JP2011204620A - Fuel cell module - Google Patents

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JP2011204620A JP2010073227A JP2010073227A JP2011204620A JP 2011204620 A JP2011204620 A JP 2011204620A JP 2010073227 A JP2010073227 A JP 2010073227A JP 2010073227 A JP2010073227 A JP 2010073227A JP 2011204620 A JP2011204620 A JP 2011204620A
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reformer
fuel cell
fuel
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gas
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Japanese (ja)
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Hajime Omura
肇 大村
Naoki Watanabe
直樹 渡邉
Yosuke Akagi
陽祐 赤木
Nobuo Isaka
暢夫 井坂
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Toto Ltd
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Toto Ltd
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell module capable of showing reforming capability corresponding to a volume of a reformer.SOLUTION: The fuel cell module includes: a single fuel cell stack 400 having a plurality of single fuel cells; a gas tank 3 in order to supply fuel gas to the single fuel cells; and the reformer 5 in order to reform the fuel gas. A supply pipe 8 in order to supply the fuel gas to the reformer and a lead-out pipe 6 in order to lead out the fuel gas after being reformed from the reformer are arranged on a bottom face side of the reformer. The reformer 5 has a catalyst flow-out preventing part at either the supply pipe or the lead-out pipe with the reforming catalyst arranged on a bottom face side and has a chipped-piece clogging prevention device for preventing chipped pieces of the reforming catalyst from clogging.

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池(SOFC)に使用される燃料電池モジュールに関する。   The present invention relates to a fuel cell module used in a solid oxide fuel cell (SOFC).

従来、このような燃料電池においては、複数の燃料電池セルによって構成される燃料電
池セルスタックを収納容器内に収容し、複数の燃料電池セルそれぞれに空気と燃料ガスと
を供給して作動させている。燃料ガスとしては天然ガス等の炭化水素と水蒸気とを反応さ
せて生成される水素等が用いられており、このように天然ガス等を改質して水素を生成す
る改質器は収納容器内に配置されている。このような配置関係とすることで、発電に際し
て発生する熱を改質反応に利用して熱効率を高めており、触媒の流出防止部を備えていることで、改質器の容量に応じた改質能力を発揮している(例えば、下記特許文献1参照)
Conventionally, in such a fuel cell, a fuel cell stack composed of a plurality of fuel cells is accommodated in a storage container, and air and fuel gas are supplied to each of the plurality of fuel cells and operated. Yes. As the fuel gas, hydrogen or the like produced by reacting a hydrocarbon such as natural gas with water vapor is used, and the reformer for reforming the natural gas or the like to produce hydrogen is contained in the storage container. Is arranged. With this arrangement relationship, the heat generated during power generation is used for the reforming reaction to increase the thermal efficiency, and the catalyst outflow prevention unit is provided, so that the modification according to the capacity of the reformer is achieved. Exhibiting quality capability (for example, see Patent Document 1 below)
.

特開2009−104845号公報JP 2009-104845 A

ところで、固体酸化物形燃料電池においては、可搬性を高めるために小型化されたり、
収納容器や改質器の配置も様々なものが検討されたりしている。そのような固体酸化物形
燃料電池の多様化に対応するために、本発明者らも様々な形態の固体酸化物形燃料電池に
ついて検討を行った。本発明者らはその検討の中で、長時間運転を行った際に失活した触媒が熱劣化により壊れ、欠片を生じることが今回初めて分かり、それにより改質器底面に管路が設けられた場合、改質能力が低下する可能性があることを見出した。
すなわち改質器に接続された管路を改質器底面に設け上面視、小型化を図ると同時に、その際に生じる長時間運転に基づく不具合を解消する。
By the way, in the solid oxide fuel cell, it is downsized to improve portability,
Various arrangements of storage containers and reformers have been studied. In order to cope with such diversification of solid oxide fuel cells, the present inventors have also studied various forms of solid oxide fuel cells. In the examination, the present inventors found for the first time that the catalyst deactivated when operated for a long time was broken due to thermal deterioration, resulting in a fragment, whereby a pipe line was provided on the bottom of the reformer. In this case, it has been found that the reforming ability may decrease.
That is, a pipe line connected to the reformer is provided on the bottom surface of the reformer so as to reduce the size of the top view, and at the same time, eliminate problems caused by long-time operation.

そこで本発明では、改質器の容量に応じた改質能力を発揮し得る燃料電池モジュール、
及びそれを備える燃料電池を提供することを目的とする。
Therefore, in the present invention, a fuel cell module capable of exhibiting reforming capacity according to the capacity of the reformer,
And it aims at providing a fuel cell provided with it.

本発明に係る燃料電池モジュールは、
空気と燃料ガスにより作動する複数の燃料電池セルを有する燃料電池セルスタックと、
前記複数の燃料電池セルそれぞれに燃料ガスを供給するためのガスタンクと、
前記燃料ガスを改質するための改質触媒を有する改質器と、
を備える燃料電池モジュールであって、
前記改質器に前記燃料ガスを供給するための供給管と、
前記改質器から改質後の燃料ガスを導出するための導出管と、を備え、
前記供給管または前記導出管は前記改質器の底面側に配置され、
前記改質器は、前記改質触媒を底面側に配置される前記供給管または前記導出管の少なくとも一方に流出させないための流出防止部を有し、
さらに前記改質触媒の欠片を詰まらせないための欠片詰まり防止手段を有する。
The fuel cell module according to the present invention comprises:
A fuel cell stack having a plurality of fuel cells operated by air and fuel gas;
A gas tank for supplying fuel gas to each of the plurality of fuel cells;
A reformer having a reforming catalyst for reforming the fuel gas;
A fuel cell module comprising:
A supply pipe for supplying the fuel gas to the reformer;
An outlet pipe for extracting the reformed fuel gas from the reformer,
The supply pipe or the outlet pipe is disposed on the bottom side of the reformer,
The reformer has an outflow prevention part for preventing the reforming catalyst from flowing out to at least one of the supply pipe or the outlet pipe arranged on the bottom surface side,
Furthermore, it has a fragment clogging prevention means for preventing clogging of the reforming catalyst fragment.

