JP2011216282A - Fuel battery cell aggregate - Google Patents

Fuel battery cell aggregate Download PDF

Info

Publication number
JP2011216282A
JP2011216282A JP2010082591A JP2010082591A JP2011216282A JP 2011216282 A JP2011216282 A JP 2011216282A JP 2010082591 A JP2010082591 A JP 2010082591A JP 2010082591 A JP2010082591 A JP 2010082591A JP 2011216282 A JP2011216282 A JP 2011216282A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
fuel cell
fuel
sealing material
crystallized glass
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
JP2010082591A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5418986B2 (en
Inventor
Shuichiro Saigan
修一郎 西願
Taiichiro Sakamoto
泰一郎 坂本
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.)
Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
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 Toto Ltd filed Critical Toto Ltd
Priority to JP2010082591A priority Critical patent/JP5418986B2/en
Publication of JP2011216282A publication Critical patent/JP2011216282A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5418986B2 publication Critical patent/JP5418986B2/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

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery with high reliability which can surely intercept inside and outside gas of a gas manifold.SOLUTION: The fuel battery cell aggregate includes: a plurality of fuel battery cells 84 electrically connected and working with fuel gas and oxidizer gas flowing from one end side to the other end side; and a gas manifold 66 to have the plurality of battery cells erected for supplying fuel gas to the fuel battery cells. A support part 68 of the gas manifold at a part with the plurality of fuel battery cells erected is made of an insulating material and provided with a sealing part 302 for sealing the insulating support part and a metallic arrangement part 160 with the insulating support part arranged. The sealing part is of a crystallized glass sealing material, and the fuel battery cell aggregate includes a pressing part for pressing the crystallized glass sealing material.

Description

本発明は、反応ガス(発電用ガス)により作動する複数の燃料電池セルを備えた燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell including a plurality of fuel cells operated by a reaction gas (power generation gas).

従来から、燃料電池の一種として、反応ガスにより作動する複数の燃料電池セルを備えた固体電解質形燃料電池(以下、「SOFC」ともいう)がある。このSOFCは、通常、発電室内に配設された複数の燃料電池セルを備え、当該発電室内に供給された酸化剤ガスとしての空気を当該燃料電池セルのカソード電極に供給し、当該燃料電池セルのアノード電極には、ガスマニホールドを介して供給される燃料ガスとしての水素ガスを供給することで、発電反応を起こすことができるように構成されている。   Conventionally, as a type of fuel cell, there is a solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as “SOFC”) provided with a plurality of fuel cells operated by a reaction gas. This SOFC usually includes a plurality of fuel cells arranged in a power generation chamber, supplies air as an oxidant gas supplied into the power generation chamber to the cathode electrode of the fuel cell, and the fuel cell. The anode electrode is configured so that a power generation reaction can be caused by supplying hydrogen gas as a fuel gas supplied through a gas manifold.

このようなSOFCとして、例えば、ガス通路が形成されているセルを具備し、該セルの片端部が保持部材にガスタイトに固定されている燃料電池組立体において、該セルの片端部を固定材により保持部材に固定するとともに、固定材の表面および保持部材の表面がシール材によりガスタイトにシールされ、耐熱性が高くシール性が高い結晶化ガラスが用いられているものが紹介されている。(例えば、特許文献1参照)。 As such an SOFC, for example, in a fuel cell assembly that includes a cell in which a gas passage is formed and one end of the cell is fixed to a holding member in a gas tight manner, the one end of the cell is fixed by a fixing material. In addition to being fixed to the holding member, the surface of the fixing member and the surface of the holding member are sealed to gas tight with a sealing material, and crystal glass having high heat resistance and high sealing properties is used. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2005−183376号公報JP 2005-183376 A

結晶化ガラスはシールしてしまえば、高いシール性能を確保できる。しかしながら、結晶化ガラスは非晶質のガラスと比べると濡れ性が悪いため、シール部表面への濡れ不良によるシール不良が起こりやすい課題を持っている。   If the crystallized glass is sealed, high sealing performance can be secured. However, since crystallized glass has poor wettability compared with amorphous glass, it has a problem that seal failure is likely to occur due to poor wettability to the surface of the seal portion.

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、シール材として良好なシール性能を有する結晶化ガラスの特性はそのままに、濡れ性が悪い問題を解決し、ガスマニホールドの内外のガスを確実に遮断できる信頼性の高い燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and solves the problem of poor wettability while maintaining the characteristics of crystallized glass having good sealing performance as a sealing material. An object of the present invention is to provide a highly reliable fuel cell that can be reliably shut off.

この目的を達成するため本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとが一端側から他端側へ流れることにより作動する電気的に接続される複数の燃料電池セルと、前記複数の燃料電池セルが立設されるとともに、前記燃料電池セルへ前記燃料ガスを供給するガスマニホールドと、を備える燃料電池セル集合体であって、前記複数の燃料電池セルが立設される部分のガスマニホールドの支持部は、絶縁性部材である絶縁性支持部であり、前記絶縁性支持部と、前記絶縁性支持部が配置される金属製の配置部と、をシールするシール部を備え、前記シール部は結晶化ガラスシール材であり、前記結晶化ガラスシール材を押さえる押さえ部を備えることを特徴とする燃料電池セル集合体を提供するものである。   In order to achieve this object, the present invention provides a plurality of electrically connected fuel cells that operate when fuel gas and oxidant gas flow from one end to the other end, and the plurality of fuel cells. And a gas manifold for supplying the fuel gas to the fuel cells, and a support portion of the gas manifold at a portion where the plurality of fuel cells are erected Is an insulating support portion that is an insulating member, and includes a seal portion that seals the insulating support portion and a metal placement portion on which the insulating support portion is disposed, the seal portion being a crystal A fuel cell assembly comprising a holding portion for pressing the crystallized glass sealing material.

この構成を備えた燃料電池セル集合体は、押さえ部により結晶化ガラスシール材を押しつぶし、結晶化ガラスシール材の接着面積を広げることにより、濡れ性が悪いという問題を解決することができる。すなわち、シール面全体に結晶化ガラスシール材が濡れ広がることから接着面積が増加し、シールされる部材との接合強度を上げることができる。よって濡れ性が悪いという不具合を解消することができる。   The fuel battery cell assembly having this configuration can solve the problem of poor wettability by crushing the crystallized glass sealing material by the pressing portion and expanding the bonding area of the crystallized glass sealing material. That is, since the crystallized glass sealing material spreads over the entire sealing surface, the bonding area increases, and the bonding strength with the member to be sealed can be increased. Therefore, the problem of poor wettability can be solved.

また、本発明に係る燃料電池において、前記配置部の上側に前記結晶化ガラスシール材を介して前記絶縁性支持部の平板部を備えるとともに、前記平板部から前記ガスマニホールドの内側に向けて突出する絶縁性管路部を備えるように構成することができる。
このように構成することにより、ガスマニホールド外部にシール部や押さえ部を配置でき、シール部がガスマニホールド内にないため、ガスマニホールド内の燃料ガス流体の乱れを起こしにくく、燃料電池セルへガス供給をスムーズに行うことができる。
Further, in the fuel cell according to the present invention, a flat plate portion of the insulating support portion is provided above the arrangement portion via the crystallized glass sealing material, and protrudes from the flat plate portion toward the inside of the gas manifold. It can comprise so that it may be provided with the insulating pipe line part to do.
By configuring in this way, the seal part and the holding part can be arranged outside the gas manifold, and since the seal part is not in the gas manifold, it is difficult for the fuel gas fluid in the gas manifold to be disturbed, and gas is supplied to the fuel cells. Can be done smoothly.

