JP2013206572A - Fuel cell unit - Google Patents

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Toshiya Abe
俊哉 阿部
Yosuke Akagi
陽祐 赤木
Shuhei Tanaka
修平 田中
Kunizo Soma
邦造 相馬
Takuya Hoshiko
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell unit which can supply fuel gas evenly to fuel battery cells arranged on either the upstream or the downstream side of the direction of fuel gas flow in a manifold.SOLUTION: A fuel cell unit 2 has fuel battery cells arranged therein, in which gas on one side of oxidant gas and fuel gas is supplied to the inner electrode and gas on the other side is supplied to the outer electrode of the fuel battery cells via a manifold 68 to cause power generation reaction to occur, and includes an aggregate section 21a consisting of openings through which reacted and unreacted gases are collected and guided to the outside of a power generation chamber. The manifold 68 includes an introduction port which introduces gas on one side and a lead-out port, introduced gas being supplied from the lead-out port to the fuel battery cells, and a gas passage is provided through which the introduced gas is discharged toward the face of the power generation chamber having the aggregate section arranged therein. The aggregate section 21a is provided in such a way that an opening amount at the other end side in the manifold 68 becomes large.

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池ユニットに関する。   The present invention relates to a fuel cell unit that generates power using a fuel gas and an oxidant gas.

近年、燃料ガス(水素含有ガス)と酸化剤ガス(酸素含有ガス)とを反応させて電力を得ることができる燃料電池セルをケーシング内に複数配列した燃料電池セル集合体を有し、その各燃料電池セルに燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して発電する燃料電池ユニットが提案されている。この種の燃料電池ユニットとして、燃料電池セル集合体における配列方向の一端側から他端側へ向けて燃料ガスが導入され、立設された燃料電池セル集合体全体へと燃料ガスを供給するマニホールドを備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。   In recent years, a fuel cell assembly in which a plurality of fuel cells that can obtain electric power by reacting a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxidant gas (oxygen-containing gas) are arranged in a casing is provided. A fuel cell unit that generates power by supplying a fuel cell and an oxidant gas to a fuel cell has been proposed. As this kind of fuel cell unit, a fuel gas is introduced from one end side to the other end side in the arrangement direction of the fuel cell assembly, and the fuel gas is supplied to the whole installed fuel cell assembly (For example, refer patent document 1).

特開2011−119185号公報JP 2011-119185 A

上述した特許文献1のような燃料電池ユニットでは、マニホールドにおいて燃料電池セル集合体の配列方向における一端側から他端側へ燃料ガスが導入される。その際、一端側、即ち燃料ガスの流れ方向の上流側から、他端側、即ち下流側に近づくにつれ、燃料ガス自身の粘性やマニホールド内での摩擦等によるエネルギー損失により燃料ガスの流れの方向に圧力降下が生じる。つまり、マニホールドにおける燃料ガスの流れ方向における上流側に配置された燃料電池セルよりも、下流側に配置された燃料電池セルの方が、燃料ガスの供給量がより少なくなる。そのため、マニホールドの下流側に配置された燃料電池セルにて上流側の燃料電池セルと同量の発電を行う場合、燃料ガスが不足した状態で無理やり発電する状況が起こり、下流側の燃料電池セルにて劣化や破損が生じるおそれがある。燃料ガスの不均一な供給を原因とする燃料電池セルにおける劣化や破損が生じた場合、燃料電池ユニットの発電反応が安定せず寿命も短くなってしまう虞がある。   In the fuel cell unit as in Patent Document 1 described above, fuel gas is introduced from one end side to the other end side in the arrangement direction of the fuel cell assembly in the manifold. At that time, as it approaches the other end, that is, the downstream side from the upstream side in the flow direction of the fuel gas, the direction of the flow of the fuel gas due to energy loss due to the viscosity of the fuel gas itself, friction in the manifold, or the like. A pressure drop occurs. That is, the supply amount of the fuel gas is smaller in the fuel battery cell arranged on the downstream side than the fuel battery cell arranged on the upstream side in the fuel gas flow direction in the manifold. For this reason, when the same amount of power is generated in the fuel cells arranged on the downstream side of the manifold as in the upstream fuel cells, the situation is that power is forcibly generated with insufficient fuel gas, and the downstream fuel cells There is a risk of deterioration or damage. When deterioration or breakage in the fuel cell due to uneven supply of fuel gas occurs, the power generation reaction of the fuel cell unit may not be stable and the life may be shortened.

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、マニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の上流側及び下流側いずれに配置された燃料電池セルに対しても、均一に燃料ガスを供給することが可能な燃料電池ユニットを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and evenly for the fuel cells arranged on either the upstream side or the downstream side in the flow direction of the fuel gas in the manifold, the fuel gas is evenly distributed. It aims at providing the fuel cell unit which can supply.

本発明は、酸化剤ガス又は燃料ガスの一方のガスをマニホールドを介して燃料電池セルの内側電極に供給し、酸化剤ガス又は燃料ガスの他方のガスを燃料電池セルの外側電極に供給して、内側電極、外側電極、及び内側電極と外側電極との間に配置した電解質層を利用して発電反応を生じさせる燃料電池セルを発電室内に配置し、発電反応によって生じた反応済ガスや発電反応に利用されなかった前記一方のガス、前記他方のガスを集めて発電質外に導く開口からなる集合部を有する燃料電池ユニットであって、前記マニホールドは、前記一方のガスを導入する導入口と、導入された前記一方のガスを前記燃料電池セルに供給する導出口と、を備え、前記導入口は前記マニホールドの一端側に配設されており、導入された前記一方のガスは一端側から対向する他端側に向けて流れる間に順次、前記一端側から前記他端側にかけて複数配列された前記導出口から前記燃料電池セルに供給されるよう構成されており、前記燃料電池セルは、前記マニホールドから導入した前記一方のガスを、前記内側電極を介して前記集合部が配置された前記発電室の面に向けて、前記発電室内に放出するガス流路を備えている燃料電池ユニットにおいて、 前記集合部は、前記マニホールドにおける前記他端側における開口量が大きくなるよう設けられていることを特徴とする燃料電池ユニットである。   The present invention supplies one gas of oxidant gas or fuel gas to the inner electrode of the fuel cell via the manifold, and supplies the other gas of oxidant gas or fuel gas to the outer electrode of the fuel cell. In addition, fuel cells that generate a power generation reaction using an inner electrode, an outer electrode, and an electrolyte layer disposed between the inner electrode and the outer electrode are disposed in a power generation chamber, and reacted gas and power generated by the power generation reaction are generated. The fuel cell unit having an assembly portion including an opening that collects the one gas that has not been used for the reaction and the other gas and guides the other gas out of the power generation, and the manifold introduces the one gas. And an outlet for supplying the introduced one gas to the fuel battery cell, the inlet being disposed on one end side of the manifold, and the introduced one gas is The fuel cell unit is configured to be supplied to the fuel cell unit from the plurality of outlets arranged in sequence from the one end side to the other end side while flowing from the side toward the opposite end side. A fuel cell comprising a gas flow path for discharging the one gas introduced from the manifold into the power generation chamber through the inner electrode toward the surface of the power generation chamber where the collecting portion is disposed. In the unit, the collecting portion is a fuel cell unit characterized in that an opening amount on the other end side of the manifold is increased.