本発明によれば、改質器には改質触媒が収容され、改質器の底面には燃料ガスの供給管または導出管が繋がっており、上面視した際の形状を小型化することができる。
またその収容されている改質触媒が供給管または導出管に流出しないように流出防止部が設けられているので、改質触媒が意図せずに改質器から外部に流出してしまい、改質器内における改質触媒の量が減ってしまうことを防止できると同時に、長時間の運転により触媒が劣化することで生じた触媒の欠片が流出防止部をつまらせてしまい、改質器およびその燃料ラインの圧力が上昇することをを防止することができる。
According to the present invention, the reformer contains the reforming catalyst, and the fuel gas supply pipe or the lead-out pipe is connected to the bottom surface of the reformer, so that the shape when viewed from above can be reduced. it can.
In addition, since the outflow prevention unit is provided so that the contained reforming catalyst does not flow out to the supply pipe or the outlet pipe, the reforming catalyst unintentionally flows out of the reformer and is modified. It is possible to prevent the amount of the reforming catalyst in the mass device from being reduced, and at the same time, a piece of the catalyst generated by the deterioration of the catalyst due to long-time operation clogs the outflow prevention unit, and the reformer and It is possible to prevent the pressure of the fuel line from increasing.

また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、欠片詰まり防止手段は前記改質触媒の欠片を吹き飛ばすための送風手段であることも好ましい。   In the fuel cell module according to the present invention, it is also preferable that the fragment clogging preventing means is a blowing means for blowing away the fragments of the reforming catalyst.

本発明によれば、前記改質器に触媒の欠片を吹き飛ばすための送風手段を設けることで、前記改質触媒を前記流出防止部以外へ吹き飛ばすため、触媒の欠片が流出防止部に堆積することを防止することができ、前記改質器の改質能力を低下させることなく、長時間発揮することができる。 According to the present invention, since the reformer is provided with a blowing means for blowing away the catalyst fragments, the catalyst fragments are deposited on the outflow prevention portion in order to blow the reformed catalyst to other than the outflow prevention portion. This can be prevented for a long time without lowering the reforming ability of the reformer.

また、欠片詰まり防止手段は、前記改質触媒を、前記改質器の底面側に配置される前記供給管または前記導出管の少なくとも一方の開口部直上に配置させない配置防止手段であることも好ましい。   Further, the fragment clogging preventing means is preferably an arrangement preventing means for preventing the reforming catalyst from being arranged immediately above at least one opening of the supply pipe or the outlet pipe arranged on the bottom surface side of the reformer. .

本発明によれば、前記改質器に前記改質触媒を前記供給管または前記導出管の少なくとも一方の開口部直上に配置させない配置防止手段を有することで、前記改質触媒が前記供給間または前記導出管に流出するのを防止することができるとともに、長時間運転時に前記改質触媒の欠片が前記流出防止部に落下し堆積することを防止することができるため、改質器の改質能力を低下させることなく、長時間発揮することができる。さらに、送風手段等の駆動部を改質器内に配置させることがないので、さらに長時間改質能力を低下させることがない。 According to the present invention, the reformer has an arrangement preventing means for preventing the reforming catalyst from being arranged immediately above the opening of at least one of the supply pipe or the outlet pipe, so that the reforming catalyst is placed between the supply or It is possible to prevent the reformer from reforming the reformer because it can be prevented from flowing out to the outlet pipe and the fragments of the reforming catalyst can be prevented from dropping and accumulating in the outflow prevention part during long-time operation. It can be used for a long time without lowering the ability. Furthermore, since the drive unit such as the air blowing means is not disposed in the reformer, the reforming capacity is not further lowered for a long time.

また、配置防止手段が前記供給管または導出管の少なくとも一方の開口部と前記改質器の天井との距離を、前記改質触媒の直径よりも短くなるように構成される配置防止手段であることも好ましい。 Further, the arrangement preventing means is an arrangement preventing means configured such that the distance between the opening of at least one of the supply pipe or the outlet pipe and the ceiling of the reformer is shorter than the diameter of the reforming catalyst. It is also preferable.

本発明によれば、前記改質器において、前記配置防止手段が前記供給管及び導出管の少なくとも一方の開口部と前記改質器の天井との距離を、前記改質触媒の直径よりも短くなるように構成される配置防止手段であることで、前記改質触媒が前記供給管または前記導出管の少なくとも一方に流出するのを防止するとともに、前記改質触媒の欠片が前記流出防止部に落下し堆積することを防止することができ、改質能力を長時間発揮することができる。さらに、前記改質器と前記供給管及び導出管の少なくとも一方のみで構成されるため、その他の余計な構成を用いずに配置防止手段を配置でき、改質能力向上に寄与する。 According to the present invention, in the reformer, the disposition preventing means makes the distance between the opening of at least one of the supply pipe and the outlet pipe and the ceiling of the reformer shorter than the diameter of the reforming catalyst. The arrangement preventing means configured to prevent the reforming catalyst from flowing out into at least one of the supply pipe and the outlet pipe, and the reforming catalyst fragment is provided in the outflow prevention section. It can prevent falling and accumulating, and can exhibit the reforming ability for a long time. Furthermore, since it is composed of only the reformer and at least one of the supply pipe and the lead-out pipe, the arrangement preventing means can be arranged without using any other extra structure, which contributes to improvement of the reforming capacity.

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

本発明によれば、改質器の容量に応じた改質能力を発揮し得る燃料電池モジュールを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell module which can exhibit the reforming capability according to the capacity | capacitance of a reformer can be provided.

本実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。It is a figure which shows the fuel cell module which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。It is a figure which shows the fuel cell module which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。It is a figure which shows the fuel cell module which concerns on this embodiment. 図1〜3の燃料電池セルユニットを詳細に示す図である。It is a figure which shows the fuel cell unit of FIGS. 1-3 in detail. 図1〜3の燃料電池セルスタックを詳細に示す図である。It is a figure which shows the fuel cell stack of FIGS. 1-3 in detail. 本実施形態に係る燃料電池モジュールの改質器を示す図である。It is a figure which shows the reformer of the fuel cell module which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池モジュールの配置防止手段を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning prevention means of the fuel cell module which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池モジュールの配置防止手段を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning prevention means of the fuel cell module which concerns on this embodiment. 燃料電池の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a fuel cell.

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 constituent elements in the drawings will be denoted by the same reference numerals as much as possible, and redundant description will be omitted.

図1,図2,図3を参照しながら本実施形態に係る燃料電池モジュールFCについて説
明する。図1は、燃料電池モジュールFCを部分的に破断した概略的な斜視図である。図
2は、図1のA方向から燃料電池モジュールFCを視た図である。図3は、図1のB方向
から燃料電池モジュールFCを視た図である。
The fuel cell module FC according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic perspective view in which the fuel cell module FC is partially broken. FIG. 2 is a view of the fuel cell module FC as viewed from the direction A in FIG. FIG. 3 is a view of the fuel cell module FC as viewed from the direction B in FIG.

燃料電池モジュールFCは、カバー部材1とベース部材2とによって密閉される空間内
に10個の燃料電池セルスタック400を並べて配置している。各燃料電池セルスタック
400には、16個の燃料電池セル4が2列になって配置されている。これらの燃料電池
セル4は、電気的に直列に配置されている。
In the fuel cell module FC, ten fuel cell stacks 400 are arranged side by side in a space sealed by the cover member 1 and the base member 2. In each fuel cell stack 400, 16 fuel cells 4 are arranged in two rows. These fuel cells 4 are electrically arranged in series.

各燃料電池セル4は、管状であり、燃料電池セル4の管内を流れるガスと、その管外を
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、酸素を含む空気である。
Each fuel battery cell 4 has a tubular shape, and is operated by the action of a gas flowing inside the pipe of the fuel battery cell 4 and a gas flowing outside the pipe. 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 air.

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。
The fuel cell unit 30 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。
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. Electrolyte exposed peripheral surface 46a exposed to 48
And are 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.

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、30μ
m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, and the thickness of the electrolyte layer 46 is, for example, 30 μm.
m, and the thickness of the outer electrode layer 48 is, for example, 30 μm, and the outer diameter thereof is, for example,
1-10 mm.

内側電極端子40は、内側電極外周面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40
b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 disposed so as to cover the inner electrode outer peripheral surface 44a from the outside over the entire circumference and is electrically connected thereto, and a tubular portion extending from the main body portion 40a in the longitudinal direction of the fuel cell 4 40b. Body portion 40a and tubular portion 40
b is cylindrical and is 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、外側電極外周面48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 outer peripheral surface 48 from the outside over the entire circumference and is electrically connected thereto, and the fuel cell 4 from the main body portion 42a.
And a tubular portion 42b extending in the longitudinal direction. Main body portion 42a and tubular portion 42b
Is 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. The step portion 42d between the main body portion 42a and the tubular portion 42b has an end face 44c of the outer electrode layer 48, the electrolyte layer 46, and the inner electrode layer 44 through the annular insulating member 52.
Abut.

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 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 are provided.

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列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、42
b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4
00b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 each of the tubular portions 40b, 42 of the fuel cell unit 30 so as to support the fuel cell unit 30 in 2 rows × 8 rows.
It has a through-hole (not shown in the figure) that fits into b. Upper support plate 400a and lower support plate 4
00b is made of an electrically insulating material, for example, heat-resistant ceramic. 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3
0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. In detail, the fuel cell unit 30 includes the adjacent fuel cell unit 3.
The zero inner electrode terminals 40 are alternately arranged on the upper side and the lower side. Furthermore,
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. Sixteen fuel cell units 30 connected in series
Each of the inner electrode terminal 40 and the outer electrode terminal 42 at both ends 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1〜3に戻り、燃料電池モジュールFCについて説明する。カバー部材1は、側壁1
01,103,104,105、及び天井102によって直方体状に形成されている。側
壁101〜105の端部にはフランジ部1aが形成されている。カバー部材1のフランジ
部1aをベース部材2に当接させることで、カバー部材1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。
1-3, the fuel cell module FC will be described. Cover member 1 is side wall 1
01, 103, 104, 105 and the ceiling 102 are formed in a rectangular parallelepiped shape. A flange portion 1 a is formed at the end portions of the side walls 101 to 105. By bringing the flange portion 1 a of the cover member 1 into contact with the base member 2, a space sealed by the cover member 1 and the base member 2 is formed.

カバー部材1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。
An internal space formed by the cover member 1 and the base member 2 is separated into two spaces by a 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.

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4
00bとほぼ同じ形状の開口部(図に明示しない)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, the lower support plate 4 of the fuel cell stack 400 is formed on the upper surface of the gas tank 3.
An opening (not shown) having substantially the same shape as 00b is provided, and the gas tank 3 and each fuel cell stack 400 are connected with the lower support plate 400b in close contact with the opening. Therefore, the fuel cells 4 constituting the fuel cell stack 400 are erected on the gas tank 3 with their tip portions facing upward.

各燃料電池セルスタック400の上方には燃焼触媒を配置するための燃焼触媒設置部7
が設けられている。燃焼触媒設置部7は、メッシュ状のトレイを有しており、そのトレイ
に燃焼触媒を配置する。燃焼触媒としては、アルミナの球体表面に白金を付与したものが
用いられる。尚、この燃焼触媒は、後述する改質触媒とは異なり、燃料ガスの燃焼を促進
するためのものである。
Above each fuel cell stack 400 is a combustion catalyst installation portion 7 for arranging a combustion catalyst.
Is provided. The combustion catalyst installation part 7 has a mesh-shaped tray, and arranges the combustion catalyst on the tray. As the combustion catalyst, an alumina sphere surface with platinum added thereto is used. In addition, this combustion catalyst is for accelerating | stimulating combustion of fuel gas unlike the reforming catalyst mentioned later.

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を通って
、燃焼触媒設置部7の近傍まで上昇する。また、燃料電池セル4の外側を流れる空気も、
燃焼触媒設置部7の近傍まで上昇する。燃焼触媒設置部7の近傍には、燃焼ガスと空気と
の燃焼を開始させるための点火装置(図に明示しない)が設けられており、この点火装置
と燃焼触媒との作用により燃料ガスと空気とが混合して燃焼する。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、上方からはこの燃焼によって加熱される。
The fuel gas rises from the gas tank 3 to the vicinity of the combustion catalyst installation portion 7 through the in-pipe flow path 30 c of the fuel cell unit 30. In addition, the air flowing outside the fuel cell 4 is
It rises to the vicinity of the combustion catalyst installation part 7. An ignition device (not shown in the figure) for starting combustion of combustion gas and air is provided in the vicinity of the combustion catalyst installation portion 7, and fuel gas and air are produced by the action of this ignition device and the combustion catalyst. And mix and burn. Accordingly, the fuel cells 4 constituting the fuel cell stack 400 are heated by this combustion from above.

燃料ガスは、燃料ガス供給管8を通って燃料電池モジュールFC内に導入される。燃料
ガス供給管8は、改質器5に繋がっている。改質器5にはまた、空気供給管9も繋がって
いる。燃料ガス供給管8と空気供給管9とは、改質器5に繋がる前に合流しており、改質
器5には予め混合された燃料ガスと空気とが供給可能なように構成されている。図1〜3
には明示しないが本実施形態では、燃料ガス供給管8と空気供給管9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に供給する燃料ガスと空気との比率を変更可能なように構
成されている。
The fuel gas is introduced into the fuel cell module FC through the fuel gas supply pipe 8. The fuel gas supply pipe 8 is connected to the reformer 5. An air supply pipe 9 is also connected to the reformer 5. The fuel gas supply pipe 8 and the air supply pipe 9 are joined before being connected to the reformer 5, and the reformer 5 is configured to be able to supply a premixed fuel gas and air. Yes. 1-3
In the present embodiment, an electromagnetic valve is attached to each of the fuel gas supply pipe 8 and the air supply pipe 9, and each electromagnetic valve responds to an instruction signal output from a CPU as a control unit. The ratio between the fuel gas and the air supplied to the reformer 5 can be changed.

改質器5に導入された燃料ガス(水蒸気が混合されている場合もあり)及び空気(燃料
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及び空気は、導出管6を通ってガスタンク3へと供給される。改質器5に対して燃料ガス供給管8及び空気供給管9が繋がっている部分と、改質器5に対して導出管6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。
Fuel gas (which may be mixed with water vapor) and air (which may be only fuel gas) introduced into the reformer 5 are reformed by the reforming catalyst contained in the reformer 5. Is done.
The reformed fuel gas and air are supplied to the gas tank 3 through the outlet pipe 6. The part where the fuel gas supply pipe 8 and the air supply pipe 9 are connected to the reformer 5 and the part where the outlet pipe 6 is connected to the reformer 5 are near one end and the other end in the longitudinal direction. It is separated from the neighborhood. As a result, the fuel gas and air supplied to the reformer 5 can sufficiently touch 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。ここで改質触媒201は担体に触媒本体を付与したものとする。これらの改質触媒は球体である。一方、改質器5には、燃料ガス供給管8及び空気供給管9、導出管6が繋がっており、これらが繋がっている接続部分においては、開口部として円形の穴が形成されている。改質触媒が開口部よりも小さければ、改質器5から改質触媒が流出してしまうので、本実施形態の場合は流出防止部を設けている。この流出防止部を設けている改質器5について、図6、図7、図8、及び図9を参照しながら説明する。
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. Here, it is assumed that the reforming catalyst 201 is provided with a catalyst body on a carrier. These reforming catalysts are spheres. On the other hand, the reformer 5 is connected to a fuel gas supply pipe 8, an air supply pipe 9, and a lead-out pipe 6, and a circular hole is formed as an opening in a connection portion where these are connected. If the reforming catalyst is smaller than the opening, the reforming catalyst flows out from the reformer 5, and therefore, in this embodiment, an outflow prevention unit is provided. The reformer 5 provided with this outflow prevention part will be described with reference to FIGS. 6, 7, 8, and 9. FIG.

図6は、改質器5の外観を示す斜視図である。改質器5は、枠体52を板材51及び板
材52で挟み込み、その内部に改質触媒を収める空間が形成されるように構成されている
。板材51には導出管6が繋がっている。板材53には、燃料ガス供給管8と空気供給管
9とが合流した供給管80と、水蒸気供給管81とが繋がっている。
FIG. 6 is a perspective view showing the appearance of the reformer 5. The reformer 5 is configured so that the frame body 52 is sandwiched between the plate material 51 and the plate material 52 and a space for accommodating the reforming catalyst is formed therein. The outlet pipe 6 is connected to the plate material 51. Connected to the plate member 53 are a supply pipe 80 in which the fuel gas supply pipe 8 and the air supply pipe 9 are joined, and a water vapor supply pipe 81.

図7は、改質器5に供給管80が繋がっている接続部分5aを示す断面図である。改質器5の中には改質触媒201が充填されており、そのとき燃料ガスは矢印Cから矢印Dの方向へ流れていく。供給管80は板材53を貫通しており、供給管80の開口部80aには流出防止部として網(図に明示しない)が備わっている。供給管80の開口部80aと配置防止手段である板材81との距離をG、改質触媒201の直径をHとすると、GはG<Hとなるように供給管80および板材81が配置されている。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection portion 5 a in which a supply pipe 80 is connected to the reformer 5. The reformer 5 is filled with the reforming catalyst 201, and the fuel gas then flows from the arrow C to the arrow D. The supply pipe 80 penetrates the plate material 53, and the opening 80a of the supply pipe 80 is provided with a net (not shown in the drawing) as an outflow prevention part. When the distance between the opening 80a of the supply pipe 80 and the plate 81 serving as the arrangement preventing means is G and the diameter of the reforming catalyst 201 is H, the supply pipe 80 and the plate 81 are arranged so that G is G <H. ing.

改質器5に改質触媒201を供給管80の開口部80a直上に配置させないために、板材81を配置することで、改質触媒201が供給間80に流出するのを防止することができるとともに、長時間運転時に改質触媒の一部が熱劣化により壊れて生じた欠片が鉛直方向に落下し供給管80の開口部80aの網に堆積することを防止することができるため、改質器の改質能力を低下させることなく、長時間発揮することができる。さらに、触媒の欠片を吹き飛ばすための欠片詰まり防止手段を有さないため、改質器の内部構造がシンプルになる。本実施例においては供給管80にて示しているが、導出管6でも同様である。なお、配置防止手段である板材81の代わりに触媒の欠片を吹き飛ばすための送風手段を用いてもよい。その場合、触媒の欠片が飛ばされるため、供給管80の開口部80aの網に落下し堆積することを防止することができる。 In order not to arrange the reforming catalyst 201 directly above the opening 80 a of the supply pipe 80 in the reformer 5, it is possible to prevent the reforming catalyst 201 from flowing into the supply interval 80 by arranging the plate material 81. At the same time, it is possible to prevent fragments generated by part of the reforming catalyst from being damaged due to thermal degradation during a long time operation and falling in the vertical direction and being deposited on the net of the opening 80a of the supply pipe 80. This can be achieved for a long time without reducing the reforming ability of the vessel. Furthermore, since there is no fragment clogging prevention means for blowing off the catalyst fragments, the internal structure of the reformer becomes simple. Although the supply pipe 80 is shown in this embodiment, the same applies to the outlet pipe 6. In addition, you may use the ventilation means for blowing off the catalyst piece instead of the board | plate material 81 which is an arrangement | positioning prevention means. In this case, since the catalyst fragments are blown off, it is possible to prevent the catalyst fragments from being dropped and deposited on the mesh of the opening 80a of the supply pipe 80.