そしてまた、本発明に係る燃料電池において、前記押さえ部は、前記絶縁性支持部の平板部の前記ガスマニホールド側の面を用いて、前記結晶化ガラスシール材を押さえる押さえ部であるように構成することができる。
このように構成することにより、絶縁性支持部の平板部のガスマニホールド側の面を利用しての結晶化ガラスシール材を押さえる荷重をかけることができる。よって絶縁支持部間など上面視絶縁支持部以外の部分に別途押さえ部を設ける必要がなく、絶縁支持部間距離を縮めることができ燃料電池セル集合体の小型化に寄与する。また、燃料電池セルの電極周りに余計なものが配置されないことから、電気ショートを防ぐことができる。
Further, in the fuel cell according to the present invention, the pressing portion is configured to be a pressing portion that presses the crystallized glass sealing material using a surface of the flat plate portion of the insulating support portion on the gas manifold side. can do.
By comprising in this way, the load which hold | suppresses the crystallized glass sealing material using the surface by the side of the gas manifold of the flat plate part of an insulating support part can be applied. Therefore, it is not necessary to provide a separate pressing portion in a portion other than the insulating support portion when viewed from the top, such as between the insulating support portions, and the distance between the insulating support portions can be reduced, which contributes to downsizing of the fuel cell assembly. Moreover, since an unnecessary thing is not arrange | positioned around the electrode of a fuel cell, an electrical short can be prevented.

また、本発明に係る燃料電池において、前記絶縁性支持部を前記燃料電池セルごとに備えるように構成することができる。
このように構成することにより、結晶化ガラスシール材の濡れ性向上も担いつつ、燃料電池セルごとにシール部を備えることができ、1シール部あたりのシールしている長さであるシール距離を短くすることができるので、シール難易度を下げシール精度を上げることができる。
In the fuel cell according to the present invention, the insulating support portion may be provided for each fuel cell.
By comprising in this way, while also carrying out the wettability improvement of a crystallized glass sealing material, a sealing part can be provided for every fuel cell, and the sealing distance which is the length sealed per 1 sealing part is set. Since it can be shortened, the sealing difficulty can be lowered and the sealing accuracy can be increased.

本発明によれば、シール材として良好なシール性能を有する結晶化ガラスの特性はそのままに、濡れ性が悪い問題を解決し、ガスマニホールドの内外のガスを確実に遮断できる信頼性の高い燃料電池を提供することができる。   According to the present invention, a highly reliable fuel cell that solves the problem of poor wettability while maintaining the characteristics of crystallized glass having good sealing performance as a sealing material, and can reliably shut off the gas inside and outside the gas manifold. Can be provided.

図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池を含む燃料電池システムを示す全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a fuel cell system including a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1に示す燃料電池の燃料電池モジュールを示す正面断面図である。FIG. 2 is a front sectional view showing the fuel cell module of the fuel cell shown in FIG. 図3は、図2に示すIII−III線に沿った断面図である。3 is a cross-sectional view taken along the line III-III shown in FIG. 図4は、図2に示す燃料電池の構成要素である燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。4 is a partial cross-sectional view showing a fuel cell unit which is a component of the fuel cell shown in FIG. 図5は、図4に示す複数の燃料電池セルユニットから構成された燃料電池セルスタック、及びシール部を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a fuel cell stack composed of a plurality of fuel cell units shown in FIG. 4 and a seal portion. 図6は、図2の一部である燃料電池セル集合体のシール部を示す断面拡大図である。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a seal portion of the fuel cell assembly which is a part of FIG. 図7は、本発明のシール部の変形例を示す断面拡大図である。FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a modification of the seal portion of the present invention. 図8は、図2に示す燃料電池の構成要素であるガスマニホールドを示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a gas manifold which is a component of the fuel cell shown in FIG. 図9は、図3に示す燃料電池モジュールの一部を模式的に拡大して示す図である。FIG. 9 is a schematic enlarged view of a part of the fuel cell module shown in FIG.

次に、本発明の実施形態に係る燃料電池について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。   Next, a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, embodiment described below is the illustration for demonstrating this invention, and this invention is not limited only to these embodiment. Therefore, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist thereof.

図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池を含む燃料電池システムを示す全体構成図、図2は、図1に示す燃料電池の燃料電池モジュールを示す正面断面図、図3は、図2に示すIII−III線に沿った断面図、図4は、図2に示す燃料電池の構成要素である燃料電池セルユニットを示す部分断面図、図5は、図4に示す複数の燃料電池セルユニットから構成された燃料電池セルスタック、及びシール部を示す斜視図、図6は、図2に示す燃料電池モジュールのシール部、及びガスマニホールドと燃料電池セルスタックのガスシール構造の一部を示す断面拡大図、図7は、本発明のシール部の変形例を示す断面拡大図、図8は、図2に示す燃料電池の構成要素であるガスマニホールドを示す斜視図である。なお、前記各図では、説明を判り易くするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載した。   1 is an overall configuration diagram showing a fuel cell system including a fuel cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front sectional view showing a fuel cell module of the fuel cell shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a fuel cell unit which is a component of the fuel cell shown in FIG. 2, and FIG. 5 is a plurality of fuel cells shown in FIG. FIG. 6 is a perspective view showing a fuel cell stack composed of units and a seal portion, and FIG. 6 shows a part of the gas seal structure of the fuel cell module and the gas manifold and fuel cell stack shown in FIG. FIG. 7 is an enlarged sectional view, FIG. 7 is an enlarged sectional view showing a modification of the seal portion of the present invention, and FIG. 8 is a perspective view showing a gas manifold which is a component of the fuel cell shown in FIG. In the drawings, for easy understanding, the thickness, size, enlargement / reduction ratio, etc. of each member are not matched with the actual ones.

図1に示す燃料電池システムFCSは、燃料電池1と、補機ユニット4とを備えて構成されている。   The fuel cell system FCS shown in FIG. 1 includes a fuel cell 1 and an auxiliary unit 4.

燃料電池1は、燃料電池モジュール2と、燃料電池モジュール2に接続され且つ燃料電池モジュール2から排出された排気ガスが供給される温水製造装置50と、温水製造装置50に接続され且つ温水製造装置50に水道水を供給する水供給源24と、燃料電池モジュール2に配設され、燃料電池モジュール2に供給される燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス52と、燃料電池モジュール2に接続され且つ燃料電池モジュール2により発電された電力を外部に供給するための電力取出部(電力変換部)であるインバータ54とを備えている。なお、温水製造装置50では、水供給源24から供給された水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。   The fuel cell 1 includes a fuel cell module 2, a hot water production apparatus 50 connected to the fuel cell module 2 and supplied with exhaust gas discharged from the fuel cell module 2, and a hot water production apparatus connected to the hot water production apparatus 50. A water supply source 24 for supplying tap water to 50, a control box 52 disposed in the fuel cell module 2 for controlling the supply amount of fuel gas supplied to the fuel cell module 2, and the fuel cell module 2 And an inverter 54 that is a power extraction unit (power conversion unit) for supplying the power generated by the fuel cell module 2 to the outside. In the hot water production apparatus 50, the tap water supplied from the water supply source 24 becomes hot water due to the heat of the exhaust gas, and is supplied to a hot water storage tank of an external water heater (not shown).

補機ユニット4は、水道等の水供給源24からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク26と、この純水タンク26から供給される水の流量を調整する水流量調整ユニット28と、都市ガス等の燃料ガス(被改質ガス)を供給する燃料供給源30と、燃料供給源30から供給された燃料ガスを遮断するガス遮断弁32と、前記燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器36と、前記燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット38と、酸化剤である空気を供給する空気供給源40と、空気供給源40から供給される空気を遮断する電磁弁42と、前記空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット44及び発電用空気流量調整ユニット45と、燃料流量調整ユニット38から供給された燃料ガスと改質用空気流量調整ユニット44から供給された改質用空気とを混合する混合部46とを備えている。   The auxiliary unit 4 stores a water from a water supply source 24 such as a water supply and uses a filter to obtain pure water, and a water flow rate adjustment for adjusting the flow rate of the water supplied from the pure water tank 26. A unit 28, a fuel supply source 30 for supplying a fuel gas (reformed gas) such as city gas, a gas shut-off valve 32 for shutting off the fuel gas supplied from the fuel supply source 30, and sulfur from the fuel gas A desulfurizer 36 for removing, a fuel flow rate adjusting unit 38 for adjusting the flow rate of the fuel gas, an air supply source 40 for supplying air as an oxidant, and air supplied from the air supply source 40 are shut off. The solenoid valve 42, the reforming air flow rate adjusting unit 44 and the power generation air flow rate adjusting unit 45 that adjust the flow rate of the air, and the fuel gas and the reforming air flow rate adjustment supplied from the fuel flow rate adjusting unit 38 And a mixing unit 46 for mixing the air supplied reforming the knit 44.

なお、本実施形態に係る燃料電池システムでは、改質器20に供給される改質用空気や発電室10に供給される発電用空気を加熱して起動時の昇温を効率よく行うためのヒータ等の加熱手段や、改質器20を別途加熱する加熱手段は設けられていない。   In the fuel cell system according to the present embodiment, the reforming air supplied to the reformer 20 and the power generation air supplied to the power generation chamber 10 are heated to efficiently raise the temperature at startup. No heating means such as a heater or heating means for separately heating the reformer 20 is provided.

次に、燃料電池モジュール2の内部構造について説明する。燃料電池モジュール2は、図1〜図3に示すように、ハウジング6を備え、このハウジング6の内部は、密封空間8となっている。この密封空間8の下方部分である発電室10には、燃料ガス(改質ガス)と酸化ガス(空気)とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体12が配置されている。また、密封空間8の発電室10の上方には、燃焼室18が形成され、この燃焼室18では、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼し、排気ガスを生成するようになっている。この燃焼室18の上方には、燃料ガス(被改質ガス)を改質する改質器20が配置され、前記残余ガスの燃焼熱によって改質器20を改質反応が可能な温度となるように加熱している。さらに、この改質器20の上方には、燃焼熱を受けて空気を加熱するための空気用熱交換器22が配置されている。また、密封空間8の発電室10の下方には、ガスマニホールド66が形成されている。また、ガスマニホールドには金属製の配置部160が形成されている。   Next, the internal structure of the fuel cell module 2 will be described. As shown in FIGS. 1 to 3, the fuel cell module 2 includes a housing 6, and the inside of the housing 6 is a sealed space 8. A fuel cell assembly 12 that performs a power generation reaction with a fuel gas (reformed gas) and an oxidizing gas (air) is disposed in a power generation chamber 10 that is a lower portion of the sealed space 8. In addition, a combustion chamber 18 is formed above the power generation chamber 10 in the sealed space 8. In this combustion chamber 18, the remaining fuel gas that has not been used for the power generation reaction and the remaining air burn, and exhaust gas is discharged. It is designed to generate. A reformer 20 for reforming the fuel gas (reformed gas) is disposed above the combustion chamber 18, and reaches a temperature at which the reformer 20 can undergo a reforming reaction by the combustion heat of the residual gas. So that it is heated. Further, an air heat exchanger 22 for receiving combustion heat and heating air is disposed above the reformer 20. A gas manifold 66 is formed below the power generation chamber 10 in the sealed space 8. Further, a metal arrangement portion 160 is formed in the gas manifold.

燃料電池セル集合体12は、10個の燃料電池セルスタック14を備えている。この燃料電池セルスタック14は、図5に示すように、16本の燃料電池セルユニット16を備えており、この構成により、燃料電池セル集合体12は、160本の燃料電池セルユニット16を有することになる。また、燃料電池セルユニット16の下端側及び上端側は、ガスマニホールドの絶縁性支持部である支持部材68及び上支持部材100により各々支持されている。これらの支持部材68及び上支持部材100には、後述する内側電極端子86が貫通可能な貫通孔68a及び100aが各々形成されている。また本実施例において、天板とはガスマニホールド上の燃料電池セルユニットを支持する開口部が形成された支持部材68である。また開口部とは貫通孔68aのことである。   The fuel cell assembly 12 includes ten fuel cell stacks 14. As shown in FIG. 5, the fuel cell stack 14 includes 16 fuel cell units 16. With this configuration, the fuel cell assembly 12 includes 160 fuel cell units 16. It will be. Further, the lower end side and the upper end side of the fuel cell unit 16 are respectively supported by a support member 68 and an upper support member 100 which are insulating support portions of the gas manifold. The support member 68 and the upper support member 100 are formed with through holes 68a and 100a through which an inner electrode terminal 86 described later can pass. In the present embodiment, the top plate is a support member 68 in which an opening for supporting the fuel cell unit on the gas manifold is formed. The opening is the through hole 68a.

燃料電池セルユニット16は、燃料電池セル84と、この燃料電池セル84の上下方向端部に各々接続された被支持部である内側電極端子86とを備えている。また、内側電極端子86は耐酸化性の金属または合金を材料としている。燃料電池セル84は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路88を形成する円筒形の内側電極層90と、円筒形の外側電極層92と、内側電極層90と外側電極層92との間にある電解質層94とを備えている。内側電極層90は、燃料ガスが通過する燃料極(アノード極)であり、外側電極層92は、空気と接触する空気極(カソード極)となっている。内側電極端子86の上部90aは、電解質層94と外側電極層92に対して露出された外周面90bと上端面90cとを有している。この内側電極端子86は、導電性のシール材96を介して外周面90bと接続され、上端面90cとは直接接触することにより、内側電極層90と電気的に接続されている。また、内側電極端子86の中心部には、内側電極層90の燃料ガス流路88と連通する燃料ガス流路98が形成されており、燃料ガス流路98には支持部材68、及び上支持部材100に貫通するための管路部120が形成され、管路部120の先端には開口部121が形成されている。さらにまた、内側電極端子86の端面は結晶化ガラスシール材を押しつぶすための押さえる面99として形成されている。   The fuel cell unit 16 includes a fuel cell 84 and an inner electrode terminal 86 that is a supported portion connected to each end of the fuel cell 84 in the vertical direction. The inner electrode terminal 86 is made of an oxidation-resistant metal or alloy. The fuel cell 84 is a tubular structure extending in the vertical direction, and includes a cylindrical inner electrode layer 90 that forms a fuel gas flow path 88 therein, a cylindrical outer electrode layer 92, an inner electrode layer 90, and an outer side. An electrolyte layer 94 is provided between the electrode layer 92 and the electrode layer 92. The inner electrode layer 90 is a fuel electrode (anode electrode) through which fuel gas passes, and the outer electrode layer 92 is an air electrode (cathode electrode) in contact with air. The upper part 90 a of the inner electrode terminal 86 has an outer peripheral surface 90 b and an upper end surface 90 c exposed to the electrolyte layer 94 and the outer electrode layer 92. The inner electrode terminal 86 is connected to the outer peripheral surface 90b through a conductive sealing material 96, and is electrically connected to the inner electrode layer 90 by making direct contact with the upper end surface 90c. In addition, a fuel gas passage 98 communicating with the fuel gas passage 88 of the inner electrode layer 90 is formed at the center of the inner electrode terminal 86. The fuel gas passage 98 includes a support member 68 and an upper support. A pipe line part 120 for penetrating the member 100 is formed, and an opening part 121 is formed at the tip of the pipe line part 120. Furthermore, the end surface of the inner electrode terminal 86 is formed as a pressing surface 99 for crushing the crystallized glass sealing material.

また、各々の燃料電池セルユニット16には、集電体102及び外部端子104が取り付けられている。この集電体102は、内側電極端子86と電気的に接続される燃料極用接続部102aと、外側電極層92の外周面全体と電気的に接続される空気極用接続部102bとにより一体的に形成されている。外部端子104は、隣接する燃料電池セルスタック14の端にある燃料電池セルユニット16の外部端子104(図示せず)に接続され、160本の燃料電池セルユニット16の全てが直列接続されるようになっている。   In addition, a current collector 102 and an external terminal 104 are attached to each fuel cell unit 16. The current collector 102 is integrally formed by a fuel electrode connection portion 102 a electrically connected to the inner electrode terminal 86 and an air electrode connection portion 102 b electrically connected to the entire outer peripheral surface of the outer electrode layer 92. Is formed. The external terminal 104 is connected to the external terminal 104 (not shown) of the fuel cell unit 16 at the end of the adjacent fuel cell stack 14 so that all 160 fuel cell units 16 are connected in series. It has become.

また、結晶化ガラスシール材301は内側電極端子86の押さえる面99により押さえられ、燃料電池セルユニット16と支持部材68をシールしている。押さえる面99により結晶化ガラスシール材を押しつぶし、結晶化ガラスシール材の接着面積を広げることにより、濡れ性が悪いという問題を解決することができる。すなわち、シール面全体に結晶化ガラスシール材が濡れ広がることから接着面積が増加し、シールされる部材との接合強度を上げることができる。よって濡れ性が悪いという不具合を解消することができる。なお、本実施例で用いているガラスシール材はSiO、B、MgO、CaO、Al、NaO、KOなどを成分とした結晶化ガラスである。 The crystallized glass sealing material 301 is pressed by the surface 99 pressed by the inner electrode terminal 86 to seal the fuel cell unit 16 and the support member 68. By crushing the crystallized glass sealing material by the pressing surface 99 and expanding the bonding area of the crystallized glass sealing material, the problem of poor wettability can be solved. That is, since the crystallized glass sealing material spreads over the entire sealing surface, the bonding area increases, and the bonding strength with the member to be sealed can be increased. Therefore, the problem of poor wettability can be solved. The glass sealant used in this embodiment is a SiO 2, B 2 O 3, MgO, CaO, Al 2 O 3, Na 2 O, crystallized glass was K 2 O, etc. components.

さらにまた、ガラスシール材301は、ガスマニホールド66の外部にあたる支持部材68の上面68bに配置される。ガラスシール材301がガスマニホールド66の外部に配置されることにより、押さえる面99も同様にガスマニホールド外部に配置でき、シール材が開口部を一部覆うことがなく、また塞ぐこともないので、燃料ガスを乱れなくセル内部へ供給することができる。   Furthermore, the glass sealant 301 is disposed on the upper surface 68 b of the support member 68 that is outside the gas manifold 66. Since the glass sealing material 301 is disposed outside the gas manifold 66, the pressing surface 99 can also be disposed outside the gas manifold, and the sealing material does not partially cover or close the opening. The fuel gas can be supplied into the cell without being disturbed.

また、特に本実施例においては、押さえる面99が燃料電池セルユニット16の底面に備えられている。燃料電池セルユニット16の底面に押さえ面99が備えられていることにより、燃料電池セルユニット16の底面を利用しての結晶化ガラスシール材を押さえる荷重をかけることができる。よって燃料電池セル間に別途押さえ部を設ける必要がなく、燃料電池セル間距離を縮めることができ燃料電池セル集合体の小型化に寄与する。   In particular, in this embodiment, a pressing surface 99 is provided on the bottom surface of the fuel cell unit 16. Since the pressing surface 99 is provided on the bottom surface of the fuel cell unit 16, a load for pressing the crystallized glass sealing material using the bottom surface of the fuel cell unit 16 can be applied. Therefore, it is not necessary to provide a separate pressing portion between the fuel cells, and the distance between the fuel cells can be shortened, which contributes to the miniaturization of the fuel cell assembly.

さらにまた、燃料電池セルユニット16の管路部120はガラスシール材301及び支持部材68の貫通孔68aを貫通するように配置され、燃料電池セルユニット16の管路部の開口部121は支持部材68の下面68cの下方に配置される。燃料電池セルユニット16の開口部121がガラスシール材301の下方にあることより、結晶化ガラスシール材が開口部121を一部覆うことがなく、また塞ぐこともないので、燃料ガスを乱れなくセル内部へ供給することができる。 Furthermore, the pipe line part 120 of the fuel cell unit 16 is disposed so as to pass through the glass sealant 301 and the through hole 68a of the support member 68, and the opening part 121 of the pipe line part of the fuel cell unit 16 is a support member. 68 is disposed below the lower surface 68c of the 68. Since the opening 121 of the fuel cell unit 16 is below the glass sealing material 301, the crystallized glass sealing material does not partially cover or block the opening 121, so that the fuel gas is not disturbed. It can be supplied inside the cell.

また、結晶化ガラスシール材302は支持部材68の下面68cにより押さえられ、支持部材68とガスマニホールド66の配置部160をシールしている。下面68cにより結晶化ガラスシール材を押しつぶし、結晶化ガラスシール材の接着面積を広げることにより、濡れ性が悪いという問題を解決することができる。すなわち、シール面全体に結晶化ガラスシール材が濡れ広がることから接着面積が増加し、シールされる部材との接合強度を上げることができる。よって濡れ性が悪いという不具合を解消することができる。 The crystallized glass sealing material 302 is pressed by the lower surface 68 c of the support member 68 and seals the support member 68 and the arrangement portion 160 of the gas manifold 66. By crushing the crystallized glass sealing material with the lower surface 68c and expanding the bonding area of the crystallized glass sealing material, the problem of poor wettability can be solved. That is, since the crystallized glass sealing material spreads over the entire sealing surface, the bonding area increases, and the bonding strength with the member to be sealed can be increased. Therefore, the problem of poor wettability can be solved.

また、図7に示す変形例について次に説明する。変形例では、ガスマニホールドの絶縁性支持部がブッシュ170で形成されている。ブッシュ170には平板部のマニホールド側の面を用いて、結晶化ガラスシール材を押さえる押さえ部170bが形成されている。また、ブッシュ170の平板部からガスマニホールドの内側に向けて突出する絶縁性管路部130が形成されている。押さえ部170bにより結晶化ガラスシール材を押しつぶし、結晶化ガラスシール材の接着面積を広げることにより、濡れ性が悪いという問題を解決することができる。すなわち、シール面全体に結晶化ガラスシール材が濡れ広がることから接着面積が増加し、シールされる部材との接合強度を上げることができる。よって濡れ性が悪いという不具合を解消することができる。 A modification example shown in FIG. 7 will be described next. In the modified example, the insulating support portion of the gas manifold is formed by the bush 170. The bushing 170 is formed with a holding part 170b for holding down the crystallized glass sealing material using the surface of the flat plate part on the manifold side. Further, an insulative duct portion 130 is formed that protrudes from the flat plate portion of the bush 170 toward the inside of the gas manifold. By crushing the crystallized glass sealing material with the pressing portion 170b and expanding the bonding area of the crystallized glass sealing material, the problem of poor wettability can be solved. That is, since the crystallized glass sealing material spreads over the entire sealing surface, the bonding area increases, and the bonding strength with the member to be sealed can be increased. Therefore, the problem of poor wettability can be solved.

さらにまた、結晶化ガラスシール材302は、ガスマニホールド66の金属製の配置部160に配置される。ガラスシール材302が配置部160に配置されることにより、押さえ部170bも同様にガスマニホールド外部に配置でき、ガスマニホールド外部にシール部や押さえ部を配置でき、シール部がガスマニホールド内にないため、ガスマニホールド内の燃料ガス流体の乱れを起こしにくく、セルへガス供給をスムーズに行うことができる。 Furthermore, the crystallized glass sealing material 302 is disposed in the metal placement portion 160 of the gas manifold 66. Since the glass sealant 302 is arranged in the arrangement part 160, the holding part 170b can be similarly arranged outside the gas manifold, and the sealing part and the holding part can be arranged outside the gas manifold, and the sealing part is not inside the gas manifold. The fuel gas fluid in the gas manifold is less likely to be disturbed, and the gas can be supplied smoothly to the cell.

また、本変形例では、押さえ部170bがブッシュ170の底面に備えられている。ブッシュ170の底面に押さえ部170bが備えられていることにより、押さえ部170bを利用しての結晶化ガラスシール材を押さえる荷重をかけることができる。よって絶縁支持部間など上面視絶縁支持部以外の部分に別途押さえ部を設ける必要がなく、絶縁支持部間距離を縮めることができ燃料電池セル集合体の小型化に寄与する。また、燃料電池セルの電極周りに余計なものが配置されないことから、電気ショートを防ぐことができる。 In the present modification, the pressing portion 170 b is provided on the bottom surface of the bush 170. By providing the pressing portion 170b on the bottom surface of the bush 170, a load for pressing the crystallized glass sealing material using the pressing portion 170b can be applied. Therefore, it is not necessary to provide a separate pressing portion in a portion other than the insulating support portion when viewed from the top, such as between the insulating support portions, and the distance between the insulating support portions can be reduced, which contributes to downsizing of the fuel cell assembly. Moreover, since an unnecessary thing is not arrange | positioned around the electrode of a fuel cell, an electrical short can be prevented.

さらにまた、本変形例では、1つの燃料電池セルを備えた燃料電池セルユニット16に対し、1つのブッシュ170が備えられている。1つの燃料電池セルを備えた燃料電池セルユニット16に対し、1つのブッシュ170が備えられていることにより、燃料電池セルごとにシール部を備えることができ、1シール部あたりのシール距離を短くすることができるので、シール難易度を下げシール精度を上げることができる。 Furthermore, in this modification, one bush 170 is provided for the fuel cell unit 16 including one fuel cell. By providing one bush 170 with respect to the fuel cell unit 16 having one fuel cell, a seal portion can be provided for each fuel cell, and the seal distance per seal portion can be shortened. Therefore, the sealing difficulty can be reduced and the sealing accuracy can be increased.

また、本実施例では作業性を向上させるため1つの支持部材68に対し、16本の燃料電池セルユニットを備えているが、変形例としてセラミックス製の支持部材を割れにくくするため、支持部材を小分けにし、1つの支持部材に対し、1つの燃料電池セルユニットを支えさせることできる。さらにまた、本実施例では押さえ部として燃料電池セルユニット16の底面が機能している。   Further, in this embodiment, 16 fuel cell units are provided for one support member 68 in order to improve workability. However, as a modification, in order to make the ceramic support member difficult to break, a support member is provided. One fuel cell unit can be supported by one support member. Furthermore, in this embodiment, the bottom surface of the fuel cell unit 16 functions as a pressing portion.

改質器20には、その上流端側に純水を導入するための純水導入管60と、改質される燃料ガスと改質用空気を導入するための被改質ガス導入管62が取り付けられている。改質器20の内部には、上流側から順に、蒸発部20a、改質部20bが形成されており、改質部20bには、改質触媒が充填されている。この改質器20に導入された水蒸気(純水)が混合された燃料ガス及び空気は、改質器20内に充填された改質触媒により改質される。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や、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。また、この改質器20の下流端側には、下方に延びる燃料ガス供給管64が接続されている。   The reformer 20 has a pure water introduction pipe 60 for introducing pure water to the upstream end side thereof, and a to-be-reformed gas introduction pipe 62 for introducing reformed fuel gas and reforming air. It is attached. Inside the reformer 20, an evaporator 20a and a reformer 20b are formed in order from the upstream side, and the reformer 20b is filled with a reforming catalyst. The fuel gas and air mixed with the steam (pure water) introduced into the reformer 20 are reformed by the reforming catalyst filled in the reformer 20. As the reforming catalyst, a catalyst obtained by imparting nickel to the alumina sphere surface or a catalyst obtained by imparting ruthenium to the alumina sphere surface is appropriately used. A fuel gas supply pipe 64 extending downward is connected to the downstream end side of the reformer 20.

空気用熱交換器22は、上流側に空気集約室70、下流側に2つの空気分配室72を備え、これらの空気集約室70と空気分配室72は、6個の空気流路管74により接続されている。ここで、図3に示すように、3個の空気流路管74が一組(74a、74b、74c、74d、74e、74f)となっており、空気集約室70内の空気が各組の空気流路管74からそれぞれの空気分配室72へ流入する。この空気用熱交換器22の6個の空気流路管74内を流れる空気は、燃焼室18で燃焼して上昇する排気ガスにより予熱される。空気分配室72の各々には、空気導入管76が接続され、この空気導入管76は、下方に延び、その下端側が、発電室10の下方空間に連通し、発電室10に余熱された空気を導入する。   The air heat exchanger 22 includes an air aggregation chamber 70 on the upstream side and two air distribution chambers 72 on the downstream side. The air aggregation chamber 70 and the air distribution chamber 72 are separated by six air flow channel tubes 74. It is connected. Here, as shown in FIG. 3, three air flow path pipes 74 form a set (74a, 74b, 74c, 74d, 74e, 74f), and the air in the air collecting chamber 70 is in each set. It flows into each air distribution chamber 72 from the air flow path pipe 74. The air flowing through the six air flow path tubes 74 of the air heat exchanger 22 is preheated by the exhaust gas that burns and rises in the combustion chamber 18. An air introduction pipe 76 is connected to each of the air distribution chambers 72. The air introduction pipe 76 extends downward, and the lower end side communicates with the lower space of the power generation chamber 10, and the air that has been preheated in the power generation chamber 10. Is introduced.

ガスマニホールド66は、特に図8に示すように、底面67が略長方形状を呈する略直方体形状を有しており、このガスマニホールド66の上部には、燃料電池セルスタック14を支持するための板状の支持部材68が配設されている。この支持部材68には、ガスマニホールド66に収容された燃料ガスを各々の燃料電池セル84の燃料ガス流路88に供給するための貫通孔69が形成されている。なお、支持部材68は、底面67に対向して配設されており、これにより底面67は、支持部材68に対向配置された対向壁となっている。   As shown in FIG. 8 in particular, the gas manifold 66 has a substantially rectangular parallelepiped shape with a bottom surface 67 having a substantially rectangular shape, and a plate for supporting the fuel cell stack 14 is provided above the gas manifold 66. A support member 68 is disposed. The support member 68 is formed with a through hole 69 for supplying the fuel gas accommodated in the gas manifold 66 to the fuel gas flow path 88 of each fuel cell 84. The support member 68 is disposed so as to face the bottom surface 67, and thus the bottom surface 67 serves as a facing wall disposed so as to face the support member 68.

また、ガスマニホールド66の内部には、ガスマニホールド66内に燃料ガスを供給するための内部ガス供給配管63が、底面67及び支持部材68の各々と所定の間隔をおいて配設されている。この内部ガス供給配管63は、軸芯方向に垂直な断面形状が円形を有し、当該軸芯が、ガスマニホールド66の長手方向(前記略長方形の長辺方向)に沿って、底面67と平行に延びており、図2、図3及び図8に示すように、支持部材68からの距離が、底面67からの距離よりも長くなる位置(高さ)に配設されている。また、内部ガス供給配管63の一端は、図2に示すように、改質器20の下流端側に接続された燃料ガス供給管64に接続されており、内部ガス供給配管63には、改質器20から燃料ガス供給管64を介して燃料ガスが供給されるようになっている。一方、内部ガス供給配管63の他端は、図2及び図8に示すように、ガスマニホールド66の内壁(図2でいう右側の内壁)に固定されている。   Further, inside the gas manifold 66, an internal gas supply pipe 63 for supplying fuel gas into the gas manifold 66 is disposed with a predetermined distance from each of the bottom surface 67 and the support member 68. The internal gas supply pipe 63 has a circular cross section perpendicular to the axial direction, and the axial core is parallel to the bottom surface 67 along the longitudinal direction of the gas manifold 66 (the long side direction of the substantially rectangular shape). 2, 3, and 8, the distance from the support member 68 is disposed at a position (height) that is longer than the distance from the bottom surface 67. Further, one end of the internal gas supply pipe 63 is connected to a fuel gas supply pipe 64 connected to the downstream end side of the reformer 20 as shown in FIG. The fuel gas is supplied from the mass device 20 through the fuel gas supply pipe 64. On the other hand, the other end of the internal gas supply pipe 63 is fixed to the inner wall (the right inner wall in FIG. 2) of the gas manifold 66, as shown in FIGS.

さらにまた、内部ガス供給配管63には、内部ガス供給配管63内に供給された燃料ガス(改質された燃料ガス)を底面67に向けて垂直に噴出するための複数の噴出孔65が形成されている。これらの噴出孔65は、図2、図3及び図9に示すように、内部ガス供給配管63の下面に、互いに間隔をおいて軸芯方向に沿って一直線上に形成されている。   Furthermore, the internal gas supply pipe 63 is formed with a plurality of injection holes 65 for vertically discharging the fuel gas (reformed fuel gas) supplied into the internal gas supply pipe 63 toward the bottom surface 67. Has been. As shown in FIGS. 2, 3, and 9, these ejection holes 65 are formed in a straight line on the lower surface of the internal gas supply pipe 63 at intervals from each other along the axial direction.

なお、このガスマニホールド66の下方には、排気ガス室78が形成されており、ハウジング6の長手方向に沿った面である前面6aと後面6bの内側には、上下方向に延びる排気ガス通路80(図3参照)が形成されている。この排気ガス通路80の上端側は、空気用熱交換器22が配置された空間と連通し、下端側は、排気ガス室78と連通している。また、排気ガス室78の下面のほぼ中央には、排気ガス排出管82が接続され、この排気ガス排出管82の下流端は、温水製造装置50に接続されている。そしてまた、燃焼室18には、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置83が設けられている。   An exhaust gas chamber 78 is formed below the gas manifold 66, and an exhaust gas passage 80 extending in the vertical direction is formed inside the front surface 6a and the rear surface 6b, which are surfaces along the longitudinal direction of the housing 6. (See FIG. 3). The upper end side of the exhaust gas passage 80 communicates with the space in which the air heat exchanger 22 is disposed, and the lower end side communicates with the exhaust gas chamber 78. Further, an exhaust gas discharge pipe 82 is connected to substantially the center of the lower surface of the exhaust gas chamber 78, and the downstream end of the exhaust gas discharge pipe 82 is connected to the hot water production apparatus 50. Further, the combustion chamber 18 is provided with an ignition device 83 for starting combustion of fuel gas and air.

本実施形態における燃料電池システムFCSの起動モードにおいては、燃焼運転と、部分酸化改質反応(POX)と、第1オートサーマル改質反応(ATR1)と、第2オートサーマル改質反応(ATR2)と、水蒸気改質反応(SR)とを順次切り替えながら改質反応を進行している。   In the start-up mode of the fuel cell system FCS in the present embodiment, combustion operation, partial oxidation reforming reaction (POX), first autothermal reforming reaction (ATR1), and second autothermal reforming reaction (ATR2) And the steam reforming reaction (SR) are sequentially switched and the reforming reaction proceeds.

部分酸化改質反応(POX)は、改質器20に被改質ガスと空気とを供給して行う改質反応であって、化学反応式(1)に示す反応が進行する。
+xO → aCO+bCO+cH (1)
この部分酸化改質反応(POX)は発熱反応であるので起動性が高く、燃料電池システムFCSの起動当初において好適な改質反応である。但し、部分酸化改質反応(POX)は、水素収率が理論上少なく、発熱反応を制御するのも難しいことから、燃料電池モジュール2へ熱供給が必要な起動当初においてのみ利用されるのが好ましい改質反応である。
The partial oxidation reforming reaction (POX) is a reforming reaction performed by supplying a reformed gas and air to the reformer 20, and the reaction shown in the chemical reaction formula (1) proceeds.
C m H n + xO 2 → aCO 2 + bCO + cH 2 (1)
Since this partial oxidation reforming reaction (POX) is an exothermic reaction, its startability is high, and is a suitable reforming reaction at the beginning of starting the fuel cell system FCS. However, the partial oxidation reforming reaction (POX) is theoretically low in hydrogen yield and difficult to control the exothermic reaction. This is a preferred reforming reaction.

水蒸気改質反応(SR)は、改質器20に被改質ガスと水蒸気とを供給して行う改質反応であって、化学反応式(2)に示す反応が進行する。
+xHO → aCO+bCO+cH (2)
水蒸気改質反応(SR)は、水素収率が最も高く、高効率な反応である。ただし、水蒸気改質反応(SR)は、吸熱反応であるので熱源が必要であり、燃料電池システムFCSの起動当初よりはある程度温度が上昇した段階において好適な改質反応である。
The steam reforming reaction (SR) is a reforming reaction performed by supplying the reformed gas and steam to the reformer 20, and the reaction shown in the chemical reaction formula (2) proceeds.
C m H n + xH 2 O aCO 2 + bCO + cH 2 (2)
The steam reforming reaction (SR) has the highest hydrogen yield and is a highly efficient reaction. However, since the steam reforming reaction (SR) is an endothermic reaction, a heat source is required and is a suitable reforming reaction at a stage where the temperature has risen to some extent from the beginning of the start of the fuel cell system FCS.

第1オートサーマル改質反応(ATR1)と第2オートサーマル改質反応(ATR2)とからなるオートサーマル改質反応(ATR)は、部分酸化改質反応(POX)と水蒸気改質反応(SR)とが併用された改質反応であって、改質器20に被改質ガスと空気と水蒸気とを供給して行われる改質反応であり、化学反応式(3)に示す反応が進行する。
+xO+yHO → aCO+bCO+cH (3)
オートサーマル改質反応(ATR)は、水素収率が部分酸化改質反応(POX)と水蒸気改質反応(SR)との併用であり、反応熱のバランスが取り易く、部分酸化改質反応(POX)と水蒸気改質反応(SR)とを繋ぐ反応として好適な改質反応である。なお、本実施形態では、水を少なく供給して部分酸化改質反応(POX)により近い第1オートサーマル改質反応(ATR1)を先に行い、温度が上昇した後に水を増やすように供給して水蒸気改質反応(SR)により近い第2オートサーマル改質反応(ATR2)を後に行っている。
The autothermal reforming reaction (ATR) comprising the first autothermal reforming reaction (ATR1) and the second autothermal reforming reaction (ATR2) is a partial oxidation reforming reaction (POX) and a steam reforming reaction (SR). Is a reforming reaction that is performed by supplying the reformed gas, air, and water vapor to the reformer 20, and the reaction shown in the chemical reaction formula (3) proceeds. .
C m H n + xO 2 + yH 2 O → aCO 2 + bCO + cH 2 (3)
Autothermal reforming reaction (ATR) is a combined use of partial oxidation reforming reaction (POX) and steam reforming reaction (SR) in hydrogen yield, and it is easy to balance reaction heat. POX) is a reforming reaction suitable as a reaction that connects the steam reforming reaction (SR). In the present embodiment, the first autothermal reforming reaction (ATR1) closer to the partial oxidation reforming reaction (POX) is performed by supplying a small amount of water, and the water is supplied to increase after the temperature rises. Then, the second autothermal reforming reaction (ATR2) closer to the steam reforming reaction (SR) is performed later.

次に、燃料電池システムFCSの起動モードについて説明する。先ず、改質用空気を増やすように発電用空気流量調整ユニット45、電磁弁42及び混合部46を制御し、改質器20に空気を供給する。また、発電室10には、前述したように、空気導入管76から発電用の空気が供給される。そしてまた、燃料ガスの供給を増やすように燃料流量調整ユニット38、及び混合部46を制御し、改質器20に被改質ガスを供給し、改質器20へ送り込まれた被改質ガス及び改質用空気は、改質器20、燃料ガス供給管64、内部ガス供給配管63、ガスマニホールド66を介して、各々の貫通孔69から各燃料電池セルユニット16内に送り込まれる。各燃料電池セルユニット16内に送り込まれた被改質ガス及び改質用空気は、各燃料電池セルユニット16の下端に形成されている燃料ガス流路98から燃料ガス流路88を通過し、上端に形成されている燃料ガス流路98から夫々流出する。その後、点火装置83によって、燃料ガス流路98上端から流出した被改質ガスに着火して燃焼運転を実行する。これにより、燃焼室18内で被改質ガスが燃焼され、上述した部分酸化改質反応(POX)が発生する。   Next, the startup mode of the fuel cell system FCS will be described. First, the power generation air flow rate adjusting unit 45, the electromagnetic valve 42 and the mixing unit 46 are controlled so as to increase the reforming air, and air is supplied to the reformer 20. Further, as described above, power generation air is supplied to the power generation chamber 10 from the air introduction pipe 76. Further, the fuel flow rate adjusting unit 38 and the mixing unit 46 are controlled so as to increase the supply of the fuel gas, the reformed gas is supplied to the reformer 20, and the reformed gas sent to the reformer 20 is supplied. The reforming air is sent into each fuel cell unit 16 from each through hole 69 via the reformer 20, the fuel gas supply pipe 64, the internal gas supply pipe 63, and the gas manifold 66. The reformed gas and reforming air sent into each fuel cell unit 16 pass through the fuel gas channel 88 from the fuel gas channel 98 formed at the lower end of each fuel cell unit 16, The fuel gas flows out from the fuel gas passage 98 formed at the upper end. Thereafter, the gas to be reformed that has flowed out from the upper end of the fuel gas flow path 98 is ignited by the ignition device 83 to perform the combustion operation. As a result, the gas to be reformed is combusted in the combustion chamber 18, and the partial oxidation reforming reaction (POX) described above is generated.

その後、改質器20の温度が約600℃以上になり、且つ燃料電池セル集合体12の温度が約250℃を超えたことを条件として、前述した第1オートサーマル改質反応(ATR1)へと移行させ、燃料電池セル集合体12の温度が約400℃を超えたことを条件として、第2オートサーマル改質反応(ATR2)へと移行させる。この時、水流量調整ユニット28、燃料流量調整ユニット38及び改質用空気流量調整ユニット44により、被改質ガスと改質用空気と水蒸気とを予め混合したガスを改質器20に供給する。次いで、改質器20の温度が650℃以上となり、且つ燃料電池セル集合体12の温度が約600℃を超えたことを条件として、水蒸気改質反応(SR)へと移行させる。   Thereafter, on the condition that the temperature of the reformer 20 is about 600 ° C. or higher and the temperature of the fuel cell assembly 12 exceeds about 250 ° C., the first autothermal reforming reaction (ATR1) described above is performed. And the transition to the second autothermal reforming reaction (ATR2) is performed on the condition that the temperature of the fuel cell assembly 12 exceeds about 400 ° C. At this time, the water flow rate adjusting unit 28, the fuel flow rate adjusting unit 38, and the reforming air flow rate adjusting unit 44 supply the reformer 20 with a gas in which the gas to be reformed, the reforming air, and the steam are previously mixed. . Next, the steam reforming reaction (SR) is performed on the condition that the temperature of the reformer 20 becomes 650 ° C. or higher and the temperature of the fuel cell assembly 12 exceeds about 600 ° C.

上述したように着火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10内の温度が徐々に上昇する。発電室10の温度が、燃料電池モジュール2を安定的に作動させる定格温度(約700℃)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2を含む電気回路を閉じる。それにより、燃料電池モジュール2は発電を開始し、回路に電流が流れて外部に電力を供給することができる。燃料電池セル84の発電により、燃料電池セル84自体も発熱し、燃料電池セル84の温度が上昇するため、燃料電池モジュール2を作動させる定格温度、例えば700〜800℃になる。   As described above, the temperature in the power generation chamber 10 gradually increases by switching the reforming process in accordance with the progress of the combustion process from ignition. When the temperature of the power generation chamber 10 reaches a predetermined power generation temperature lower than the rated temperature (about 700 ° C.) at which the fuel cell module 2 is stably operated, the electric circuit including the fuel cell module 2 is closed. As a result, the fuel cell module 2 can start power generation, and current can flow through the circuit to supply power to the outside. Due to the power generation of the fuel cell 84, the fuel cell 84 itself also generates heat, and the temperature of the fuel cell 84 rises, so that the rated temperature for operating the fuel cell module 2, for example, 700 to 800 ° C. is reached.

この着火から燃焼工程において、燃料ガス供給管64を介して、内部ガス供給配管63に供給された被改質ガス及び改質ガス(燃料ガス)は、各々の噴出孔65からガスマニホールド66内に噴出される。この時、内部ガス供給配管63は、ガスマニホールド66の内部に配設されており、ガスマニホールド66内は、外部よりも高温となっているため、ガス供給配管をガスマニホールドの外部に配設した場合に比べ、燃料ガスの放熱を低下させることができる。したがって、当該ガスマニホールドへの反応ガス供給時における当該反応ガスの放熱を低下させることができる。このため、燃料電池セル84に高温の燃料ガスを供給することができ、燃料電池セル84の温度上昇を促進させる、あるいは、温度低下を抑制させることができるため、発電を効率よく行わせることができる。   In this ignition to combustion process, the gas to be reformed and the reformed gas (fuel gas) supplied to the internal gas supply pipe 63 through the fuel gas supply pipe 64 are introduced into the gas manifold 66 from the respective ejection holes 65. Erupted. At this time, the internal gas supply pipe 63 is disposed inside the gas manifold 66, and the inside of the gas manifold 66 is hotter than the outside, so the gas supply pipe is disposed outside the gas manifold. Compared to the case, the heat radiation of the fuel gas can be reduced. Therefore, the heat radiation of the reaction gas when supplying the reaction gas to the gas manifold can be reduced. For this reason, high-temperature fuel gas can be supplied to the fuel battery cell 84 and the temperature rise of the fuel battery cell 84 can be promoted or the temperature drop can be suppressed, so that power generation can be performed efficiently. it can.

さらにまた、本実施形態では、内側電極層90が燃料極(アノード極)であり、外側電極層92が空気極(カソード極)である燃料電池セル84を配設した場合について説明したが、これに限らず、所望により、内側電極層90が空気極(カソード極)であり、外側電極層92が燃料極(アノード極)である燃料電池セルを配設してもよい。そして、この場合は、内部ガス供給配管63に空気(酸化剤ガス)を供給すればよい。   Furthermore, in the present embodiment, the case where the fuel cell 84 in which the inner electrode layer 90 is a fuel electrode (anode electrode) and the outer electrode layer 92 is an air electrode (cathode electrode) is disposed has been described. Not limited to this, a fuel cell in which the inner electrode layer 90 is an air electrode (cathode electrode) and the outer electrode layer 92 is a fuel electrode (anode electrode) may be disposed as desired. In this case, air (oxidant gas) may be supplied to the internal gas supply pipe 63.

1…燃料電池、 2…燃料電池モジュール、 10…発電室、 16…燃料電池セルユニット、 20…改質器、 63…内部ガス供給配管、 65、165…噴出孔、 66…ガスマニホールド、 67…底面、 68…支持部材、 69…貫通孔、 88…燃料ガス流路、 163…枝管、 FCS…燃料電池システム、 201…隔壁、 202…空間、 301、302…結晶化ガラスシール材   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... Fuel cell module, 10 ... Power generation chamber, 16 ... Fuel cell unit, 20 ... Reformer, 63 ... Internal gas supply piping, 65, 165 ... Injection hole, 66 ... Gas manifold, 67 ... Bottom surface 68 ... Support member 69 ... Through hole 88 ... Fuel gas flow path 163 ... Branch pipe FCS ... Fuel cell system 201 ... Partition wall 202 ... Space 301, 302 ... Crystallized glass sealant

Claims (4)

燃料ガスと酸化剤ガスとが一端側から他端側へ流れることにより作動する電気的に接続される複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルが立設されるとともに、前記燃料電池セルへ前記燃料ガスを供給するガスマニホールドと、
を備える燃料電池セル集合体であって、
前記複数の燃料電池セルが立設される部分のガスマニホールドの支持部は、絶縁性部材である絶縁性支持部であり、
前記絶縁性支持部と、前記絶縁性支持部が配置される金属製の配置部と、をシールするシール部を備え、
前記シール部は結晶化ガラスシール材であり、
前記結晶化ガラスシール材を押さえる押さえ部を備えることを特徴とする燃料電池セル集合体。
A plurality of electrically connected fuel cells that operate when the fuel gas and the oxidant gas flow from one end side to the other end side; and
A plurality of fuel cells standing upright, and a gas manifold for supplying the fuel gas to the fuel cells,
A fuel cell assembly comprising:
The support portion of the gas manifold in the portion where the plurality of fuel cells are erected is an insulating support portion that is an insulating member,
A seal portion that seals the insulating support portion and a metal placement portion on which the insulating support portion is disposed;
The sealing portion is a crystallized glass sealing material;
A fuel cell assembly comprising a pressing portion for pressing the crystallized glass sealing material.
前記配置部の上側に前記結晶化ガラスシール材を介して前記絶縁性支持部の平板部を備えるとともに、前記平板部から前記ガスマニホールドの内側に向けて突出する絶縁性管路部を備えることを特徴とする請求項1記載の燃料電離セル集合体。 A flat plate portion of the insulating support portion is provided on the upper side of the arrangement portion via the crystallized glass sealing material, and an insulating pipe portion protruding from the flat plate portion toward the inside of the gas manifold is provided. The fuel ionization cell assembly according to claim 1, wherein 前記押さえ部は、前記絶縁性支持部の平板部の前記ガスマニホールド側の面を用いて、前記結晶化ガラスシール材を押さえる押さえ部であることを特徴とする請求項2記載の燃料電池セル集合体。 3. The fuel cell assembly according to claim 2, wherein the pressing portion is a pressing portion that presses the crystallized glass sealing material using a surface of the flat plate portion of the insulating support portion on the gas manifold side. body. 前記絶縁性支持部を前記燃料電池セルごとに備えることを特徴とする請求項3記載の燃料電池セル集合体。 The fuel cell assembly according to claim 3, wherein the insulating support portion is provided for each fuel cell.
JP2010082591A 2010-03-31 2010-03-31 Fuel cell assembly Active JP5418986B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010082591A JP5418986B2 (en) 2010-03-31 2010-03-31 Fuel cell assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010082591A JP5418986B2 (en) 2010-03-31 2010-03-31 Fuel cell assembly

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011216282A true JP2011216282A (en) 2011-10-27
JP5418986B2 JP5418986B2 (en) 2014-02-19

Family

ID=44945823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010082591A Active JP5418986B2 (en) 2010-03-31 2010-03-31 Fuel cell assembly

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5418986B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013206712A (en) * 2012-03-28 2013-10-07 Toto Ltd Solid oxide fuel cell device
JP2014082201A (en) * 2012-09-26 2014-05-08 Toto Ltd Fuel cell device
JP6159868B1 (en) * 2016-02-16 2017-07-05 日本碍子株式会社 Fuel cell stack
JP2018049699A (en) * 2016-09-20 2018-03-29 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003282130A (en) * 2002-03-27 2003-10-03 Kyocera Corp Fuel cell
JP2005339906A (en) * 2004-05-25 2005-12-08 Kyocera Corp Fuel cell
JP2009129718A (en) * 2007-11-23 2009-06-11 Toto Ltd Fuel cell stack, fuel cell module equipped with it, and fuel cell equipped with it

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003282130A (en) * 2002-03-27 2003-10-03 Kyocera Corp Fuel cell
JP2005339906A (en) * 2004-05-25 2005-12-08 Kyocera Corp Fuel cell
JP2009129718A (en) * 2007-11-23 2009-06-11 Toto Ltd Fuel cell stack, fuel cell module equipped with it, and fuel cell equipped with it

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013206712A (en) * 2012-03-28 2013-10-07 Toto Ltd Solid oxide fuel cell device
JP2014082201A (en) * 2012-09-26 2014-05-08 Toto Ltd Fuel cell device
JP6159868B1 (en) * 2016-02-16 2017-07-05 日本碍子株式会社 Fuel cell stack
JP2017147218A (en) * 2016-02-16 2017-08-24 日本碍子株式会社 Fuel cell stack
JP2018049699A (en) * 2016-09-20 2018-03-29 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5418986B2 (en) 2014-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5412960B2 (en) Fuel cell device
JP5578332B2 (en) Fuel cell assembly and fuel cell
JP4707023B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP2011009196A (en) Solid electrolyte fuel cell
US7524572B2 (en) Fuel cell system with thermally integrated combustor and corrugated foil reformer
JP5545599B2 (en) Fuel cell assembly
JP5418986B2 (en) Fuel cell assembly
JP5565753B2 (en) Current collector for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell assembly using the same
JP5413813B2 (en) Fuel cell assembly
JP5783501B2 (en) Solid oxide fuel cell device
JP2014022230A (en) Solid oxide fuel cell device
JP6528934B2 (en) Solid oxide fuel cell device
JP5403352B2 (en) Fuel cell
JP5448249B2 (en) Fuel cell
JP2011210631A (en) Fuel cell module
JP5622166B2 (en) Fuel cell
JP2022090193A (en) Fuel cell module
JP6528935B2 (en) Solid oxide fuel cell device
JP5483259B2 (en) Fuel cell assembly
JP5418985B2 (en) Fuel cell assembly
JP5569868B2 (en) Fuel cell body, fuel cell unit, fuel cell stack, and fuel cell including them
JP2014053315A (en) Solid oxide type fuel cell device
JP2011100638A (en) Fuel cell
JP2018055914A (en) Solid oxide fuel battery cell stack
JP2012174534A (en) Fuel battery device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130322

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131009

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: 20131028

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5418986

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131110

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250