreases as the temperature of the reaction gas introduction member 11 decreases, and the power generation efficiency of the cell stack 5 is increased. May decrease.

それゆえ、本発明のモジュール1においては、反応ガス導入部材11を、上端側に第2の反応ガスが流入するための第2の反応ガス流入口25とフランジ部26とを備えるとともに、該フランジ部26に接続されて発電室15内に垂下するように設けられた内部を酸素含有ガス(第2の反応ガス)が流れる反応ガス流通部28を備える形状とし、フランジ部26と内壁13との間に、耐熱性を有しかつ熱伝導率の低い熱伝導抑制部材27を配置している。   Therefore, in the module 1 of the present invention, the reaction gas introduction member 11 includes the second reaction gas inlet 25 and the flange portion 26 for allowing the second reaction gas to flow into the upper end side, and the flange. The interior of the power supply chamber 15 connected to the portion 26 and hanging down in the power generation chamber 15 has a shape including a reaction gas circulation portion 28 through which an oxygen-containing gas (second reaction gas) flows, and the flange portion 26 and the inner wall 13 A heat conduction suppressing member 27 having heat resistance and low thermal conductivity is disposed therebetween.

それにより、反応ガス導入部材11に伝熱された発電室15内の熱が、温度の低い内壁13に伝熱されることが抑制でき、反応ガス導入部材11の温度が低下することを抑制できる。それにより、セルスタック5の温度が低下することを抑制でき、発電効率が低下することを抑制できる。   Thereby, the heat in the power generation chamber 15 transferred to the reaction gas introduction member 11 can be suppressed from being transferred to the inner wall 13 having a low temperature, and the temperature of the reaction gas introduction member 11 can be suppressed from decreasing. Thereby, it can suppress that the temperature of the cell stack 5 falls, and can suppress that power generation efficiency falls.

このような熱伝導抑制部材27としては、耐熱性を有しかつ熱伝導率の低い部材より形成することができ、例えばその材質としては、一般に公知の断熱材、セラミックス、マイカ、ガラス等を適宜選択することができる。特には耐熱性やコストさらには扱い易さ等の理由から、熱伝導抑制部材27として断熱材を用いることが好ましい。また熱伝導抑制部材27の大きさは、フランジ部26と同等の幅とすることが好ましい(この場合において、反応ガス流通部28を挿入できるよう反応ガス流通部28の大きさにあわせた孔部を備えていることが好ましい。)。   Such a heat conduction suppressing member 27 can be formed from a member having heat resistance and low heat conductivity. For example, a generally known heat insulating material, ceramic, mica, glass or the like is appropriately used as the material. You can choose. In particular, a heat insulating material is preferably used as the heat conduction suppressing member 27 for reasons such as heat resistance, cost, and ease of handling. The size of the heat conduction suppressing member 27 is preferably the same width as the flange portion 26 (in this case, a hole portion that matches the size of the reaction gas flow portion 28 so that the reaction gas flow portion 28 can be inserted). Preferably).

また、反応ガス導入部材11がフランジ部26を備えることから、モジュール1の組立時において、外壁14の上壁を取り外し、熱伝導抑制部材27を嵌め合わせた反応ガス導入部材11を収納容器2内に挿入して、フランジ部26と内壁13とを熱伝導抑制部材27を介して螺着等にて固定することにより、反応ガス導入部材11を内壁13に容易に固定することができる。   Further, since the reaction gas introduction member 11 includes the flange portion 26, when the module 1 is assembled, the upper wall of the outer wall 14 is removed and the reaction gas introduction member 11 fitted with the heat conduction suppressing member 27 is placed in the storage container 2. Then, the reaction gas introduction member 11 can be easily fixed to the inner wall 13 by fixing the flange portion 26 and the inner wall 13 by screwing or the like via the heat conduction suppressing member 27.

図4は、本発明の燃料電池装置29の一例を示す分解斜視図である。なお、図4においては一部構成を省略して示している。   FIG. 4 is an exploded perspective view showing an example of the fuel cell device 29 of the present invention. In FIG. 4, a part of the configuration is omitted.

図4に示す燃料電池装置29は、支柱30と外装板31から構成される外装ケース内を仕切板32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33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34として構成されている。なお、補機収納室34に収納する補機類を省略して示している。   The fuel cell device 29 shown in FIG. 4 divides the interior of the exterior case composed of the support columns 30 and the exterior plate 31 into upper and lower portions by the partition plate 32, and the module storage chamber 33 for accommodating the above-described fuel cell module 1 on the upper side. The lower side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 34 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 34 is omitted.

また、仕切板32は、補機収納室34の空気をモジュール収納室33側に流すための空気流通口35が設けられており、モジュール収納室33を構成する外装板31の一部に、モジュール収納室33内の空気を排気するための排気口36が設けられている。   In addition, the partition plate 32 is provided with an air circulation port 35 for allowing the air in the auxiliary machine storage chamber 34 to flow toward the module storage chamber 33, and a module is provided in a part of the exterior plate 31 constituting the module storage chamber 33. An exhaust port 36 for exhausting the air in the storage chamber 33 is provided.

このような燃料電池装置29においては、上述したように、発電効率の低下を抑制できるモジュール1をモジュール収納室33内に収納して構成されることにより、発電効率の低下を抑制できる燃料電池装置29とすることができる。   In such a fuel cell device 29, as described above, the module 1 that can suppress a decrease in power generation efficiency is housed in the module storage chamber 33, so that the fuel cell device can suppress a decrease in power generation efficiency. 29.

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. .

例えば、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。すなわち、燃料電池セル3を、
支持体の表面に、酸素極層、固体電解質層および燃料極層を順に積層してなる固体酸化物形燃料電池セル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。
For example, the fuel 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. That is, the fuel battery cell 3 is
A solid oxide fuel cell in which an oxygen electrode layer, a solid electrolyte layer, and a fuel electrode layer are sequentially laminated on the surface of the support can also be obtained. 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).

この場合においても、上述と同様に、反応ガス導入部材11に伝熱された発電室15内の熱が、内壁13に伝熱することを抑制できることから、セルスタック5の発電効率が低下することを抑制できる。   In this case as well, the power generation efficiency of the cell stack 5 decreases because the heat in the power generation chamber 15 transferred to the reaction gas introduction member 11 can be prevented from transferring to the inner wall 13 in the same manner as described above. Can be suppressed.

1:燃料電池モジュール
2:収納容器
3:燃料電池セル
5:セルスタック
11:反応ガス導入部材
13:内壁
14:外壁
15:発電室
26:フランジ部
27:熱伝導抑制部材
1: Fuel cell module 2: Storage container 3: Fuel cell 5: Cell stack 11: Reaction gas introduction member 13: Inner wall 14: Outer wall 15: Power generation chamber 26: Flange portion 27: Heat conduction suppressing member

Claims (3)

