JP2013171676A - 燃料電池及びその酸化剤供給方法 - Google Patents
燃料電池及びその酸化剤供給方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013171676A JP2013171676A JP2012034328A JP2012034328A JP2013171676A JP 2013171676 A JP2013171676 A JP 2013171676A JP 2012034328 A JP2012034328 A JP 2012034328A JP 2012034328 A JP2012034328 A JP 2012034328A JP 2013171676 A JP2013171676 A JP 2013171676A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- chamber
- air
- oxidant
- power generation
- 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
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【解決手段】複数のセルチューブ12と、複数のセルチューブ12の一方の端部を固定する下管板14と、下管板14を介して発電室17と連通するガス流路部と、ガス流路部に設ける燃料排出ヘッダ20と空気供給流路40とを備える燃料電池10であって、燃料排出ヘッダ20は、一方の面側でセルチューブ12の内部と連通し、他方の面及び側面で空気供給流路40と金属部材を介して隣接する。
【選択図】図1
Description
このような燃料電池は、燃料側の電極である燃料極と、空気(酸化剤)側の電極である空気極と、これらの間にありイオンのみを通す電解質とにより構成されており、電解質の種類によって様々な形式が開発されている。
このようなSOFCにおいては、たとえば下記の特許文献1に開示されているように、SOFCモジュールを構成するケーシングの内部に、該ケーシングの側面下部から空気が供給され、この空気が発電室内を通ってケーシングの側面上部から排出される。
一方、燃料電池モジュールの下面側は、燃料排出ヘッダや集電子を設置する必要があるため、発電室へ供給する空気の供給流路を単純な配管経路によって確保することは困難であった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、設置スペースを低減して小型化できる燃料電池及びその酸化剤供給方法を提供することにある。
本発明に係る燃料電池は、複数の発電セルと、複数の前記発電セルの一方の端部を固定する仕切部材と、前記仕切り部材を介して発電室と連通するガス流路部と、前記ガス流路部に設ける第一空間と第二空間とを備える燃料電池であって、前記第一空間は、一方の面側で前記発電セルの内部と連通し、他方の面及び側面で第二空間と金属部材を介して隣接することを特徴とするものである。
また、前記スリットは、前記側壁鍔部の長辺側及び短辺側に設けられていることが好ましく、これにより、発電室内に対して酸化剤のガスをより一層均一に供給することができる。
また、発電室内に対して酸化剤を均一に供給することが可能になるので、空気極の損傷を防止または抑制し、発電室内の流量偏差及び温度を均一化して信頼性や耐久性を向上させることができる。
図示の燃料電池(燃料電池モジュール)10は、固体酸化物形燃料電池(以下、「SOFC」と呼ぶ)システムに適用されるものである。一般的なSOFCシステムは、発電を行なうSOFC形の燃料電池10と、都市ガスや天然ガス等の燃料ガスを改質するための改質器と、酸化剤のガス(酸化剤とは酸素を略15%〜21%含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなど、空気に限定されるものではない。)を予熱する空気予熱器と、燃料電池10から排出された排ガス中に含まれる未燃の燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、を備えている。以下では、酸化剤のガスとして空気を使用するものとして説明する。
予熱ヒータは、電力の供給を受けて熱を発生させるヒータであり、燃焼触媒において空気と昇温用燃料とが反応を起こす所定温度にまで加熱するものである。
燃焼器は、後述する燃料排出ヘッダ(燃料排出室)20と接続されるとともに、空気予熱器を介して空気排出ヘッダ23と接続されている。
また、上断熱体15は、後述する空気排出ヘッダ23を形成するため、第1上断熱体15Aと第2上断熱体15Bとに二分割されている。すなわち、空気排出ヘッダ23は、第1上断熱体15Aと第2上断熱体15Bとの間に形成されている。
そして、下管板14と下断熱体16との間には、空気供給ヘッダ22が形成され、上管板13と上断熱体15との間には、空気排出ヘッダ23が形成されている。なお、図中の符号24は、空気排出ヘッダ23に接続された空気排出管である。
また、下管板14は、同じく長手方向の下側(図1の下方)に配置された板状の部材であり、燃料排出ヘッダ20の上面部材とともに空気供給ヘッダ22の下面部材となる。また、下管板14は、後述する空気供給流路40の上端部を封止し、外周部が鍔部20aとして機能する部材である。
下管板14には、セルチューブの一方の端部が気密に固定支持されている。燃料ガスはセルチューブの内面を流れることで、発電室を経由して燃料供給ヘッダ18から燃料排出ヘッダ20に流通している。
なお、この場合の長手方向については、略角柱形状となるケーシング11の上下方向と読み替えることも可能である。
セルチューブ12は、一方の開口端が燃料供給ヘッダ18に開口するとともに、他方の開口端が燃料排出ヘッダ20内に開口するように、上下の管板13,14に穿設した貫通孔よって支持されている。また、セルチューブ12は、燃料電池セルが発電室17内にのみ位置するように配置されている。
上断熱体15及び下断熱体16には、セルチューブ12を挿通させる孔15a,16aが形成され、孔15a,16aの直径は、空気の流通を可能にするためセルチューブ12の直径よりも大きく形成されている。
このような構成にすることで、セルチューブ12と孔15a,16aとの間を通って発電室17に流入する空気に下断熱体16の熱が伝達されやすくなるので、発電室17の温度を高温に保ちやすくなる。
燃料排出ヘッダ20は、上面に下管板14を備えた中空箱形(略直方体形状)の部材であり、略同形状にして上面を開口させた支持架台30の内部空間(略直方体形状)に収納設置されている。
この場合、下管板14の平面形状を燃料排出ヘッダ20より大きくすることで、外周部が全周にわたって水平方向外向きに突出することとなり、この突出部が燃料排出ヘッダ20の鍔部20aを形成している。なお、図中の符号21は、燃料排出ヘッダ20の底面に接続された燃料排出管である。
支持架台30は、上面が開放されている箱型の部材であって、側面31及び底面32により構成されている。側面31の上端部には、側壁鍔部31aが形成されている。側壁鍔部31aには外周側より低い段差部33が全周にわたって設けられている。この段差部33は、支持架台30の内部に燃料排出ヘッダ20を収納する際、燃料排出ヘッダ20の上端外周部に設けた鍔部20aを設置して係止するための部分である。
なお、空気流通孔41は、上述したスリット41aに限定されることはなく、たとえば側壁31や鍔部20aを貫通するような孔を設け、空気流通流路40と空気供給ヘッダ22との間を連通させてもよい。
また、ケーシング11の下端部は、燃料排出ヘッダ20をケーシング11の下面となる支持架台30の凹部に収納設置した二重箱構造とされ、ケーシング11と燃料排出ヘッダ20との壁面間に空気供給流路40となる間隙部が形成されている。この間隙部、すなわち空気供給流路40の上端部と、燃料排出ヘッダ20の上面とは、支持架台30の内側縁部である段差部33に設置した仕切部材の下管板14により封止されている。この場合、空気供給流路40の上端部を封止するのは、鍔部20aとして機能する下管板14の外周部である。
この空気は、下断熱体16に形成された孔16aとセルチューブ12との間を通って発電室17に供給される。また、発電室17で電気化学的な反応に使用された空気は、上断熱体15に形成された孔15aとセルチューブ12との間を通って発電室17から空気排出ヘッダ23に流出し、空気排出管24を通ってケーシング11の外部へ導かれる。
燃料排出室20に流出した燃料ガスは、支持架台30の底面32を貫通する管路の燃料排出管21を通り、ケーシング11の下部から、すなわち、支持架台30の底面32からケーシング11の外部へ排出される。
この結果、平面視が長方形の長辺側を隣接させて複数配置される燃料電池10は、互いの間隔を狭めることで設置スペースを低減でき、結果として、SOFC全体を小型化できる。
具体的には、平面視が略長方形となる空気供給ヘッダ22の両長辺側に等ピッチで多数の空気流通孔41を配置すればよいが、両長辺側に加えて短辺側にも設けることが好ましい。この場合、両短辺側については、それぞれ1個の空気流通孔41を中央部付近に設ければよく、これにより、発電室17内に対して空気をより一層均一に供給することができる。
シミュレーションにおける空気流入条件は、圧力0.33Mpa、流量0.0052Kg/s、温度500℃と設定し、図6に示すケース1〜10について計算した結果が図7に示されている。
なお、この計算結果によれば、長辺側に設けた全てのスリット41aから空気を供給する場合において、ケース8やケース10は、短辺側からの空気供給がないケース2と比較して良好な結果を示しており、従って、短辺側のスリット41aが均一化に有効であることが分かる。
また、上述した燃料電池10の下部を二重箱構造にしたので、大きなスペースを確保しなくてもケーシング11の下部から空気を供給できるようになり、この結果、レイノルズ数を約3000以下(Re≦3000)の値にして流れの乱れを防止した整流化が可能となる。
このため、空気供給管36や燃料排出管21をケーシング11の側面からなくすことができ、従って、隣接する燃料電池10の間隔を狭めることで設置スペースを低減できる。
また、発電室17内に対して空気を均一に供給できるので、空気極の損傷を防止または抑制して信頼性や耐久性を向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
11 ケーシング(容器)
12 セルチューブ(燃料電池セル筒、発電セル)
13 上管板(仕切部材)
14 下管板(仕切部材)
15 上断熱体
16 下断熱体
17 発電室
18 燃料供給ヘッダ(燃料供給室)
20 燃料排出ヘッダ(燃料排出室、第一空間)
20a 鍔部
21 燃料排出管
22 空気供給ヘッダ(空気供給室)
23 空気排出ヘッダ(空気排出室)
30 支持架台
31 側壁
31a 側壁鍔部
32 底面
33 段差部
40 空気供給流路(間隙部、第二空間)
41 空気流通孔(酸化剤流通流路)
41a スリット
Claims (4)
- 複数の発電セルと、複数の前記発電セルの一方の端部を固定する仕切部材と、前記仕切り部材を介して発電室と連通するガス流路部と、前記ガス流路部に設ける第一空間と第二空間とを備える燃料電池であって、
前記第一空間は、一方の面側で前記発電セルの内部と連通し、他方の面及び側面で第二空間と金属部材を介して隣接することを特徴とする燃料電池。 - 前記第二空間は、複数の流通孔により前記発電室と連通し、
前記流通孔は、前記第二空間の側壁鍔部の少なくとも一辺に設けられるスリットを備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 - 前記スリットは、前記側壁鍔部の長辺側及び短辺側に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。
- 燃料電池セル筒の内側に燃料供給室から燃料ガスを導入して燃料排出室へ排出するとともに、酸化剤供給室から発電室内に酸化剤を導入して前記燃料電池セル筒の外側を酸化剤排出室へ向けて下方から上方へ流し、前記燃料ガスと前記酸化剤とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池の酸化剤供給方法であって、
容器の内部を上下方向に区画して上から順に前記燃料供給室、前記酸化剤排出室、前記発電室、前記酸化剤供給室及び前記燃料排出室を形成し、
前記容器内で前記発電室を上下方向に貫通する複数本の前記燃料電池セル筒を、上端を前記燃料供給室に開口させるとともに下端を前記燃料排出室に開口させ、
前記燃料排出室を前記容器の下面となる支持架台の凹部に収納設置して壁面間に間隙部を形成した二重箱構造とし、前記支持架台の内側縁部に仕切部材を設置して前記間隙部及び前記燃料排出室の上面を封止するとともに、前記間隙部と前記酸化剤供給室との間を連通させる酸化剤流通流路を設けて、
前記酸化剤を前記容器の下部から前記間隙部を介して前記酸化剤供給室に供給するとともに、前記燃料排出室の前記燃料ガスを、前記支持架台を貫通する管路によって前記容器の下部から排出することを特徴とする燃料電池の酸化剤供給方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012034328A JP5922433B2 (ja) | 2012-02-20 | 2012-02-20 | 燃料電池及びその酸化剤供給方法 |
US13/770,354 US9406965B2 (en) | 2012-02-20 | 2013-02-19 | Fuel cell module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012034328A JP5922433B2 (ja) | 2012-02-20 | 2012-02-20 | 燃料電池及びその酸化剤供給方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013171676A true JP2013171676A (ja) | 2013-09-02 |
JP5922433B2 JP5922433B2 (ja) | 2016-05-24 |
Family
ID=49265507
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012034328A Active JP5922433B2 (ja) | 2012-02-20 | 2012-02-20 | 燃料電池及びその酸化剤供給方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5922433B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013171675A (ja) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物形燃料電池及び複合発電システム |
JP2015118807A (ja) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 燃料電池の酸化剤供給ヘッダ、燃料電池及び燃料電池への酸化剤供給方法 |
JP2017199599A (ja) * | 2016-04-28 | 2017-11-02 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 高温動作形燃料電池および燃料電池システム。 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002313369A (ja) * | 2001-04-18 | 2002-10-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 空気予熱構造 |
JP2003123827A (ja) * | 2001-10-12 | 2003-04-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池の熱交換構造 |
JP2004127640A (ja) * | 2002-10-01 | 2004-04-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池の熱交換構造 |
JP2007109598A (ja) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池モジュールおよび燃料電池システム |
JP2008135300A (ja) * | 2006-11-28 | 2008-06-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質燃料電池モジュール及び固体電解質燃料電池の空気供給方法 |
JP2008311140A (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高温型燃料電池および高温型燃料電池の制御方法 |
US20100330450A1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-12-30 | Kevin Huang | Tubular Solid Oxide Fuel Cells With Porous Metal Supports and Ceramic Interconnections |
-
2012
- 2012-02-20 JP JP2012034328A patent/JP5922433B2/ja active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002313369A (ja) * | 2001-04-18 | 2002-10-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 空気予熱構造 |
JP2003123827A (ja) * | 2001-10-12 | 2003-04-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池の熱交換構造 |
JP2004127640A (ja) * | 2002-10-01 | 2004-04-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池の熱交換構造 |
JP2007109598A (ja) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池モジュールおよび燃料電池システム |
