JP2011216283A - Fuel cell module - Google Patents

Fuel cell module Download PDF

Info

Publication number
JP2011216283A
JP2011216283A JP2010082592A JP2010082592A JP2011216283A JP 2011216283 A JP2011216283 A JP 2011216283A JP 2010082592 A JP2010082592 A JP 2010082592A JP 2010082592 A JP2010082592 A JP 2010082592A JP 2011216283 A JP2011216283 A JP 2011216283A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
supply pipe
gas
water
reformed gas
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
JP2010082592A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5725443B2 (en
Inventor
Hajime Omura
肇 大村
Naoki Watanabe
直樹 渡邉
Yosuke Akagi
陽祐 赤木
Nobuo Isaka
暢夫 井坂
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 JP2010082592A priority Critical patent/JP5725443B2/en
Publication of JP2011216283A publication Critical patent/JP2011216283A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5725443B2 publication Critical patent/JP5725443B2/en
Expired - Fee Related 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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell module capable of stably supplying reformed gas to an evaporator even while preventing the corrosion of piping by mixing vapor and the reformed gas by using an evaporator.SOLUTION: The fuel cell module 102 is provided with an evaporator 19 equipped with a heating vessel 15c for heating water inside and generating vapor used in a reformer 5, a reformed gas supply tube 6A supplying reformed gas into the heating vessel 15c, and a water supply tube 6B supplying water into the heating vessel 15c. The reformed gas supply tube 6A and the water supply tube 6B are connected to each other to communicate with a buffer space BS as the same space in the heating vessel 15c where a large number of particulates CB are contained.

Description

本発明は、燃料電池モジュールに係わり、特に、水蒸気改質された燃料により発電を行う燃料電池モジュールに関する。   The present invention relates to a fuel cell module, and more particularly to a fuel cell module that generates electric power using steam-reformed fuel.

固体電解質型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」とも言う)は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤(空気、酸素等)を供給して、比較的高温で発電反応を生じさせて発電を行う燃料電池装置である。   A solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as “SOFC”) uses an oxide ion conductive solid electrolyte as an electrolyte, has electrodes attached to both sides thereof, supplies fuel gas on one side, and supplies the other This is a fuel cell device that generates power by supplying an oxidant (air, oxygen, etc.) to the side of the tube and generating a power generation reaction at a relatively high temperature.

この燃料電池装置(SOFC)は、具体的には、燃料ガスと酸化剤(空気、酸素等)とが一端側から他端側へと流れることによって作動する複数の燃料電池セルを含む燃料電池モジュールを備え、外部から燃料である被改質ガス(都市ガス等)が供給され、その都市ガス等を改質触媒が収められた改質器に導入し、水素リッチな燃料ガスに改質した後に複数の燃料電池セルへと供給している。   More specifically, this fuel cell apparatus (SOFC) includes a plurality of fuel cell cells that operate when fuel gas and oxidant (air, oxygen, etc.) flow from one end side to the other end side. After being supplied with reformed gas (city gas, etc.) as fuel from outside, the city gas is introduced into a reformer containing a reforming catalyst, and reformed into hydrogen-rich fuel gas Supplying to a plurality of fuel cells.

一方、燃料電池装置においては、改質器により水蒸気改質して燃料ガスを生成しているが、特許文献1には、蒸発器により水を加熱して水蒸気にして、被改質ガスと共に改質器に供給し、改質器にて水蒸気改質を行って燃料ガスを生成するようにした燃料電池装置が記載されている。   On the other hand, in a fuel cell device, steam reforming is performed by a reformer to generate fuel gas. However, Patent Document 1 discloses that the water is steamed by an evaporator to be steamed and reformed together with the reformed gas. A fuel cell device is described in which fuel gas is generated by supplying steam to the reformer and performing steam reforming in the reformer.

さらに、特許文献2には、水及び被改質ガスを改質容器内の一部に設けられた気化室(蒸発器)に供給し、気化室で水を蒸発させることにより、被改質ガスの改質に必要量の水蒸気を供給する改質装置が記載されている。   Further, in Patent Document 2, water and a gas to be reformed are supplied to a vaporizing chamber (evaporator) provided in a part of the reforming vessel, and water is evaporated in the vaporizing chamber, whereby the gas to be reformed A reforming apparatus is described that supplies a necessary amount of water vapor for reforming.

特開2008−147200号公報JP 2008-147200 A 特開2008−7349号公報JP 2008-7349 A

しかしながら、上述した従来の燃料電池装置(特許文献1)においては、蒸発器で生成した水蒸気を改質器へ供給する経路の耐食性が問題となる場合があった。すなわち、高温の水蒸気を金属製の配管で改質器に供給すると、配管の腐食が生じるおそれがあった。   However, in the above-described conventional fuel cell device (Patent Document 1), the corrosion resistance of the path for supplying the steam generated by the evaporator to the reformer may be a problem. That is, when high-temperature steam is supplied to the reformer through a metal pipe, the pipe may be corroded.

一方、特許文献2に記載されたように、水又は水蒸気を被改質ガスと混合すれば、水蒸気のみを配管で改質器に供給する場合に比べ、配管の腐食を軽減することができる。しかしながら、このように対応した場合には、被改質ガスを安定的に蒸発器に供給し続けることが困難となる場合がある。すなわち、蒸発器において、水の突沸等により急激に多量の水蒸気が発生して蒸発器内の水蒸気分圧が急激に上昇し、それにより、被改質ガスが蒸発器に流入できなくなり、必要量の被改質ガスを供給できなくなるという課題があった。   On the other hand, as described in Patent Document 2, if water or water vapor is mixed with the gas to be reformed, corrosion of the pipe can be reduced as compared with a case where only water vapor is supplied to the reformer through the pipe. However, in such a case, it may be difficult to stably supply the reformed gas to the evaporator. That is, in the evaporator, a large amount of water vapor is suddenly generated due to bumping of water, etc., and the water vapor partial pressure in the evaporator rises abruptly, so that the gas to be reformed cannot flow into the evaporator. There is a problem that it becomes impossible to supply the reformed gas.