内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端を固定するとともに前記燃料電池セルに第1の反応ガスを供給するためのマニホールドとを有し、前記ガス流路より排出される前記第1の反応ガスを前記燃料電池セルの上端部側で燃焼させるように構成してなる燃料電池セルスタック装置を収納容器に収納してなる燃料電池モジュールであって、
前記収納容器は、内壁と外壁とを有する二重構造で前記内壁と前記外壁との間を第2の反応ガスが流通する反応ガス流路としており、
前記収納容器の上部には、前記セルスタックの側面側にまで延びるとともに、上端部に前記第2の反応ガスが流入するための第2の反応ガス流入口とフランジ部とを備え、下端部に前記燃料電池セルに前記第2の反応ガスを供給するための第2の反応ガス流出口を備えてなる反応ガス導入部材が前記内壁を貫通して挿通されており、前記反応ガス導入部材の前記フランジ部が前記内壁に、耐熱性を有しかつ熱伝導率の低い熱伝導抑制部材を介して固定されていることを特徴とする燃料電池モジュール。
A cell stack formed by arranging and electrically connecting a plurality of columnar fuel cells having gas flow paths therein, and a lower end of the fuel cell fixed to the fuel cell A fuel cell having a manifold for supplying a first reaction gas, wherein the first reaction gas discharged from the gas flow path is combusted on an upper end side of the fuel cell. A fuel cell module in which a cell stack device is stored in a storage container,
The storage container has a double structure having an inner wall and an outer wall, and a reaction gas flow path through which a second reaction gas flows between the inner wall and the outer wall,
The upper part of the storage container is provided with a second reaction gas inlet and a flange part for allowing the second reaction gas to flow into the upper end part and extending to the side surface side of the cell stack, and at the lower end part. A reaction gas introduction member provided with a second reaction gas outlet for supplying the second reaction gas to the fuel battery cell is inserted through the inner wall, and the reaction gas introduction member A fuel cell module, wherein a flange portion is fixed to the inner wall via a heat conduction suppressing member having heat resistance and low thermal conductivity.
前記熱伝導抑制部材が断熱材であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池モジュール。   The fuel cell module according to claim 1, wherein the heat conduction suppressing member is a heat insulating material. 請求項1または請求項2に記載の燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュール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を特徴とする燃料電池装置。   A fuel cell device comprising: the fuel cell module according to claim 1 or 2; and an auxiliary machine for operating the fuel cell module in an outer case.
JP2010038942A 2010-02-24 2010-02-24 Fuel cell module and fuel cell device Active JP5517674B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010038942A JP5517674B2 (en) 2010-02-24 2010-02-24 Fuel cell module and fuel cell device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010038942A JP5517674B2 (en) 2010-02-24 2010-02-24 Fuel cell module and fuel cell device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011175855A true JP2011175855A (en) 2011-09-08
JP5517674B2 JP5517674B2 (en) 2014-06-11

Family

ID=44688536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010038942A Active JP5517674B2 (en) 2010-02-24 2010-02-24 Fuel cell module and fuel cell device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5517674B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001110435A (en) * 1999-09-10 2001-04-20 Siemens Westinghouse Power Corp Solid oxide fuel cell equipped with open end protection means
JP2004507059A (en) * 2000-08-18 2004-03-04 シーメンス ウエスチングハウス パワー コーポレイション Air supply tube support system for solid oxygen fuel cell power plant
JP2006054175A (en) * 2004-07-13 2006-02-23 Kyocera Corp Fuel cell
WO2009119616A1 (en) * 2008-03-26 2009-10-01 京セラ株式会社 Reformer, cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001110435A (en) * 1999-09-10 2001-04-20 Siemens Westinghouse Power Corp Solid oxide fuel cell equipped with open end protection means
JP2004507059A (en) * 2000-08-18 2004-03-04 シーメンス ウエスチングハウス パワー コーポレイション Air supply tube support system for solid oxygen fuel cell power plant
JP2006054175A (en) * 2004-07-13 2006-02-23 Kyocera Corp Fuel cell
WO2009119616A1 (en) * 2008-03-26 2009-10-01 京セラ株式会社 Reformer, cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5517674B2 (en) 2014-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5220097B2 (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP5235986B2 (en) Reformer, cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device
JP5495544B2 (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP5294778B2 (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP5339719B2 (en) Fuel cell device
JP5164555B2 (en) FUEL CELL STACK DEVICE, FUEL CELL MODULE, AND FUEL CELL DEVICE
JP5550453B2 (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP5224849B2 (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP5424983B2 (en) Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP5662769B2 (en) FUEL CELL CELL DEVICE, FUEL CELL MODULE, AND FUEL CELL DEVICE
JP5317584B2 (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP5620174B2 (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP5334513B2 (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP5317756B2 (en) Reformer, cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device
JP5517674B2 (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP2011029114A (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP5376402B2 (en) Fuel cell module
JP2010080259A (en) Fuel cell device
JP2010080152A (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP6230925B2 (en) Fuel cell system
JP6219622B2 (en) Reformer, cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP6100574B2 (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP6140603B2 (en) Fuel cell device
JP6110181B2 (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP2018092765A (en) Fuel battery module and fuel battery device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121115

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131121

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131126

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131209

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140304

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140401

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5517674

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150