JP2014049305A5 - - Google Patents

Description

この新たなる課題を解決するために本発明に係る燃料電池装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとを利用して発電する燃料電池装置であって、内部に燃料ガスを通すための燃料ガス通路が形成された複数の燃料電池セルを有する燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックの上方に配置され、一端から他端へと被改質ガス及び水を通すことでその被改質ガスを燃料ガスへと改質する改質器と、前記改質器の一端に接続され、前記改質器に被改質ガス及び／又は水を供給する第１供給管と、前記改質器の他端に接続され、前記改質器から前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給する第２供給管と、を備え、前記燃料電池セルスタックが全体として直方体形状を成すように、前記複数の燃料電池セルが互いに沿うように立設されている。本発明では、前記燃料電池セルの立設方向に沿った前記燃料電池セルスタックの一側面と、その一側面とは反対側の他側面とのそれぞれに対向するように配置される第１支持部材及び第２支持部材が設けられており、前記第１支持部材は前記改質器の前記一端側を支持し、前記第２支持部材は前記改質器の前記他端側を支持するものであって、前記第１供給管には、前記第１支持部材及び前記第２支持部材の熱膨張量と前記第１供給管の熱膨張量との差分に基づく相対的な変位を許容するため、前記第１供給管の延伸方向に沿って伸縮可能な伸縮領域が形成されている。

このように本発明では、改質器を支持するための第１支持部材及び第２支持部材を、燃料電池セルの立設方向に沿った前記燃料電池セルスタックの一側面と、その一側面とは反対側の他側面とのそれぞれに対向するように配置し、燃料電池セルスタックの上方に配置される改質器を確実に支持することで、改質器の重量を第１支持部材及び第２支持部材で支えることができる。第１支持部材及び第２支持部材は、燃料電池セルスタックの側方に配置されるため、燃料電池セルスタックを含む領域の温度上昇に伴って熱膨張する。一方で、改質器に被改質ガス及び／又は水を供給する第１供給管の温度は相対的に低い中で熱膨張するので、両者の熱膨張量には差が生じる。そこで本発明では、改質器に被改質ガス及び／又は水を供給する第１供給管に、第１支持部材及び第２支持部材の熱膨張量と改質器に被改質ガス及び／又は水を供給する第１供給管の熱膨張量との差分に基づく相対的な変位を許容するため、第１供給管及び第２供給管の少なくとも一方の延伸方向に沿って伸縮可能な伸縮領域を設けている。従って、改質器を支持する第１支持部材及び第２支持部材と第１供給管との間で熱膨張量の差が生じたとしても、伸縮領域が供給管の延伸方向に沿って伸縮することでその差分による相対的な変位を吸収し、改質器と第１供給管の接続部分にかかる応力を抑制することができ、長期間の使用に耐えうる燃料電池装置を提供することができる。

また、本発明に係る燃料電池装置では、前記第１供給管は、前記改質器に被改質ガスを供給する被改質ガス供給管と、前記改質器に水を供給する水供給管とで構成され、前記伸縮領域は、前記被改質ガス供給管に設けられた第１伸縮領域と、前記水供給管に設けられた第２伸縮領域とを有し、前記第１伸縮領域及び前記第２伸縮領域は、前記被改質ガス供給管の熱膨張量と前記水供給管の熱膨張量との差分を吸収するため、前記延伸方向に沿った互いの伸縮量が異なるように構成されていることも好ましい。

被改質ガスの温度よりも水の温度が低いため、被改質ガスが被改質ガス供給管から奪う熱よりも、水が水供給管から奪う熱が大きくなる。従って、被改質ガス供給管及び水供給管を取り巻く環境温度が同じであっても、被改質ガス供給管の温度よりも水供給管の温度は低くなる。従って、被改質ガス供給管の熱膨張量よりも水供給管の熱膨張量が小さくなり、水供給管や水供給管と改質器との接続部分にかかる応力が過大になるおそれがある。そこでこの好ましい態様では、被改質ガス供給管に第１伸縮領域を設けると共に、水供給管に第２伸縮領域を設け、延伸方向に沿った互いの伸縮量が異なるように構成している。このように伸縮量の異なる第１伸縮領域と第２伸縮領域を設けることで、被改質ガス供給管の熱膨張量と水供給管の熱膨張量との差分を吸収し、水供給管や水供給管と改質器との接続部分にかかる応力が過大にならないようにすることができる。