そこで、本発明は、従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、水蒸気と被改質ガスとを蒸発器で混合して配管の腐食を防止しながらも、被改質ガスを安定的に蒸発器へ供給することができる燃料電池モジュールを提供することを目的としている。   Therefore, the present invention has been made to solve the problems of the prior art, and while mixing steam and reformed gas in an evaporator to prevent corrosion of the pipe, It aims at providing the fuel cell module which can be stably supplied to an evaporator.

上記の目的を達成するために、本発明は、被改質ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成した燃料ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池とを有する燃料電池モジュールであって、その内部で水を加熱する加熱容器を有し前記改質器で使用する水蒸気を生成する蒸発器と、前記加熱容器内に被改質ガスを供給する被改質ガス供給管と、前記加熱容器内に水を供給する水供給管とを備え、前記被改質ガス供給管及び水供給管は、前記加熱容器内の同一空間であり多数の粒状体が収容された緩衝空間に連通するよう接続されていることを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, the present invention performs power generation by receiving a reformer that generates a fuel gas by steam reforming a gas to be reformed, and a supply of the fuel gas generated by the reformer. A fuel cell module having a fuel cell, an evaporator that has a heating container that heats water therein, and that generates steam to be used in the reformer, and a gas to be reformed is supplied into the heating container The reformed gas supply pipe and the water supply pipe for supplying water into the heating container are provided, and the reformed gas supply pipe and the water supply pipe are the same space in the heating container and have a number of granular shapes. The body is connected to communicate with a buffer space in which the body is accommodated.

このように構成された本発明においては、水供給管から蒸発器の加熱容器内の緩衝空間に供給された水の突沸等により、水蒸気分圧の急激な上昇が生じても、そこに収容されている粒状体が緩衝材となって被改質ガス供給管への影響が緩和される。従って、加熱容器15c内の水蒸気分圧の上昇によって、被改質ガス供給管から加熱容器内への被改質ガスの供給が阻害される事態を防止し、被改質ガスを安定的に蒸発器へ供給することができる。   In the present invention configured as described above, even if the water vapor partial pressure suddenly rises due to the bumping of water supplied from the water supply pipe to the buffer space in the heating container of the evaporator, it is accommodated therein. The granular material that becomes a buffer acts as a buffer material, and the influence on the reformed gas supply pipe is mitigated. Accordingly, it is possible to prevent a situation in which the supply of the reformed gas from the reformed gas supply pipe into the heating container is hindered by the increase in the partial pressure of water vapor in the heating container 15c, and the reformed gas is stably evaporated. Can be supplied to the vessel.

本発明において、好ましくは、前記加熱容器の底面で、前記水供給管から水が滴下する範囲に、少なくとも一つの粒状体が配置されている。   In the present invention, preferably, at least one granule is disposed in a range where water is dropped from the water supply pipe on the bottom surface of the heating container.

水供給管から蒸発器の加熱容器の底面に滴下した水が球状になると、その体積に対し表面積が小さいため突沸の原因となったり、蒸発に時間を要することで被改質ガスとの混合がスムースに行えなくなるといった事態が生じる。本発明によれば、水供給管より滴下した水は、粒状体に接触し、その表面を伝って広がることで、表面積が大きくなり蒸発しやすくなるため、突沸が抑制されて被改質ガスをさらに安定的に蒸発器へ供給することができるとともに、水蒸気と被改質ガスとを良好に混合することができる。   When the water dropped from the water supply pipe onto the bottom surface of the heating container of the evaporator becomes spherical, the surface area is small with respect to its volume, which may cause bumping and may take longer to evaporate and mix with the reformed gas. The situation that it becomes impossible to perform smoothly occurs. According to the present invention, the water dripped from the water supply pipe comes into contact with the granular material and spreads along the surface, thereby increasing the surface area and evaporating easily. Furthermore, it can supply stably to an evaporator, and can mix | blend water vapor | steam and to-be-reformed gas favorably.

本発明において、好ましくは、前記水供給管及び被改質ガス供給管の少なくとも一方の先端部が、網状部材で覆われている。   In the present invention, preferably, at least one tip of the water supply pipe and the reformed gas supply pipe is covered with a mesh member.

このように構成された本発明においては、緩衝空間に配置された粒状体が、水供給管、被改質ガス供給管に詰まることを網状部材により防止することができる。従って、水又は被改質ガスの緩衝空間への供給をスムースなものとし、水又は水蒸気と被改質ガスとをさらに良好に混合させることができる。   In this invention comprised in this way, it can prevent by the mesh member that the granular material arrange | positioned in the buffer space is clogged with a water supply pipe and a to-be-reformed gas supply pipe. Therefore, the supply of water or the gas to be reformed to the buffer space can be made smooth, and water or water vapor and the gas to be reformed can be mixed more satisfactorily.

本発明において、好ましくは、前記水供給管及び被改質ガス供給管の一方の先端部は、他方の先端部よりも前記加熱容器の中央部寄りに位置するよう配置され、前記双方の先端部の間には少なくとも一つの粒状体が配置されている。   In the present invention, preferably, one end portion of the water supply pipe and the to-be-reformed gas supply pipe is arranged to be positioned closer to the center portion of the heating container than the other end portion. At least one granule is disposed between the two.

このように構成された本発明においては、水供給管の先端部から供給された水が緩衝空間で蒸発して水蒸気分圧が急激に高まっても、被改質ガス供給管の先端部との間に配置された粒状体により、その影響を確実に緩和し、被改質ガス供給管から緩衝空間内へ安定的に被改質ガスを供給することができる。   In the present invention configured as described above, even if the water supplied from the tip of the water supply pipe evaporates in the buffer space and the water vapor partial pressure rapidly increases, Due to the granular material disposed between them, the influence can be reliably mitigated, and the reformed gas can be stably supplied from the reformed gas supply pipe into the buffer space.

本発明の燃料電池モジュールによれば、水蒸気と被改質ガスとを蒸発器で混合して配管の腐食を防止しながらも、被改質ガスを安定的に蒸発器へ供給することができる燃料電池モジュールを提供することができる。   According to the fuel cell module of the present invention, the fuel that can stably supply the gas to be reformed to the evaporator while mixing the steam and the gas to be reformed by the evaporator to prevent the corrosion of the piping. A battery module can be provided.

本発明の一実施形態によるカバー部材が外された状態の燃料電池モジュールを示す斜視図である。It is a perspective view showing a fuel cell module in the state where a cover member by one embodiment of the present invention was removed. 本発明の一実施形態による燃料電池モジュールを図1のA方向から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the fuel cell module by one Embodiment of this invention from the A direction of FIG. 本発明の一実施形態による燃料電池モジュールを図1のB方向から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the fuel cell module by one Embodiment of this invention from the B direction of FIG. 本発明の一実施形態による燃料電池モジュールの燃料電池セルユニットを示す正面図である。It is a front view which shows the fuel cell unit of the fuel cell module by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による燃料電池モジュールの燃料電池セルスタックを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fuel cell stack of the fuel cell module by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による燃料電池モジュールの蒸発器を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the evaporator of the fuel cell module by one Embodiment of this invention. 図6に示す蒸発器のX−X断面図及びY−Y断面図である。It is XX sectional drawing and YY sectional drawing of the evaporator shown in FIG. 図6に示す蒸発器に用いられる網状部材を示す図である。It is a figure which shows the mesh member used for the evaporator shown in FIG.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態による燃料電池モジュールを説明する。
図1は本発明の一実施形態によるカバー部材が外された状態の燃料電池モジュールを示す斜視図であり、図2は本発明の一実施形態による燃料電池モジュールを図1のA方向から見た断面図であり、図3は本発明の一実施形態による燃料電池モジュールを図1のB方向から見た断面図である。
Hereinafter, a fuel cell module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a fuel cell module with a cover member removed according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the fuel cell module according to an embodiment of the present invention as viewed from the direction A in FIG. 3 is a cross-sectional view, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell module according to the embodiment of the present invention as viewed from the direction B of FIG.

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

カバー部材とベース部材2とによって形成される内部空間は、仕切り板15によって二つの空間に分離されている。仕切り板15によって分離されている空間の内、燃料電池本体である燃料電池セルスタック90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、他方の空間が排出ガス室17(排出ガス室)である。尚、カバー部材の内壁面と仕切り板15とは、直接若しくは何らかの密着用部材(例えば、可撓性のある薄板部材)を介して間接的に密着している。   The internal space formed by the cover member and the base member 2 is separated into two spaces by the partition plate 15. Among the spaces separated by the partition plate 15, the space where the fuel cell stack 90, which is the fuel cell body, is disposed is the power generation chamber 16. Among the spaces separated by the partition plate 15, the other space is an exhaust gas chamber 17 (exhaust gas chamber). The inner wall surface of the cover member and the partition plate 15 are in close contact with each other directly or indirectly through some kind of contact member (for example, a flexible thin plate member).

仕切り板15は、ベース部材2に設けられた支持部材15aに戴置され、ベース部材2と所定距離を保って保持されている。支持部材15aは、仕切り板15を長手方向の両端において支持するように一対設けられている。従って、一対の支持部材15a,15a間には隙間15b(流入口)が形成されている。カバー部材の壁面に設けられた排気ガス通路(図示しない)を通った排出ガスは、この隙間15bから排出ガス室17へと導入される。排出ガス室17へと導入された排出ガスは、排気口11(流出口)から外部へと排出される。   The partition plate 15 is placed on a support member 15 a provided on the base member 2 and is held at a predetermined distance from the base member 2. A pair of support members 15a are provided so as to support the partition plate 15 at both ends in the longitudinal direction. Accordingly, a gap 15b (inlet) is formed between the pair of support members 15a and 15a. Exhaust gas that has passed through an exhaust gas passage (not shown) provided on the wall surface of the cover member is introduced into the exhaust gas chamber 17 through the gap 15b. The exhaust gas introduced into the exhaust gas chamber 17 is exhausted from the exhaust port 11 (outlet) to the outside.

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、燃料電池本体となる燃料電池セルスタック90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90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. In the gas tank 3, ten fuel cell stacks 90 serving as a fuel cell main body are arranged side by side, and fuel gas is supplied from the gas tank 3 to the fuel cell 4 constituting each fuel cell stack 90.

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90の下支持板90bとほぼ同じ形状の開口部(図示しない)が設けられており、その開口部に下支持板90bを密接させてガスタンク3と各燃料電池セルスタック90とが接続されている。従って、燃料電池セルスタック90を構成する燃料電池セル4は、その先端部分を上部側に向けてガスタンク3に立設されている。   More specifically, an opening (not shown) having substantially the same shape as the lower support plate 90b of the fuel cell stack 90 is provided on the upper surface of the gas tank 3, and the lower support plate 90b is in close contact with the opening. Thus, the gas tank 3 and each fuel cell stack 90 are connected. Accordingly, the fuel cells 4 constituting the fuel cell stack 90 are erected on the gas tank 3 with their tip portions facing upward.

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

次に、燃料電池セル4を含む燃料電池セルユニット30について、図4を参照しながら説明する。図4は、本発明の一実施形態による燃料電池モジュールの燃料電池セルユニットを示す正面図である。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に取り付けられた内側電極端子40と、他方の端部4bに取り付けられた外側電極端子42と、を有している。   Next, the fuel cell unit 30 including the fuel cells 4 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a front view showing a fuel cell unit of a fuel cell module according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the fuel cell unit 30 is a tubular structure formed by the fuel cells 4 and extending in the vertical direction, and includes a cylindrical fuel cell 4 and one end of the fuel cell 4. It has an inner electrode terminal 40 attached to 4a, and an outer electrode terminal 42 attached to the other end 4b.

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

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

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

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

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

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

続いて、燃料電池セルユニット30を含む燃料電池セルスタック90について、図5を参照しながら説明する。図5は、本発明の一実施形態による燃料電池モジュールの燃料電池セルスタックを示す斜視図である。燃料電池セルスタック90は、16本の燃料電池セルユニット30と、上支持板90aと、下支持板90bと、接続部材90cと、外部端子90dとを備えている。   Next, the fuel cell stack 90 including the fuel cell unit 30 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a perspective view showing a fuel cell stack of a fuel cell module according to an embodiment of the present invention. The fuel cell stack 90 includes 16 fuel cell units 30, an upper support plate 90a, a lower support plate 90b, a connection member 90c, and an external terminal 90d.

上支持板90a及び下支持板90bは矩形であり、それぞれ、燃料電池セルユニット30を2列×8行で支持するように燃料電池セルユニット30の管状部分40b、42bに嵌合する貫通孔(図に明示しない)を有している。上支持板90a及び下支持板90b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 90a and the lower support plate 90b are rectangular, and are through holes (fitting holes) that fit into the tubular portions 40b and 42b of the fuel cell unit 30 so as to support the fuel cell unit 30 in 2 columns × 8 rows, respectively. (Not shown in the figure). The upper support plate 90a and the lower support plate 90b are formed of an electrically insulating material, for example, formed of heat resistant ceramics. Specifically, it is preferable to use alumina, zirconia, spinel, forsterite, magnesia, titania or the like.

16本の燃料電池セルユニット30は、それらが電気的に直列に接続されるように配列されている。詳細には、燃料電池セルユニット30は、隣接した燃料電池セルユニット30の内側電極端子40が交互に上側及び下側に配置されるように配列されている。更に、16本の燃料電池セルユニット30を電気的に直列に接続するための接続部材90cが設けられている。接続部材90c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90dが設けられている。接続部材90c、外部端子90d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90の外部端子90dは電気的に直列に接続されていて、その両端には電極棒13,14に接続されている。   The 16 fuel cell units 30 are arranged so that they are electrically connected in series. Specifically, the fuel cell units 30 are arranged so that the inner electrode terminals 40 of the adjacent fuel cell units 30 are alternately arranged on the upper side and the lower side. Further, a connection member 90c for electrically connecting the 16 fuel cell units 30 in series is provided. The connection member 90 c electrically connects one adjacent inner electrode terminal 40 and one outer electrode terminal 42. Each of the inner electrode terminal 40 and the outer electrode terminal 42 at both ends of the 16 fuel cell units 30 connected in series is provided with an external terminal 90d for electrical connection with the outside. The connection member 90c and the external terminal 90d 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 90d of each fuel cell stack 90 are electrically connected in series, and are connected to the electrode rods 13 and 14 at both ends thereof.

図4及び図5を参照しながら説明したように、燃料電池セルスタック90において、燃料電池セルユニット30の内側電極端子40が設けられている端部4aと外側電極端子42が設けられている端部4bとは上下交互になるように配置されている。   As described with reference to FIGS. 4 and 5, in the fuel cell stack 90, the end 4 a of the fuel cell unit 30 where the inner electrode terminal 40 is provided and the end where the outer electrode terminal 42 is provided. The parts 4b are arranged so as to alternate with each other.

ここで、図1〜3に戻り、説明を続ける。更に、引き続く説明においては、図6乃至図8も参照する。図6は本発明の一実施形態による燃料電池モジュールの蒸発器を示す斜視図であり、図7は図6に示す蒸発器のX−X断面図及びY−Y断面図であり、図8は図6に示す蒸発器に用いられる網状部材を示す図である。図3に示すように、本実施形態では、燃料電池セルスタック90の上方に位置するように、改質器5が配置されている。改質器5には、配管6C(管路)と配管6Dとが繋がれていて、これらの配管6C及び配管6Dによって、改質器5は燃料電池セルスタック90と所定間隔をおいて上方に位置するように保持されている。配管6Cは、改質器5に被改質ガスとしての都市ガス及び水蒸気を供給するための配管であって、仕切り板15に対して立設されている。配管6Dは、改質器5において改質された燃料ガスをガスタンク3に供給するための配管であって、ガスタンク3に対して立設されている。   Here, returning to FIGS. Further, in the following description, reference is also made to FIGS. 6 is a perspective view showing an evaporator of a fuel cell module according to an embodiment of the present invention, FIG. 7 is an XX sectional view and a YY sectional view of the evaporator shown in FIG. 6, and FIG. It is a figure which shows the mesh member used for the evaporator shown in FIG. As shown in FIG. 3, in this embodiment, the reformer 5 is disposed so as to be positioned above the fuel cell stack 90. The reformer 5 is connected to a pipe 6C (pipe) and a pipe 6D, and the pipe 6C and the pipe 6D allow the reformer 5 to move upward with a predetermined distance from the fuel cell stack 90. Is held in place. The pipe 6 </ b> C is a pipe for supplying city gas and water vapor as reformed gas to the reformer 5, and is erected with respect to the partition plate 15. The pipe 6 </ b> D is a pipe for supplying the fuel gas reformed in the reformer 5 to the gas tank 3, and is erected with respect to the gas tank 3.

蒸発器19は内部に空間を有する直方体形状の加熱容器15cを有し、その側面15c1に被改質ガス供給管6A及び水供給管6Bが接続され、それぞれの管路は加熱容器15cの内部に連通している。図7に詳細に示すように、被改質ガス供給管6Aは、その先端部6A1が加熱容器15cの内面と略面一となる位置で側面15cに接続されている一方、水供給管6Bは、その先端部6B1が加熱容器15cのさらに中央部寄りに位置するよう挿入して接続されている。これにより、被改質ガス供給管6Aからは被改質ガスである都市ガスが、水供給管6Bからは水が、加熱容器15c内の同一空間に供給される。   The evaporator 19 has a rectangular parallelepiped heating container 15c having a space inside, and a reformed gas supply pipe 6A and a water supply pipe 6B are connected to the side face 15c1, and each pipe line is connected to the inside of the heating container 15c. Communicate. As shown in detail in FIG. 7, the to-be-reformed gas supply pipe 6A is connected to the side surface 15c at a position where the tip 6A1 is substantially flush with the inner surface of the heating container 15c, while the water supply pipe 6B is The tip 6B1 is inserted and connected so as to be positioned closer to the center of the heating container 15c. Thereby, the city gas which is a to-be-reformed gas is supplied from the to-be-reformed gas supply pipe 6A, and the water is supplied from the water supply pipe 6B to the same space in the heating container 15c.

詳細には、被改質ガス供給管6A及び水供給管6Bは、いずれも、粒状体であるセラミックボールCBが多数収容された加熱容器15c内の緩衝空間BSに連通している。特に、水供給管6Bの先端部6B1から加熱容器15cの底面15c2に矢印W1、W2のように水が滴下し得る範囲Sには、少なくとも一つのセラミックボール(CB1、CB2等)を配置している。また、上述したように、水供給管6Bの先端部6B1は、被改質ガス供給管6Aの先端部6A1よりも加熱容器15cの中央部寄りに位置しているが、両者の間にも少なくとも一つのセラミックボール(CB3、CB4等)を配置している。本実施形態では、セラミックボールCBは球状を成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の形状をとりうる。   Specifically, both the reformed gas supply pipe 6A and the water supply pipe 6B communicate with the buffer space BS in the heating container 15c in which a large number of granular ceramic balls CB are accommodated. In particular, at least one ceramic ball (CB1, CB2, etc.) is arranged in a range S in which water can drip as indicated by arrows W1, W2 from the tip 6B1 of the water supply pipe 6B to the bottom surface 15c2 of the heating container 15c. Yes. As described above, the tip 6B1 of the water supply pipe 6B is located closer to the center of the heating vessel 15c than the tip 6A1 of the reformed gas supply pipe 6A. One ceramic ball (CB3, CB4, etc.) is arranged. In the present embodiment, the ceramic ball CB has a spherical shape, but the present invention is not limited to this and can take various shapes.

ここで、本実施形態においては、加熱容器15c内は仕切られておらず、一つの空間のみが形成されているが、上流側/下流側、または上方/下方などで適宜仕切りを設けて分割してもかまわない。但し、その場合にも、被改質ガス供給管6A及び水供給管6Bは、内部にセラミックボールCBが配置された同一空間に連通するよう接続する必要がある。   Here, in the present embodiment, the inside of the heating container 15c is not partitioned, and only one space is formed. However, the heating container 15c is divided by providing appropriate partitions on the upstream side / downstream side, or above / below. It doesn't matter. However, even in that case, the reformed gas supply pipe 6A and the water supply pipe 6B need to be connected so as to communicate with the same space in which the ceramic balls CB are disposed.

被改質ガス供給管6Aの先端部6A1は、緩衝空間BSから網状部材20によって覆われている。図8に詳細に示すように、網状部材20は、円環状の枠体20aと、枠体20a内で線材を交差させることで形成された網20bと、線材の間に形成される通気孔20cから成り、ステンレス等の耐熱性の高い金属で形成されている。この網状部材で被改質ガス供給管6Aの先端部6A1を覆うことにより、通気孔20cを介して緩衝空間BSへの都市ガスの供給を可能としながらも、緩衝空間BSのセラミックボールCBが被改質ガス供給管6A内へ侵入することによる目詰まりを防止することができる。   The tip end 6A1 of the reformed gas supply pipe 6A is covered with the mesh member 20 from the buffer space BS. As shown in detail in FIG. 8, the mesh member 20 includes an annular frame 20a, a mesh 20b formed by intersecting wires in the frame 20a, and a ventilation hole 20c formed between the wires. It is made of a metal having high heat resistance such as stainless steel. By covering the tip portion 6A1 of the reformed gas supply pipe 6A with this net-like member, it is possible to supply the city gas to the buffer space BS through the vent hole 20c, but the ceramic balls CB of the buffer space BS are covered. Clogging due to entering the reformed gas supply pipe 6A can be prevented.

図2及び図3に示すように、蒸発器15cは排出ガス室17内に配置されているため、後述する燃焼部18から排出される排出ガスに曝されて高温となる。従って、水供給管6Bによって加熱容器15c内の緩衝空間BSに供給された水も加熱され、蒸発して水蒸気となる。この水蒸気は、被改質ガス供給管6Aから緩衝空間BSに供給される都市ガスと混合され、この混合ガスは加熱容器内15cで加熱されたあと、加熱容器15cの上面に接続された配管6Cを通して改質器5に供給される。このとき、水蒸気と都市ガスはセラミックボールCBの間隙を流れることで撹拌されて一層混合されるとともに、熱伝導性の高いセラミックボールの表面から受熱し、効率良く加熱される。水蒸気を都市ガスと混合することで、配管6C内の腐食を軽減することができる。   2 and 3, since the evaporator 15c is disposed in the exhaust gas chamber 17, the evaporator 15c is exposed to exhaust gas discharged from the combustion unit 18 described later and becomes high temperature. Therefore, the water supplied to the buffer space BS in the heating container 15c by the water supply pipe 6B is also heated and evaporated to become water vapor. This steam is mixed with the city gas supplied from the reformed gas supply pipe 6A to the buffer space BS, and this mixed gas is heated in the heating container 15c and then connected to the upper surface of the heating container 15c. To the reformer 5. At this time, the water vapor and the city gas are agitated and further mixed by flowing through the gap between the ceramic balls CB, and receive heat from the surface of the ceramic balls having high thermal conductivity and are efficiently heated. By mixing water vapor with city gas, corrosion in the pipe 6C can be reduced.

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

改質器5に導入された被改質ガスとしての都市ガスは、改質器5内に収められている改質触媒によって改質される。改質された燃料ガスは、配管6Dを通ってガスタンク3へと供給される。改質器5に対して配管6Cが繋がっている部分と、改質器5に対して配管6Dが繋がっている部分とは、長手方向において一端近傍と他端近傍とに引き離されている。これによって、改質器5に供給された燃料ガス及び空気は改質触媒に十分に触れることが可能となる。   The city gas as the gas to be reformed introduced into the reformer 5 is reformed by the reforming catalyst stored in the reformer 5. The reformed fuel gas is supplied to the gas tank 3 through the pipe 6D. The portion where the pipe 6C is connected to the reformer 5 and the portion where the pipe 6D is connected to the reformer 5 are separated from each other in the vicinity of one end and the other end in the longitudinal direction. As a result, the fuel gas and air supplied to the reformer 5 can sufficiently 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。これらの改質触媒は球体である。   A reforming catalyst is enclosed in the reformer 5. As the reforming catalyst, a catalyst in which nickel is applied to the surface of the alumina sphere and a catalyst in which ruthenium is applied to the surface of the alumina sphere are appropriately used. These reforming catalysts are spheres.