JP2008135300A (ja) * | 2006-11-28 | 2008-06-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質燃料電池モジュール及び固体電解質燃料電池の空気供給方法 |
JP2008311140A (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高温型燃料電池および高温型燃料電池の制御方法 |
US20100330450A1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-12-30 | Kevin Huang | Tubular Solid Oxide Fuel Cells With Porous Metal Supports and Ceramic Interconnections |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013171675A (ja) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物形燃料電池及び複合発電システム |
JP2015118807A (ja) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 燃料電池の酸化剤供給ヘッダ、燃料電池及び燃料電池への酸化剤供給方法 |
JP2017199599A (ja) * | 2016-04-28 | 2017-11-02 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 高温動作形燃料電池および燃料電池システム。 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5922433B2 (ja) | 2016-05-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6247671B2 (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP2017105695A (ja) | 水素生成装置及び燃料電池システム | |
KR20190124598A (ko) | 연료전지 시스템 | |
JP2017199599A (ja) | 高温動作形燃料電池および燃料電池システム。 | |
US10593975B2 (en) | Catalytic burner arrangement | |
US20140023950A1 (en) | Fuel cell module | |
JP2016051574A (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP5922433B2 (ja) | 燃料電池及びその酸化剤供給方法 | |
JP5285253B2 (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP6734048B2 (ja) | 燃料電池カートリッジ及び燃料電池モジュール並びに燃料電池カートリッジの制御装置及び制御方法 | |
JP2015018622A (ja) | 燃料電池ユニット、燃料電池システム及びハイブリッド発電システム | |
JP6953146B2 (ja) | 燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールを備えた複合発電システム並びにサブモジュールの組み立て方法 | |
US9406965B2 (en) | Fuel cell module | |
JP6239229B2 (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池運転方法 | |
US20230048425A1 (en) | Fuel cell power generation system | |
KR20160101548A (ko) | 수증기 개질기 및 열 회수기를 갖는 연료전지용 열교환 장치 | |
JP6780044B2 (ja) | 燃料電池サブモジュール、燃料電池モジュール及び複合発電システム並びにサブモジュールの組み立て方法 | |
JP2015109240A (ja) | 燃料電池およびその運転方法 | |
JP2020145208A (ja) | 燃料電池モジュールおよび燃料電池システム。 | |
JP6738144B2 (ja) | 燃料電池カートリッジ及び燃料電池モジュール並びに燃料電池セルスタックの冷却方法 | |
JP2012124070A (ja) | 固体酸化物型燃料電池 | |
JP2016085927A (ja) | 複合発電システム及び複合発電システムの制御方法 | |
JP5922432B2 (ja) | 燃料電池及びその酸化剤排出方法 | |
JP6203627B2 (ja) | 燃料電池の酸化剤供給ヘッダ、燃料電池及び燃料電池への酸化剤供給方法 | |
JP6113646B2 (ja) | 還元処理装置及び還元処理方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141226 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20150119 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150911 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150929 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151130 |
|
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: 20160315 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160414 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5922433 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |