JP2014191994A - Cell stack device, fuel cell module and fuel cell apparatus - Google Patents

Cell stack device, fuel cell module and fuel cell apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cell stack device improved in long-term reliability, a fuel cell module and a fuel cell apparatus.SOLUTION: A cell stack device 12 comprises a plurality of fuel cells 3 configured to generate power with fuel gas and oxygen containing gas, to include a gas flow passage 36 penetrating the inside in a length direction and to combust the fuel gas which is not used for power generation, at an upper end side; and a manifold 4 communicating to the gas flow passage 36 for supplying fuel gas to the gas flow passage 36. Since the fuel cells 3 are disposed in such a manner that upper ends of the gas flow passages 36 are located at different positions in a height direction, accidental ignition can be efficiently prevented and re-ignition can be easily implemented.

Description

本発明は、セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a cell stack device, a fuel cell module, and a fuel cell device.

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス(水素含有ガス)と酸素含有ガス(空気)とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや、燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   In recent years, as a next-generation energy, a fuel cell module in which a fuel cell capable of obtaining electric power using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air) is stored in a storage container, or a fuel cell Various fuel cell devices in which a module is housed in an outer case have been proposed (see, for example, Patent Document 1).

このような燃料電池装置においては、発電に使用されなかった燃料ガスを燃料電池セルの上方で燃焼させることで、燃料電池セルの温度を高温に保持し、効率のよい発電を行なうことが知られている。   In such a fuel cell device, it is known that fuel gas that has not been used for power generation is burned above the fuel cell, so that the temperature of the fuel cell is maintained at a high temperature and efficient power generation is performed. ing.

また、このような燃料電池セルにおいては、燃料電池装置の起動時や、負荷の急激な変動や、夜間等の低出力時において、失火が生じる場合があり、この場合に燃料電池の発電効率が低下するおそれがある。それゆえ、上述の失火を抑制すべく、燃料電池セルの上端に流路部材を設けた構成が例示されている。   In such a fuel cell, misfiring may occur at the time of starting the fuel cell device, sudden fluctuations in load, or at low output such as at night. In this case, the power generation efficiency of the fuel cell is reduced. May decrease. Therefore, a configuration in which a flow path member is provided at the upper end of the fuel cell in order to suppress the misfire described above is illustrated.

特開2007−59377号公報JP 2007-59377 A 特開2011−134542号公報JP 2011-134542 A

しかしながら、上述の特許文献2の構成では、各燃料電池セルに流路部材を設ける必要があり、構成が複雑となるといった課題があり、より簡単な構成で失火を抑制できる燃料電池装置が求められている。   However, in the configuration of Patent Document 2 described above, each fuel cell needs to be provided with a flow path member, and there is a problem that the configuration becomes complicated, and a fuel cell device that can suppress misfire with a simpler configuration is required. ing.

それゆえ、本発明の目的は、失火を抑制でき、長期信頼性が向上したセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a cell stack device, a fuel cell module, and a fuel cell device that can suppress misfire and have improved long-term reliability.

本発明のセルスタック装置は、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なうとともに、内部を長手方向に貫通するガス流路を有し、上端側で発電で使用されなかった前記燃料ガスを燃焼させる構成の燃料電池セルを複数個と、前記ガス流路に連通し該ガス流路に燃料ガスを供給するマニホールドとを備えてなり、前記燃料電池セルは、前記ガス流路の上端が高さ方向において異なる位置となるように配置されていることを特徴とする。   The cell stack device of the present invention generates power with fuel gas and oxygen-containing gas, and has a gas flow path penetrating the inside in the longitudinal direction, and burns the fuel gas that has not been used for power generation at the upper end side. A plurality of fuel battery cells having a configuration, and a manifold that communicates with the gas flow path and supplies fuel gas to the gas flow path. The fuel battery cell has an upper end in the height direction of the gas flow path. It is arrange | positioned so that it may become a different position.

また、本発明の燃料電池モジュールは、収納容器内に、上記のセルスタック装置を収納してなるとともに、該セルスタック装置における前記燃料電池セルが、前記ガス流路のうち最も下方に位置する前記ガス流路が高温側に位置するように配置されていることを特徴とする。   Further, the fuel cell module of the present invention contains the above-mentioned cell stack device in a storage container, and the fuel cell in the cell stack device is located at the lowest position in the gas flow path. The gas flow path is arranged so as to be located on the high temperature side.

さらに、本発明の燃料電池装置は、外装ケース内に上記の燃料電池モジュールを収納してなることを特徴とする。   Furthermore, the fuel cell device of the present invention is characterized in that the fuel cell module is housed in an outer case.

本発明のセルスタック装置は、内部を長手方向に貫通するガス流路を有する燃料電池セルを複数個備えるとともに、燃料電池セルが、ガス流路の上端が高さ方向において異なる位置となるように配置されていることから、上端が上方に位置するガス流路で失火が生じたとしても、上端が下方に位置するガス流路で燃焼が生じている場合には、その燃焼熱や燃焼炎により、失火したガス流路を再着火させることができることから、長期信頼性が向上したセルスタック装置とすることができる。   The cell stack device of the present invention includes a plurality of fuel cells having gas passages penetrating the inside in the longitudinal direction, and the fuel cells are arranged such that the upper ends of the gas passages are at different positions in the height direction. Therefore, even if a misfire occurs in the gas flow path whose upper end is located above, if combustion occurs in the gas flow path whose upper end is located below, the combustion heat or combustion flame Since the misfired gas flow path can be re-ignited, a cell stack device with improved long-term reliability can be obtained.

また、本発明の燃料電池モジュールは、収納容器内に、上記のセルスタック装置を収納してなるとともに、該セルスタック装置における燃料電池セルが、ガス流路のうち最も下方に位置するガス流路が高温側に位置するように配置されていることから、失火を抑制することができ、長期信頼性が向上した燃料電池モジュールとすることができる。   Further, the fuel cell module of the present invention is configured such that the cell stack device is housed in a housing container, and the fuel cell in the cell stack device is located at the lowest position among the gas flow channels. Is disposed so as to be located on the high temperature side, misfire can be suppressed, and a fuel cell module with improved long-term reliability can be obtained.

さらに、本発明の燃料電池装置は、外装ケース内に上記の燃料電池モジュールを収納してなることから、長期信頼性の向上した燃料電池装置とすることができる。   Furthermore, the fuel cell device of the present invention can be a fuel cell device with improved long-term reliability since the fuel cell module is housed in an outer case.

本実施形態のセルスタック装置の一例を備える燃料電池モジュールを示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows a fuel cell module provided with an example of the cell stack apparatus of this embodiment. 図1に示す燃料電池モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell module shown in FIG. (a)は図1に示すセルスタック装置の側面図であり、(b)は(a)で示すセルスタック装置の一部を抜粋して示す平面図である。(A) is a side view of the cell stack device shown in FIG. 1, and (b) is a plan view showing a part of the cell stack device shown in (a). 本実施形態のセルスタック装置の他の一例を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows another example of the cell stack apparatus of this embodiment. 本実施形態の燃料電池モジュールの他の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the fuel cell module of this embodiment. 本実施形態の燃料電池装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows roughly an example of the fuel cell apparatus of this embodiment.

図1は、本実施形態の燃料電池モジュール(以下、モジュールという場合がある。)の一例を示す外観斜視図であり、図2は図1の断面図であり、図3(a)は図1に示すセルスタック装置の側面図であり、図3(b)は(a)で示すセルスタック装置の一部を抜粋して示す平面図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。   FIG. 1 is an external perspective view showing an example of a fuel cell module (hereinafter sometimes referred to as a module) according to the present embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1, and FIG. FIG. 3B is a plan view showing a part of the cell stack device shown in FIG. In the following drawings, the same numbers are assigned to the same members.

図1に示すモジュール1においては、収納容器2の内部に、内部を燃料ガスが流通する燃料ガス流路(図示せず)を有する燃料電池セル3を立設させた状態で一列に配列し、隣接する燃料電池セル3間が集電部材(図1においては図示せず)を介して電気的に直列に接続されているとともに、燃料電池セル3の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材(図示せず)でマニホールド4に固定してなるセルスタック5を2つ備えるセルスタック装置12を収納してなる。また、セルスタック5の上方には、燃料電池セル3に供給する燃料ガスを生成するための改質器6が配置されている。なお、セルスタック5の両端部には、セルスタック4(燃料電池セル3)の発電により生じた電気を集電して外部に引き出すための、電気引き出し部を有する導電部材が配置されている(図示せず)。なお、図1においては、セルスタック装置12が2つのセルスタック5を備えている場合を示しているが、適宜その個数は変更することができ、例えばセルスタック5を1つだけ備えていてもよい。また、セルスタック装置12を、改質器6を含むものとすることもできる。   In the module 1 shown in FIG. 1, the fuel cells 3 having fuel gas passages (not shown) through which the fuel gas flows are arranged in a row in the storage container 2, Adjacent fuel cells 3 are electrically connected in series via a current collecting member (not shown in FIG. 1), and the lower end of the fuel cells 3 is connected to an insulating bonding material such as a glass sealing material. A cell stack device 12 including two cell stacks 5 fixed to the manifold 4 by a not shown is housed. A reformer 6 for generating fuel gas to be supplied to the fuel cell 3 is disposed above the cell stack 5. At both ends of the cell stack 5, conductive members having electrical lead portions for collecting and drawing the electricity generated by the power generation of the cell stack 4 (fuel cell 3) to the outside are disposed ( Not shown). Although FIG. 1 shows the case where the cell stack device 12 includes two cell stacks 5, the number can be changed as appropriate. For example, even if only one cell stack 5 is provided. Good. Further, the cell stack device 12 may include the reformer 6.

また、図1においては、燃料電池セル3として、内部を燃料ガスが長手方向に流通する燃料ガス流路を複数有する中空平板型で、燃料ガス流路を有する支持体の表面に、燃料極層、固体電解質層および酸素極層を順に積層してなる固体酸化物形の燃料電池セル3を例示している。なお、燃料電池セル3の間に酸素含有ガスが流通する。燃料電池セル3の構
成については後述する。
In FIG. 1, the fuel cell 3 is a hollow flat plate type having a plurality of fuel gas passages through which fuel gas flows in the longitudinal direction. A fuel electrode layer is formed on the surface of the support having the fuel gas passages. 1 illustrates a solid oxide fuel cell 3 in which a solid electrolyte layer and an oxygen electrode layer are sequentially laminated. An oxygen-containing gas flows between the fuel cells 3. The configuration of the fuel cell 3 will be described later.

また、本実施形態の燃料電池装置においては、燃料電池セル3が固体酸化物形の燃料電池セルであればよく、例えば平板型や円筒型とすることもでき、あわせて収納容器2の形状も適宜変更することができる。   In the fuel cell device of the present embodiment, the fuel cell 3 may be a solid oxide fuel cell, and may be, for example, a flat plate shape or a cylindrical shape. It can be changed as appropriate.

また、図1に示す改質器6においては、原燃料供給管10を介して供給される天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成する。なお、改質器6は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とすることが好ましく、水を気化させるための気化部7と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒(図示せず)が配置された改質部8とを備えている。そして、改質器6で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管9を介してマニホールド4に供給され、マニホールド4より燃料電池セル3の内部に設けられた燃料ガス流路に供給される。   Further, in the reformer 6 shown in FIG. 1, fuel gas is generated by reforming raw fuel such as natural gas or kerosene supplied through the raw fuel supply pipe 10. The reformer 6 preferably has a structure capable of performing steam reforming, which is an efficient reforming reaction. The reformer 6 reforms the raw fuel into fuel gas, and a vaporizer 7 for vaporizing water. And a reforming unit 8 in which a reforming catalyst (not shown) is disposed. The fuel gas generated by the reformer 6 is supplied to the manifold 4 via the fuel gas flow pipe 9 and is supplied from the manifold 4 to the fuel gas flow path provided inside the fuel cell 3.

また図1においては、収納容器2の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置12を後方に取り出した状態を示している。ここで、図1に示したモジュール1においては、セルスタック装置12を、収納容器2内にスライドして収納することが可能である。   FIG. 1 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the storage container 2 is removed and the cell stack device 12 stored inside is taken out rearward. Here, in the module 1 shown in FIG. 1, the cell stack device 12 can be slid and stored in the storage container 2.

なお、収納容器2の内部には、マニホールド4に並置されたセルスタック5の間に配置され、酸素含有ガスが燃料電池セル3の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、酸素含有ガス導入部材11が配置されている。   The storage container 2 is disposed between the cell stacks 5 juxtaposed to the manifold 4, so that the oxygen-containing gas flows from the lower end portion toward the upper end portion of the fuel cell 3. A contained gas introduction member 11 is disposed.

図2に示すように、モジュール1を構成する収納容器2は、内壁13と外壁14とを有する二重構造で、外壁14により収納容器2の外枠が形成されるとともに、内壁13によりセルスタック装置12を収納する発電室15が形成されている。さらに収納容器2においては、内壁13と外壁14との間を、燃料電池セル3に導入する酸素含有ガスが流通する酸素含有ガス流路21としている。   As shown in FIG. 2, the storage container 2 constituting the module 1 has a double structure having an inner wall 13 and an outer wall 14, and an outer frame of the storage container 2 is formed by the outer wall 14, and a cell stack is formed by the inner wall 13. A power generation chamber 15 that houses the device 12 is formed. Further, in the storage container 2, an oxygen-containing gas flow path 21 through which the oxygen-containing gas introduced into the fuel cell 3 circulates between the inner wall 13 and the outer wall 14.

ここで、収納容器2内には、収納容器2の上部より、上端側に酸素含有ガスが流入するための酸素含有ガス流入口(図示せず)とフランジ部26とを備え、下端部に燃料電池セル3の下端部に酸素含有ガスを導入するための酸素含有ガス流出口16が設けられてなる酸素含有ガス導入部材11が、内壁13を貫通して挿入されて固定されている。なお、フランジ部26と内壁13との間には断熱部材17が配置されている。   Here, the storage container 2 is provided with an oxygen-containing gas inlet (not shown) for allowing oxygen-containing gas to flow into the upper end side from the upper part of the storage container 2 and a flange portion 26, and fuel at the lower end portion. An oxygen-containing gas introduction member 11 provided with an oxygen-containing gas outlet 16 for introducing an oxygen-containing gas at the lower end of the battery cell 3 is inserted through the inner wall 13 and fixed. A heat insulating member 17 is disposed between the flange portion 26 and the inner wall 13.

なお、図2においては、酸素含有ガス導入部材11が、収納容器2の内部に並置された2つのセルスタック5間に位置するように配置されているが、セルスタック5の数により、適宜配置することができる。例えば、収納容器2内にセルスタック5を1つだけ収納する場合には、酸素含有ガス導入部材11を2つ設け、セルスタック5を両側面側から挟み込むように配置することができる。   In FIG. 2, the oxygen-containing gas introduction member 11 is disposed so as to be positioned between two cell stacks 5 juxtaposed inside the storage container 2, but is appropriately disposed depending on the number of cell stacks 5. can do. For example, when only one cell stack 5 is stored in the storage container 2, two oxygen-containing gas introduction members 11 can be provided and disposed so as to sandwich the cell stack 5 from both side surfaces.

また発電室15内には、モジュール1内の熱が極端に放散され、燃料電池セル3(セルスタック5)の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール1内の温度を高温に維持するための断熱部材17が適宜設けられている。   Also, in the power generation chamber 15, the temperature in the module 1 is maintained at a high temperature so that the heat in the module 1 is extremely dissipated and the temperature of the fuel cell 3 (cell stack 5) decreases and the power generation amount does not decrease. A heat insulating member 17 is appropriately provided.

断熱部材17は、セルスタック5の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル3の配列方向に沿ってセルスタック5の側面側に配置するとともに、セルスタック5の側面における燃料電池セル3の配列方向に沿った幅と同等またはそれ以上の幅を有する断熱部材17を配置することが好ましい。なお、セルスタック5の両側面側に断熱部材17を配置することが好ましい。それにより、セルスタック5の温度が低下することを効果
的に抑制できる。さらには、酸素含有ガス導入部材11より導入される酸素含有ガスが、セルスタック5の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック5を構成する燃料電池セル3間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。なお、セルスタック5の両側面側に配置された断熱部材17においては、燃料電池セル3に供給される酸素含有ガスの流れを調整し、セルスタック5の長手方向および燃料電池セル3の積層方向における温度分布を低減するための開口部18が設けられている。
The heat insulating member 17 is preferably disposed in the vicinity of the cell stack 5. In particular, the heat insulating member 17 is disposed on the side surface side of the cell stack 5 along the arrangement direction of the fuel cell 3, and the fuel cell unit on the side surface of the cell stack 5. It is preferable to arrange the heat insulating member 17 having a width equal to or greater than the width along the three arrangement directions. In addition, it is preferable to arrange the heat insulating members 17 on both side surfaces of the cell stack 5. Thereby, it can suppress effectively that the temperature of the cell stack 5 falls. Furthermore, the oxygen-containing gas introduced from the oxygen-containing gas introduction member 11 can be suppressed from being discharged from the side surface side of the cell stack 5, and the flow of the oxygen-containing gas between the fuel cells 3 constituting the cell stack 5. Can be promoted. In the heat insulating members 17 arranged on both side surfaces of the cell stack 5, the flow of the oxygen-containing gas supplied to the fuel cell 3 is adjusted, and the longitudinal direction of the cell stack 5 and the stacking direction of the fuel cell 3 are adjusted. An opening 18 is provided for reducing the temperature distribution at.

また、燃料電池セル3の配列方向に沿った内壁13の内側には、排ガス用内壁19が設けられており、内壁13と排ガス用内壁19との間が、発電室15内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路22とされている。なお、排ガス流路22は、収納容器2の底部に設けられた排気孔20と通じている。また、排ガス用内壁19のセルスタック5側にも断熱部材17が設けられている。   Further, an exhaust gas inner wall 19 is provided inside the inner wall 13 along the arrangement direction of the fuel cells 3, and the exhaust gas in the power generation chamber 15 is located between the inner wall 13 and the exhaust gas inner wall 19 from above. The exhaust gas flow path 22 flows downward. The exhaust gas passage 22 communicates with the exhaust hole 20 provided at the bottom of the storage container 2. A heat insulating member 17 is also provided on the cell stack 5 side of the exhaust gas inner wall 19.

それにより、モジュール1の稼動(起動処理時、発電時、停止処理時)に伴って生じる排ガスは、排ガス流路22を流れた後、排気孔20より排気される構成となっている。なお、排気孔20は収納容器2の底部の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を設けることにより形成してもよい。   As a result, the exhaust gas generated with the operation of the module 1 (during start-up processing, power generation, and stop processing) flows through the exhaust gas passage 22 and is then exhausted from the exhaust hole 20. The exhaust hole 20 may be formed by cutting out a part of the bottom of the storage container 2 or may be formed by providing a tubular member.

なお、酸素含有ガス導入部材11の内部には、セルスタック5近傍の温度を測定するための熱電対24が、その測温部23が燃料電池セル3の長手方向の中央部でかつ燃料電池セル3の配列方向における中央部に位置するように配置されている。   Note that a thermocouple 24 for measuring the temperature in the vicinity of the cell stack 5 is provided inside the oxygen-containing gas introduction member 11, and the temperature measuring portion 23 is the central portion in the longitudinal direction of the fuel cell 3 and the fuel cell. 3 are arranged so as to be located at the center in the arrangement direction.

また、上述の構成のモジュール1においては、燃料電池セル3における燃料ガス流路より排出される発電に使用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル3の上端と改質器6との間で燃焼させることにより、燃料電池セル3の温度を上昇・維持させることができる。あわせて、燃料電池セル3(セルスタック5)の上方に配置された改質器6を温めることができ、改質器6で効率よく改質反応を行なうことができる。なお、通常発電時においては、上記燃焼や燃料電池セル3の発電に伴い、モジュール1内の温度は500〜800℃程度となる。   Further, in the module 1 having the above-described configuration, the fuel gas and the oxygen-containing gas that are not used for power generation discharged from the fuel gas flow path in the fuel cell 3 are transferred to the upper end of the fuel cell 3 and the reformer 6. It is possible to raise and maintain the temperature of the fuel cell 3 by burning between the two. In addition, the reformer 6 disposed above the fuel cell 3 (cell stack 5) can be warmed, and the reformer 6 can efficiently perform the reforming reaction. During normal power generation, the temperature in the module 1 is about 500 to 800 ° C. with the combustion and power generation of the fuel cell 3.

なお、図2に示しているように、本実施形態のセルスタック装置12においては、燃料電池セル3は、ガス流路の上端が高さ方向において異なる位置となるように配置されており、詳細は後述する。   As shown in FIG. 2, in the cell stack device 12 of the present embodiment, the fuel cells 3 are arranged so that the upper ends of the gas flow paths are at different positions in the height direction. Will be described later.

図3は、図1に示す本実施形態のセルスタック装置12の一例を示したものであり、(a)はセルスタック装置12を概略的に示す側面図、(b)は(a)のセルスタック装置12の一部を拡大した平面図であり、(a)で示した点線枠で囲った部分を抜粋して示している。なお、(b)において(a)で示した点線枠で囲った部分に対応する部分を明確とするために矢印にて示している。   FIG. 3 shows an example of the cell stack device 12 of the present embodiment shown in FIG. 1, wherein (a) is a side view schematically showing the cell stack device 12, and (b) is a cell of (a). It is the top view to which a part of stack apparatus 12 was expanded, and it has extracted and shown the part enclosed with the dotted-line frame shown by (a). In addition, in (b), in order to clarify, the part corresponding to the part enclosed with the dotted-line frame shown by (a) is shown with the arrow.

図3に示すセルスタック装置12においては、燃料電池セル3の複数個を、それぞれの燃料電池セル3間に集電部材38を介して立設させた状態で配列して、電気的に直列に接続してセルスタック5を形成し、各燃料電池セル3の下端部が、燃料電池セル3に燃料ガスを供給するマニホールド4に固定されて構成されている。   In the cell stack device 12 shown in FIG. 3, a plurality of fuel cells 3 are arranged in a state where they are erected between the fuel cells 3 via current collecting members 38, and are electrically connected in series. The cell stacks 5 are connected to each other, and the lower end portion of each fuel cell 3 is fixed to a manifold 4 that supplies fuel gas to the fuel cell 3.

また、セルスタック装置12は、端部に配置された集電部材38を介して燃料電池セル3の配列方向の両端からセルスタック5を挟持するように、マニホールド4に下端が固定された導電部材27を具備している。   In addition, the cell stack device 12 is a conductive member having a lower end fixed to the manifold 4 so as to sandwich the cell stack 5 from both ends in the arrangement direction of the fuel cells 3 via the current collecting member 38 disposed at the end. 27.

図3(a)に示す導電部材27においては、燃料電池セル3の配列方向に沿って外側に
向けて延びた形状で、セルスタック5(燃料電池セル3)の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部28が設けられている。
The conductive member 27 shown in FIG. 3 (a) is a shape that extends outward along the arrangement direction of the fuel cells 3 and draws out current generated by the power generation of the cell stack 5 (fuel cells 3). A current drawing unit 28 is provided.

以下、図3に示す燃料電池セル3を用いて、燃料電池セル3の構成を説明する。   Hereinafter, the configuration of the fuel cell 3 will be described using the fuel cell 3 shown in FIG.

燃料電池セル3は、一対の対向する平坦面をもつ柱状の導電性支持体35(以下、支持体35と略す場合がある。)の一方側の平坦面上に燃料極層31と、固体電解質層32と、酸素極層33とが順に積層されて構成されている。なお、燃料極層31、固体電解質層32および酸素極層33がこの順に積層された部位において、燃料電池セル3に供給される燃料ガスと酸素含有ガスとで発電する。   The fuel battery cell 3 includes a fuel electrode layer 31 and a solid electrolyte on a flat surface on one side of a columnar conductive support 35 having a pair of opposed flat surfaces (hereinafter sometimes abbreviated as a support 35). The layer 32 and the oxygen electrode layer 33 are laminated in order. In addition, in the site | part by which the fuel electrode layer 31, the solid electrolyte layer 32, and the oxygen electrode layer 33 were laminated | stacked in this order, it produces electric power with the fuel gas and oxygen-containing gas which are supplied to the fuel cell 3.

さらに、燃料電池セル3の他方側の平坦面上にはインターコネクタ34が設けられており、支持体35の内部には、燃料ガスを流すための燃料ガス流路36が複数設けられている。   Furthermore, an interconnector 34 is provided on the other flat surface of the fuel cell 3, and a plurality of fuel gas passages 36 for flowing fuel gas are provided inside the support 35.

また、インターコネクタ34の外面(上面)にはP型半導体層37を設けることもでき、図3(b)においてはP型半導体層37を設けた例を示している。集電部材38を、P型半導体層37を介してインターコネクタ34に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。   Also, a P-type semiconductor layer 37 can be provided on the outer surface (upper surface) of the interconnector 34, and FIG. 3B shows an example in which the P-type semiconductor layer 37 is provided. By connecting the current collecting member 38 to the interconnector 34 via the P-type semiconductor layer 37, the contact between the two becomes an ohmic contact, the potential drop can be reduced, and the deterioration of the current collecting performance can be effectively avoided. It becomes.

また、支持体35を、燃料極層31を兼ねるものとし、その一方側表面上に固体電解質層32および酸素極層33を順次積層して燃料電池セル3を構成することもできる。   Alternatively, the support 35 may also serve as the fuel electrode layer 31, and the fuel cell 3 may be configured by sequentially laminating the solid electrolyte layer 32 and the oxygen electrode layer 33 on one surface thereof.

以下に、図3に示す燃料電池セル3を構成する各部材について説明する。   Below, each member which comprises the fuel cell 3 shown in FIG. 3 is demonstrated.

燃料極層31は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素が固溶しているZrO(安定化ジルコニアと称し、部分安定化ジルコニアも含む。)とNiおよび/またはNiOとから形成することができる。 As the fuel electrode layer 31, generally known materials can be used, and porous conductive ceramics, for example, ZrO 2 in which a rare earth element is dissolved (referred to as stabilized zirconia, including partially stabilized zirconia). And Ni and / or NiO.

固体電解質層32は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrOから形成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。 The solid electrolyte layer 32 has a function as an electrolyte that bridges electrons between the electrodes, and at the same time, has to have a gas barrier property in order to prevent leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas. , 3 to 15 mol% of rare earth elements are formed from ZrO 2 as a solid solution. In addition, as long as it has the said characteristic, you may form using another material etc.

酸素極層33は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるABO型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができる。酸素極層33はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が20%以上、特に30〜50%の範囲にあることが好ましい。 The oxygen electrode layer 33 is not particularly limited as long as it is generally used. For example, the oxygen electrode layer 33 can be formed of a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. The oxygen electrode layer 33 is required to have gas permeability, and the open porosity is preferably 20% or more, particularly preferably in the range of 30 to 50%.

インターコネクタ34は、導電性セラミックスから形成することができるが、燃料ガス(水素含有ガス)および酸素含有ガス(空気等)と接触するため、耐還元性および耐酸化性を有することが必要であり、それゆえランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO系酸化物)が好適に使用される。インターコネクタ34は支持体35に形成されたガス流路17を流通する燃料ガス、および燃料電池セル3の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが好ましい。 The interconnector 34 can be formed from conductive ceramics, but since it is in contact with a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air, etc.), it is necessary to have reduction resistance and oxidation resistance. Therefore, a lanthanum chromite-based perovskite oxide (LaCrO 3 -based oxide) is preferably used. The interconnector 34 must be dense in order to prevent leakage of fuel gas flowing through the gas flow path 17 formed in the support 35 and oxygen-containing gas flowing outside the fuel cell 3, and 93 It is preferable to have a relative density of 95% or more, particularly 95% or more.

支持体35としては、燃料ガスを燃料極層31まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタ34を介して集電するために導電性であることが要求さ
れる。したがって、支持体35としては、かかる要求を満足するものを材質として採用する必要があり、例えば導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。
The support 35 is required to be gas permeable in order to allow the fuel gas to pass to the fuel electrode layer 31 and to be conductive in order to collect current via the interconnector 34. Therefore, as the support 35, it is necessary to adopt a material satisfying such a requirement as a material, and for example, conductive ceramics, cermet, or the like can be used.

ちなみに、燃料電池セル3を作製するにあたり、燃料極層31または固体電解質層32との同時焼成により支持体35を作製する場合においては、Ni等の鉄属金属成分とY等の特定希土類酸化物とから支持体35を形成することが好ましい。また、支持体35は、燃料ガス透過性を備えるために開気孔率が30%以上、特に35〜50%の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は50S/cm以上、好ましくは300S/cm以上、特には440S/cm以上であるのが好ましい。 Incidentally, when the support 35 is produced by cofiring with the fuel electrode layer 31 or the solid electrolyte layer 32 in producing the fuel battery cell 3, it is necessary to specify an iron group metal component such as Ni and Y 2 O 3 etc. The support 35 is preferably formed from a rare earth oxide. Further, the support 35 preferably has an open porosity of 30% or more, particularly 35 to 50% in order to have fuel gas permeability, and its conductivity is preferably 50 S / cm or more, preferably Is preferably 300 S / cm or more, particularly 440 S / cm or more.

さらに、P型半導体層37としては、遷移金属のペロブスカイト型酸化物からなる層を例示することができる。具体的には、インターコネクタ34を構成するランタンクロマイト系のペロブスカイト酸化物(LaCrO)よりも電子伝導性の高いもの、例えばAサイトにSr(ストロンチウム)とLa(ランタン)が共存するLaSrCoFeO系酸化物(例えばLaSrCoFeO)、LaMnO系酸化物(例えばLaSrMnO)、LaFeO系酸化物(例えばLaSrFeO)、LaCoO系酸化物(例えばLaSrCoO)の少なくとも1種から構成することが好ましく、特に600〜1000℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からLaSrCoFeO系酸化物から構成することが特に好ましい。なお、BサイトにCoとともにFe、Mnが存在してもよいこのようなP型半導体層37の厚みは、一般に、30〜100μmの範囲にあることが好ましい。 Furthermore, as the P-type semiconductor layer 37, a layer made of a perovskite oxide of a transition metal can be exemplified. Specifically, those having higher electron conductivity than the lanthanum chromite perovskite oxide (LaCrO 3 ) constituting the interconnector 34, for example, LaSrCoFeO 3 system in which Sr (strontium) and La (lanthanum) coexist at the A site. It is preferably composed of at least one of oxide (for example, LaSrCoFeO 3 ), LaMnO 3 -based oxide (for example, LaSrMnO 3 ), LaFeO 3 -based oxide (for example, LaSrFeO 3 ), and LaCoO 3 -based oxide (for example, LaSrCoO 3 ). In particular, it is particularly preferable to use LaSrCoFeO 3 -based oxide from the viewpoint of high electrical conductivity at an operating temperature of about 600 to 1000 ° C. In addition, it is preferable that the thickness of such P-type semiconductor layer 37 in which Fe and Mn may exist together with Co at the B site is generally in the range of 30 to 100 μm.

そして、それぞれの燃料電池セル3は集電部材38を介して電気的に直列に接続される。なお、集電部材38は、弾性を有する金属または合金からなる部材あるいは金属繊維または合金繊維からなるフェルトに所要の表面処理を加えた部材から構成することができる。   Each fuel cell 3 is electrically connected in series via a current collecting member 38. The current collecting member 38 can be constituted by a member made of an elastic metal or alloy or a member obtained by adding a required surface treatment to a felt made of metal fiber or alloy fiber.

また、燃料電池装置の発電中に、高温な酸化雰囲気に曝されることから、Crを含有する合金を用いて作製することが好ましい。さらに、集電部材38の表面の一部、好ましくは全体を希土類元素を含有するペロブスカイト型酸化物等を用いてコーティングすることが好ましい。   In addition, since it is exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere during power generation of the fuel cell device, it is preferably produced using an alloy containing Cr. Furthermore, it is preferable to coat a part of the surface of the current collecting member 38, preferably the whole with a perovskite oxide containing a rare earth element.

なお、集電部材38の長手方向の長さおよび幅方向の長さは発電部の長手方向の長さおよび幅方向の長さと同等以上の長さとすることが好ましい。それにより、発電により生じた電流を効率よく集電することができる。   The length in the longitudinal direction and the length in the width direction of the current collecting member 38 are preferably equal to or longer than the length in the longitudinal direction and the length in the width direction of the power generation unit. Thereby, the current generated by the power generation can be collected efficiently.

ところで、上述したセルスタック装置の運転中において、燃料電池セル3の上端側で、燃料ガス流路36より排出される発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させるが、燃料電池装置の起動時や、負荷の急激な変動や、夜間等の低出力時において、失火が生じる場合があり、失火に伴って燃料電池セル3の温度や改質器6の温度が上昇せず、発電ができない状態となり、長期信頼性が低下するおそれがある。   By the way, during the operation of the cell stack device described above, the fuel gas that has not been used for power generation discharged from the fuel gas flow path 36 is burned on the upper end side of the fuel cell 3. In case of sudden fluctuations in load or low output such as at night, misfiring may occur, and the temperature of the fuel cell 3 and the temperature of the reformer 6 will not increase with the misfiring, and power generation will not be possible. Long-term reliability may be reduced.

それゆえ、図2に示したように、本実施形態のセルスタック装置12においては、燃料電池セル3は、燃料ガス流路36の上端が高さ方向において異なる位置となるように配置されている。具体的には、図1〜図3に示したセルスタック装置12においては、それぞれの燃料電池セル3が有する複数の燃料ガス流路36のそれぞれの上端が、酸素含有ガス導入部材11側が低くなっており、酸素含有ガス導入部材11と反対側が高くなるようになっている。   Therefore, as shown in FIG. 2, in the cell stack device 12 of the present embodiment, the fuel cells 3 are arranged such that the upper ends of the fuel gas flow paths 36 are at different positions in the height direction. . Specifically, in the cell stack device 12 shown in FIGS. 1 to 3, the upper ends of the plurality of fuel gas flow paths 36 of the respective fuel cells 3 are lowered on the oxygen-containing gas introduction member 11 side. The side opposite to the oxygen-containing gas introduction member 11 is increased.

それにより、例えば、各燃料ガス流路36の失火を抑制できるほか、上端が上方に位置
する燃料ガス流路36(言い換えれば、酸素含有ガス導入部材11と反対側に位置する燃料ガス流路36。)で失火が生じたとしても、上端が下方に位置する燃料ガス流路36(言い換えれば、酸素含有ガス導入部材11側に位置する燃料ガス流路36。)で燃焼が生じている場合には、その燃焼熱の一部が、酸素含有ガス導入部材11と反対側に位置する燃料ガス流路36側に流れるほか、燃焼炎の一部も酸素含有ガス導入部材11と反対側に位置する燃料ガス流路36に揺らぐこととなる。それにより、酸素含有ガス導入部材11と反対側に位置する燃料ガス流路36の上端側で再着火させることができる。それゆえ、燃料ガス流路36の上端の位置を同一の位置としたセルスタック装置に比べて、長期信頼性を向上することができる。
Thereby, for example, misfire of each fuel gas channel 36 can be suppressed, and the fuel gas channel 36 whose upper end is located above (in other words, the fuel gas channel 36 located on the opposite side of the oxygen-containing gas introduction member 11). .)) Even when misfiring occurs, combustion occurs in the fuel gas passage 36 whose upper end is located below (in other words, the fuel gas passage 36 located on the oxygen-containing gas introduction member 11 side). In addition to part of the combustion heat flowing to the fuel gas flow path 36 located on the side opposite to the oxygen-containing gas introduction member 11, part of the combustion flame is located on the side opposite to the oxygen-containing gas introduction member 11. The fuel gas flow path 36 is fluctuated. As a result, reignition can be performed at the upper end side of the fuel gas flow path 36 located on the opposite side to the oxygen-containing gas introduction member 11. Therefore, long-term reliability can be improved as compared with the cell stack device in which the upper end position of the fuel gas channel 36 is the same position.

なお、このような燃料電池セル3は、複数のガス流路36において少なくとも一端側(酸素含有ガス導入部材11側)が、他端側(酸素含有ガス導入部材11と反対側)よりも低い位置となるようになっていればよいが、失火した燃料ガス流路36を効率よく再着火させるにあたり、複数の燃料ガス流路36を、一端側より他端側に向けて順に上端の位置が異なっている、すなわち一端側より他端側に傾斜していることが好ましい。それにより、より効率よく失火を抑制するまたは再着火することができる。   In the fuel cell 3, at least one end side (oxygen-containing gas introduction member 11 side) of the plurality of gas flow paths 36 is lower than the other end side (opposite side of the oxygen-containing gas introduction member 11). However, in order to efficiently re-ignite the misfired fuel gas flow path 36, the upper end positions of the plurality of fuel gas flow paths 36 are sequentially changed from one end side to the other end side. That is, it is preferable that it is inclined from the one end side to the other end side. Thereby, misfire can be suppressed or re-ignited more efficiently.

それゆえ、図2に示すセルスタック装置12においては、燃料電池セル3をマニホールド4に対して垂直となるように配置したうえで、燃料電池セル3の上端側を斜めに切ったような形状とした例を示しているが、例えば燃料電池セル3自体は上端が平坦となる形状として、その燃料電池セル3をマニホールド4に対して斜めになるように固定した形状としてもよい。   Therefore, in the cell stack device 12 shown in FIG. 2, the fuel cell 3 is arranged so as to be perpendicular to the manifold 4 and the upper end side of the fuel cell 3 is cut obliquely. For example, the fuel cell 3 itself may have a shape with a flat upper end, and the fuel cell 3 may be fixed to the manifold 4 so as to be inclined.

また、複数の燃料ガス流路36において、周囲の温度が高い側が低い位置となるように設けることが好ましい。上端の位置が低い燃料ガス流路36を周囲の温度が高い側に配置することで、上端の位置が低い燃料ガス流路36での失火を抑制でき、また再着火しやすくすることで、複数の燃料ガス流路36全体の失火抑制や再着火を容易に行なうことができる。   In addition, in the plurality of fuel gas flow paths 36, it is preferable to provide the side where the ambient temperature is high at a low position. By disposing the fuel gas flow path 36 with the lower upper end position on the higher ambient temperature side, it is possible to suppress misfire in the fuel gas flow path 36 with the lower upper end position and to facilitate re-ignition. This makes it possible to easily suppress misfire and re-ignite the entire fuel gas flow path 36.

それゆえ、上述の説明においては、複数の燃料ガス流路36において、酸素含有ガス導入部材11側に位置する燃料ガス流路36の上端が低い位置となるように設けた例を用いて説明したが、例えば酸素含有ガス導入部材11と反対側の周囲の温度が高い構成のセルスタック装置12の場合には、酸素含有ガス導入部材11と反対側の燃料ガス流路36の上端が低い位置となるように設けることもできる。   Therefore, in the above description, the example in which the upper end of the fuel gas channel 36 located on the oxygen-containing gas introduction member 11 side is set to a low position in the plurality of fuel gas channels 36 has been described. However, for example, in the case of the cell stack device 12 having a configuration in which the ambient temperature on the side opposite to the oxygen-containing gas introduction member 11 is high, the upper end of the fuel gas passage 36 on the side opposite to the oxygen-containing gas introduction member 11 is at a low position. It can also be provided.

図4は、本実施形態のセルスタック装置の他の一例を示す外観斜視図である。図4においては、マニホールド40上に円筒状の燃料電池セル41を15本配列してなるセルスタック装置39を示している。なお、円筒状の燃料電池セル41については、内部に長手方向に貫通する燃料ガス流路42を1つ有しており、この燃料ガス流路42側から、燃料極層、固体電解質層および酸素極層が順に積層されてなる固体酸化物形の燃料電池セル41を示している。また、図4において、各燃料電池セル41を電気的に接続する集電部材や導電部材は省略している。   FIG. 4 is an external perspective view showing another example of the cell stack device of the present embodiment. FIG. 4 shows a cell stack device 39 in which 15 cylindrical fuel cells 41 are arranged on a manifold 40. The cylindrical fuel cell 41 has one fuel gas channel 42 penetrating in the longitudinal direction inside, and from this fuel gas channel 42 side, the fuel electrode layer, the solid electrolyte layer, and the oxygen A solid oxide fuel cell 41 in which polar layers are sequentially stacked is shown. Further, in FIG. 4, current collecting members and conductive members that electrically connect the fuel cells 41 are omitted.

このような内部に燃料ガス流路42を1つだけ有する円筒状の燃料電池セル41においても、図1〜図3にて説明した燃料電池セル3と同様に、燃料電池セル41の上端側で、発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させることにより、燃料電池セル41の温度を高温に維持することができる。   In the cylindrical fuel cell 41 having only one fuel gas flow path 42 in such an interior, similarly to the fuel cell 3 described with reference to FIGS. By burning the fuel gas that has not been used for power generation, the temperature of the fuel cell 41 can be maintained at a high temperature.

ところで、円筒状の燃料電池セル41においても上述と同様に失火の問題が生じ、それにより長期信頼性が低下するおそれがある。それゆえ、円筒状の燃料電池セル41であっ
ても、上述と同様に失火を抑制するもしくは失火した場合において再着火が容易なセルスタック装置とすることが好ましい。
By the way, also in the cylindrical fuel cell 41, the problem of misfire occurs similarly to the above, and there exists a possibility that long-term reliability may fall by it. Therefore, even in the case of the cylindrical fuel cell 41, it is preferable that the cell stack device be configured such that re-ignition is easy when the misfire is suppressed or misfired as described above.

ここで、図1〜図3に示したセルスタック装置12においては、各燃料電池セル3が複数の燃料ガス流路36を有していることから、各燃料電池セル3のそれぞれにおいて、失火を抑制することや、再着火を容易に行なうことができる。これに対して、燃料ガス流路42を1つしか有しない円筒状の燃料電池セル41においては、それぞれの燃料電池セル41だけでは、失火を抑制することや、再着火を容易に行なうことが難しい場合がある。   Here, in the cell stack device 12 shown in FIGS. 1 to 3, since each fuel cell 3 has a plurality of fuel gas flow paths 36, misfire is caused in each fuel cell 3. Suppression and reignition can be easily performed. On the other hand, in the cylindrical fuel cell 41 having only one fuel gas passage 42, misfire can be suppressed and reignition can be easily performed with each fuel cell 41 alone. It can be difficult.

それゆえ、図4に示したセルスタック装置39においては、燃料電池セル41を15本配置するとともに、マニホールド40の中央部側に位置する燃料電池セル41と端部側に位置する(図4において手前側または奥側)に位置する燃料電池セル41とで長さを変更することで、燃料電池セル41が、燃料ガス流路42の上端が高さ方向において異なる位置となるように配置している。具体的には、図4においては、マニホールド40の中央部側に位置する燃料電池セル41の長さを短くし、燃料ガス流路42の上端が低くなるように配置している。   Therefore, in the cell stack device 39 shown in FIG. 4, 15 fuel cells 41 are arranged, and the fuel cells 41 located on the center side of the manifold 40 are located on the end side (in FIG. 4). By changing the length of the fuel cell 41 located on the front side or the back side, the fuel cell 41 is arranged so that the upper end of the fuel gas channel 42 is at a different position in the height direction. Yes. Specifically, in FIG. 4, the length of the fuel cell 41 located on the center side of the manifold 40 is shortened, and the upper end of the fuel gas passage 42 is arranged to be low.

それにより、各燃料電池セル41における燃料ガス流路42の失火を抑制できるほか、上端が上方に位置する燃料ガス流路42(言い換えれば、図4において端部側に位置する燃料電池セル41)で失火が生じたとしても、上端が下方に位置する燃料ガス流42(言い換えれば、マニホールド40の中央部側に位置する燃料電池セル41。)で燃焼が生じている場合には、その燃焼熱の一部が、他の燃料電池セル41側に流れやすくなり、場合によっては燃焼炎の一部も他の燃料電池セル41に揺らぎやすくなり、端部側に位置する燃料ガス流路42の上端側で再着火させることができる。それゆえ、燃料ガス流路42の上端の位置を同一の位置としたセルスタック装置に比べて、長期信頼性を向上することができる。   Thereby, misfire of the fuel gas channel 42 in each fuel cell 41 can be suppressed, and the fuel gas channel 42 whose upper end is located above (in other words, the fuel cell 41 located on the end side in FIG. 4). Even if misfire occurs, if combustion occurs in the fuel gas flow 42 (in other words, the fuel cell 41 located on the center side of the manifold 40) whose upper end is located below, the combustion heat Is likely to flow to the other fuel battery cell 41 side, and in some cases, a part of the combustion flame is also likely to fluctuate to the other fuel battery cell 41, and the upper end of the fuel gas channel 42 located on the end side. Can be re-ignited on the side. Therefore, the long-term reliability can be improved as compared with the cell stack device in which the position of the upper end of the fuel gas passage 42 is the same position.

ちなみに、図4においては、マニホールド40の最も中央部側に位置する燃料電池セル41の長さを最も短くし、端部側に向かうについて徐々に燃料電池セル41の長さが長くなるように配置している例を示している。   Incidentally, in FIG. 4, the length of the fuel cell 41 located on the most central side of the manifold 40 is the shortest, and the length of the fuel cell 41 is gradually increased toward the end side. An example is shown.

また、以上の説明においては、燃料電池セル3、41をそれぞれ行列状に配置してなるセルスタック装置12を示したが、例えば燃料電池セルを周回状に配置したセルスタック装置にも適用することができる。   In the above description, the cell stack device 12 in which the fuel cells 3 and 41 are arranged in a matrix is shown, but the present invention is also applicable to, for example, a cell stack device in which fuel cells are arranged in a circle. Can do.

図5は、本実施形態のモジュールの他の一例を示す断面図であり、図2に示すモジュール1の断面図と比較して、燃料電池セル3の上方に着火装置43を備えている。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the module of the present embodiment, and includes an ignition device 43 above the fuel cell 3 as compared with the cross-sectional view of the module 1 shown in FIG.

上述のような各セルスタック装置を収納してなるモジュールにおいては、各燃料ガス流路36より排出される発電に使用されなかった燃料ガスを効率よく燃焼させるにあたり、着火装置43を備えていることが好ましい。着火装置を作動させることにより、各燃料ガス流路36より排出される発電に使用されなかった燃料ガスを効率よく燃焼させることができる。なお、着火装置43としては、例えば着火ヒーターやバーナー等、適宜使用することができる。   The module containing each cell stack device as described above is provided with an ignition device 43 in order to efficiently burn the fuel gas that has not been used for power generation discharged from each fuel gas flow path 36. Is preferred. By operating the ignition device, the fuel gas that has not been used for power generation discharged from each fuel gas flow path 36 can be efficiently burned. In addition, as the ignition device 43, an ignition heater, a burner, etc. can be used suitably, for example.

ところで、このような着火装置43を全ての燃料電池セル3や全ての燃料ガス流路36上に配置することは、その構造上やコスト面からも困難である。それゆえ、着火装置43の数を少なくし、また各燃料ガス流路36において失火を抑制する、または再着火を容易に行なうにあたっては、着火装置43は、燃料ガス流路36のうち、上端が最も下方に位置する燃料ガス流路36の上方に備えることが好ましい。   By the way, it is difficult to arrange such ignition devices 43 on all the fuel cells 3 and all the fuel gas flow paths 36 from the viewpoint of the structure and cost. Therefore, in order to reduce the number of ignition devices 43 and to suppress misfire in each fuel gas channel 36 or to easily perform reignition, the ignition device 43 has an upper end in the fuel gas channel 36. It is preferable to provide above the fuel gas flow path 36 located at the lowest position.

それにより、上端が最も下方に位置する燃料ガス流路36の失火を抑制でき、かつ再着火を容易に行なうことができることから、それよりも上方に位置する燃料ガス流路36の失火も効率よく抑制でき、あわせて再着火もより容易に行なうことができる。なお、図5においては、上端が最も下方に位置する燃料ガス流路36の上方に着火装置43を配置した例を示している。   As a result, misfire of the fuel gas channel 36 whose upper end is located at the lowest position can be suppressed, and re-ignition can be easily performed. Therefore, misfire of the fuel gas channel 36 located above the fuel gas channel 36 can be efficiently performed. In addition, reignition can be performed more easily. FIG. 5 shows an example in which the ignition device 43 is arranged above the fuel gas flow path 36 whose upper end is located at the lowest position.

図6は、外装ケース内に図1で示した燃料電池モジュール1と、燃料電池モジュール1を動作させるための補機(図示せず)とを収納してなる本実施形態の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図6においては一部構成を省略して示している。   FIG. 6 shows an example of the fuel cell device of the present embodiment in which the fuel cell module 1 shown in FIG. 1 and an auxiliary machine (not shown) for operating the fuel cell module 1 are housed in an outer case. FIG. In FIG. 6, a part of the configuration is omitted.

図6に示す燃料電池装置44は、支柱45と外装板46から構成される外装ケース内を仕切板47により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール1を収納するモジュール収納室48とし、下方側を燃料電池モジュール1を動作させるための補機を収納する補機収納室49として構成されている。なお、補機収納室49に収納する補機を省略して示している。   The fuel cell device 44 shown in FIG. 6 divides the inside of an outer case made up of support columns 45 and an outer plate 46 by a partition plate 47, and a module storage chamber 48 for storing the above-described fuel cell module 1 on the upper side. The lower side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 49 for storing auxiliary equipment for operating the fuel cell module 1. In addition, the auxiliary machine stored in the auxiliary machine storage chamber 49 is omitted.

また、仕切板47には、補機収納室49の空気をモジュール収納室48側に流すための空気流通口50が設けられており、モジュール収納室48を構成する外装板46の一部に、モジュール収納室48内の空気を排気するための排気口51が設けられている。   Further, the partition plate 47 is provided with an air circulation port 50 for flowing the air in the auxiliary machine storage chamber 49 to the module storage chamber 48 side, and a part of the exterior plate 46 constituting the module storage chamber 48 is An exhaust port 51 for exhausting the air in the module storage chamber 48 is provided.

このような燃料電池装置44においては、上述したように、発電効率の向上した燃料電池モジュール1をモジュール収納室48に収納し、燃料電池モジュール1を動作させるための補機を補機収納室49に収納して構成されることにより、発電効率の向上した燃料電池装置44とすることができる。   In such a fuel cell device 44, as described above, the fuel cell module 1 with improved power generation efficiency is stored in the module storage chamber 48, and an auxiliary machine for operating the fuel cell module 1 is connected to the auxiliary device storage chamber 49. By being housed in the fuel cell device, the fuel cell device 44 with improved power generation efficiency can be obtained.

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。   Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、セルスタック装置12を構成するセルスタック5において、燃料電池セル3の配列方向の中央部側の温度が高く、端部側の温度が低くなる温度分布を生じる場合には、着火装置43は、燃料電池セル3の配列方向の最も中央部に位置する燃料電池セル3の上方であって、かつ上端が最も下方に位置する燃料ガス流路36の上方にのみ配置することもできる。   For example, in the cell stack 5 constituting the cell stack device 12, when a temperature distribution is generated in which the temperature on the center side in the arrangement direction of the fuel cells 3 is high and the temperature on the end side is low, the ignition device 43 is Alternatively, the fuel cell 3 may be disposed only above the fuel cell 3 located at the center of the arrangement direction of the fuel cells 3 and above the fuel gas flow path 36 whose upper end is located at the lowest position.

また、例えば、図1〜図3に示したセルスタック装置12においても、図4に示したセルスタック装置39と同様に、マニホールド4の中央部側に位置する燃料電池セル3(すなわち燃料電池セル3の配列方向における中央部に位置する燃料電池セル3)における燃料ガス流路36が最も低い位置となるように各燃料電池セル3を配置することができる。それにより、セルスタック装置12を構成する各燃料電池セル3について、効率よく失火を抑制できるほか、再着火を容易に行なうことができる。   Also, for example, in the cell stack device 12 shown in FIGS. 1 to 3, as in the cell stack device 39 shown in FIG. 4, the fuel cell 3 (that is, the fuel cell) located on the center side of the manifold 4. Each fuel cell 3 can be arranged so that the fuel gas flow path 36 in the fuel cell 3) located at the center in the arrangement direction 3 is at the lowest position. Thereby, about each fuel cell 3 which comprises the cell stack apparatus 12, misfire can be suppressed efficiently and reignition can be performed easily.

また、上述の例ではいわゆる縦縞型と呼ばれる燃料電池セル3を用いて説明したが、一般に横縞型と呼ばれる複数の発電素子部を支持体上に設けてなる横縞型の燃料電池セルを用いることもできる。   In the above-described example, the fuel cell 3 called a so-called vertical stripe type has been described, but a horizontal stripe type fuel cell in which a plurality of power generation element portions generally called a horizontal stripe type are provided on a support may be used. it can.

1:燃料電池モジュール
2:収納容器
3、41:燃料電池セル
4、40:マニホールド
5:セルスタック
12、39:セルスタック装置
36、42:燃料ガス流路
43:着火装置
44:燃料電池装置
1: Fuel cell module 2: Storage container 3, 41: Fuel cell 4, 40: Manifold 5: Cell stack 12, 39: Cell stack device 36, 42: Fuel gas flow path 43: Ignition device 44: Fuel cell device

Claims (7)

燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なうとともに、内部を長手方向に貫通するガス流路を有し、上端側で発電で使用されなかった前記燃料ガスを燃焼させる構成の燃料電池セルを複数個と、前記ガス流路に連通し該ガス流路に燃料ガスを供給するマニホールドとを備えてなり、前記燃料電池セルは、前記ガス流路の上端が高さ方向において異なる位置となるように配置されていることを特徴とするセルスタック装置。   A plurality of fuel cells each configured to generate power with a fuel gas and an oxygen-containing gas and to have a gas flow path penetrating the inside in the longitudinal direction and to burn the fuel gas not used for power generation on the upper end side And a manifold that communicates with the gas flow path and supplies fuel gas to the gas flow path, and the fuel cells are arranged such that the upper ends of the gas flow paths are at different positions in the height direction. A cell stack device characterized in that: 前記燃料電池セルが内部を長手方向に貫通するガス流路を複数有する筒状であって、それぞれの前記燃料電池セルが、それぞれの該燃料電池セルにおける複数のガス流路の上端が異なる位置となるように設けられていることを特徴とする請求項1に記載のセルスタック装置。   The fuel cell has a cylindrical shape having a plurality of gas passages penetrating the inside in the longitudinal direction, and each of the fuel cells has a position where the upper ends of the gas passages in the fuel cells differ from each other. The cell stack device according to claim 1, wherein the cell stack device is provided as follows. それぞれの前記燃料電池セルにおける複数のガス流路の上端が、一端側より他端側に傾斜していることを特徴とする請求項2に記載のセルスタック装置。   The cell stack device according to claim 2, wherein upper ends of a plurality of gas flow paths in each of the fuel cells are inclined from one end side to the other end side. 前記燃料電池セルが内部を長手方向に貫通するガス流路を1つ有する筒状であって、複数の前記燃料電池セルが、それぞれ上端が異なる位置となるように配置されていることを特徴とする請求項1に記載のセルスタック装置。   The fuel cell has a cylindrical shape having one gas flow path penetrating the inside in the longitudinal direction, and the plurality of fuel cells are arranged so that their upper ends are different from each other. The cell stack device according to claim 1. 収納容器内に、請求項1乃至請求項4のうちいずれかに記載のセルスタック装置を収納してなるとともに、該セルスタック装置における前記燃料電池セルが、前記ガス流路のうち最も下方に位置する前記ガス流路が高温側に位置するように配置されていることを特徴とする燃料電池モジュール。   The cell stack device according to any one of claims 1 to 4 is stored in a storage container, and the fuel cell in the cell stack device is positioned at the lowest position in the gas flow path. The fuel cell module is arranged so that the gas flow path is positioned on a high temperature side. 前記ガス流路のうち、上端が最も下方に位置する前記ガス流路の上方に着火装置を備えることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池モジュール。   6. The fuel cell module according to claim 5, further comprising an ignition device above the gas flow channel having an upper end located at the lowest position in the gas flow channel. 外装ケース内に、請求項5または請求項6に記載の燃料電池モジュールを収納してなることを特徴とする燃料電池装置。

A fuel cell device comprising the fuel cell module according to claim 5 or 6 accommodated in an outer case.

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