また、本発明に係る燃料電池装置では、前記伸縮領域は、前記延伸方向に直交する横方向においても、前記第１支持部材及び前記第２支持部材と前記第１供給管との相対的な変位を許容するように構成されていることも好ましい。

本発明において第１支持部材は改質器の一端側を支持し、第２支持部材は改質器の他端側を支持している。改質器は、一端側から被改質ガス及び水を供給し、他端側から改質反応後の燃料ガスを取り出す構造になっている。従って、他端側から燃料ガスを取り出すための第２供給管は、改質反応後の高温の燃料ガスが通っているので、その近傍に配置される第２支持部材も第１支持部材に比較して高温になる。そのため、第１支持部材の熱膨張量に比較して第２支持部材の熱膨張量は大きなものとなり、結果として改質器が第１支持部材側に傾くおそれがある。このように第２支持部材側を支点として第１支持部材側が下降すると、第１供給管には横方向に撓らせるような力が加わる。そこでこの好ましい態様では、伸縮領域を、横方向においても、第１支持部材及び第２支持部材と第１供給管との相対的な変位を許容するように構成することで、このような撓らせる力が加わったとしても、改質器と第１供給管との接続部分にかかる応力を抑制することができる。

また、本発明に係る燃料電池装置では、前記第１供給管は、前記改質器に被改質ガスを供給する被改質ガス供給管と、前記改質器に水を供給する水供給管とで構成されるものであって、前記改質器に隣接して配置されると共に、前記水供給管から供給された水を前記改質器へ供給する前に水蒸気へと気化させる蒸発室を備え、前記蒸発室及び前記改質器は前記第１支持部材及び前記第２支持部材によって支持され、前記蒸発室は前記改質器よりも前記伸縮領域側に配置されることも好ましい

Claims (6)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとを利用して発電する燃料電池装置において、
   内部に燃料ガスを通すための燃料ガス通路が形成された複数の燃料電池セルを有する燃料電池セルスタックと、
   前記燃料電池セルスタックの上方に配置され、一端から他端へと被改質ガス及び水を通すことでその被改質ガスを燃料ガスへと改質する改質器と、
   前記改質器の一端に接続され、前記改質器に被改質ガス及び／又は水を供給する第１供給管と、
   前記改質器の他端に接続され、前記改質器から前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給する第２供給管と、を備え、
   前記燃料電池セルスタックが全体として直方体形状を成すように、前記複数の燃料電池セルが互いに沿うように立設され、
   前記燃料電池セルの立設方向に沿った前記燃料電池セルスタックの一側面と、その一側面とは反対側の他側面とのそれぞれに対向するように配置される第１支持部材及び第２支持部材が設けられており、
   前記第１支持部材は前記改質器の前記一端側を支持し、前記第２支持部材は前記改質器の前記他端側を支持するものであって、
   前記第１供給管には、前記第１支持部材及び前記第２支持部材の熱膨張量と前記第１供給管の熱膨張量との差分に基づく相対的な変位を許容するため、前記第１供給管の延伸方向に沿って伸縮可能な伸縮領域が形成されていることを特徴とする燃料電池装置。
2. 前記第１供給管は、前記改質器に被改質ガスを供給する被改質ガス供給管と、前記改質器に水を供給する水供給管とで構成され、
   前記伸縮領域は、前記被改質ガス供給管に設けられた第１伸縮領域と、前記水供給管に設けられた第２伸縮領域とを有し、
   前記第１伸縮領域及び前記第２伸縮領域は、前記被改質ガス供給管の熱膨張量と前記水供給管の熱膨張量との差分を吸収するため、前記延伸方向に沿った互いの伸縮量が異なるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
3. 前記伸縮領域は、前記延伸方向に直交する横方向においても、前記第１支持部材及び前記第２支持部材と前記第１供給管との相対的な変位を許容するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
4. 前記第１供給管は、前記改質器に被改質ガスを供給する被改質ガス供給管と、前記改質器に水を供給する水供給管とで構成されるものであって、
   前記改質器に隣接して配置されると共に、前記水供給管から供給された水を前記改質器へ供給する前に水蒸気へと気化させる蒸発室を備え、
   前記蒸発室及び前記改質器は前記第１支持部材及び前記第２支持部材によって支持され、前記蒸発室は前記改質器よりも前記伸縮領域側に配置されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池装置。
5. 前記伸縮領域は、前記複数の燃料電池セルが配置されている高さに対応した位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
6. 前記第１支持部材は、前記伸縮領域と前記燃料電池セルとの間に介在するように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池装置。