本実施形態では、改質器5及び各燃料電池セルスタック90を覆うように、流路部材7が設けられている。流路部材7は、空気流路外壁71,72と、空気分配室73と、空気集約室74,75と、空気流路管76a,76b,77a,77bと、外壁78,79を有している。流路部材7は、長手方向に空気流路外壁71,72が、短手方向に外壁78,79が、それぞれ配置され、それらの部材によって箱状となるように形成されている。流路部材7は、改質器5及び各燃料電池セルスタック90を覆うように、仕切り板15に立設されている。続く説明では、流路部材7の仕切り板15に当接する側を下方とし、その下方と反対側を上方として説明する。   In the present embodiment, the flow path member 7 is provided so as to cover the reformer 5 and each fuel cell stack 90. The flow path member 7 has air flow path outer walls 71 and 72, an air distribution chamber 73, air collecting chambers 74 and 75, air flow path pipes 76a, 76b, 77a and 77b, and outer walls 78 and 79. Yes. The flow path member 7 is formed such that the air flow path outer walls 71 and 72 are arranged in the longitudinal direction and the outer walls 78 and 79 are arranged in the short direction, respectively, and are formed into a box shape by these members. The flow path member 7 is erected on the partition plate 15 so as to cover the reformer 5 and each fuel cell stack 90. In the following description, the side that contacts the partition plate 15 of the flow path member 7 is defined as the lower side, and the side opposite to the lower side is described as the upper side.

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

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

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

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

空気流路外壁71,72は、それぞれが二重壁構造となっていて、それぞれの内部を空気が流れることができるように構成されている。より具体的には、空気流路外壁71は、上方から三室に分割された構造となっており、上方から順に、第一室91、第二室92、第三室93として形成されている。空気集約室74から流れ込んだ空気は、第一室91に流れ込んだ後、第二室92に流れ込み、その後第三室93に流れ込む。同様に、空気流路外壁72も、上方から三室に分割された構造となっており、上方から順に、第一室94、第二室95、第三室96として形成されている。空気集約室75から流れ込んだ空気は、第一室94に流れ込んだ後、第二室95に流れ込み、その後第三室96に流れ込む。   Each of the air flow path outer walls 71 and 72 has a double wall structure, and is configured so that air can flow through each of them. More specifically, the air flow path outer wall 71 has a structure divided into three chambers from above, and is formed as a first chamber 91, a second chamber 92, and a third chamber 93 in this order from above. The air that flows from the air collecting chamber 74 flows into the first chamber 91, then flows into the second chamber 92, and then flows into the third chamber 93. Similarly, the air flow path outer wall 72 is also divided into three chambers from above, and is formed as a first chamber 94, a second chamber 95, and a third chamber 96 in order from the top. The air flowing from the air collecting chamber 75 flows into the first chamber 94, then flows into the second chamber 95, and then flows into the third chamber 96.

第三室93,96にはそれぞれ、所定間隔をおいて複数の空気流入孔93a,96aが形成されている。空気流入孔93a,96aは、燃料電池セルスタック90が連設されている方向に、各燃料電池セル4間の間隙に向かう位置であって、燃料電池セル4に対する上下方向の位置が略同一となるように、複数個形成されている。   In the third chambers 93 and 96, a plurality of air inflow holes 93a and 96a are formed at predetermined intervals, respectively. The air inflow holes 93a and 96a are located in the direction in which the fuel cell stack 90 is connected to the gap between the fuel cells 4 and the vertical positions relative to the fuel cells 4 are substantially the same. A plurality of them are formed.

空気流路外壁71,72に流れ込んだ空気は、空気流入孔93a,96aを通って発電室16内の燃料電池セル4近傍へと流れ込むように構成されている。空気流入孔93a,96aを通って流れ込んだ空気(発電用空気)は、燃料電池セル4の外側を通って各燃料電池セル4の下方から上方へと流れる。各燃料電池セル4の上方に至った空気(発電用空気)は、各燃料電池セル4の管内流路を通った燃料ガスと合わせて燃焼される。   The air flowing into the air flow path outer walls 71 and 72 is configured to flow into the vicinity of the fuel cell 4 in the power generation chamber 16 through the air inflow holes 93a and 96a. The air (power generation air) that flows through the air inflow holes 93 a and 96 a flows from the lower side to the upper side of each fuel cell 4 through the outside of the fuel cell 4. Air (power generation air) reaching above each fuel cell 4 is combusted together with the fuel gas that has passed through the pipe flow path of each fuel cell 4.

各燃料電池セルスタック90の上方は、空気(発電用空気)と燃料ガスとが混合して燃焼する燃焼部18となっている。燃料ガスは、ガスタンク3から、燃料電池セルユニット30の管内流路30cを通り、燃焼部18に向けて上昇する。また、燃料電池セル4の外側を流れる空気も、燃焼部18に向けて上昇する。空気流路外壁72の燃焼部18に対応する部分には点火装置挿入穴97が設けられ、燃焼ガスと空気との燃焼を開始させるための点火装置(図示しない)が点火装置挿入穴97から燃焼部18に突出されている。この点火装置により燃料ガスと空気とが混合して燃焼する。燃料電池セルスタック90を構成する燃料電池セル4は、燃焼部18によって上方から加熱される。また、空気流入孔93a,96aを通って流れ込む空気も、上述したように空気流路管76a,76b,77a,77b、空気流路外壁71,72を通る間に、燃焼部18における燃焼によって加熱される。   Above each fuel cell stack 90 is a combustion section 18 in which air (power generation air) and fuel gas are mixed and burned. The fuel gas rises from the gas tank 3 through the in-pipe flow path 30 c of the fuel cell unit 30 toward the combustion unit 18. Further, the air flowing outside the fuel cell 4 also rises toward the combustion unit 18. An ignition device insertion hole 97 is provided in a portion of the air flow path outer wall 72 corresponding to the combustion portion 18, and an ignition device (not shown) for starting combustion of combustion gas and air burns from the ignition device insertion hole 97. Projected to the portion 18. The ignition device mixes and burns fuel gas and air. The fuel cells 4 constituting the fuel cell stack 90 are heated from above by the combustion unit 18. In addition, the air flowing through the air inflow holes 93a and 96a is also heated by the combustion in the combustion section 18 while passing through the air passage pipes 76a, 76b, 77a and 77b and the air passage outer walls 71 and 72 as described above. Is done.