このように構成された本発明においては、集合部をマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側寄りに配置したことにより、燃焼ガスはマニホールドの上流側に比べて集合部に距離が近い下流側でよりスムーズにケーシングから排出される。そのため、より燃焼ガスが消費されやすいマニホールドの下流側に配置された燃料電池セルの上方の圧力が、上流側の燃料電池セル上方の圧力に比べて低くなり、マニホールドの下流側において燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セル下方から供給される。燃料電池セル集合体における各燃料電池セルに供給される燃料ガスの流量が均一化されるため、不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができる。従って、発電反応が安定するとともに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。   In the present invention configured as described above, by arranging the collecting portion closer to the downstream side than the central portion in the flow direction of the fuel gas in the manifold, the combustion gas has a distance to the collecting portion as compared with the upstream side of the manifold. More smoothly discharged from the casing on the downstream side. For this reason, the pressure above the fuel cells arranged on the downstream side of the manifold where combustion gas is more easily consumed is lower than the pressure above the upstream fuel cells, and the fuel gas is more downstream on the manifold. The fuel cell is smoothly supplied from below. Since the flow rate of the fuel gas supplied to each fuel cell in the fuel cell assembly is made uniform, the deterioration or breakage of the fuel cell caused by the supply of the fuel gas having a non-uniform flow rate can be prevented. Therefore, it is possible to obtain a fuel cell unit with a stable power generation reaction and a long life.

本発明は、好ましくは、集合部は、燃料電池セル集合体の中央部から見てマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の下流側寄りに配置される。   In the present invention, preferably, the collecting portion is disposed closer to the downstream side in the fuel gas flow direction in the manifold as viewed from the center of the fuel cell assembly.

このように構成された本発明においては、集合部は燃料電池セル集合体の中央部から見てマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の下流側寄りに配置されているので、集合部とマニホールド上流側との間に、燃料電池ユニット内で最も高温となる燃料電池セル集合体の中央部が位置することとなる。高温環境下では気体の粘度が上昇するという特性があるので、集合部とマニホールド上流との間に高温で粘度が高くなった領域ができ、上流側の燃料ガスが集合部に到達しづらくなり、上流側の燃料ガス流量を抑えるとともに下流側の燃料ガス流量を相対的に増やすことができる。これによって、燃料ガスが燃料電池セルユニットに供給されにくかったマニホールド下流側において燃料ガスをより供給できるようにしたので、マニホールド下流側で燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セルに供給されるようになり、より確実に不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができる。従って、発電反応がより安定するとともにより長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。   In the present invention configured as described above, the collecting portion is disposed closer to the downstream side in the flow direction of the fuel gas in the manifold as viewed from the central portion of the fuel cell assembly. In between, the center part of the fuel cell assembly which is the highest temperature in the fuel cell unit is located. Since there is a characteristic that the viscosity of the gas increases in a high temperature environment, there is a region where the viscosity increases at a high temperature between the collecting part and the upstream of the manifold, making it difficult for the upstream fuel gas to reach the collecting part. The upstream fuel gas flow rate can be suppressed and the downstream fuel gas flow rate can be relatively increased. As a result, the fuel gas can be supplied more on the downstream side of the manifold where it is difficult to supply the fuel gas to the fuel cell unit, so that the fuel gas can be supplied to the fuel cell more smoothly on the downstream side of the manifold. Thus, it is possible to more reliably prevent the deterioration or breakage of the fuel battery cell generated by the supply of the fuel gas having a non-uniform flow rate. Therefore, it is possible to obtain a fuel cell unit with a more stable power generation reaction and a longer life.

本発明は、好ましくは、水を水蒸気にする蒸発器と、水蒸気により被改質ガスを燃料ガスへ改質する改質器と、を燃料電池セル集合体と集合部との間に有し、蒸発器をマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側寄りに配置し、改質器をマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも上流側寄りに配置する。   The present invention preferably includes an evaporator that converts water into water vapor, and a reformer that reforms the gas to be reformed into fuel gas using water vapor, between the fuel cell assembly and the assembly portion. The evaporator is disposed closer to the downstream side than the central portion in the fuel gas flow direction in the manifold, and the reformer is disposed closer to the upstream side than the central portion in the fuel gas flow direction in the manifold.

このように構成された本発明においては、蒸発器を燃料電池セル集合体と集合部との間であって、且つマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側に配置したため、温度の高い改質器の周囲に比べ、水を気化することで比較的低温となる蒸発器の周囲では気体の粘度が抑えられる。そのため、蒸発器の周囲、即ち、マニホールドの下流側の上方では、上流側の上方に比べて粘度が低くなり、より燃焼ガスの流れがスムーズになる。マニホールドの下流側で燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セルに供給されるようにしたため、より確実に不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができる。従って、発電反応がより安定するとともにさらに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。   In the present invention configured as described above, the evaporator is disposed between the fuel cell assembly and the assembly and downstream of the central portion in the flow direction of the fuel gas in the manifold. Compared to the surroundings of a high reformer, the viscosity of the gas can be suppressed around the evaporator, which becomes relatively low temperature by vaporizing water. Therefore, the viscosity around the evaporator, that is, above the downstream side of the manifold is lower than that on the upstream side, and the flow of combustion gas becomes smoother. Since the fuel gas is supplied to the fuel cells more smoothly on the downstream side of the manifold, it is possible to more reliably prevent the deterioration and breakage of the fuel cells caused by the supply of the fuel gas having a non-uniform flow rate. Therefore, it is possible to obtain a fuel cell unit with a more stable power generation reaction and a longer life.

本発明の燃料電池ユニットによれば、料電池セル集合体における各燃料電池セルに供給される燃料ガスの流量が均一化される。従って、不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができ、発電反応が安定するとともに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。   According to the fuel cell unit of the present invention, the flow rate of the fuel gas supplied to each fuel cell in the battery cell assembly is made uniform. Therefore, it is possible to prevent the deterioration or breakage of the fuel cell generated by the supply of fuel gas at a non-uniform flow rate, and it is possible to obtain a fuel cell unit with a stable power generation reaction and a long life.

本発明の一実施形態における燃料電池モジュールの外観を示す斜視図。The perspective view which shows the external appearance of the fuel cell module in one Embodiment of this invention. 図1の中央近傍における断面図であって、図1のA方向から見た断面を示す断面図。It is sectional drawing in the center vicinity of FIG. 1, Comprising: Sectional drawing which shows the cross section seen from the A direction of FIG. 図1の中央近傍における断面図であって、図1のB方向から見た断面を示す断面図。It is sectional drawing in the center vicinity of FIG. 1, Comprising: Sectional drawing which shows the cross section seen from the B direction of FIG. 図1のケーシングから一部の外板を取り除いた状態を示す斜視図。The perspective view which shows the state which removed some outer plates from the casing of FIG. 本発明の一実施形態に用いられるマニホールド内部を示す断面図。A sectional view showing the inside of a manifold used for one embodiment of the present invention. 図2に相当する、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram showing the flow of power generation air and combustion gas corresponding to FIG. 2. 図3に相当する、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing the flow of power generation air and combustion gas corresponding to FIG. 3. 本発明の一実施形態における燃料電池セルスタックの構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the fuel cell stack in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における燃料電池セルユニットを示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the fuel cell unit in one Embodiment of this invention.

以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図1は本発明の一実施形態における燃料電池モジュール(燃料電池ユニット)の外観を示す斜視図である。図1に示す燃料電池モジュール2は、固体電解質型燃料電池システムの一部を構成するものである。固体電解質型燃料電池システムは、燃料電池モジュール2と、図示しない補機ユニットとを備える。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a fuel cell module (fuel cell unit) according to an embodiment of the present invention. A fuel cell module 2 shown in FIG. 1 constitutes a part of a solid oxide fuel cell system. The solid oxide fuel cell system includes a fuel cell module 2 and an auxiliary unit (not shown).

なお、図1においては、燃料電池モジュール2の高さ方向をy軸方向としている。このy軸に直交する平面に沿ってx軸及びz軸を定義し、燃料電池モジュール2の短手方向に沿った方向をx軸方向とし、燃料電池モジュール2の長手方向に沿った方向をz軸方向としている。図2以降において図中に記載しているx軸、y軸、及びz軸は、図1におけるx軸、y軸、及びz軸を基準としている。また、z軸の負方向に沿った方向をA方向とし、x軸の正方向に沿った方向をB方向としている。   In FIG. 1, the height direction of the fuel cell module 2 is the y-axis direction. The x axis and the z axis are defined along a plane perpendicular to the y axis, the direction along the short direction of the fuel cell module 2 is defined as the x axis direction, and the direction along the longitudinal direction of the fuel cell module 2 is defined as z. Axial direction. The x-axis, y-axis, and z-axis described in FIG. 2 and thereafter are based on the x-axis, y-axis, and z-axis in FIG. Further, the direction along the negative direction of the z axis is the A direction, and the direction along the positive direction of the x axis is the B direction.

図1に示すように、燃料電池モジュール2は、燃料電池セル集合体(詳細は後述する)を内部に設けたケーシング56と、ケーシング56の上部に設けられ発電用空気(酸化剤ガス)を加熱する熱交換器22とを備える。ケーシング56の内部は密封空間となっており、被改質ガス供給管60及び水供給管62が繋げられている。一方、熱交換器22には、発電用空気導入管74と、燃焼ガス排出管82とが繋げられている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell module 2 includes a casing 56 provided with a fuel cell assembly (details will be described later), and heating air (oxidant gas) provided on the upper portion of the casing 56. The heat exchanger 22 is provided. The inside of the casing 56 is a sealed space, and the reformed gas supply pipe 60 and the water supply pipe 62 are connected to each other. On the other hand, a power generation air introduction pipe 74 and a combustion gas discharge pipe 82 are connected to the heat exchanger 22.

被改質ガス供給管60は、ケーシング56の内部に都市ガス等の被改質ガスを供給する管路である。水供給管62は、被改質ガスを燃料ガスに水蒸気改質する際に用いられる水を供給する管路である。発電用空気導入管74は、改質後の燃料ガスと発電反応を起こさせるための発電用空気を供給する管路である。燃焼ガス排出管82は、発電反応後の燃料ガスを燃焼した結果生じる燃焼ガスをケーシング56外部へ排出する管路である。   The to-be-reformed gas supply pipe 60 is a conduit for supplying a to-be-reformed gas such as city gas into the casing 56. The water supply pipe 62 is a pipe that supplies water used when steam reforming the gas to be reformed into fuel gas. The power generation air introduction pipe 74 is a conduit for supplying power generation air for causing a power generation reaction with the reformed fuel gas. The combustion gas discharge pipe 82 is a pipe line that discharges the combustion gas generated as a result of burning the fuel gas after the power generation reaction to the outside of the casing 56.

次に、図2は燃料電池モジュール2をその中央近傍において図1のA方向から見た断面図、図3は燃料電池モジュール2をその中央近傍において図2のB方向から見た断面図、図4は図1に示す燃料電池モジュール2から燃料電池セル集合体を覆うケーシング56の一部を取り外した状態を示す斜視図である。また、図5は本発明の一実施形態に用いられるマニホールド内部を示す断面図である。図2〜図5を参照しながら、燃料電池モジュール2の内部について説明する。   2 is a cross-sectional view of the fuel cell module 2 as viewed from the direction A in FIG. 1 in the vicinity of the center thereof. FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell module 2 as viewed from the direction B of FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a part of the casing 56 covering the fuel cell assembly is removed from the fuel cell module 2 shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the inside of the manifold used in one embodiment of the present invention. The inside of the fuel cell module 2 will be described with reference to FIGS.

図2〜図4に示すように、燃料電池モジュール2はその内部に、燃料電池セル集合体12と、燃料電池セル集合体12が発電を行う発電室10と、燃料電池セル集合体12の上方に形成された燃焼室18と、燃焼室18の上方に配置された改質ユニット20と、改質ユニット20の上方に形成される整流板21を有する。また、燃料電池セル集合体12の真下にはマニホールド68が設けられている。   As shown in FIGS. 2 to 4, the fuel cell module 2 includes a fuel cell assembly 12, a power generation chamber 10 in which the fuel cell assembly 12 generates power, and an upper portion of the fuel cell assembly 12. A combustion chamber 18 formed in the above, a reforming unit 20 disposed above the combustion chamber 18, and a rectifying plate 21 formed above the reforming unit 20. A manifold 68 is provided directly below the fuel cell assembly 12.

発電室10に設けられる燃料電池セル集合体12は、複数の燃料電池セル(以下、燃料電池セルユニット16とする)により構成される燃料電池セルスタック14を、長手方向(A方向)に向けて複数配列したものであり、ケーシング56により全体が覆われている。また、図4に示すように、燃料電池セル集合体12は、全体としてB方向よりA方向の方が長い略直方体形状であり、改質ユニット20側の上面、マニホールド68側の下面、図4のA方向に沿って延びる長辺側面と、図4のB方向に沿って延びる短辺側面と、を備えている。   The fuel cell assembly 12 provided in the power generation chamber 10 has a fuel cell stack 14 composed of a plurality of fuel cells (hereinafter referred to as fuel cell units 16) oriented in the longitudinal direction (A direction). A plurality are arranged, and the whole is covered with the casing 56. As shown in FIG. 4, the fuel cell assembly 12 has a substantially rectangular parallelepiped shape that is longer in the A direction than in the B direction as a whole. The upper surface on the reforming unit 20 side, the lower surface on the manifold 68 side, A long side surface extending along the A direction and a short side surface extending along the B direction in FIG. 4 are provided.

改質ユニット20は、ケーシング56の内部に導かれた被改質ガス供給管60及び水供給管62がともに繋がれている。より具体的には、図3に示すように、改質ユニット20の上流端である図中右側の端部に繋がれている。水供給管62から供給された水は、改質ユニット20内の上流端に設けられた蒸発混合器20a(蒸発器)によって蒸発される。さらに、蒸発混合器20aは、この水蒸気と、被改質ガスと空気とを改質反応の種類に応じて適宜混合する。   In the reforming unit 20, a to-be-reformed gas supply pipe 60 and a water supply pipe 62 led to the inside of the casing 56 are connected. More specifically, as shown in FIG. 3, the reforming unit 20 is connected to the upstream end of the reforming unit 20 on the right side in the figure. The water supplied from the water supply pipe 62 is evaporated by the evaporation mixer 20a (evaporator) provided at the upstream end in the reforming unit 20. Further, the evaporative mixer 20a appropriately mixes the water vapor, the gas to be reformed, and air according to the type of reforming reaction.

改質ユニット20内の蒸発混合器20aの下流側には、改質器20bが設けられている。改質器20bは、水蒸気改質により被改質ガスを燃料ガスへと改質し、この燃料ガスを改質ユニット20の下流端に接続された燃料供給管66の上端へ導入する。この燃料供給管66の下端側66aは、マニホールド68内に入り込むように配置されている。   A reformer 20 b is provided on the downstream side of the evaporative mixer 20 a in the reforming unit 20. The reformer 20 b reforms the gas to be reformed into fuel gas by steam reforming, and introduces the fuel gas into the upper end of the fuel supply pipe 66 connected to the downstream end of the reforming unit 20. The lower end side 66 a of the fuel supply pipe 66 is disposed so as to enter the manifold 68.

図5に示すように、燃料電池セル集合体12の真下に設けられるマニホールド68の内部には、燃料供給管66の下端側66aが挿入されている。燃料供給管66の下端側66aの外周には、長手方向(A方向)に沿って複数の小穴66bが形成されている。改質ユニット20で改質された燃料ガスは、マニホールド68の長手方向における一端側(図5における左端)から他端側(図5における右端)に向けて導入され、これら複数の小穴66bによってマニホールド68内の他端側に向けて順次供給されるようになっている。そのため、燃料供給管66内を通過する燃料ガスが一端側から他端側に向かうにつれ燃料供給管66内を通過する燃料ガスは減少することになる。さらに、燃料供給管66内壁の流路抵抗も加わり燃料供給管66内の圧力は一端側から他端側に向け降下する。マニホールド68に供給された燃料ガスは、マニホールド68に立設される燃料電池セル集合体12を構成する各燃料電池セルユニット16の内側にある燃料ガス流路(詳細は後述する)内に供給され、燃料電池セルユニット16内を上昇して、燃焼室18に至るようになっている。   As shown in FIG. 5, the lower end side 66 a of the fuel supply pipe 66 is inserted into the manifold 68 provided just below the fuel cell assembly 12. A plurality of small holes 66b are formed in the outer periphery of the lower end side 66a of the fuel supply pipe 66 along the longitudinal direction (A direction). The fuel gas reformed by the reforming unit 20 is introduced from one end side (left end in FIG. 5) in the longitudinal direction of the manifold 68 toward the other end side (right end in FIG. 5). 68 is sequentially supplied toward the other end side in 68. Therefore, the amount of fuel gas passing through the fuel supply pipe 66 decreases as the fuel gas passing through the fuel supply pipe 66 moves from one end side to the other end side. Further, the flow resistance of the inner wall of the fuel supply pipe 66 is added, and the pressure in the fuel supply pipe 66 drops from one end side toward the other end side. The fuel gas supplied to the manifold 68 is supplied into a fuel gas flow path (details will be described later) inside each fuel cell unit 16 constituting the fuel cell assembly 12 standing on the manifold 68. The fuel cell unit 16 is raised to reach the combustion chamber 18.

燃料電池セル集合体12の上方の燃焼室18では、発電反応に使用されなかった燃料ガスと発電用空気とが燃焼することで、燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスは、燃焼室18内を上昇し、改質ユニット20の周囲を経て、整流板21に至る。改質ユニット20は燃焼ガスにより加熱され、蒸発混合器20aによる水の蒸発及び改質器20bによる水蒸気改質を行う。また、整流板21には、詳細は後述するが、燃焼ガスを集合させる開口21a(集合部)が形成されており、燃焼ガスをケーシング56の外部へと導く。   In the combustion chamber 18 above the fuel cell assembly 12, combustion gas is generated by burning the fuel gas that has not been used for the power generation reaction and the power generation air. The combustion gas rises in the combustion chamber 18 and reaches the rectifying plate 21 through the periphery of the reforming unit 20. The reforming unit 20 is heated by the combustion gas, and performs evaporation of water by the evaporative mixer 20a and steam reforming by the reformer 20b. Although the details will be described later, the rectifying plate 21 is formed with an opening 21a (aggregating portion) for collecting the combustion gas, and guides the combustion gas to the outside of the casing 56.

続いて、発電用空気を燃料電池モジュール2の内部へ供給するための構造を、図2〜図4及び図6、図7を参照しながら説明する。図6は図2に対応する模式図であり発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図、図7は図3に対応する模式図であり同様に発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図である。これらの図に示すように、改質ユニット20の上方に、熱交換器22が設けられている。熱交換器22には、複数の燃焼ガス配管70と、この燃焼ガス配管70の周囲に形成された発電用空気流路72とが設けられている。   Next, a structure for supplying power generation air to the inside of the fuel cell module 2 will be described with reference to FIGS. 2 to 4, 6, and 7. 6 is a schematic diagram corresponding to FIG. 2 and shows the flow of power generation air and combustion gas. FIG. 7 is a schematic diagram corresponding to FIG. 3 and similarly shows the flow of power generation air and combustion gas. is there. As shown in these drawings, a heat exchanger 22 is provided above the reforming unit 20. The heat exchanger 22 is provided with a plurality of combustion gas pipes 70 and a power generation air flow path 72 formed around the combustion gas pipes 70.

図7に示すように、熱交換器22の上面における他端側(図7における右端)には、発電用空気導入管74が取り付けられている。この発電用空気導入管74により、図示しない発電用空気流量調整ユニットから、発電用空気が熱交換器22内に導入されるようになっている。一方、熱交換器22の上側の一端側(図7における左端)には、図2に示すように、発電用空気流路72の出口ポート76aが一対形成されている。この出口ポート76aは、一対の連絡流路76につながっている。さらに、燃料電池モジュール2のケーシング56の幅方向(B方向)の両側の外側には、発電用空気供給路77が形成されている。   As shown in FIG. 7, a power generation air introduction pipe 74 is attached to the other end side (the right end in FIG. 7) on the upper surface of the heat exchanger 22. With this power generation air introduction pipe 74, power generation air is introduced into the heat exchanger 22 from a power generation air flow rate adjustment unit (not shown). On the other hand, as shown in FIG. 2, a pair of outlet ports 76a of the power generation air flow path 72 is formed on one end side (left end in FIG. 7) on the upper side of the heat exchanger 22. The outlet port 76a is connected to a pair of communication channels 76. Furthermore, power generation air supply passages 77 are formed on the outer sides of both sides in the width direction (B direction) of the casing 56 of the fuel cell module 2.

図2及び図6に示すように、発電用空気供給路77には、発電用空気流路72の出口ポート76aから連絡流路76を介して、発電用空気が供給されるようになっている。この発電用空気供給路77は、燃料電池セル集合体12の長手方向に沿って形成されている。さらに、その下方側であり且つ燃料電池セル集合体12の下方側に対応する位置に、発電室10内の各燃料電池セルユニット16に向けて発電用空気を吹き出すための複数の吹出口78a、78bが形成されている。これらの吹出口78a、78bから吹き出す発電用空気は、各燃料電池セルユニット16の外側に沿って、下方から上方へ流れるようになっている。   As shown in FIGS. 2 and 6, the power generation air supply path 77 is supplied with power generation air from the outlet port 76 a of the power generation air flow path 72 via the communication flow path 76. . The power generation air supply path 77 is formed along the longitudinal direction of the fuel cell assembly 12. Furthermore, a plurality of outlets 78a for blowing out the power generation air toward each fuel cell unit 16 in the power generation chamber 10 at a position on the lower side and corresponding to the lower side of the fuel cell assembly 12; 78b is formed. The power generation air blown out from these air outlets 78 a and 78 b flows from the lower side to the upper side along the outer side of each fuel cell unit 16.

続いて、燃料ガスと発電用空気とが燃焼して生成される燃焼ガスを排出するための構造を図6及び図7を参照しながら説明する。燃焼室18では、発電反応に使用されなかった燃料ガスと発電用空気とが燃焼することで、燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスは、燃焼室18内を上昇し、改質ユニット20の周囲を経て整流板21に至る。図6及び図7に示すように、整流板21には、燃焼ガスを集合させる開口21aが設けられている。開口21aを通じて集合した燃焼ガスがケーシング56の外部である熱交換器22の一端側(図7における左端)へと導かれる。熱交換器22内には、発電用空気流路72内の発電用空気を熱交換により加熱するための複数の燃焼ガス配管70が設けられている。これらの燃焼ガス配管70の下流端側には、燃焼ガス排出管82が接続され、燃焼ガスが外部に排出されるようになっている。   Next, a structure for discharging combustion gas generated by combustion of fuel gas and power generation air will be described with reference to FIGS. In the combustion chamber 18, combustion gas is generated by burning the fuel gas that has not been used for the power generation reaction and the power generation air. The combustion gas rises in the combustion chamber 18 and reaches the rectifying plate 21 through the periphery of the reforming unit 20. As shown in FIGS. 6 and 7, the rectifying plate 21 is provided with an opening 21 a for collecting combustion gases. The combustion gas gathered through the opening 21a is guided to one end side (left end in FIG. 7) of the heat exchanger 22 outside the casing 56. In the heat exchanger 22, a plurality of combustion gas pipes 70 are provided for heating the power generation air in the power generation air flow path 72 by heat exchange. A combustion gas discharge pipe 82 is connected to the downstream end side of these combustion gas pipes 70 so that the combustion gas is discharged to the outside.

開口21aは、図7に示すように、燃料電池セル集合体12の上方であって、且つマニホールド68における燃料ガスの流れ方向の中央部より下流側(図7における右端側)寄り、言い換えると、燃料電池セル集合体12の中央部から見てマニホールド内に流入する燃料ガス流通方向の下流側(図7における右端側)寄りに形成されている。   As shown in FIG. 7, the opening 21 a is above the fuel cell assembly 12 and closer to the downstream side (right end side in FIG. 7) than the center of the fuel flow direction in the manifold 68, in other words, It is formed closer to the downstream side (right end side in FIG. 7) in the direction of fuel gas flowing into the manifold as viewed from the center of the fuel cell assembly 12.

また、図7に示すように、改質ユニット20内の蒸発混合器20aは、燃料電池セル集合体12と開口21aとの間であって、且つマニホールド68における燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側(図7における右端側)寄りに配置されている。さらに、改質器20bは、燃料電池セル集合体12と開口21aとの間であって、且つマニホールド68における燃料ガスの流れ方向の中央部よりも上流側(図7における左端側)寄りに配置されている。   Further, as shown in FIG. 7, the evaporative mixer 20a in the reforming unit 20 is located between the fuel cell assembly 12 and the opening 21a and from the center of the manifold 68 in the fuel gas flow direction. Is also disposed closer to the downstream side (the right end side in FIG. 7). Further, the reformer 20b is disposed between the fuel cell assembly 12 and the opening 21a and closer to the upstream side (the left end side in FIG. 7) than the center of the manifold 68 in the fuel gas flow direction. Has been.

次に、図8は本発明実施形態における燃料電池セルスタック14を示す斜視図である。図8を参照しながら燃料電池セルスタック14について説明する。図8に示すように、燃料電池セルスタック14は、16本の燃料電池セルユニット16から構成され、これらの燃料電池セルユニット16の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製のマニホールド上板68a及び上支持板100により支持されている。これらのマニホールド上板68a及び上支持板100には、内側電極端子86が貫通可能な貫通穴がそれぞれ形成されている。   Next, FIG. 8 is a perspective view showing the fuel cell stack 14 in the embodiment of the present invention. The fuel cell stack 14 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the fuel cell stack 14 is composed of 16 fuel cell units 16, and the lower end side and the upper end side of these fuel cell units 16 are ceramic manifold upper plates 68 a and 68, respectively. It is supported by the upper support plate 100. The manifold upper plate 68a and the upper support plate 100 are formed with through holes through which the inner electrode terminals 86 can pass.

また、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、燃料極である内側電極層90に取り付けられた内側電極端子86と、隣接する燃料電池セルユニット16の空気極である外側電極層92の外周面とを電気的に接続するものである。   A current collector 102 and an external terminal 104 are attached to the fuel cell unit 16. The current collector 102 electrically connects the inner electrode terminal 86 attached to the inner electrode layer 90 that is a fuel electrode and the outer peripheral surface of the outer electrode layer 92 that is the air electrode of the adjacent fuel cell unit 16. To do.

さらに、燃料電池セルスタック14の端に位置する2個の燃料電池セルユニット16の上側端及び下側端の内側電極端子86には、それぞれ外部端子104が接続されている。これらの外部端子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。   Further, the external terminals 104 are connected to the inner electrode terminals 86 at the upper and lower ends of the two fuel cell units 16 located at the ends of the fuel cell stack 14. These external terminals 104 are connected to the external terminals 104 of the fuel cell unit 16 at the end of the adjacent fuel cell stack 14, and all 160 fuel cell units 16 are connected in series. Yes.

次に、図9は本実施形態の燃料電池セルユニット16を示す部分断面図である。図9を参照しながら燃料電池セルユニット16について説明する。図9に示すように、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の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子86を備えている。   Next, FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing the fuel cell unit 16 of the present embodiment. The fuel cell unit 16 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9, the fuel cell unit 16 includes a fuel cell 84 and inner electrode terminals 86 connected to the end portions in the vertical direction of the fuel cell 84.

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。この内側電極層90は、燃料ガスが通過する燃料極であり、(−)極となり、一方、外側電極層92は、空気と接触する空気極であり、(+)極となっている。   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 through which fuel gas passes and becomes a (−) electrode, while the outer electrode layer 92 is an air electrode in contact with air and becomes a (+) electrode.

燃料電池セルユニット16の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子86は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子86について具体的に説明する。内側電極層90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とを備えている。内側電極端子86は、導電性のシール材96を介して内側電極層90の外周面90bと接続され、さらに、内側電極層90の上端面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。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と連通する連通流路98が形成されている。   Since the inner electrode terminals 86 attached to the upper end side and the lower end side of the fuel cell unit 16 have the same structure, the inner electrode terminal 86 attached to the upper end side will be specifically described here. The upper portion 90 a of the inner electrode layer 90 includes 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 of the inner electrode layer 90 through a conductive sealing material 96, and is further in direct contact with the upper end surface 90c of the inner electrode layer 90, thereby Electrically connected. A communication channel 98 that communicates with the fuel gas channel 88 of the inner electrode layer 90 is formed at the center of the inner electrode terminal 86.

上述した本実施形態の燃料電池モジュール2によれば、開口21aは、図7に示すように、燃料電池セル集合体12の上方であって、且つマニホールド68における燃料ガスの流れ方向の中央部より下流側(図7における右端側)寄りに形成され、開口21aからマニホールド68において最も一端(上流側端部)側に配置された燃料電池セルユニット16(図7における一番左側のセルユニット)までの最短距離と、開口21aからマニホールド68において最も他端(下流側端部)側に配置された燃料電池セルユニット16(図7における一番右側のセルユニット)までの最短距離と、のうち、他端側に配置された燃料電池セルユニット16までの距離の方が近くなるよう配置されているため、発電室10天面のうち、マニホールド68における他端側(下流側)に設けられた開口量が一端側(上流側)に設けられた開口量よりも大きく、燃焼ガスが排出される際、マニホールド68の上流側の上方に比べて開口21aに距離が近い下流側上方でよりスムーズに燃焼ガスがケーシング56から排出される。そのため、マニホールド68の下流側に配置された燃料電池セルユニット16上方では、上流側の燃料電池セルユニット16上方に比べて、より燃焼ガスが消費されやすい。つまり、上流側に配置された燃料電池セルユニット16上方に比べ、下流側に配置された燃料電池セルユニット16上方にて燃焼ガスがより少量になりやすく、それに伴い圧力がより低下しやすいこととなる。それにより、マニホールド68の下流側に配置された燃料電池セルユニット16上方の圧力は、上流側の燃料電池セルユニット16上方の圧力に比べて低くなり、圧力の低いマニホールド68の下流側において燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セルユニット16下方から供給される。このようにして、燃料ガスが燃料電池セルユニット16に供給されにくかったマニホールド68の下流側において燃料ガスをより供給できるようにしたので、燃料電池セル集合体12における各燃料電池セルユニット16に供給される燃料ガスの流量が均一化される。従って、不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルユニット16の劣化や破損を防ぐことができ、発電反応が安定するとともに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。   According to the fuel cell module 2 of the present embodiment described above, the opening 21a is located above the fuel cell assembly 12 and from the center of the manifold 68 in the fuel gas flow direction, as shown in FIG. From the opening 21a to the fuel cell unit 16 (the leftmost cell unit in FIG. 7) which is formed on the downstream side (right end side in FIG. 7) and is arranged on the most end (upstream end) side in the manifold 68. And the shortest distance from the opening 21a to the fuel cell unit 16 (the rightmost cell unit in FIG. 7) disposed on the most other end (downstream end) side in the manifold 68, Since the distance to the fuel cell unit 16 disposed on the other end side is closer, the manifold 68 in the top surface of the power generation chamber 10 is arranged. The opening amount provided on the other end side (downstream side) is larger than the opening amount provided on the one end side (upstream side), and when the combustion gas is discharged, the opening amount is higher than that on the upstream side of the manifold 68. The combustion gas is more smoothly discharged from the casing 56 in the upper part on the downstream side, which is close to the distance 21a. Therefore, the combustion gas is more easily consumed above the fuel cell unit 16 disposed on the downstream side of the manifold 68 than on the upstream fuel cell unit 16. That is, compared with the upper part of the fuel cell unit 16 arranged on the upstream side, the amount of combustion gas tends to be smaller in the upper part of the fuel cell unit 16 arranged on the downstream side, and the pressure is more likely to decrease accordingly. Become. Thereby, the pressure above the fuel cell unit 16 disposed on the downstream side of the manifold 68 is lower than the pressure above the upstream fuel cell unit 16, and the fuel gas is located downstream of the low pressure manifold 68. Is more smoothly supplied from below the fuel cell unit 16. In this way, the fuel gas can be supplied further downstream of the manifold 68 where it is difficult to supply the fuel gas to the fuel cell unit 16, so that the fuel gas is supplied to each fuel cell unit 16 in the fuel cell assembly 12. The flow rate of the fuel gas is made uniform. Accordingly, it is possible to prevent the fuel cell unit 16 from being deteriorated or damaged due to the supply of the fuel gas having a non-uniform flow rate, and it is possible to obtain a fuel cell unit with a stable power generation reaction and a long life.

また、上述した本実施形態の燃料電池モジュール2によれば、燃料電池セル集合体12の中央部から見てマニホールド内に流入する燃料ガス流れ方向の下流側(図7における右端側)寄りに形成されているので、開口21aとマニホールド上流側との間に、モジュール内で最も高温となる燃料電池セル集合体の中央部が位置することとなる。高温環境下では気体の粘度が上昇するという特性があるので、マニホールド68上流側と開口21aとの間に高温で粘度が高くなった領域ができ、上流側の燃料ガスが開口21aに到達しづらくなり、上流側の燃料ガス流量を抑えるとともに下流側の燃料ガス流量を相対的に増やすことができる。これによって、燃料ガスが燃料電池セルユニット16に供給されにくかったマニホールド68の下流側において燃料ガスをより供給できるようにしたので、マニホールド68の下流側で燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セルに供給されるようになり、より確実に不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができる。従って、発電反応がより安定するとともにより長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。   Further, according to the fuel cell module 2 of the present embodiment described above, it is formed closer to the downstream side (right end side in FIG. 7) in the fuel gas flow direction flowing into the manifold as viewed from the center of the fuel cell assembly 12. Therefore, the central portion of the fuel cell assembly that is the highest temperature in the module is located between the opening 21a and the upstream side of the manifold. Since there is a characteristic that the viscosity of the gas increases in a high temperature environment, a region where the viscosity is increased at a high temperature is formed between the upstream side of the manifold 68 and the opening 21a, and the upstream fuel gas hardly reaches the opening 21a. Thus, the upstream fuel gas flow rate can be suppressed and the downstream fuel gas flow rate can be relatively increased. As a result, the fuel gas can be supplied more downstream from the manifold 68 where it is difficult to supply the fuel gas to the fuel cell unit 16, so that the fuel gas can be supplied to the fuel cells more smoothly downstream from the manifold 68. As a result, it is possible to more reliably prevent the deterioration or breakage of the fuel battery cell caused by the supply of the fuel gas having a non-uniform flow rate. Therefore, it is possible to obtain a fuel cell unit with a more stable power generation reaction and a longer life.

さらに、上述した本実施形態の燃料電池モジュール2によれば、改質ユニット20内の蒸発混合器20aを、燃料電池セル集合体12と開口21aとの間であって、且つマニホールド68における燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側(図7における右端側)寄りに配置したことによって、燃焼ガスが開口21aへ向かう際、高温となる改質器20bの周囲に比べ、水が供給され、供給された水を気化することによって比較的低温となる蒸発混合器20aの周囲では気体の粘度が抑えられる。これによって、蒸発器混合器20aの周囲、即ち、マニホールド68の下流側の上方では、上流側の上方に比べて粘度が低くなり、燃焼ガスの流れがよりスムーズになる。燃料ガスが燃料電池セルユニット16に供給されにくかったマニホールド68の下流側において燃料ガスをより供給できるようにしたので、マニホールド68の下流側で燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セルに供給されるようになり、より確実に不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができる。従って、発電反応がより安定するとともにさらに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。   Furthermore, according to the fuel cell module 2 of the present embodiment described above, the evaporative mixer 20a in the reforming unit 20 is disposed between the fuel cell assembly 12 and the opening 21a and the fuel gas in the manifold 68. By arranging it closer to the downstream side (right end side in FIG. 7) than the central portion in the flow direction, water is supplied compared with the surroundings of the reformer 20b that becomes high temperature when the combustion gas goes to the opening 21a, By vaporizing the supplied water, the viscosity of the gas is suppressed around the evaporative mixer 20a, which has a relatively low temperature. As a result, the viscosity around the evaporator mixer 20a, that is, above the downstream side of the manifold 68 is lower than that above the upstream side, and the flow of combustion gas becomes smoother. Since the fuel gas can be supplied more downstream from the manifold 68 where the fuel gas is difficult to be supplied to the fuel cell unit 16, the fuel gas can be supplied to the fuel cells more smoothly downstream from the manifold 68. Thus, it is possible to more reliably prevent the deterioration or breakage of the fuel cell generated by the supply of the fuel gas having a non-uniform flow rate. Therefore, it is possible to obtain a fuel cell unit with a more stable power generation reaction and a longer life.

2…燃料電池モジュール(燃料電池ユニット)
10…発電室
12…燃料電池セル集合体
14…燃料電池セルスタック
16…燃料電池セルユニット
18…燃焼室
20…改質ユニット
20a…蒸発混合器(蒸発器)
20b…改質器
21…整流板
21a…開口(集合部)
22…熱交換器
56…ケーシング
60…被改質ガス供給管
62…水供給管
66…燃料供給管
66a…下端側
66b…小穴
68…マニホールド
68a…マニホールド上板
70…燃焼ガス配管
72…発電用空気流路
74…発電用空気導入管
76…連絡流路
76a…出口ポート
77…発電用空気供給路
78a、78b…吹出口
82…燃焼ガス排出管
84…燃料電池セル
86…内側電極端子
88…燃料ガス流路
90…内側電極層
90a…上部
90b…外周面
90c…上端面
92…外側電極層
94…電解質層
96…シール材
98…連通流路
100…上支持板
102…集電体
104…外部端
2 ... Fuel cell module (fuel cell unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Power generation chamber 12 ... Fuel cell assembly 14 ... Fuel cell stack 16 ... Fuel cell unit 18 ... Combustion chamber 20 ... Reforming unit 20a ... Evaporation mixer (evaporator)
20b ... reformer 21 ... current plate 21a ... opening (aggregation part)
22 ... Heat exchanger 56 ... Casing 60 ... Reformed gas supply pipe 62 ... Water supply pipe 66 ... Fuel supply pipe 66a ... Lower end side 66b ... Small hole 68 ... Manifold 68a ... Manifold upper plate 70 ... Combustion gas pipe 72 ... For power generation Air flow path 74 ... Power generation air introduction pipe 76 ... Communication flow path 76a ... Outlet port 77 ... Power generation air supply path 78a, 78b ... Blow-out port 82 ... Combustion gas discharge pipe 84 ... Fuel cell 86 ... Inner electrode terminal 88 ... Fuel gas flow path
DESCRIPTION OF SYMBOLS 90 ... Inner electrode layer 90a ... Upper part 90b ... Outer peripheral surface 90c ... Upper end surface 92 ... Outer electrode layer 94 ... Electrolyte layer 96 ... Sealing material 98 ... Communication channel 100 ... Upper support plate 102 ... Current collector 104 ... External end

Claims (3)

酸化剤ガス又は燃料ガスの一方のガスをマニホールドを介して燃料電池セルの内側電極に供給し、酸化剤ガス又は燃料ガスの他方のガスを燃料電池セルの外側電極に供給して、内側電極、外側電極、及び内側電極と外側電極との間に配置した電解質層を利用して発電反応を生じさせる燃料電池セルを発電室内に配置し、発電反応によって生じた反応済ガスや発電反応に利用されなかった前記一方のガス、前記他方のガスを集めて発電質外に導く開口からなる集合部を有する燃料電池ユニットであって、
前記マニホールドは、
前記一方のガスを導入する導入口と、
導入された前記一方のガスを前記燃料電池セルに供給する導出口と、を備え、
前記導入口は前記マニホールドの一端側に配設されており、導入された前記一方のガスは一端側から対向する他端側に向けて流れる間に順次、前記一端側から前記他端側にかけて複数配列された前記導出口から前記燃料電池セルに供給されるよう構成されており、
前記燃料電池セルは、
前記マニホールドから導入した前記一方のガスを、前記内側電極を介して前記集合部が配置された前記発電室の面に向けて、前記発電室内に放出するガス流路を備えている燃料電池ユニットにおいて、
前記集合部は、前記マニホールドにおける前記他端側における開口量が大きくなるよう設けられていることを特徴とする燃料電池ユニット。
One gas of oxidant gas or fuel gas is supplied to the inner electrode of the fuel cell through the manifold, and the other gas of oxidant gas or fuel gas is supplied to the outer electrode of the fuel cell, and the inner electrode, Fuel cells that generate a power generation reaction using the outer electrode and an electrolyte layer disposed between the inner electrode and the outer electrode are disposed in the power generation chamber and used for the reacted gas and power generation reaction generated by the power generation reaction. The fuel cell unit having a collecting portion including an opening that collects the one gas that was not present and the other gas and guides the gas to the outside of the power generation,
The manifold is
An inlet for introducing the one gas;
An outlet for supplying the one introduced gas to the fuel cell, and
The introduction port is disposed on one end side of the manifold, and a plurality of the introduced gases sequentially flow from the one end side to the other end side while flowing from the one end side toward the opposite other end side. The fuel cell is configured to be supplied from the arranged outlets,
The fuel battery cell is
In the fuel cell unit comprising a gas flow path for discharging the one gas introduced from the manifold into the power generation chamber toward the surface of the power generation chamber where the collecting portion is disposed via the inner electrode. ,
The fuel cell unit, wherein the assembly portion is provided so that an opening amount on the other end side of the manifold is increased.
前記集合部は、前記燃料電池セル集合体の中央部から見て前記マニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の下流側寄りに配置される請求項1に記載の燃料電池ユニット。   2. The fuel cell unit according to claim 1, wherein the collecting portion is disposed closer to a downstream side in a fuel gas flow direction in the manifold as viewed from a central portion of the fuel cell assembly. 水を水蒸気にする蒸発器と、水蒸気により被改質ガスを燃料ガスへ改質する改質器と、
を前記燃料電池セル集合体と前記集合部との間に有し、
前記蒸発器を前記マニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側寄りに配置し、前記改質器を前記マニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも上流側寄りに配置する請求項2に記載の燃料電池ユニット。
An evaporator that converts water into water vapor, a reformer that reforms the gas to be reformed into fuel gas using water vapor, and
Between the fuel cell assembly and the assembly part,
The evaporator is disposed closer to the downstream side than the central portion of the manifold in the flow direction of fuel gas, and the reformer is disposed closer to the upstream side than the central portion of the manifold in the flow direction of fuel gas. 2. The fuel cell unit according to 2.
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JP2008066127A (en) * 2006-09-07 2008-03-21 Kyocera Corp Cell stack device and fuel cell module
JP2009224299A (en) * 2008-03-19 2009-10-01 Kyocera Corp Cell stack device, and fuel battery module
JP2012014922A (en) * 2010-06-30 2012-01-19 Toto Ltd Fuel battery device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01320778A (en) * 1988-06-21 1989-12-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Power generator
JP2008066127A (en) * 2006-09-07 2008-03-21 Kyocera Corp Cell stack device and fuel cell module
JP2009224299A (en) * 2008-03-19 2009-10-01 Kyocera Corp Cell stack device, and fuel battery module
JP2012014922A (en) * 2010-06-30 2012-01-19 Toto Ltd Fuel battery device

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