図8は、改質器5に供給管80が繋がっている接続部分5bを示す断面図である。改質器5の中には改質触媒201が充填されており、そのとき燃料ガスは矢印Eから矢印Fの方向へ流れていく。供給管80は板材53を貫通しており、供給管80の開口部80aには流出防止部として網(図に明示しない)が備わっている。供給管80の開口部80aと配置防止手段である板材51との距離をI、改質触媒201の直径をJとすると、IはI<Jとなるように供給管80および板材51が配置されている。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing a connection portion 5 b in which a supply pipe 80 is connected to the reformer 5. The reformer 5 is filled with the reforming catalyst 201, and the fuel gas then flows from the arrow E to the arrow F. The supply pipe 80 penetrates the plate material 53, and the opening 80a of the supply pipe 80 is provided with a net (not shown in the drawing) as an outflow prevention part. When the distance between the opening 80a of the supply pipe 80 and the plate material 51 as the arrangement preventing means is I and the diameter of the reforming catalyst 201 is J, the supply pipe 80 and the plate material 51 are arranged so that I is I <J. ing.

改質器5に改質触媒201を供給管80の開口部80a直上に配置させないために、板材51を配置することで、改質触媒201が供給間80に流出するのを防止することができるとともに、長時間運転時に改質触媒の一部が熱劣化により壊れて生じた欠片が鉛直方向に落下し供給管80の開口部80aの網に堆積することを防止することができるため、改質器の改質能力を低下させることなく、長時間発揮することができる。さらに、触媒の欠片を吹き飛ばすための欠片詰まり防止手段を有さないため、改質器の内部構造がシンプルになる。本実施例においては供給管80にて示しているが、導出管6でも同様である。さらに改質器5の中に板材を配置しないため、ガスの流れを阻害することがない。 In order not to arrange the reforming catalyst 201 directly above the opening 80 a of the supply pipe 80 in the reformer 5, it is possible to prevent the reforming catalyst 201 from flowing into the supply interval 80 by arranging the plate material 51. At the same time, it is possible to prevent fragments generated by part of the reforming catalyst from being damaged due to thermal degradation during a long time operation and falling in the vertical direction and being deposited on the net of the opening 80a of the supply pipe 80. This can be achieved for a long time without reducing the reforming ability of the vessel. Furthermore, since there is no fragment clogging prevention means for blowing off the catalyst fragments, the internal structure of the reformer becomes simple. Although the supply pipe 80 is shown in this embodiment, the same applies to the outlet pipe 6. Furthermore, since no plate material is disposed in the reformer 5, the gas flow is not hindered.

図1〜3に戻り、燃料電池モジュールFCについて説明する。カバー部材1の側壁10
1,103,104,105、及び天井102は、二重壁構造になっており、その二重壁
の間の空間を気体が通過可能なように構成されている。側壁101の内部空間と、天井1
02の内部空間と、側壁103の内部空間とはそれぞれ繋がっている。側壁101には空
気供給管10が連通されていて、空気が供給されるように構成されている。
1-3, the fuel cell module FC will be described. Side wall 10 of cover member 1
1, 103, 104, 105 and the ceiling 102 have a double wall structure, and are configured so that gas can pass through the space between the double walls. The interior space of the side wall 101 and the ceiling 1
The internal space 02 and the internal space of the side wall 103 are connected to each other. An air supply pipe 10 is communicated with the side wall 101 so that air is supplied.

側壁101に供給された空気は、天井102から側壁103へと流れ、その流れる過程
において発電室16内から伝わる熱によって加熱されるように構成されている。側壁10
3へ流れ込んだ空気は、空気流路103a,103bに流れ込むように構成されている。
空気流路103a,103bは、側壁103から側壁101へ向けて延びるように形成さ
れている。空気流路103aは、側壁105の内側であって、仕切り板15の上面近傍に
沿って配置されている。空気流路103bは、側壁104の内側であって、仕切り板15
の上面近傍に沿って配置されている。空気流路103a,103bのそれぞれには所定間
隔をおいて、空気流入孔103c,103dが設けられている。側壁103から空気流路
103a,103bのそれぞれに流れ込んだ空気は、空気流入孔103c,103dを通
って発電室16内へと流れ込むように構成されている。
The air supplied to the side wall 101 flows from the ceiling 102 to the side wall 103 and is heated by heat transmitted from the power generation chamber 16 in the flow process. Side wall 10
The air that has flowed into the air flow path 3 is configured to flow into the air flow paths 103a and 103b.
Air flow paths 103 a and 103 b are formed to extend from side wall 103 toward side wall 101. The air flow path 103 a is disposed inside the side wall 105 and along the vicinity of the upper surface of the partition plate 15. The air flow path 103b is inside the side wall 104, and the partition plate 15
It is arrange | positioned along the upper surface vicinity. Air inflow holes 103c and 103d are provided in each of the air flow paths 103a and 103b at a predetermined interval. The air that flows into the air flow paths 103a and 103b from the side wall 103 is configured to flow into the power generation chamber 16 through the air inflow holes 103c and 103d.

空気流入孔を通って発電室16内へと流れ込んだ空気は、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
30cを通った燃料ガスと合わせて燃焼される。
The air that has flowed into the power generation chamber 16 through the air inflow holes flows from the bottom to the top of each fuel cell 4. The air that reaches the upper side of each fuel cell 4 is burned together with the fuel gas that has passed through the in-pipe flow path 30 c of each fuel cell 4.

側壁104の内側上端には、排気ガス流出スリット104aが設けられている。各燃料
電池セル4の上方において燃料ガスと空気とが燃焼して発生した排気ガスは、排気ガス流
出スリット104aを通って側壁104の内部空間に入る。側壁104へと入り込んだ排
気ガスは、側壁104の内部空間を下方へと流れ、排気ガス室17へと至って一時的に貯
留される。側壁105も側壁104と同様の構成を採用しており、排気ガスは同様に側壁
105の内部空間を下方へと流れ、排気ガス室17へと至る。排気ガス室17へと至った
排気ガスは、排気ガス管11を通って燃料電池モジュールFCの外部へと排出される。
An exhaust gas outflow slit 104 a is provided at the inner upper end of the side wall 104. Exhaust gas generated by combustion of fuel gas and air above each fuel battery cell 4 enters the inner space of the side wall 104 through the exhaust gas outflow slit 104a. The exhaust gas that has entered the side wall 104 flows downward through the internal space of the side wall 104, reaches the exhaust gas chamber 17, and is temporarily stored. The side wall 105 has the same configuration as that of the side wall 104, and the exhaust gas similarly flows downward in the internal space of the side wall 105 and reaches the exhaust gas chamber 17. The exhaust gas that has reached the exhaust gas chamber 17 is discharged to the outside of the fuel cell module FC through the exhaust gas pipe 11.

本実施形態では、排気ガス室17内部に改質器5が配置されている。改質器5は、仕切
り板15に当接して配置されており、改質器5で発生した熱は仕切り板15に伝熱される
ように構成されている。排気ガス室17には上述したように燃料ガスと空気とが燃焼した
際の排気ガスが流入し、排気ガスは高温である。従って、排気ガス室17に排気ガスが貯
留すると、排気ガス室17内部に配置されている改質器5に熱を与えて昇温するように構
成されている。改質器5にはまた、ヒータ12が当接して設けられている。排気ガス室1
7に流入する排気ガスの温度が高くない場合には、ヒータ12に通電して改質器5が昇温
される。本実施形態では、改質器5が排気ガス室17内部に配置され、かつ改質器5は仕
切り板15に当接して配置されているが、改質器5の配置態様はこれに限られるものでは
ない。改質器5が排気ガス室17内部に配置されていない場合であっても、排気ガス室1
7から熱を伝達され得る位置に配置されていれば、上述したような排気ガスの熱を利用し
て改質器5を昇温することができる。また、改質器5が仕切り板15に当接していない場
合であっても、改質器5が発生する熱が発電室16内部に伝達され得る位置に配置されて
いれば、後述するように改質器5が発生する熱を利用して燃料電池モジュールFCの急速
起動に寄与することができる。
In the present embodiment, the reformer 5 is disposed inside the exhaust gas chamber 17. The reformer 5 is disposed in contact with the partition plate 15, and the heat generated in the reformer 5 is configured to be transferred to the partition plate 15. As described above, the exhaust gas from the combustion of the fuel gas and air flows into the exhaust gas chamber 17, and the exhaust gas is at a high temperature. Therefore, when the exhaust gas is stored in the exhaust gas chamber 17, the temperature is raised by applying heat to the reformer 5 disposed inside the exhaust gas chamber 17. The reformer 5 is also provided with a heater 12 in contact therewith. Exhaust gas chamber 1
When the temperature of the exhaust gas flowing into 7 is not high, the heater 12 is energized and the reformer 5 is heated. In the present embodiment, the reformer 5 is disposed inside the exhaust gas chamber 17 and the reformer 5 is disposed in contact with the partition plate 15, but the arrangement of the reformer 5 is limited to this. It is not a thing. Even if the reformer 5 is not disposed inside the exhaust gas chamber 17, the exhaust gas chamber 1
If it is arranged at a position where heat can be transferred from the heater 7, the temperature of the reformer 5 can be raised using the heat of the exhaust gas as described above. Even when the reformer 5 is not in contact with the partition plate 15, as long as the heat generated by the reformer 5 is disposed at a position where the heat can be transmitted into the power generation chamber 16, as will be described later. The heat generated by the reformer 5 can be used to contribute to the rapid start-up of the fuel cell module FC.

続いて、本実施形態に係る燃料電池モジュールFCを含む燃料電池の動作及びその運転
方法について説明する。尚、以下の説明においては便宜上、燃料電池モジュールFCの動
作を説明することでその燃料電池モジュールFCを含む燃料電池の説明としている。
Subsequently, the operation of the fuel cell including the fuel cell module FC according to the present embodiment and the operation method thereof will be described. In the following description, for the sake of convenience, the operation of the fuel cell module FC is described to describe the fuel cell including the fuel cell module FC.

本実施形態に係る燃料電池モジュールFCの運転方法は、着火工程と、改質工程と、ガ
ス供給工程と、セル作動工程と、燃焼工程と、を備えている。これらの工程は、後述する
ように必ずしも順次実行される工程ではなく、並行して実行されたり、順番を変えて実行
されたりする工程である。
The operation method of the fuel cell module FC according to the present embodiment includes an ignition process, a reforming process, a gas supply process, a cell operation process, and a combustion process. As will be described later, these steps are not necessarily executed sequentially, but are executed in parallel or executed in a different order.

先ず、燃料電池モジュールFCを温めるために、燃料電池モジュールFCを含む回路に
負荷をかけない状態、即ち、燃料電池モジュールFCを含む回路を開いた状態で、燃料電
池モジュールFCに燃料ガスと空気を供給する。この段階では、燃料ガスと空気が存在し
ても、回路に電流が流れないので、燃料電池モジュールFCは、発電を行わない。
First, in order to warm the fuel cell module FC, fuel gas and air are supplied to the fuel cell module FC without applying a load to the circuit including the fuel cell module FC, that is, with the circuit including the fuel cell module FC open. Supply. At this stage, even if fuel gas and air are present, no current flows through the circuit, so the fuel cell module FC does not generate power.

詳細には、燃料ガスを供給する。具体的には、燃料ガスを燃料ガス供給管8に供給して
、ガスタンク3内に貯める。それにより、各燃料電池セルユニット30への均一且つ一様
な燃料ガスの供給を確保する。ガスタンク3内に溜まった燃料ガスが、燃料電池セルユニ
ット30の管内流路30cを通って流れ、内側電極層44に作用する。作用しなかった燃
料ガスが、各燃料電池セルユニット30の上部空間に達する。
Specifically, fuel gas is supplied. Specifically, the fuel gas is supplied to the fuel gas supply pipe 8 and stored in the gas tank 3. Thereby, uniform and uniform supply of fuel gas to each fuel cell unit 30 is ensured. The fuel gas accumulated in the gas tank 3 flows through the in-pipe flow path 30 c of the fuel cell unit 30 and acts on the inner electrode layer 44. The fuel gas that did not act reaches the upper space of each fuel cell unit 30.

また、大気中の空気を供給する。具体的には、大気中の空気をブロア等によって空気供
給管10に供給し、側壁101から天井102、側壁103へと流す。次いで、空気流路
103a,103bへと空気を通して、空気流入孔103c,103dから空気を発電室
16内へと導く。発電室16内へと導かれた空気は、外側電極層48と作用する。作用し
なかった空気は、各燃料電池セルユニット30の上方に達する。
In addition, air in the atmosphere is supplied. Specifically, air in the atmosphere is supplied to the air supply pipe 10 by a blower or the like, and flows from the side wall 101 to the ceiling 102 and the side wall 103. Next, the air is introduced into the power generation chamber 16 from the air inflow holes 103c and 103d through the air flow paths 103a and 103b. The air guided into the power generation chamber 16 acts with the outer electrode layer 48. The air that did not act reaches above each fuel cell unit 30.

次いで、スパークプラグ又はヒータ等の点火装置(図示しない)を用いて、燃焼ガスと
空気とを燃焼させる(着火工程、燃焼工程)。それにより生じた排気ガスは、高温になる
。排気ガスは、側壁104,105の内部空間に導かれて、排気ガス室17へと流入する
。排気ガス室17へと流入した排気ガスは、排気ガス管11から排出される。
Next, the combustion gas and air are combusted using an ignition device (not shown) such as a spark plug or a heater (ignition process, combustion process). The exhaust gas generated thereby becomes high temperature. The exhaust gas is guided to the internal space of the side walls 104 and 105 and flows into the exhaust gas chamber 17. Exhaust gas flowing into the exhaust gas chamber 17 is discharged from the exhaust gas pipe 11.

燃料ガスと空気とが燃焼する際に、発電室16内が昇温される。外部から導入される空
気は、側壁101、天井102、側壁103と流れる間に、発電室16内と熱交換を行っ
て暖められる。高温の排気ガスは、排気ガス室17へと流入し、排気ガス室17内を昇温
する。排気ガス室17内部に改質器5が設けられているので、改質器5も昇温される。
When the fuel gas and air burn, the temperature in the power generation chamber 16 is raised. While the air introduced from the outside flows through the side wall 101, the ceiling 102, and the side wall 103, the air is heated by exchanging heat with the power generation chamber 16. The hot exhaust gas flows into the exhaust gas chamber 17 and raises the temperature in the exhaust gas chamber 17. Since the reformer 5 is provided inside the exhaust gas chamber 17, the temperature of the reformer 5 is also raised.

続いて、炭化水素系の都市ガスと空気とを予め混合したガスを改質器5に供給する(改
質工程)。改質器5においては、式(1)の部分酸化改質反応が進行する。この部分酸化
改質反応は発熱反応であるので、起動性が良好であり、更には改質器5から仕切り板15
を介して熱が発電室16へと伝熱される。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、上方からは燃料ガスと空気の混合燃焼による熱によって加熱され、
下方からはこの伝熱によって加熱されるので、加熱部分によって挟まれることになって均
等な昇温が可能となる。
Subsequently, a gas obtained by mixing hydrocarbon-based city gas and air in advance is supplied to the reformer 5 (reforming step). In the reformer 5, the partial oxidation reforming reaction of the formula (1) proceeds. Since this partial oxidation reforming reaction is an exothermic reaction, the startability is good, and further, the reformer 5 and the partition plate 15
The heat is transferred to the power generation chamber 16 via. Therefore, the fuel battery cell 4 constituting the fuel battery cell stack 400 is heated from above by the heat of the mixed combustion of fuel gas and air,
Since it is heated by this heat transfer from below, it is sandwiched between the heated portions, and a uniform temperature rise is possible.

CmHn+m/2O2 → mCO+nH2 (1)   CmHn + m / 2O2 → mCO + nH2 (1)

部分酸化反応の実行開始から所定時間経過後、都市ガスと空気と水蒸気とを予め混合し
たガスを改質器5に供給する(改質工程)。改質器5においては、上述の部分酸化改質反
応と後述する水蒸気改質反応とが併用されたオートサーマル改質反応が進行する。このオ
ートサーマル改質反応は、熱的に内部バランスが取れるので、改質器5内では熱自立しな
がら反応が進行する。この段階では、既に起動の初期段階を過ぎており、発電室16内が
ある程度の温度に昇温されているので、改質器5から伝熱される熱量は前述の段階よりも
少なくなる。
After a predetermined time has elapsed since the start of the partial oxidation reaction, a gas in which city gas, air and water vapor are mixed in advance is supplied to the reformer 5 (reforming step). In the reformer 5, an autothermal reforming reaction in which the partial oxidation reforming reaction described above and a steam reforming reaction described later are used together proceeds. Since this autothermal reforming reaction is thermally balanced internally, the reaction proceeds in the reformer 5 while being thermally independent. At this stage, the initial stage of startup has already passed, and the temperature inside the power generation chamber 16 has been raised to a certain temperature. Therefore, the amount of heat transferred from the reformer 5 is less than that described above.

オートサーマル改質反応の実行開始から所定時間経過後、都市ガスと水蒸気とを予め混
合したガスを改質器5に供給する(改質工程)。改質器5においては、式(2)の水蒸気
改質反応が進行する。この水蒸気改質反応は吸熱反応であるので、熱的に安定的であり、
排気ガス室17に流入する排気ガスと熱バランスをとりながら反応が進行する。
After a predetermined time has elapsed from the start of the execution of the autothermal reforming reaction, a gas obtained by previously mixing city gas and water vapor is supplied to the reformer 5 (reforming step). In the reformer 5, the steam reforming reaction of Formula (2) proceeds. Since this steam reforming reaction is an endothermic reaction, it is thermally stable,
The reaction proceeds while maintaining heat balance with the exhaust gas flowing into the exhaust gas chamber 17.

CmHn+H2O → mCO+2nH2 (2)   CmHn + H2O → mCO + 2nH2 (2)

上述したように着火工程から燃焼工程の進行に合わせて改質工程を切り替えていくこと
で、発電室16内の温度が徐々に上昇する。発電室16内及び燃料電池セル4の温度が、
燃料電池モジュールFCを安定的に作動させる定格温度よりも低い所定の発電温度に達し
たら、燃料電池モジュールFCを含む回路を閉じる。それにより、燃料電池モジュールF
Cは発電を開始し、回路に電流が流れる(セル作動工程)。燃料電池の発電により、燃料
電池セル4自体も発熱し、更に、燃料電池セル4の温度が上昇する。その結果、燃料電池
モジュールFCを作動させる定格温度、例えば、600〜800℃になる。
As described above, the temperature in the power generation chamber 16 is gradually increased by switching the reforming process in accordance with the progress of the combustion process from the ignition process. The temperature in the power generation chamber 16 and the fuel cell 4 is
When a predetermined power generation temperature lower than the rated temperature at which the fuel cell module FC is stably operated is reached, the circuit including the fuel cell module FC is closed. Thereby, the fuel cell module F
C starts power generation, and current flows through the circuit (cell operation process). Due to the power generation of the fuel cell, the fuel cell 4 itself also generates heat, and the temperature of the fuel cell 4 rises. As a result, the temperature reaches a rated temperature at which the fuel cell module FC is operated, for example, 600 to 800 ° C.

その後、定格温度を維持するために、燃料電池セル4で消費される燃料ガス及び空気の
量よりも多い量の燃料ガス及び空気を供給し、発電室16での燃焼を継続させる(燃焼工
程)。
Thereafter, in order to maintain the rated temperature, a larger amount of fuel gas and air than the amount of fuel gas and air consumed by the fuel cells 4 are supplied, and combustion in the power generation chamber 16 is continued (combustion process). .

続いて、図9を参照しながら、燃料電池モジュールFCを用いた燃料電池FCSの構
成について説明する。図9は、燃料電池FCSの構成を示すブロック図である。図9
に示すように、燃料電池FCSは、燃料電池モジュールFCと、燃料供給部FPと、空気
供給部APと、水供給部WPと、電力取出部EPと、制御部CS(制御部)とを備えてい
る。燃料供給部FP、空気供給部AP、水供給部WP、及び電力取出部EPは、燃料電池
FCSの補器ADを構成している。
Next, the configuration of the fuel cell FCS using the fuel cell module FC will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell FCS. FIG.
As shown, the fuel cell FCS includes a fuel cell module FC, a fuel supply unit FP, an air supply unit AP, a water supply unit WP, a power extraction unit EP, and a control unit CS (control unit). ing. The fuel supply unit FP, the air supply unit AP, the water supply unit WP, and the power extraction unit EP constitute an auxiliary device AD of the fuel cell FCS.

燃料供給部FPは、燃料供給源としての都市ガス配管から燃料ガスを燃料電池モジュー
ルFCに供給する部分であって、燃料ポンプ、電磁弁を有している。燃料供給部FPから
供給される燃料ガスは燃料ガス供給管8へと送り出される。
The fuel supply unit FP is a part that supplies fuel gas from a city gas pipe as a fuel supply source to the fuel cell module FC, and includes a fuel pump and an electromagnetic valve. The fuel gas supplied from the fuel supply unit FP is sent out to the fuel gas supply pipe 8.

空気供給部APは、空気供給源としての大気中から空気を燃料電池モジュールFCに供
給する部分であって、空気ブロア、電磁弁を有している。空気供給部APから供給される
空気は空気供給管8,9へと送り出される。
The air supply unit AP is a part that supplies air from the atmosphere as an air supply source to the fuel cell module FC, and includes an air blower and an electromagnetic valve. Air supplied from the air supply unit AP is sent out to the air supply pipes 8 and 9.

水供給部WPは、水供給源としての水道管から水を燃料電池モジュールFCに供給する
部分であって、水ポンプ、電磁弁を有している。水供給部WPから供給される水は、燃料
モジュールFC内部で水蒸気となって水蒸気供給管81へと送り出される。
The water supply unit WP is a part that supplies water from a water pipe as a water supply source to the fuel cell module FC, and includes a water pump and an electromagnetic valve. The water supplied from the water supply unit WP is sent to the water vapor supply pipe 81 as water vapor inside the fuel module FC.

電力取出部EPは、燃料電池モジュールFCから電力を取り出す部分であって、インバ
ータ等の電力変換装置を有している。電力取出部EPは、電極棒13,14と繋がってい
て、変換した電力は電力供給先へと送り出すように構成されている。
The power extraction unit EP is a part that extracts electric power from the fuel cell module FC, and includes a power conversion device such as an inverter. The power extraction unit EP is connected to the electrode rods 13 and 14, and the converted power is configured to be sent to a power supply destination.

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

FC…燃料電池モジュール、1…カバー部材、2…ベース部材、3…ガスタンク、4…
燃料電池セル、30…燃料電池セルユニット、400…燃料電池セルスタック、5…改質
器、6…導出管、7…燃焼触媒設置部、8…燃料ガス供給管、9,10…空気供給管、1
1…排気ガス管、12…ヒータ、13,14…電極棒、15…仕切り板、16…発電室、
17…排気ガス室
FC ... fuel cell module, 1 ... cover member, 2 ... base member, 3 ... gas tank, 4 ...
Fuel cell, 30 ... Fuel cell unit, 400 ... Fuel cell stack, 5 ... Reformer, 6 ... Outlet pipe, 7 ... Combustion catalyst installation part, 8 ... Fuel gas supply pipe, 9, 10 ... Air supply pipe 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Exhaust gas pipe, 12 ... Heater, 13, 14 ... Electrode rod, 15 ... Partition plate, 16 ... Power generation chamber,
17 ... Exhaust gas chamber

Claims (4)

空気と燃料ガスにより作動する複数の燃料電池セルを有する燃料電池セルスタックと、
前記複数の燃料電池セルそれぞれに燃料ガスを供給するためのガスタンクと、
前記燃料ガスを改質するための改質触媒を有する改質器と、
を備える燃料電池モジュールであって、
前記改質器に前記燃料ガスを供給するための供給管と、
前記改質器から改質後の燃料ガスを導出するための導出管と、を備え、
前記供給管または前記導出管は前記改質器の底面側に配置され、
前記改質器は、前記改質触媒を底面側に配置される前記供給管または前記導出管の少なくとも一方に流出させないための流出防止部を有し、
さらに前記改質触媒の欠片を詰まらせないための欠片詰まり防止手段を有する燃料電池モジュール。
A fuel cell stack having a plurality of fuel cells operated by air and fuel gas;
A gas tank for supplying fuel gas to each of the plurality of fuel cells;
A reformer having a reforming catalyst for reforming the fuel gas;
A fuel cell module comprising:
A supply pipe for supplying the fuel gas to the reformer;
An outlet pipe for extracting the reformed fuel gas from the reformer,
The supply pipe or the outlet pipe is disposed on the bottom side of the reformer,
The reformer has an outflow prevention part for preventing the reforming catalyst from flowing out to at least one of the supply pipe or the outlet pipe arranged on the bottom surface side,
Further, a fuel cell module having a fragment clogging prevention means for preventing clogging of the fragment of the reforming catalyst.
前記欠片詰まり防止手段は前記改質触媒の欠片を吹き飛ばすための送風手段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。 2. The fuel cell module according to claim 1, wherein the fragment clogging preventing means is a blowing means for blowing away the fragments of the reforming catalyst. 前記欠片詰まり防止手段は、前記改質触媒を、前記改質器の底面側に配置される前記供給管または前記導出管の少なくとも一方の開口部直上に配置させない配置防止手段である請求項1に記載の燃料電池モジュール。 2. The disposition clogging preventing means is an arrangement preventing means for preventing the reforming catalyst from being disposed immediately above an opening of at least one of the supply pipe and the outlet pipe arranged on the bottom surface side of the reformer. The fuel cell module described. 前記配置防止手段が前記供給管または導出管の少なくとも一方の開口部と前記改質器の天井との距離を、前記改質触媒の直径よりも短くなるように構成される配置防止手段であることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池モジュール。 The arrangement preventing means is an arrangement preventing means configured such that the distance between the opening of at least one of the supply pipe or the outlet pipe and the ceiling of the reformer is shorter than the diameter of the reforming catalyst. The fuel cell module according to claim 3.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015056267A (en) * 2013-09-11 2015-03-23 大阪瓦斯株式会社 Solid oxide type fuel battery

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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