本実施形態による燃料電池モジュール102においては、被改質ガス供給管6A及び水供給管6Bは、加熱容器15c内の同一空間であり多数のセラミックボールCBが収容された緩衝空間BSに連通するよう接続されているため、水供給管6Bから蒸発器19の加熱容器15c内の緩衝空間BSに供給された水の突沸等により、水蒸気分圧の急激な上昇が生じても、そこに収容されているセラミックボールCBが緩衝材となって被改質ガス供給管6Aへの影響が緩和される。従って、加熱容器15c内の水蒸気分圧の上昇によって、被改質ガス供給管6Aから加熱容器15c内への都市ガスの供給が阻害される事態を防止し、都市ガスを安定的に蒸発器19へ供給することができる。   In the fuel cell module 102 according to the present embodiment, the to-be-reformed gas supply pipe 6A and the water supply pipe 6B are in the same space in the heating container 15c and communicate with a buffer space BS in which a large number of ceramic balls CB are accommodated. Since it is connected, even if the water vapor partial pressure suddenly rises due to bumping of water supplied to the buffer space BS in the heating container 15c of the evaporator 19 from the water supply pipe 6B, it is accommodated there. The ceramic ball CB is used as a buffer material, and the influence on the reformed gas supply pipe 6A is mitigated. Accordingly, a situation in which the supply of the city gas from the reformed gas supply pipe 6A to the heating container 15c is hindered by the increase in the partial pressure of the water vapor in the heating container 15c is prevented, and the city gas is stably evaporated. Can be supplied to.

また、加熱容器15cの底面15c2で、水供給管6Bから水が滴下する範囲Sに、少なくとも一つのセラミックボール(CB1、CB2等)が配置されている。水供給管6Bから蒸発器19の加熱容器15cの底面15c2に滴下した水が球状になると、その体積に対し表面積が小さいため突沸の原因となったり、蒸発に時間を要することで都市ガスとの混合がスムースに行えなくなるといった事態が生じる。本実施形態によれば、水供給管6Bより滴下した水は、範囲Sに配置されたセラミックボール(CB1、CB2等)に接触して、その表面を伝って広がることで、表面積が大きくなり蒸発しやすくなるため、突沸が抑制されて都市ガスをさらに安定的に蒸発器へ供給することができるとともに、水蒸気と被改質ガスとを良好に混合することができる。   In addition, at least one ceramic ball (CB1, CB2, etc.) is disposed in a range S where water drops from the water supply pipe 6B on the bottom surface 15c2 of the heating container 15c. If the water dripped from the water supply pipe 6B to the bottom surface 15c2 of the heating container 15c of the evaporator 19 becomes spherical, the surface area is small with respect to its volume, which may cause bumping or take time to evaporate. A situation occurs in which mixing cannot be performed smoothly. According to the present embodiment, the water dripped from the water supply pipe 6B comes into contact with the ceramic balls (CB1, CB2, etc.) arranged in the range S and spreads along the surface, thereby increasing the surface area and evaporating. Therefore, bumping is suppressed and the city gas can be supplied to the evaporator more stably, and the water vapor and the reformed gas can be mixed well.

水供給管6Bの先端部6B1は、被改質ガス供給管6Aの先端部6A1よりも加熱容器15cの中央部寄りに位置するよう配置され、双方の先端部の間には少なくとも一つのセラミックボール(CB3、CB4等)を配置したことで、水供給管6Bの先端部6B1から供給された水が緩衝空間BSで蒸発して水蒸気分圧が急激に高まっても、被改質ガス供給管の先端部との間に配置されたセラミックボール(CB3、CB4等)により、その影響を確実に緩和し、被改質ガス供給管6Bから緩衝空間BS内へ安定的に都市ガスを供給することができる。尚、先端部を加熱容器15cの中央部よりに位置させる配管として、上記とは逆に被改質ガス供給管6Aを選択してもよい。   The tip 6B1 of the water supply pipe 6B is disposed closer to the center of the heating vessel 15c than the tip 6A1 of the reformed gas supply pipe 6A, and at least one ceramic ball is between the two tips. (CB3, CB4, etc.) is arranged, even if the water supplied from the tip 6B1 of the water supply pipe 6B evaporates in the buffer space BS and the water vapor partial pressure rapidly increases, With ceramic balls (CB3, CB4, etc.) arranged between the front ends, the influence is reliably mitigated, and city gas can be stably supplied from the reformed gas supply pipe 6B into the buffer space BS. it can. Note that the reformed gas supply pipe 6 </ b> A may be selected on the contrary to the above as a pipe for positioning the tip part from the center part of the heating container 15 c.

4 燃料電池セル
5 改質器
6A 被改質ガス供給管
6A1 被改質ガス供給管の先端部
6B 水供給管
6B1 水供給管の先端部
15c 加熱容器
16 発電室
17 排出ガス室
19 蒸発器
20 網状部材
30 燃料電池セルユニット
90 燃料電池セルスタック(燃料電池)
102 燃料電池モジュール
BS 緩衝空間
CB セラミックボール(粒状体)
4 Fuel Cell 5 Reformer 6A Reformed Gas Supply Pipe 6A1 Tip of Reformed Gas Supply Pipe 6B Water Supply Pipe 6B1 Tip of Water Supply Pipe 15c Heating Container 16 Power Generation Chamber 17 Exhaust Gas Chamber 19 Evaporator 20 Reticulated member 30 Fuel cell unit 90 Fuel cell stack (fuel cell)
102 Fuel cell module BS Buffer space CB Ceramic ball (granular body)

Claims (4)

被改質ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成した燃料ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池とを有する燃料電池モジュールであって、
その内部で水を加熱する加熱容器を有し前記改質器で使用する水蒸気を生成する蒸発器と、
前記加熱容器内に被改質ガスを供給する被改質ガス供給管と、
前記加熱容器内に水を供給する水供給管とを備え、
前記被改質ガス供給管及び水供給管は、前記加熱容器内の同一空間であり多数の粒状体が収容された緩衝空間に連通するよう接続されていることを特徴とする燃料電池モジュール。
A fuel cell module having a reformer that generates a fuel gas by steam reforming a gas to be reformed, and a fuel cell that generates power by receiving supply of the fuel gas generated by the reformer,
An evaporator that has a heating vessel for heating water therein and generates water vapor for use in the reformer;
A reformed gas supply pipe for supplying a reformed gas into the heating container;
A water supply pipe for supplying water into the heating container,
The fuel gas module, wherein the reformed gas supply pipe and the water supply pipe are connected to communicate with a buffer space in which a large number of granular materials are accommodated in the same space in the heating container.
前記加熱容器の底面で、前記水供給管から水が滴下する範囲に、少なくとも一つの粒状体が配置されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池モジュール。   2. The fuel cell module according to claim 1, wherein at least one granular body is disposed in a range where water drops from the water supply pipe at a bottom surface of the heating container. 前記水供給管及び被改質ガス供給管の少なくとも一方の先端部が、網状部材で覆われていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池モジュール。   The fuel cell module according to claim 1, wherein at least one tip of the water supply pipe and the reformed gas supply pipe is covered with a mesh member. 前記水供給管及び被改質ガス供給管の一方の先端部は、他方の先端部よりも前記加熱容器の中央部寄りに位置するよう配置され、前記双方の先端部の間には少なくとも一つの粒状体が配置されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池モジュール。   One end of the water supply pipe and the reformed gas supply pipe is disposed closer to the center of the heating vessel than the other end, and there is at least one between the two ends. 2. The fuel cell module according to claim 1, wherein a granular material is disposed.
JP2010082592A 2010-03-31 2010-03-31 Fuel cell module Expired - Fee Related JP5725443B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010082592A JP5725443B2 (en) 2010-03-31 2010-03-31 Fuel cell module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010082592A JP5725443B2 (en) 2010-03-31 2010-03-31 Fuel cell module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011216283A true JP2011216283A (en) 2011-10-27
JP5725443B2 JP5725443B2 (en) 2015-05-27

Family

ID=44945824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010082592A Expired - Fee Related JP5725443B2 (en) 2010-03-31 2010-03-31 Fuel cell module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5725443B2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012201583A (en) * 2011-03-28 2012-10-22 Osaka Gas Co Ltd Fuel reforming apparatus
JP2014082201A (en) * 2012-09-26 2014-05-08 Toto Ltd Fuel cell device
JP2015093792A (en) * 2013-11-11 2015-05-18 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Fuel reforming device and fuel cell system
JP2015109234A (en) * 2013-12-05 2015-06-11 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell module
JPWO2013145674A1 (en) * 2012-03-26 2015-12-10 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Fuel cell module and fuel cell system
EP3070775A1 (en) 2015-03-19 2016-09-21 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JPWO2015080230A1 (en) * 2013-11-27 2017-03-16 京セラ株式会社 Reformer, cell stack device, fuel cell module and fuel cell device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004319328A (en) * 2003-04-17 2004-11-11 Idemitsu Kosan Co Ltd Kerosene fuel vaporizer for fuel cell and vaporization method thereof
JP2005053733A (en) * 2003-08-04 2005-03-03 Corona Corp Apparatus for reforming liquid hydrocarbon fuel
JP2005067990A (en) * 2003-08-28 2005-03-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Evaporator for reforming raw material
JP2005272168A (en) * 2004-03-23 2005-10-06 Corona Corp Fuel reformer
JP2007073358A (en) * 2005-09-07 2007-03-22 Mitsubishi Materials Corp Fuel heat exchanger and fuel cell
JP2007165239A (en) * 2005-12-16 2007-06-28 Mitsubishi Materials Corp Evaporative emission generating device, and fuel cell using the same
WO2009096291A1 (en) * 2008-01-29 2009-08-06 Kyocera Corporation Fuel cell module and fuel cell device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004319328A (en) * 2003-04-17 2004-11-11 Idemitsu Kosan Co Ltd Kerosene fuel vaporizer for fuel cell and vaporization method thereof
JP2005053733A (en) * 2003-08-04 2005-03-03 Corona Corp Apparatus for reforming liquid hydrocarbon fuel
JP2005067990A (en) * 2003-08-28 2005-03-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Evaporator for reforming raw material
JP2005272168A (en) * 2004-03-23 2005-10-06 Corona Corp Fuel reformer
JP2007073358A (en) * 2005-09-07 2007-03-22 Mitsubishi Materials Corp Fuel heat exchanger and fuel cell
JP2007165239A (en) * 2005-12-16 2007-06-28 Mitsubishi Materials Corp Evaporative emission generating device, and fuel cell using the same
WO2009096291A1 (en) * 2008-01-29 2009-08-06 Kyocera Corporation Fuel cell module and fuel cell device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012201583A (en) * 2011-03-28 2012-10-22 Osaka Gas Co Ltd Fuel reforming apparatus
JPWO2013145674A1 (en) * 2012-03-26 2015-12-10 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Fuel cell module and fuel cell system
JP2014082201A (en) * 2012-09-26 2014-05-08 Toto Ltd Fuel cell device
JP2015093792A (en) * 2013-11-11 2015-05-18 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Fuel reforming device and fuel cell system
JPWO2015080230A1 (en) * 2013-11-27 2017-03-16 京セラ株式会社 Reformer, cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP2015109234A (en) * 2013-12-05 2015-06-11 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell module
EP3070775A1 (en) 2015-03-19 2016-09-21 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP5725443B2 (en) 2015-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5725443B2 (en) Fuel cell module
JP5284050B2 (en) Fuel cell module
JP5803515B2 (en) Fuel cell device
JP5288249B2 (en) Fuel cell module
JP2010049943A (en) Fuel battery module
JP5549991B2 (en) Fuel cell module
JP2013073899A (en) Fuel cell device
JP2008218276A (en) Fuel cell
JP5262483B2 (en) Fuel cell system
JP2010067547A (en) Fuel battery module
JP2010108826A (en) Fuel cell module
JP2017183134A (en) Solid oxide fuel cell device
JP5495168B2 (en) Fuel cell module
JP2017183135A (en) Solid oxide fuel cell device
JP5257840B2 (en) Fuel cell module
JP2017183130A (en) Solid oxide fuel cell device
JP2010123316A (en) Fuel cell module
JP5822122B2 (en) Fuel cell device
JP2020205278A (en) Solid oxide fuel cell system
JP2010113883A (en) Fuel battery module
JP2020098741A (en) Fuel cell module
JP5317009B2 (en) Fuel cell module
JP5811399B2 (en) Fuel cell device
JP2010067546A (en) Fuel battery module
JP2020098743A (en) Fuel cell module

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130328

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140224

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140408

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140818

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140828

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: 20150309

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5725443

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: 20150322

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

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

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees