JP2015138580A - fuel cell device - Google Patents

fuel cell device Download PDF

Info

Publication number
JP2015138580A
JP2015138580A JP2014007804A JP2014007804A JP2015138580A JP 2015138580 A JP2015138580 A JP 2015138580A JP 2014007804 A JP2014007804 A JP 2014007804A JP 2014007804 A JP2014007804 A JP 2014007804A JP 2015138580 A JP2015138580 A JP 2015138580A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
flow path
oxidant
width
cell stack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014007804A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
暁 山本
Akira Yamamoto
暁 山本
門脇 正天
Masataka Kadowaki
正天 門脇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eneos Corp
Original Assignee
JX Nippon Oil and Energy Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JX Nippon Oil and Energy Corp filed Critical JX Nippon Oil and Energy Corp
Priority to JP2014007804A priority Critical patent/JP2015138580A/en
Publication of JP2015138580A publication Critical patent/JP2015138580A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a temperature difference between a high temperature part and a low temperature part in a fuel cell stack 1.SOLUTION: Width of a passage cross section of a flat container composing an oxidant supply member 7 placed along side face parts of the fuel cell stack 1 or cell groups 1A and 1B thereof is continuously changed in a vertical direction or a lateral direction by a passage width changing member 21 or the like. Or, passage width of an exhaust passage 14 along the side face parts of the fuel cell stack 1 or passage width of an oxidant passage 17 is continuously changed in the vertical direction or the lateral direction.

Description

本発明は、燃料電池装置に関し、特に固体酸化物形の燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell device, and more particularly to a solid oxide fuel cell device.

燃料電池装置は、燃料電池システムの中核をなすもので、水素富化燃料(純水素を含む)と酸化剤(一般に空気)とを反応させて発電を行う複数の燃料電池セルの集合体である燃料電池スタックと、燃料電池スタックの上端部から排出されるオフガスを燃焼させて燃料電池スタックを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、燃料電池スタック及びオフガス燃焼部を取り囲む筐体と、を含んで構成される。   A fuel cell device is the core of a fuel cell system, and is an assembly of a plurality of fuel cells that generate electricity by reacting a hydrogen-enriched fuel (including pure hydrogen) and an oxidant (generally air). A fuel cell stack, an off-gas combustion unit that burns off-gas discharged from the upper end of the fuel cell stack to maintain the fuel cell stack at a high temperature, and a housing that surrounds the fuel cell stack and the off-gas combustion unit. Composed.

一方、燃料電池スタックに酸化剤を供給するための酸化剤供給部材は、燃料電池スタック若しくはその一部を構成するセルグループの側面部に沿って配置される扁平容器からなり、扁平容器の上端部側に酸化剤導入口を有し、下端部側に酸化剤噴出口を有している。   On the other hand, the oxidant supply member for supplying an oxidant to the fuel cell stack is a flat container disposed along the side surface of the fuel cell stack or a cell group constituting a part thereof, and the upper end of the flat container It has an oxidant inlet on the side and an oxidant jet on the lower end side.

また、前記筐体は、燃料電池スタックの側面部に対向する側板を少なくとも有して燃料電池スタック及びオフガス燃焼部を内包する上部開放の燃焼室区画部材と、燃焼室区画部材の側板の外側に配置される側板を少なくとも有して燃焼室区画部材の側板との間に前記オフガスの燃焼による排気ガスを上から下へ流通させる排気流路を形成する排気流路区画部材と、排気流路区画部材の側板の外側に配置される側板を少なくとも有して排気流路区画部材の側板との間に前記酸化剤供給部材への酸化剤を下から上へ流通させる酸化剤流路を形成する酸化剤流路区画部材と、を含んで構成される。   The housing has at least a side plate facing the side surface of the fuel cell stack, and has an open upper combustion chamber partition member containing the fuel cell stack and the off-gas combustion unit, and an outer side of the side plate of the combustion chamber partition member. An exhaust passage partition member that has at least a side plate to be disposed and forms an exhaust passage through which exhaust gas generated by the combustion of the off-gas flows from the top to the bottom between the side plate and the combustion chamber partition member; Oxidation that has at least a side plate disposed outside the side plate of the member and forms an oxidant flow path for flowing the oxidant to the oxidant supply member from below to the side plate of the exhaust flow path partition member And an agent flow path partition member.

ところで、上記のような燃料電池装置では、燃料電池スタックの上端部側でオフガスを燃焼させる構成のため、燃料電池スタックの上端部側の温度が高く、下端部側の温度が低いという上下方向の温度差を生じる。また、酸化剤供給部材によって燃料電池スタックの下端部側に酸化剤を供給する構成のため、燃料電池スタックの下端部の温度は更に低下し、上下方向の温度差は更に大きくなる。   By the way, in the fuel cell device as described above, the off-gas is burned on the upper end side of the fuel cell stack, so that the temperature on the upper end side of the fuel cell stack is high and the temperature on the lower end side is low. Creates a temperature difference. In addition, since the oxidant is supplied to the lower end portion of the fuel cell stack by the oxidant supply member, the temperature at the lower end portion of the fuel cell stack is further lowered, and the temperature difference in the vertical direction is further increased.

そこで、特許文献1に記載の技術では、燃料電池セルの上下方向の温度差を小さくするため、酸化剤供給部材は、燃料電池スタックの下端部側と対応する部位に比較して、燃料電池スタックの上端部側と対応する部位において、高い熱伝導率を有する構成としている。具体的には、酸化剤供給部材の上端部側に燃料電池スタックの上端部側との熱交換を促進するようにフィン、ディンプル等を設けている。   Therefore, in the technique described in Patent Document 1, in order to reduce the temperature difference in the vertical direction of the fuel cell, the oxidant supply member is compared with the portion corresponding to the lower end side of the fuel cell stack. In the part corresponding to the upper end part side, it is set as the structure which has high heat conductivity. Specifically, fins, dimples, and the like are provided on the upper end side of the oxidant supply member so as to promote heat exchange with the upper end side of the fuel cell stack.

特開2011−129489号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-129489

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、燃料電池スタックの上端部(高温部)に対応する酸化剤供給部材の特定部位にのみ、熱伝導率を高める構造を設けており、「高温部」の全域に対応させて、同一の形状のフィン、ディンプル等を設けている。
このため、上下方向の温度分布の均一化には限度があった。すなわち、「高温部」においても温度分布が存在し、また「高温部」以外においても温度分布が存在しているが、これらについては、温度分布の均一化を図ることができなかった。
However, in the technique described in Patent Document 1, a structure for increasing the thermal conductivity is provided only at a specific portion of the oxidant supply member corresponding to the upper end portion (high temperature portion) of the fuel cell stack. Fins, dimples and the like having the same shape are provided corresponding to the entire area.
For this reason, there is a limit to the uniform temperature distribution in the vertical direction. That is, a temperature distribution exists also in the “high temperature part”, and a temperature distribution exists in other than the “high temperature part”, but it has been impossible to make the temperature distribution uniform.

また、燃料電池スタックには上下方向のみならず、横方向の温度分布(横方向中央部が高温で、両端部にいくほど低温)も存在しており、これには対応できなかった。   In addition to the vertical direction, the fuel cell stack also has a temperature distribution in the horizontal direction (the central portion in the horizontal direction is hot and the temperature is low at the both ends), and this cannot be dealt with.

本発明は、このような実状に鑑み、燃料電池スタックの温度分布をより効果的に均一化することを課題とする。   In view of such a situation, an object of the present invention is to more effectively uniformize the temperature distribution of the fuel cell stack.

上記の課題を解決するために、本発明は、酸化剤供給部材の扁平容器の流路断面の幅(流路幅)、燃焼室区画部材の側板と排気流路区画部材の側板との距離である排気流路の流路幅、及び、排気流路区画部材の側板と酸化剤流路区画部材の側板との距離である酸化剤流路の流路幅のうち、少なくとも1つを、燃料電池スタックの側面部に沿う上下方向、及び、燃料電池スタックの側面部に沿う横方向の少なくとも一方に連続的に異ならせる構成とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is based on the width of the cross section of the flat container of the oxidizer supply member (flow path width), the distance between the side plate of the combustion chamber partition member and the side plate of the exhaust flow path partition member. At least one of the channel width of a certain exhaust channel and the channel width of the oxidant channel, which is the distance between the side plate of the exhaust channel partition member and the side plate of the oxidant channel partition member, is a fuel cell. It is set as the structure which changes continuously at least one of the up-down direction in alignment with the side part of a stack, and the horizontal direction in alignment with the side part of a fuel cell stack.

本発明によれば、酸化剤や排気ガスの流路幅を上下方向に連続的に異ならせ、例えば上端部側から下端部側へ流路幅を次第に広くすることで、上端部側で流路幅を狭くして酸化剤や排気ガスの流速を高め、熱交換効率を向上させることにより、燃料電池スタックの上端部(高温部)の熱を酸化剤や排気ガスにより相対的に多く奪って、燃料電池スタックの上下方向の温度分布の均一化を図ることができる。   According to the present invention, the flow path width of the oxidizing agent or the exhaust gas is continuously changed in the vertical direction, for example, the flow path width is gradually increased from the upper end side to the lower end side, so that the flow path is increased on the upper end side. By narrowing the width to increase the flow rate of the oxidant and exhaust gas and improving the heat exchange efficiency, the heat at the upper end (high temperature part) of the fuel cell stack is relatively deprived by the oxidant and exhaust gas, The temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell stack can be made uniform.

また、酸化剤や排気ガスの流路幅を横方向に連続的に異ならせ、例えば横方向中央部側から両端部側へ流路幅を次第に広くすることで、中央部側で流路幅を狭くして酸化剤や排気ガスの流速を高め、熱交換効率を向上させることにより、燃料電池スタックの横方向中央部(高温部)の熱を酸化剤や排気ガスにより相対的に多く奪って、燃料電池スタックの横方向の温度分布の均一化を図ることができる。   In addition, the flow path width of the oxidant and exhaust gas is continuously changed in the lateral direction, for example, by gradually increasing the flow path width from the lateral central portion side to both end portions, the flow passage width is increased at the central portion side. By narrowing and increasing the flow rate of the oxidant and exhaust gas and improving the heat exchange efficiency, the heat at the lateral center (high temperature part) of the fuel cell stack is relatively deprived by the oxidant and exhaust gas, The temperature distribution in the lateral direction of the fuel cell stack can be made uniform.

本発明の第1実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図1 is a schematic front view of a fuel cell device showing a first embodiment of the present invention. 第1実施形態の燃料電池装置の概略平面図1 is a schematic plan view of a fuel cell device according to a first embodiment. 第1実施形態の燃料電池装置の概略側面図1 is a schematic side view of a fuel cell device according to a first embodiment. 酸化剤供給部材の構造例1〜4を示す概略断面図Schematic sectional view showing structural examples 1 to 4 of the oxidant supply member 構造例1、2の具体例を示す斜視図The perspective view which shows the specific example of the structural examples 1 and 2 酸化剤供給部材内の酸化剤の温度特性を示す図The figure which shows the temperature characteristic of the oxidizing agent in an oxidizing agent supply member 構造例3の具体例を示す斜視図A perspective view showing a specific example of Structural Example 3 構造例3の別の具体例を示す斜視図A perspective view showing another specific example of Structural Example 3 構造例4の具体例を示す斜視図A perspective view showing a specific example of Structural Example 4 酸化剤供給部材の構造例5〜7を示す概略平面図Schematic plan view showing structural examples 5 to 7 of the oxidant supply member 構造例5の具体例を示す斜視図A perspective view showing a specific example of Structural Example 5 構造例7の具体例を示す斜視図A perspective view showing a specific example of Structural Example 7 構造例1、2と構造例5との組み合わせの具体例を示す斜視図The perspective view which shows the specific example of the combination of the structural examples 1 and 2 and the structural example 5 構造例4と構造例7との組み合わせの具体例を示す斜視図The perspective view which shows the specific example of the combination of the structural example 4 and the structural example 7 本発明の第2実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図Schematic front view of a fuel cell device showing a second embodiment of the present invention 本発明の第3実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図Schematic front view of a fuel cell device showing a third embodiment of the present invention 第3実施形態の燃料電池装置の概略平面図Schematic plan view of the fuel cell device of the third embodiment 第3実施形態での流路幅変更部材の概略斜視図Schematic perspective view of the channel width changing member in the third embodiment 本発明の第4実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図Schematic front view of a fuel cell device showing a fourth embodiment of the present invention 第4実施形態の燃料電池装置の概略平面図Schematic plan view of the fuel cell device of the fourth embodiment 第4実施形態での流路幅変更部材の概略斜視図Schematic perspective view of the channel width changing member in the fourth embodiment 本発明の第5実施形態での流路幅変更部材の概略斜視図The schematic perspective view of the flow-path width changing member in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図Schematic front view of a fuel cell device showing a sixth embodiment of the present invention 本発明の第7実施形態を示す燃料電池装置の概略平面図Schematic plan view of a fuel cell device showing a seventh embodiment of the present invention 本発明の第8実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図Schematic front view of a fuel cell device showing an eighth embodiment of the present invention 第8実施形態の燃料電池装置の概略平面図Schematic plan view of the fuel cell device of the eighth embodiment 本発明の第9実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図Schematic front view of a fuel cell device showing a ninth embodiment of the present invention 第9実施形態の燃料電池装置の概略平面図Schematic plan view of the fuel cell device of the ninth embodiment 第9実施形態での流路幅変更部材の概略斜視図Schematic perspective view of the channel width changing member in the ninth embodiment 本発明の第10実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図Schematic front view of a fuel cell device showing a tenth embodiment of the present invention 第10実施形態の燃料電池装置の概略平面図Schematic plan view of the fuel cell device of the tenth embodiment 第10実施形態での流路幅変更部材の概略斜視図Schematic perspective view of the channel width changing member in the tenth embodiment 本発明の第11実施形態での流路幅変更部材の概略斜視図Schematic perspective view of a channel width changing member in an eleventh embodiment of the present invention 本発明の第12実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図Schematic front view of a fuel cell device showing a twelfth embodiment of the present invention 本発明の第13実施形態を示す燃料電池装置の概略平面図Schematic plan view of a fuel cell device showing a thirteenth embodiment of the present invention 本発明の第14実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図Schematic front view of a fuel cell device showing a fourteenth embodiment of the present invention

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図1は本発明の第1実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図、図2は同上の燃料電池装置の概略平面図、図3は同上の燃料電池装置の概略側面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic front view of a fuel cell device showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic plan view of the fuel cell device same as above, and FIG. 3 is a schematic side view of the fuel cell device same as the above.

本実施形態の燃料電池装置は、固体酸化物形燃料電池(SOFC)方式であり、筐体(11、12、13)内に、複数の燃料電池セルの集合体である燃料電池スタック1、オフガス燃焼部3、燃料改質器5、及び、酸化剤供給部材7を備える。   The fuel cell device of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) system, and a fuel cell stack 1 that is an assembly of a plurality of fuel cells, an off-gas, in a casing (11, 12, 13). A combustion unit 3, a fuel reformer 5, and an oxidant supply member 7 are provided.

筐体としては、最内側の燃焼室区画部材11と中間の排気流路区画部材12と最外側の酸化剤流路区画部材13とが設けられる。
燃焼室区画部材11は、正面視で、左右一対の側板11a、11bと底板11cとを有し、上部開放のチャンネル状に形成されている。この燃焼室区画部材11内に燃料電池スタック1、オフガス燃焼部3、燃料改質器5、及び、酸化剤供給部材7が配置される。
排気流路区画部材12は、正面視で、左右一対の側板12a、12bと底板12cと天板12dとを有し、箱状に形成されている。
酸化剤流路区画部材13は、正面視で、左右一対の側板13a、13bと底板13cと天板13dとを有し、箱状に形成されている。
As the casing, an innermost combustion chamber partition member 11, an intermediate exhaust flow path partition member 12, and an outermost oxidant flow path partition member 13 are provided.
The combustion chamber partition member 11 has a pair of left and right side plates 11a and 11b and a bottom plate 11c in a front view, and is formed in a channel shape with an open top. A fuel cell stack 1, an off-gas combustion unit 3, a fuel reformer 5, and an oxidant supply member 7 are disposed in the combustion chamber partition member 11.
The exhaust passage partition member 12 has a pair of left and right side plates 12a, 12b, a bottom plate 12c, and a top plate 12d in a front view, and is formed in a box shape.
The oxidant flow path partition member 13 has a pair of left and right side plates 13a and 13b, a bottom plate 13c, and a top plate 13d in a front view, and is formed in a box shape.

燃料電池スタック1は、複数の固体酸化物形燃料電池セルを集合し電気的に直列(及び並列)に接続してなる集合体であり、燃焼室区画部材11の底部に配置される台座2上に立設されている。
各燃料電池セルは、上下方向に延びるセル支持体の表面に、アノード(燃料極)、固体酸化物からなる電解質、カソード(酸化剤極)を積層してなる。セル支持体は、その延在方向に沿って内部に燃料通路が形成されると共に、多孔質である。よって、アノードにはセル支持体内部から水素富化燃料が供給される。カソードには外部から酸化剤(一般に空気)が供給される。
The fuel cell stack 1 is an assembly formed by assembling a plurality of solid oxide fuel cells and electrically connecting them in series (and in parallel) on the pedestal 2 disposed at the bottom of the combustion chamber partition member 11. Is erected.
Each fuel cell is formed by laminating an anode (fuel electrode), an electrolyte made of a solid oxide, and a cathode (oxidant electrode) on the surface of a cell support extending in the vertical direction. The cell support is porous while a fuel passage is formed inside along the extending direction. Accordingly, the hydrogen-rich fuel is supplied to the anode from the inside of the cell support. An oxidizing agent (generally air) is supplied to the cathode from the outside.

電解質は、高温下で酸化物イオンを伝導する。アノードは、酸化物イオンと燃料中の水素とを反応させて、電子及び水を発生させる。カソードは、酸化剤中の酸素と電子とを反応させて、酸化物イオンを発生させる。
従って、各燃料電池セルのカソードにて、下記(1)式の電極反応が生起され、アノードにて、下記(2)式の電極反応が生起されて、発電がなされる。
カソード: 1/2O+2e→O2−(電解質) ・・・(1)
アノード: O2−(電解質)+H→HO+2e ・・・(2)
The electrolyte conducts oxide ions at high temperatures. The anode reacts oxide ions with hydrogen in the fuel to generate electrons and water. The cathode reacts oxygen and electrons in the oxidant to generate oxide ions.
Therefore, the electrode reaction of the following formula (1) is caused at the cathode of each fuel cell, and the electrode reaction of the following formula (2) is caused at the anode to generate electric power.
Cathode: 1 / 2O 2 + 2e → O 2− (electrolyte) (1)
Anode: O 2− (electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e (2)

燃料電池装置には上記のような燃料電池セルが多数備えられ、これらは電気的に直列(及び並列)に接続されて、燃料電池セルの集合体である燃料電池スタック1を構成している。本実施形態では、燃料電池スタック1を構成する多数の燃料電池セルは、2つのグループ、すなわち第1セルグループ1Aと第2セルグループ1Bとに分けられている。   The fuel cell device includes a large number of fuel cells as described above, and these are electrically connected in series (and in parallel) to constitute a fuel cell stack 1 that is an assembly of fuel cells. In the present embodiment, a large number of fuel cells constituting the fuel cell stack 1 are divided into two groups, that is, a first cell group 1A and a second cell group 1B.

ここで、燃料電池スタック1への水素富化燃料の供給は、台座2側(燃料電池スタック1の下端部側)からなされ、台座2は燃料分配機能を有している。水素富化燃料としては、燃料改質器5から改質燃料が供給される。
燃料電池スタック1への酸化剤(一般に空気)の供給は、後に詳述する酸化剤供給部材7を介してなされる。本実施形態では、酸化剤供給部材7は、燃料電池スタック1内、すなわち第1及び第2セルグループ1A、1B間に臨んでいる。言い換えれば、燃料電池スタック1は、酸化剤供給部材7によって、第1セルグループ1Aと第2セルグループ1Bとに分割されている。
Here, the hydrogen-enriched fuel is supplied to the fuel cell stack 1 from the pedestal 2 side (the lower end side of the fuel cell stack 1), and the pedestal 2 has a fuel distribution function. As the hydrogen-enriched fuel, the reformed fuel is supplied from the fuel reformer 5.
The oxidant (generally air) is supplied to the fuel cell stack 1 via an oxidant supply member 7 described in detail later. In the present embodiment, the oxidant supply member 7 faces the fuel cell stack 1, that is, between the first and second cell groups 1A and 1B. In other words, the fuel cell stack 1 is divided into the first cell group 1A and the second cell group 1B by the oxidant supply member 7.

オフガス燃焼部3は、燃料電池スタック1での余剰の水素富化燃料(発電未反応ガスとして排出されるオフガス)を余剰の酸化剤の存在下で燃焼させ、燃料電池スタック1及び燃料改質器5を高温状態に維持する。ここで、燃料電池スタック1の上端部が燃料電池スタック1からのオフガスの排出部となり、このオフガスは着火デバイス(図示せず)により着火されて燃焼する。従って、燃料電池スタック1の上端部側がオフガス燃焼部3となる。オフガス燃焼部3での燃焼熱により燃料電池スタック1は発電可能な高温状態に維持される。燃焼によって生成された高温の排気ガスは燃焼室区画部材11上部の開放部から燃焼室区画部材11の側板11a、11bと排気流路区画部材12の側板12a、12bとの間に形成される排気流路14を経て排気出口15より筐体外に排出される。その廃熱は適宜熱利用される。   The off-gas combustion unit 3 burns surplus hydrogen-enriched fuel in the fuel cell stack 1 (off-gas discharged as power generation unreacted gas) in the presence of surplus oxidant, and the fuel cell stack 1 and the fuel reformer 5 is maintained at a high temperature. Here, the upper end portion of the fuel cell stack 1 serves as a discharge portion for the off gas from the fuel cell stack 1, and this off gas is ignited and burned by an ignition device (not shown). Accordingly, the upper end portion side of the fuel cell stack 1 becomes the off-gas combustion portion 3. The fuel cell stack 1 is maintained in a high-temperature state capable of generating power by the combustion heat in the off-gas combustion unit 3. The high-temperature exhaust gas generated by the combustion is exhaust gas formed between the side plates 11a and 11b of the combustion chamber partition member 11 and the side plates 12a and 12b of the exhaust flow path partition member 12 from the open portion at the top of the combustion chamber partition member 11. It is discharged out of the casing through the exhaust outlet 15 via the flow path 14. The waste heat is used as appropriate.

燃料改質器5は、改質触媒を用いた改質反応により、水素含有燃料を改質して、水素富化燃料(改質ガス)を生成する。このため、燃料改質器5には筐体外の燃料ポンプ(図示せず)により燃料が供給される。   The fuel reformer 5 reforms the hydrogen-containing fuel by a reforming reaction using a reforming catalyst to generate a hydrogen-enriched fuel (reformed gas). For this reason, fuel is supplied to the fuel reformer 5 by a fuel pump (not shown) outside the housing.

水素含有燃料(原燃料)としては、一般に炭化水素系燃料が用いられる。ここでいう炭化水素系燃料とは、分子中に炭素と水素とを含む化合物(酸素等、他の元素を含んでいてもよい)若しくはそれらの混合物をいい、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、都市ガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。   As the hydrogen-containing fuel (raw fuel), a hydrocarbon-based fuel is generally used. The hydrocarbon fuel here refers to a compound containing carbon and hydrogen in a molecule (may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof, for example, hydrocarbons, alcohols, Examples include ethers and biofuels. Specific examples of hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil. Examples of alcohols include methanol and ethanol. Examples of ethers include dimethyl ether. Examples of biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet.

燃料改質器5での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質(SR)、部分酸化改質(POX)、自己熱改質(ATR)、その他の改質方式を採用できる。水蒸気改質を用いる場合は、燃料改質器5内の入口側(又はこれとは別)に水気化部を設け、筐体外から供給される水を気化して、水蒸気を生成する。   The reforming method in the fuel reformer 5 is not particularly limited. For example, steam reforming (SR), partial oxidation reforming (POX), autothermal reforming (ATR), and other reforming methods can be adopted. . In the case of using steam reforming, a water vaporization unit is provided on the inlet side (or different from this) in the fuel reformer 5, and water supplied from outside the casing is vaporized to generate steam.

本実施形態の燃料改質器5は、オフガス燃焼部3での燃焼熱によって加熱されるように、燃焼室区画部材11内で燃料電池スタック1の上方に配置される。
また、本実施形態の燃料改質器5は、酸化剤供給部材7のレイアウトのため、間隔をあけて平行に配置される2つの筒形燃料改質器により構成される。この場合、2つの筒形燃料改質器は燃料が並列に流れるように接続してもよいし、折り返して直列に流れるように接続してもよい。
燃料改質器5の出口側からは、生成された改質燃料の供給管(図示せず)が導出され、燃料電池スタック1の台座(燃料分配部)2に接続されている。
The fuel reformer 5 of the present embodiment is disposed above the fuel cell stack 1 in the combustion chamber partition member 11 so as to be heated by the combustion heat in the off-gas combustion unit 3.
Further, the fuel reformer 5 of the present embodiment is constituted by two cylindrical fuel reformers that are arranged in parallel with a gap therebetween because of the layout of the oxidant supply member 7. In this case, the two cylindrical fuel reformers may be connected so that the fuel flows in parallel, or may be connected so that the fuel flows back in series.
A supply pipe (not shown) for the generated reformed fuel is led out from the outlet side of the fuel reformer 5 and connected to the base (fuel distribution unit) 2 of the fuel cell stack 1.

酸化剤供給部材7は、燃料電池スタック1に酸化剤を供給するため、燃料電池スタック1を構成する第1及び第2セルグループ1A、1B間に、これらの側面部に沿って配置される扁平容器を主体として構成される。この扁平容器は、上面が開口し、両側面が扁平面をなして各セルグループ1A、1Bの側面部に相対する矩形の容器である。   The oxidant supply member 7 is provided between the first and second cell groups 1 </ b> A and 1 </ b> B constituting the fuel cell stack 1 so as to supply the oxidant to the fuel cell stack 1. Consists mainly of containers. This flat container is a rectangular container having an upper surface opened and both side surfaces being flat and facing the side surface portions of the cell groups 1A and 1B.

酸化剤供給部材7は、排気流路区画部材12の天板12dに予め形成されたスリットより燃焼室区画部材11内に挿入され、上端部側の開口部は酸化剤導入口8として酸化剤流路区画部材13内(排気流路区画部材12と酸化剤流路区画部材13との間)に開口している。
排気流路区画部材12と酸化剤流路区画部材13との間には、筐体外の酸化剤ポンプ(図示せず)により、酸化剤流路区画部材13の底板13cに設けた酸化剤入口16を介して、酸化剤が供給される。酸化剤は、排気流路区画部材12の側板12a、12bと酸化剤流路区画部材13の側板13a、13bとの間に形成される酸化剤流路17を下から上へ流れて、酸化剤供給部材7内に流入する。
The oxidant supply member 7 is inserted into the combustion chamber partition member 11 through a slit formed in advance on the top plate 12 d of the exhaust flow path partition member 12, and the opening on the upper end side serves as an oxidant introduction port 8. It opens in the road partition member 13 (between the exhaust flow path partition member 12 and the oxidant flow path partition member 13).
Between the exhaust flow path partition member 12 and the oxidant flow path partition member 13, an oxidant inlet 16 provided on the bottom plate 13c of the oxidant flow path partition member 13 by an oxidant pump (not shown) outside the housing. The oxidant is supplied via The oxidant flows from the bottom to the top in the oxidant flow path 17 formed between the side plates 12a and 12b of the exhaust flow path partition member 12 and the side plates 13a and 13b of the oxidant flow path partition member 13, and the oxidant It flows into the supply member 7.

酸化剤供給部材7の下端部側には、酸化剤供給部材7を構成する扁平容器の底部近傍の両側面に、複数の酸化剤噴出口9が形成され、両側面の酸化剤噴出口9より各セルグループ1A、1Bに酸化剤を供給するように構成されている。
従って、酸化剤供給部材7は、扁平容器の上端部側に酸化剤導入口8を有し、下端部側に酸化剤噴出口9を有する。酸化剤は、酸化剤供給部材7の酸化剤導入口8より流入して、扁平容器内を上から下へ流れ、酸化剤噴出口9から噴出して、各セルグループ1A、1Bのカソードに供給される。
On the lower end side of the oxidant supply member 7, a plurality of oxidant jets 9 are formed on both side surfaces near the bottom of the flat container constituting the oxidant supply member 7. An oxidant is supplied to each cell group 1A, 1B.
Therefore, the oxidant supply member 7 has an oxidant introduction port 8 on the upper end side of the flat container, and an oxidant jet port 9 on the lower end side. The oxidant flows in from the oxidant introduction port 8 of the oxidant supply member 7, flows from the top to the bottom in the flat container, and is ejected from the oxidant ejection port 9 to be supplied to the cathodes of the cell groups 1A and 1B. Is done.

上記のような燃料電池装置では、燃料電池スタック1の上端部側でオフガスを燃焼させる構成のため、燃料電池スタック1の上端部側の温度が高く、下端部側の温度が低いという上下方向の温度差を生じる。また、酸化剤供給部材7によって燃料電池スタック1の下端部側に酸化剤を供給する構成のため、燃料電池スタック1の下端部の温度は更に低下し、上下方向の温度差は更に大きくなる。
また、燃料電池スタック1には上下方向のみならず、横方向の温度差(横方向中央部が高温で、両端部にいくほど放熱により低温)も存在する。これは、横方向両端部は、横方向中央部と比較して放熱しやすいからである。
In the fuel cell device as described above, the off-gas is combusted on the upper end side of the fuel cell stack 1, so that the temperature on the upper end side of the fuel cell stack 1 is high and the temperature on the lower end side is low. Creates a temperature difference. In addition, since the oxidant is supplied to the lower end portion side of the fuel cell stack 1 by the oxidant supply member 7, the temperature at the lower end portion of the fuel cell stack 1 is further lowered, and the temperature difference in the vertical direction is further increased.
Further, the fuel cell stack 1 has not only the vertical direction but also a temperature difference in the horizontal direction (the central portion in the horizontal direction is hot, and the heat is dissipated toward both ends). This is because both ends in the horizontal direction are easier to dissipate heat than the central part in the horizontal direction.

上記のような燃料電池スタック1の温度差を縮小するための酸化剤供給部材7の流路構造について、以下に説明する。
図4は酸化剤供給部材の構造例1〜4を示す概略断面図である。
従来例では、酸化剤供給部材7の扁平容器の流路断面の幅(流路幅)Wは、扁平容器の上端部側から下端部側まで、一定である。
The flow path structure of the oxidant supply member 7 for reducing the temperature difference of the fuel cell stack 1 as described above will be described below.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing structural examples 1 to 4 of the oxidant supply member.
In the conventional example, the width (channel width) W of the cross section of the flat container of the oxidizer supply member 7 is constant from the upper end side to the lower end side of the flat container.

構造例1では、従来例に対し、酸化剤供給部材7の扁平容器内に流路幅変更部材21を挿入配置してある。
流路幅変更部材21は、酸化剤供給部材7の幅方向中央部に挿入され、流路を第1セルグループ側の流路と第2セルグループ側の流路とに分けている。
また、流路幅変更部材21は、正面視の断面形状が下向きの2等辺三角形であり、各流路の流路幅を扁平容器の上端部側で狭め、下端部側で広くしている。すなわち、流路幅は、扁平容器の上端部から下端部へ次第に広くなるように形成される。
In the first structural example, the channel width changing member 21 is inserted and arranged in the flat container of the oxidant supply member 7 as compared with the conventional example.
The flow path width changing member 21 is inserted in the center in the width direction of the oxidant supply member 7 and divides the flow path into a flow path on the first cell group side and a flow path on the second cell group side.
The channel width changing member 21 is an isosceles triangle with a cross-sectional shape in a front view facing downward, and the channel width of each channel is narrowed on the upper end side of the flat container and widened on the lower end side. That is, the flow path width is formed so as to gradually increase from the upper end portion to the lower end portion of the flat container.

構造例1によれば、流路幅を上下方向に連続的に異ならせ、上端部から下端部側へ流路幅を次第に広くすることで、上端部側で流路幅を狭くして酸化剤の流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタックの上端部側から酸化剤により熱を十分に奪うことができる。下端部側では流路幅を広くして酸化剤の流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタックの下端部側から酸化剤により熱を余り奪わないようにすることができる。これらにより、燃料電池スタックの上端部側の高温部と下端部側の低温部との温度差を縮小し、燃料電池スタックの上下方向の温度分布を全体的に滑らかに均一化できる。
また、構造例1によれば、流路幅を異ならせるため、酸化剤供給部材7の扁平容器内に挿入配置される流路幅変更部材21を用いる構成とすることにより、外形状を変更することなく、実施できるという利点がある。
According to Structural Example 1, the flow path width is continuously varied in the vertical direction, and the flow path width is gradually increased from the upper end portion to the lower end portion side. The heat exchange efficiency can be increased and the heat exchange efficiency can be improved. That is, heat can be sufficiently removed from the upper end side of the fuel cell stack, which is the high temperature side, by the oxidant. On the lower end side, the flow path width can be widened to reduce the flow rate of the oxidant, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent heat from being taken away excessively by the oxidant from the lower end side of the fuel cell stack on the low temperature side. As a result, the temperature difference between the high temperature portion on the upper end side and the low temperature portion on the lower end side of the fuel cell stack can be reduced, and the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell stack can be made smooth and uniform as a whole.
Moreover, according to the structural example 1, in order to change the flow path width, the outer shape is changed by using the flow path width changing member 21 inserted and arranged in the flat container of the oxidant supply member 7. There is an advantage that it can be implemented.

構造例1は、具体的には、例えば図5のような組立構造で実現できる。尚、流路幅変更部材21の下端部と扁平容器の底部との間には、隙間があってもよいし、互いに当接していてもよい。また、流路幅変更部材21の下端部に突き当て用の平坦部を形成するようにしてもよい。   Specifically, the structure example 1 can be realized by an assembly structure as shown in FIG. 5, for example. There may be a gap between the lower end of the flow path width changing member 21 and the bottom of the flat container, or they may be in contact with each other. Further, a flat portion for abutment may be formed at the lower end portion of the flow path width changing member 21.

構造例2は、基本的には構造例1と同じであるが、従来例及び構造例1と比較して、酸化剤供給部材7を広幅化してある。また、酸化剤供給部材7の広幅化に対応して、流路幅変更部材21も広幅化してある。
酸化剤供給部材7を広幅化することで、セルグループ1A、1Bと酸化剤供給部材7との間隔を狭めることができ、セルグループ1A、1Bに供給された酸化剤と酸化剤供給部材7内の酸化剤との熱交換がより向上される。セルグループ1Aと1Bとの間隔はコンパクト化と製造上の観点からほぼ一定である。
但し、単に酸化剤供給部材7の幅を広めた場合、酸化剤供給部材7内部の酸化剤のガス流速が低下することで、熱伝導率が低下することから、流路幅変更部材21を挿入配置することは、内部のガス流速の低下を抑制するという利点もある。
Structure example 2 is basically the same as structure example 1, but the oxidizer supply member 7 is wider than the conventional example and structure example 1. Corresponding to the widening of the oxidant supply member 7, the flow path width changing member 21 is also widened.
By widening the oxidant supply member 7, the space between the cell groups 1A, 1B and the oxidant supply member 7 can be reduced, and the oxidant supplied to the cell groups 1A, 1B and the oxidant supply member 7 can be reduced. The heat exchange with the oxidizing agent is further improved. The distance between the cell groups 1A and 1B is substantially constant from the viewpoint of compactness and manufacturing.
However, if the width of the oxidant supply member 7 is simply widened, the flow rate of the oxidant inside the oxidant supply member 7 is lowered, and the thermal conductivity is lowered. Arranging also has an advantage of suppressing a decrease in the internal gas flow rate.

構造例3では、流路幅は、扁平容器の上端部から下端部側へ次第に広くなった後、再び狭くなるように形成される。このため、構造例3の流路幅変更部材23は、正面視の断面形状が、下向きの2等辺三角形の頂点側に上向きの比較的小さな二等辺三角形を連ねた形状である。
このようにした理由について述べる。
図6は、横軸を酸化剤供給部材における酸化剤の流路での酸化剤導入口からの距離として、縦軸に、酸化剤供給部材内の酸化剤の温度、及び、燃料電池スタックの温度を示している。
これからわかるように、酸化剤供給部材の下端部側では、酸化剤の温度が燃料電池スタックの温度を上回る。このため、酸化剤供給部材の下端部側では、熱交換効率を上げて、酸化剤の熱を燃料電池スタックに与えるようにすることが望ましい。よって、酸化剤供給部材の下端側では、流路幅を次第に狭くして、酸化剤の流速を上げることにより、熱交換効率を向上させるのである。
In Structural Example 3, the flow path width is formed so as to narrow again after gradually increasing from the upper end portion to the lower end portion side of the flat container. For this reason, the flow path width changing member 23 of Structural Example 3 has a cross-sectional shape in a front view in which relatively small isosceles triangles are connected to the apex side of the downward isosceles triangles.
The reason for this will be described.
6, the horizontal axis indicates the distance from the oxidant inlet in the oxidant flow path in the oxidant supply member, and the vertical axis indicates the temperature of the oxidant in the oxidant supply member and the temperature of the fuel cell stack. Is shown.
As can be seen, on the lower end side of the oxidant supply member, the temperature of the oxidant exceeds the temperature of the fuel cell stack. For this reason, it is desirable to increase the heat exchange efficiency on the lower end portion side of the oxidant supply member so as to apply the heat of the oxidant to the fuel cell stack. Therefore, on the lower end side of the oxidant supply member, the heat exchange efficiency is improved by gradually narrowing the flow path width and increasing the flow rate of the oxidant.

構造例3は、具体的には、例えば図7又は図8のような組立構造で実現できる。図7では、流路幅変更部材23の上側部分23aと下側部分23bとを挿入側部材に一体化している。図8では、流路幅変更部材23の上側部分23aを挿入側部材とし、流路幅変更部材23の下側部分23bは扁平容器の底部に形成している。尚、図8において、流路幅変更部材23の上側部分23aと下側部分23bとの間には、隙間があってもよいし、互いに当接していてもよい。   Specifically, the structural example 3 can be realized by an assembly structure as shown in FIG. 7 or FIG. In FIG. 7, the upper portion 23a and the lower portion 23b of the flow path width changing member 23 are integrated with the insertion side member. In FIG. 8, the upper part 23a of the flow path width changing member 23 is an insertion side member, and the lower part 23b of the flow path width changing member 23 is formed at the bottom of the flat container. In FIG. 8, there may be a gap between the upper part 23a and the lower part 23b of the flow path width changing member 23, or they may be in contact with each other.

構造例4は、流路幅を異ならせるため、酸化剤供給部材7の扁平容器の壁部(側面)を傾斜させて、傾斜面24としたものである。具体的には、酸化剤供給部材7の両側面を下側にいくほど外側に傾斜させて、流路幅を扁平容器の上端部から下端部側へ次第に広くするようにしている。
このようにしても、流路幅を上下方向に連続的に異ならせ、上端部から下端部側へ流路幅を次第に広くすることで、上端部側で流路幅を狭くして酸化剤の流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタックの上端部側から酸化剤により熱を十分に奪うことができる。下端部側では流路幅を広くして酸化剤の流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタックの下端部側から酸化剤により熱を余り奪わないようにすることができる。これらにより、燃料電池スタックの上下方向の温度分布を均一化できる。
また、構造例4によれば、流路幅を異ならせるため、酸化剤供給部材7の扁平容器の壁部を傾斜させる構成とすることにより、部品点数を増加させることなく、実施できるという利点がある。
In Structural Example 4, the wall (side surface) of the flat container of the oxidant supply member 7 is inclined to form the inclined surface 24 in order to make the flow path widths different. Specifically, the both sides of the oxidant supply member 7 are inclined outward as they go downward, so that the flow path width gradually increases from the upper end to the lower end of the flat container.
Even in this case, the flow path width is continuously changed in the vertical direction, and the flow path width is gradually increased from the upper end portion to the lower end portion side. The flow rate can be increased and the heat exchange efficiency can be improved. That is, heat can be sufficiently removed from the upper end side of the fuel cell stack, which is the high temperature side, by the oxidant. On the lower end side, the flow path width can be widened to reduce the flow rate of the oxidant, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent heat from being taken away excessively by the oxidant from the lower end side of the fuel cell stack on the low temperature side. As a result, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell stack can be made uniform.
Moreover, according to the structural example 4, in order to make a flow path width different, the structure which inclines the wall part of the flat container of the oxidizing agent supply member 7 has the advantage that it can implement, without increasing a number of parts. is there.

構造例4は、具体的には、例えば図9のようにして実現できる。ここで、酸化剤供給部材7の下端部側では、扁平容器の壁部を傾斜させず、垂直にしている。これは、酸化剤噴出口9の形成面を傾斜させないようにして、噴出方向を水平(燃料電池スタックの側面部に対し直角)に保つためである。   Specifically, the structure example 4 can be realized as shown in FIG. 9, for example. Here, on the lower end portion side of the oxidant supply member 7, the wall portion of the flat container is not inclined but is vertical. This is to keep the ejection direction horizontal (perpendicular to the side surface of the fuel cell stack) without tilting the formation surface of the oxidant ejection port 9.

尚、上記の構造例1〜4では酸化剤供給部材7において左右のセルグループ1A、1Bに対応する各流路は対称に形成しているが、左右の流路を互いに異ならせて形成してもよい。例えば、燃料改質器5が折り返し型で、一方の上流側に水気化部を配置する場合、水気化部の下側のセルグループの方が他のセルグループより低温となる。このような場合に左右で流路幅を適切に異ならせることで、温度分布の均一化をより促進できる。   In the structural examples 1 to 4, the flow paths corresponding to the left and right cell groups 1A and 1B are formed symmetrically in the oxidant supply member 7, but the left and right flow paths are formed differently. Also good. For example, when the fuel reformer 5 is a folded type and the water vaporization unit is disposed on one upstream side, the lower cell group of the water vaporization unit has a lower temperature than the other cell groups. In such a case, it is possible to further promote the uniformity of the temperature distribution by appropriately changing the channel width on the left and right.

次に、酸化剤供給部材7の扁平容器の流路断面の幅(流路幅)を扁平容器の横方向に連続的に変化させる構造例について説明する。
図10は酸化剤供給部材の構造例5〜7を示す概略平面図である。
Next, a structural example in which the width of the flow path cross section (flow path width) of the flat container of the oxidant supply member 7 is continuously changed in the horizontal direction of the flat container will be described.
FIG. 10 is a schematic plan view showing structural examples 5 to 7 of the oxidant supply member.

構造例5では、酸化剤供給部材7の扁平容器内に流路幅変更部材25を挿入配置してある。
流路幅変更部材25は、酸化剤供給部材7の幅方向中央部に挿入され、流路を第1セルグループ側の流路と第2セルグループ側の流路とに分けている。
また、流路幅変更部材25は、平面視の断面形状が菱形であり、各流路の流路幅を扁平容器の横方向中央部で狭め、横方向両端部側で広くしている。すなわち、流路幅は、扁平容器の横方向に中央部から両端部側へ次第に広くなるように形成される。
In Structural Example 5, the flow path width changing member 25 is inserted and arranged in the flat container of the oxidant supply member 7.
The flow path width changing member 25 is inserted in the center in the width direction of the oxidant supply member 7 and divides the flow path into a flow path on the first cell group side and a flow path on the second cell group side.
The flow path width changing member 25 has a rhombic cross-sectional shape in plan view, and the flow path width of each flow path is narrowed at the center in the horizontal direction of the flat container and wide at both ends in the horizontal direction. That is, the flow path width is formed so as to gradually become wider in the lateral direction of the flat container from the central portion to both end portions.

構造例5によれば、流路幅を横方向に連続的に異ならせ、横方向中央部から両端部側へ流路幅を次第に広くすることで、横方向中央部側で流路幅を狭くして酸化剤の流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタックの横方向中央部側から酸化剤により熱を十分に奪うことができる。横方向両端部側では流路幅を広くして酸化剤の流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタックの横方向両端部側から酸化剤により熱を余り奪わないようにすることができる。これらにより、燃料電池スタックの横方向中央部側の高温部と横方向両端部側の低温部との温度差を縮小し、燃料電池スタックの横方向の温度分布を全体的に滑らかに均一化できる。
構造例5は、具体的には、例えば図11のような組立構造で実現できる。
According to Structural Example 5, the flow path width is continuously varied in the lateral direction, and the flow path width is gradually increased from the lateral center part to both end sides, thereby reducing the flow path width on the lateral center part side. Thus, the flow rate of the oxidant can be increased and the heat exchange efficiency can be improved. That is, heat can be sufficiently removed from the laterally central portion of the fuel cell stack on the high temperature side by the oxidant. At both lateral ends, the flow path width can be widened to reduce the flow rate of the oxidant, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent heat from being taken away by the oxidant from both sides in the lateral direction of the fuel cell stack on the low temperature side. As a result, the temperature difference between the high temperature portion at the lateral center portion of the fuel cell stack and the low temperature portion at both lateral end portions can be reduced, and the temperature distribution in the lateral direction of the fuel cell stack can be made smooth and uniform overall. .
Specifically, the structural example 5 can be realized by an assembly structure as shown in FIG. 11, for example.

構造例6は、構造例5を基本としつつ、流路幅変更部材26の形状変更により、前後、左右に非対称に形成したものである。すなわち、構造例5では、セルグループ1A、1Bに対応する2つの流路は互いに対称(前後対称)に形成し、各流路については左右対称に形成している。これに対し、構造例6では、いずれについても非対称としている。これは、前述した水気化部の配置などによって、高温部の位置が変わる場合に、実際の高温部の位置に合わせて、流路幅が最適になるようにするためである。   The structural example 6 is based on the structural example 5 and is formed asymmetrically in the front-rear and left-right directions by changing the shape of the flow path width changing member 26. That is, in the structural example 5, the two flow paths corresponding to the cell groups 1A and 1B are formed symmetrically with respect to each other (front and rear symmetry), and the respective flow paths are formed symmetrically with each other. On the other hand, in the structural example 6, all are asymmetric. This is for the purpose of optimizing the channel width in accordance with the actual position of the high temperature portion when the position of the high temperature portion changes due to the arrangement of the water vaporization portion described above.

構造例7は、流路幅を横方向に異ならせるため、酸化剤供給部材7の扁平容器の壁部(側面)を横方向に傾斜させて、傾斜面27としたものである。具体的には、酸化剤供給部材9の両側面を横方向両端部から横方向両端部にいくほど内側に傾斜させて、流路幅を扁平容器の横方向中央部から両端部側へ次第に広くするようにしている。
このようにしても、流路幅を横方向に連続的に異ならせ、横方向中央部から両端部側へ流路幅を次第に広くすることで、横方向中央部側で流路幅を狭くして酸化剤の流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタックの横方向中央部側から酸化剤により熱を十分に奪うことができる。横方向両端部側では流路幅を広くして酸化剤の流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタックの横方向両端部側から酸化剤により熱を余り奪わないようにすることができる。これらにより、燃料電池スタックの横方向の温度分布を均一化できる。
In the structural example 7, the wall portion (side surface) of the flat container of the oxidant supply member 7 is inclined in the horizontal direction to form the inclined surface 27 in order to vary the flow path width in the horizontal direction. Specifically, the both side surfaces of the oxidant supply member 9 are inclined inwardly from the lateral end portions to the lateral end portions, and the flow path width is gradually increased from the lateral center portion of the flat container to the both end sides. Like to do.
Even in this case, the flow path width is continuously varied in the lateral direction, and the flow path width is gradually increased from the lateral center part to both end sides, thereby reducing the flow path width on the lateral center part side. Thus, the flow rate of the oxidant can be increased and the heat exchange efficiency can be improved. That is, heat can be sufficiently removed from the laterally central portion of the fuel cell stack on the high temperature side by the oxidant. At both lateral ends, the flow path width can be widened to reduce the flow rate of the oxidant, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent heat from being taken away by the oxidant from both sides in the lateral direction of the fuel cell stack on the low temperature side. As a result, the temperature distribution in the lateral direction of the fuel cell stack can be made uniform.

構造例7は、具体的には、例えば図12のようにして実現できる。ここで、酸化剤供給部材7の下端部側では、扁平容器の壁部を傾斜させず、平坦にしている。これは、酸化剤噴出口9の形成面を傾斜させないようにして、噴出方向を適正(燃料電池スタックの側面部に対し直角)に保つためである。   Specifically, the structural example 7 can be realized as shown in FIG. 12, for example. Here, on the lower end side of the oxidant supply member 7, the wall portion of the flat container is flattened without being inclined. This is to keep the forming direction of the oxidant jet port 9 from being inclined and to keep the jet direction proper (perpendicular to the side surface of the fuel cell stack).

次に、酸化剤供給部材7の扁平容器の流路断面の幅(流路幅)を扁平容器の上下方向に連続的に変化させると共に扁平容器の横方向に連続的に変化させる構造例について説明する。
かかる構造例は、図4の構造例1〜4と図10の構造例5〜7とを組み合わせることで実現できる。
Next, an example of a structure in which the width of the channel cross section (channel width) of the flat container of the oxidizer supply member 7 is continuously changed in the vertical direction of the flat container and continuously changed in the horizontal direction of the flat container. To do.
Such a structural example can be realized by combining the structural examples 1 to 4 in FIG. 4 and the structural examples 5 to 7 in FIG. 10.

図13は、構造例1、2と構造例5との組み合わせの具体例を示す斜視図である。
本組み合わせ例での流路幅変更部材31は、上端部側の断面形状が菱形で、下端部側の断面形状が線形であり、これらの中間部では断面形状が連続的に変化するようになっている。
これによれば、酸化剤供給部材7の扁平容器の流路断面の幅(流路幅)は、扁平容器の上端部から下端部側へ次第に広くなると共に、扁平容器の横方向に中央部から両端部側へ次第に広くなる。
従って、燃料電池スタックの上端部側かつ横方向中央部側に対応する部位の流路幅を狭くして、当該部位での酸化剤の流速を高め、当該部位での熱交換効率を向上させることができる。よって、燃料電池スタックの上下方向及び横方向の温度差を縮小することができる。
FIG. 13 is a perspective view showing a specific example of a combination of Structural Examples 1 and 2 and Structural Example 5.
The flow path width changing member 31 in this combination example has a rhombus cross-sectional shape on the upper end side and a linear cross-sectional shape on the lower end side, and the cross-sectional shape continuously changes in these intermediate portions. ing.
According to this, the width (channel width) of the flow path cross section of the flat container of the oxidizer supply member 7 gradually increases from the upper end portion to the lower end side of the flat container, and from the central portion in the lateral direction of the flat container. It gradually widens toward both ends.
Therefore, the flow path width of the portion corresponding to the upper end portion side and the lateral center portion side of the fuel cell stack is narrowed to increase the flow rate of the oxidant at the portion, and improve the heat exchange efficiency at the portion. Can do. Therefore, the temperature difference between the vertical direction and the horizontal direction of the fuel cell stack can be reduced.

図14は、構造例4と構造例7との組み合わせの具体例を示す斜視図である。
本組み合わせ例での酸化剤供給部材7の側面部の傾斜面32は、下端部側から上端部側へ向かって内側へ傾斜すると共に、横方向両端部から中央部へ向かって内側へ傾斜している。
これによれば、酸化剤供給部材7の扁平容器の流路断面の幅(流路幅)は、扁平容器の上端部から下端部側へ次第に広くなると共に、扁平容器の横方向に中央部から両端部側へ次第に広くなる。
従って、燃料電池スタックの上端部側かつ横方向中央部側に対応する部位の流路幅を狭くして、当該部位での酸化剤の流速を高め、当該部位での熱交換効率を向上させることができる。よって、燃料電池スタックの上下方向及び横方向の温度差を縮小することができる。
FIG. 14 is a perspective view showing a specific example of a combination of Structural Example 4 and Structural Example 7.
The inclined surface 32 of the side surface portion of the oxidant supply member 7 in this combination example is inclined inward from the lower end portion side toward the upper end portion side, and is inclined inward from the lateral end portions toward the center portion. Yes.
According to this, the width (channel width) of the flow path cross section of the flat container of the oxidizer supply member 7 gradually increases from the upper end portion to the lower end side of the flat container, and from the central portion in the lateral direction of the flat container. It gradually widens toward both ends.
Therefore, the flow path width of the portion corresponding to the upper end portion side and the lateral center portion side of the fuel cell stack is narrowed to increase the flow rate of the oxidant at the portion, and improve the heat exchange efficiency at the portion. Can do. Therefore, the temperature difference between the vertical direction and the horizontal direction of the fuel cell stack can be reduced.

尚、ここでは代表的な組み合わせ例のみを説明したが、図4の構造例1〜4(及びその変形例)と、図10の構造例5〜7(及びその変形例)とを適宜組み合わせ得ることは言うまでもない。   In addition, although only the typical combination example was demonstrated here, the structural examples 1-4 of FIG. 4 (and its modification) and the structural examples 5-7 of FIG. 10 (and its modification) can be combined suitably. Needless to say.

次に本発明の第2実施形態について説明する。
図15は本発明の第2実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図である。
本実施形態では、酸化剤供給部材7は、2つに分けて設けられ、複数の燃料電池セルの集合体である燃料電池スタック1を挟むように、その左右両方の側面部に沿って配置されている。
このような配置の場合も、各酸化剤供給部材7の扁平容器の流路断面の幅(流路幅)を、扁平容器の上下方向及び横方向の少なくとも一方に連続的に異ならせることで、燃料電池スタック1の上下方向及び/又は横方向の温度差を縮小することができる。そして、燃料電池スタック1の温度分布の均一化によって、発電効率等を改善することができる。尚、図15で使用される流路幅変更部材21’は、正面視の断面形状が下向きの直角三角形である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 15 is a schematic front view of a fuel cell device showing a second embodiment of the present invention.
In this embodiment, the oxidant supply member 7 is provided in two parts, and is disposed along both the left and right side portions so as to sandwich the fuel cell stack 1 that is an assembly of a plurality of fuel cells. ing.
Even in such an arrangement, the width of the cross section of the flat container (flow path width) of each oxidant supply member 7 is continuously varied in at least one of the vertical direction and the horizontal direction of the flat container, The temperature difference in the vertical direction and / or the horizontal direction of the fuel cell stack 1 can be reduced. The power generation efficiency and the like can be improved by making the temperature distribution of the fuel cell stack 1 uniform. Note that the flow path width changing member 21 ′ used in FIG. 15 is a right-angled triangle whose sectional shape when viewed from the front is downward.

上記の第1及び第2実施形態(図1〜図15)は、燃料電池スタック1の温度分布に従って、高温部と低温部との温度差を縮小するように、酸化剤供給部材7の扁平容器の流路幅を設定するものであり、一般に燃料電池スタック1の上端部側及び横方向中央部側が高温となることから、これに従って温度差を縮小するように流路幅を設定する。
これらの実施において、より高い効果を得るためには、燃料電池スタック1の温度分布の均一化に際して、燃料電池装置の定格運転時における燃料電池スタック1の実際の温度分布を測定し、これに従って、流路幅を設定することが望ましい。
すなわち、酸化剤供給部材7の扁平容器の流路断面の幅(流路幅)は、定格運転時の燃料電池スタック1における上下方向の温度分布に従って、高温部ほど、狭くなるように、上下方向に異ならせる。
また、酸化剤供給部材7の扁平容器の流路断面の幅(流路幅)は、定格運転時の燃料電池スタック1における横方向の温度分布に従って、高温部ほど、狭くなるように、横方向に異ならせる。
In the first and second embodiments (FIGS. 1 to 15) described above, the flat container of the oxidant supply member 7 so as to reduce the temperature difference between the high temperature part and the low temperature part according to the temperature distribution of the fuel cell stack 1. In general, since the upper end portion side and the lateral center portion side of the fuel cell stack 1 are at a high temperature, the flow passage width is set so as to reduce the temperature difference accordingly.
In these implementations, in order to obtain a higher effect, when the temperature distribution of the fuel cell stack 1 is made uniform, the actual temperature distribution of the fuel cell stack 1 during rated operation of the fuel cell device is measured, and according to this, It is desirable to set the channel width.
That is, the width of the channel cross-section (channel width) of the flat container of the oxidant supply member 7 is such that the higher the temperature, the narrower the higher the temperature, the narrower the temperature in the vertical direction in the fuel cell stack 1 during rated operation. To be different.
Further, the width of the flow path cross section (flow path width) of the flat container of the oxidant supply member 7 is such that the higher the temperature portion, the narrower the temperature in the horizontal direction in the fuel cell stack 1 during rated operation. To be different.

尚、上記の第1実施形態(図1)においては、燃料電池スタック1を2つのセルグループに分割し、これらの間に酸化剤供給部材7を配置したが、燃料電池スタック1を3つのセルグループに分割し、それぞれの間に酸化剤供給部材7を配置してもよい。
また、上記の第2実施形態(図15)においては、2個の酸化剤供給部材7を燃料電池スタック1の両側面に配置したが、これに加え、燃料電池スタック1を2つのセルグループに分割し、これらの間にも酸化剤供給部材7を配置するようにしてもよい。
In the first embodiment (FIG. 1), the fuel cell stack 1 is divided into two cell groups, and the oxidant supply member 7 is disposed between them. However, the fuel cell stack 1 is divided into three cells. You may divide into groups and arrange | position the oxidizing agent supply member 7 between each.
In the second embodiment (FIG. 15), the two oxidant supply members 7 are arranged on both sides of the fuel cell stack 1, but in addition, the fuel cell stack 1 is divided into two cell groups. It may be divided and the oxidant supply member 7 may be disposed between them.

次に、燃料電池スタック1の温度差を縮小するため、排気流路14の構造を改良した実施形態(第3〜第8実施形態)について、説明する。   Next, embodiments (third to eighth embodiments) in which the structure of the exhaust passage 14 is improved in order to reduce the temperature difference of the fuel cell stack 1 will be described.

排気流路14は、燃焼室区画部材11の側板11a、11bと排気流路区画部材12の側板12a、12bとの間に形成され、オフガス燃焼部3でのオフガスの燃焼による排気ガスを上から下へ流通させる。
従来においては、排気流路14の流路幅(流路断面の幅;側板11a、11bと側板12a、12bとの距離)は、排気ガスの流れ方向である側板11a、11b、12a、12bに沿う上下方向に、上端部側から下端部側まで、一定である。また、排気ガスの流れ方向と直交する側板11a、11b、12a、12bに沿う横方向にも、中央部側から両端部側まで、一定である。
このような従来構造に対し、本発明の第3〜第8実施形態では、排気流路14の流路幅を上下方向及び横方向の少なくとも一方に連続的に異ならせる。
The exhaust passage 14 is formed between the side plates 11a and 11b of the combustion chamber partitioning member 11 and the side plates 12a and 12b of the exhaust passage partitioning member 12, and exhaust gas from the combustion of the offgas in the offgas combustion unit 3 from above. Distribute down.
Conventionally, the flow path width of the exhaust flow path 14 (the width of the cross section of the flow path; the distance between the side plates 11a and 11b and the side plates 12a and 12b) is set to the side plates 11a, 11b, 12a, and 12b that are the exhaust gas flow direction. It is constant from the upper end side to the lower end side in the vertical direction along. Further, the horizontal direction along the side plates 11a, 11b, 12a, and 12b perpendicular to the flow direction of the exhaust gas is constant from the center side to both end sides.
In contrast to such a conventional structure, in the third to eighth embodiments of the present invention, the flow passage width of the exhaust flow passage 14 is continuously varied in at least one of the vertical direction and the horizontal direction.

図16は第3実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図、図17は同上の概略平面図である。
第3実施形態(図16、図17)では、燃焼室区画部材11の側板11a、11bと排気流路区画部材12の側板12a、12bとの間の排気流路14に、流路幅変更部材41を挿入配置してある。図18に流路幅変更部材41の概略斜視図を示す。
FIG. 16 is a schematic front view of a fuel cell device showing a third embodiment, and FIG. 17 is a schematic plan view of the same.
In the third embodiment (FIGS. 16 and 17), the flow passage width changing member is provided in the exhaust passage 14 between the side plates 11a and 11b of the combustion chamber partition member 11 and the side plates 12a and 12b of the exhaust passage partition member 12. 41 is inserted and arranged. FIG. 18 is a schematic perspective view of the flow path width changing member 41.

流路幅変更部材41は、外側の排気流路区画部材12の側板12a、12bに取付けられて、内側の燃焼室区画部材11の側板11a、11bとの間に流路幅が変更された排気流路14を形成する。
流路幅変更部材41は、正面視の断面形状が下向きの直角三角形であり、排気流路14の流路幅を上端部側で狭め、下端部側で広くしている。すなわち、流路幅は、排気流路14の上端部側から下端部側へ次第に広くなるように形成される。
The flow path width changing member 41 is attached to the side plates 12a, 12b of the outer exhaust flow path partition member 12, and the flow width is changed between the side plates 11a, 11b of the inner combustion chamber partition member 11. A flow path 14 is formed.
The flow path width changing member 41 is a right-angled triangle whose front sectional view is downward, and the flow path width of the exhaust flow path 14 is narrowed on the upper end side and widened on the lower end side. That is, the channel width is formed so as to gradually increase from the upper end side to the lower end side of the exhaust channel 14.

本実施形態によれば、排気流路14の流路幅を上下方向に連続的に異ならせ、特に燃料電池スタック1の上下方向の部位に対応させて、上端部側から下端部側へ流路幅を次第に広くすることで、上端部側で流路幅を狭くして排気ガスの流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタック1の上端部側から排気ガスにより熱を十分に奪うことができる。下端部側では流路幅を広くして排気ガスの流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタック1の下端部側から排気ガスにより熱を余り奪わないようにすることができる。これらにより、燃料電池スタック1の上端部側の高温部と下端部側の低温部との温度差を縮小し、燃料電池スタック1の上下方向の温度分布を全体的に滑らかに均一化できる。
また、本実施形態によれば、流路幅を異ならせるため、排気流路14内に挿入配置される流路幅変更部材41を用いる構成とすることにより、筐体形状を変更することなく、実施できるという利点がある。
According to this embodiment, the flow path width of the exhaust flow path 14 is continuously changed in the vertical direction, and in particular, the flow path from the upper end side to the lower end side corresponding to the vertical part of the fuel cell stack 1. By gradually widening the width, it is possible to narrow the flow path width on the upper end side, increase the flow rate of the exhaust gas, and improve the heat exchange efficiency. That is, heat can be sufficiently removed from the upper end side of the fuel cell stack 1 on the high temperature side by the exhaust gas. On the lower end side, the flow path width can be widened to reduce the flow rate of the exhaust gas, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent heat from being taken away by the exhaust gas from the lower end side of the fuel cell stack 1 on the low temperature side. As a result, the temperature difference between the high temperature part on the upper end side and the low temperature part on the lower end side of the fuel cell stack 1 can be reduced, and the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell stack 1 can be made smooth overall.
In addition, according to the present embodiment, in order to vary the flow path width, by using the flow path width changing member 41 inserted and arranged in the exhaust flow path 14, without changing the housing shape, There is an advantage that it can be implemented.

尚、本実施形態では、燃料電池スタック1の一方の側面部(第1セルグループ1A側)に対応する排気流路14(及び流路幅変更部材41)と、燃料電池スタック1の他方の側面部(第2セルグループ1B側)に対応する排気流路14(及び流路幅変更部材41)とは、左右対称に形成した。しかし、左右の排気流路14を互いに異ならせて形成してもよい。例えば、燃料改質器5が折り返し型で、一方の上流側に水気化部を配置する場合、水気化部の下側のセルグループの方が他のセルグループより低温となる。このような場合に左右で流路幅を適切に異ならせることで、温度分布の均一化をより促進することができる。このことは以下の実施形態においても同様である。   In the present embodiment, the exhaust flow path 14 (and the flow path width changing member 41) corresponding to one side surface (the first cell group 1A side) of the fuel cell stack 1 and the other side surface of the fuel cell stack 1 are used. The exhaust channel 14 (and the channel width changing member 41) corresponding to the portion (second cell group 1B side) is formed symmetrically. However, the left and right exhaust passages 14 may be formed different from each other. For example, when the fuel reformer 5 is a folded type and the water vaporization unit is disposed on one upstream side, the lower cell group of the water vaporization unit has a lower temperature than the other cell groups. In such a case, it is possible to further promote the homogenization of the temperature distribution by appropriately varying the channel width on the left and right. The same applies to the following embodiments.

次に本発明の第4実施形態について説明する。
図19は本発明の第4実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図、図20は同上の燃料電池装置の概略平面図である。
本実施形態では、燃焼室区画部材11の側板11a、11bと排気流路区画部材12の側板12a、12bとの間の排気流路14に、流路幅変更部材42を挿入配置してある。図21に流路幅変更部材42の概略斜視図を示す。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 19 is a schematic front view of a fuel cell device showing a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 20 is a schematic plan view of the same fuel cell device.
In the present embodiment, a flow path width changing member 42 is inserted and disposed in the exhaust flow path 14 between the side plates 11 a and 11 b of the combustion chamber partition member 11 and the side plates 12 a and 12 b of the exhaust flow path partition member 12. FIG. 21 is a schematic perspective view of the flow path width changing member 42.

流路幅変更部材42は、外側の排気流路区画部材12の側板12a、12bに取付けられて、内側の燃焼室区画部材11の側板11a、11bとの間に流路幅が変更された排気流路14を形成する。
流路幅変更部材42は、平面視の断面形状が内向きの二等辺三角形であり、排気流路14の流路幅を横方向中央部側で狭め、両端部側で広くしている。すなわち、流路幅は、排気流路14の横方向中央部側から両端部側へ次第に広くなるように形成される。
The flow path width changing member 42 is attached to the side plates 12a, 12b of the outer exhaust flow path partition member 12, and the flow width is changed between the side plates 11a, 11b of the inner combustion chamber partition member 11. A flow path 14 is formed.
The channel width changing member 42 is an isosceles triangle whose cross-sectional shape when viewed from above is an inward isosceles triangle, and the channel width of the exhaust channel 14 is narrowed on the laterally central portion side and widened on both ends. That is, the channel width is formed so as to gradually increase from the lateral center portion side of the exhaust channel 14 to both end portions.

本実施形態によれば、排気流路14の流路幅を横方向に連続的に異ならせ、特に燃料電池スタック1の横方向の部位に対応させて、横方向中央部側から両端部側へ流路幅を次第に広くすることで、横方向中央部側で流路幅を狭くして排気ガスの流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタック1の横方向中央部側から排気ガスにより熱を十分に奪うことができる。横方向両端部側では流路幅を広くして排気ガスの流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタック1の横方向両端部側から排気ガスにより熱を余り奪わないようにすることができる。これらにより、燃料電池スタック1の横方向中央部側の高温部と横方向両端部側の低温部との温度差を縮小し、燃料電池スタック1の横方向の温度分布を全体的に滑らかに均一化できる。   According to the present embodiment, the flow passage width of the exhaust passage 14 is continuously varied in the lateral direction, and particularly from the lateral central portion side to the both end portions in correspondence with the lateral portion of the fuel cell stack 1. By gradually widening the flow path width, the flow path width can be narrowed on the side in the lateral direction to increase the flow rate of the exhaust gas, and the heat exchange efficiency can be improved. That is, heat can be sufficiently removed from the lateral center portion of the fuel cell stack 1 on the high temperature side by the exhaust gas. At both lateral ends, the flow path width can be widened to reduce the exhaust gas flow velocity, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent heat from being taken away excessively from the lateral end portions of the fuel cell stack 1 on the low temperature side. As a result, the temperature difference between the high temperature portion on the lateral center side of the fuel cell stack 1 and the low temperature portion on both lateral ends is reduced, and the temperature distribution in the lateral direction of the fuel cell stack 1 is generally smooth and uniform. Can be

尚、本実施形態では、排気流路14(及び流路幅変更部材42)は、横方向に左右対称に形成し、横方向中央位置が最小幅となっている。これは横方向中央位置が最も温度が高い部位(最高温部)であることを前提にしている。しかし、前述した水気化部の配置などによって、最高温部の位置が横方向中央位置からずれることがある。このような場合は、最高温部の位置に合わせて、最小幅の位置を設定するのが望ましい。従って、排気流路14の流路幅は必ずしも横方向に左右対称とする必要はない。このことは以下の実施形態においても同様である。   In the present embodiment, the exhaust flow path 14 (and the flow path width changing member 42) is formed symmetrically in the horizontal direction, and the horizontal center position has the minimum width. This is based on the premise that the central position in the horizontal direction is the highest temperature part (maximum temperature part). However, the position of the highest temperature part may shift from the horizontal center position due to the arrangement of the water vaporization part described above. In such a case, it is desirable to set the position of the minimum width in accordance with the position of the highest temperature part. Therefore, the channel width of the exhaust channel 14 does not necessarily have to be symmetrical in the lateral direction. The same applies to the following embodiments.

次に本発明の第5実施形態について説明する。
図22は第5実施形態での流路幅変更部材43の概略斜視図である。この場合の燃料電池装置の概略正面図は図16と同じであり、概略平面図は図20と同じである。
本実施形態の流路幅変更部材43は、上端部側の断面形状が二等辺三角形で、下端部側の断面形状が線形であり、これらの中間部では断面形状が連続的に変化するようになっている。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 22 is a schematic perspective view of the flow path width changing member 43 in the fifth embodiment. The schematic front view of the fuel cell device in this case is the same as FIG. 16, and the schematic plan view is the same as FIG.
The flow path width changing member 43 of the present embodiment has an isosceles triangle cross-sectional shape on the upper end side and a linear cross-sectional shape on the lower end side so that the cross-sectional shape continuously changes at these intermediate portions. It has become.

これによれば、排気流路14の流路幅は、排気流路14の上端部側から下端部側へ次第に広くなると共に、排気流路14の横方向に中央部側から両端部側へ次第に広くなる。
従って、燃料電池スタック1の上端部側かつ横方向中央部側に対応する部位の流路幅を狭くして、当該部位での排気ガスの流速を高め、当該部位での熱交換効率を向上させることができる。よって、燃料電池スタック1の上下方向及び横方向の温度差を縮小することができる。
According to this, the flow passage width of the exhaust flow passage 14 gradually increases from the upper end portion side to the lower end portion side of the exhaust flow passage 14, and gradually from the central portion side to both end portions in the lateral direction of the exhaust flow passage 14. Become wider.
Therefore, the flow path width of the part corresponding to the upper end part side and the lateral center part side of the fuel cell stack 1 is narrowed to increase the flow rate of the exhaust gas at the part and improve the heat exchange efficiency at the part. be able to. Therefore, the temperature difference between the vertical direction and the horizontal direction of the fuel cell stack 1 can be reduced.

次に本発明の第6実施形態について説明する。
図23は本発明の第6実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図である。
本実施形態は、排気流路14の流路幅を上下方向に異ならせるため、燃焼室区画部材11の側板11a、11bを傾斜させたものである。具体的には、燃焼室区画部材11の側板11a、11bを上側にいくほど外側に傾斜させて、流路幅を上端部側で狭くし、上端部側から下端部側へ次第に広くなるようにしている。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 23 is a schematic front view of a fuel cell device showing a sixth embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the side plates 11a and 11b of the combustion chamber partition member 11 are inclined in order to vary the flow passage width of the exhaust flow passage 14 in the vertical direction. Specifically, the side plates 11a and 11b of the combustion chamber partitioning member 11 are inclined outward as they go upward, the flow path width is narrowed on the upper end side, and gradually widened from the upper end side to the lower end side. ing.

このようにしても、排気流路14の流路幅を上下方向に連続的に異ならせ、特に燃料電池スタック1の上下方向の部位に対応させて、上端部側から下端部側へ流路幅を次第に広くすることで、上端部側で流路幅を狭くして排気ガスの流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタック1の上端部側から排気ガスにより熱を十分に奪うことができる。下端部側では流路幅を広くして排気ガスの流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタック1の下端部側から排気ガスにより熱を余り奪わないようにすることができる。これらによって、燃料電池スタック1の上下方向の温度分布を均一化できる。
また、本実施形態によれば、流路幅を異ならせるため、排気流路14を構成する燃焼室区画部材11の側板11a、11bを傾斜させる構成とすることにより、部品点数を増加させることなく、実施できるという利点がある。
Even in this case, the flow path width of the exhaust flow path 14 is continuously varied in the vertical direction, and in particular, the flow path width from the upper end side to the lower end side corresponding to the vertical part of the fuel cell stack 1. By gradually widening, the flow width of the exhaust gas can be increased by narrowing the flow path width on the upper end side, and the heat exchange efficiency can be improved. That is, heat can be sufficiently removed from the upper end side of the fuel cell stack 1 on the high temperature side by the exhaust gas. On the lower end side, the flow path width can be widened to reduce the flow rate of the exhaust gas, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent heat from being taken away by the exhaust gas from the lower end side of the fuel cell stack 1 on the low temperature side. As a result, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell stack 1 can be made uniform.
Further, according to the present embodiment, the side plates 11a and 11b of the combustion chamber partitioning member 11 constituting the exhaust passage 14 are inclined in order to make the passage widths different, thereby increasing the number of parts. There is an advantage that can be implemented.

尚、燃焼室区画部材11の側板11a、11bを傾斜(上側を外側に傾斜)させる構成に加え、あるいは、当該構成に代えて、排気流路区画部材12の側板12a、12bを傾斜(上側を内側に傾斜)させる構成としてもよい。   In addition to the configuration in which the side plates 11a and 11b of the combustion chamber partition member 11 are tilted (upper side is tilted outward), or in place of the configuration, the side plates 12a and 12b of the exhaust flow path partition member 12 are tilted (the upper side is tilted). It is good also as a structure made to incline inward.

次に本発明の第7実施形態について説明する。
図24は本発明の第7実施形態を示す燃料電池装置の概略平面図である。
本実施形態は、排気流路14の流路幅を横方向に異ならせるため、燃焼室区画部材11の側板11a、11b、及び、排気流路区画部材12の側板12a、12bを横方向に傾斜させたものである。具体的には、燃焼室区画部材11の側板11a、11bについては、横方向中央部を稜線として外側に山型に傾斜させ、排気流路区画部材12の側板12a、12bについては、横方向中央部を稜線として内側に山型に傾斜させてある。これにより、側板11a、11bと側板12a、12bとの間の排気流路14の流路幅を横方向中央部で狭くし、横方向中央部から両端部側へ次第に広くするようにしている。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described.
FIG. 24 is a schematic plan view of a fuel cell device showing a seventh embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the side plates 11a and 11b of the combustion chamber partition member 11 and the side plates 12a and 12b of the exhaust channel partition member 12 are inclined in the lateral direction in order to vary the width of the exhaust channel 14 in the lateral direction. It has been made. Specifically, the side plates 11a and 11b of the combustion chamber partition member 11 are inclined in a mountain shape outwardly with the central portion in the horizontal direction as a ridgeline, and the side plates 12a and 12b of the exhaust flow path partition member 12 are centered in the horizontal direction. The part is inclined inwardly as a ridgeline. As a result, the flow passage width of the exhaust passage 14 between the side plates 11a, 11b and the side plates 12a, 12b is narrowed at the central portion in the horizontal direction and gradually widened from the central portion in the horizontal direction toward both end portions.

このようにしても、排気流路14の流路幅を横方向に連続的に異ならせ、特に燃料電池スタック1の横方向の部位に対応させて、横方向中央部から両端部側へ流路幅を次第に広くすることで、横方向中央部側で流路幅を狭くして排気ガスの流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタック1の横方向中央部側から排気ガスにより熱を十分に奪うことができる。横方向両端部側では流路幅を広くして排気ガスの流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタック1の横方向両端部側から排気ガスにより熱を余り奪わないようにすることができる。これらによって、燃料電池スタック1の横方向の温度分布を均一化できる。
ここでは、燃焼室区画部材11の側板11a、11bと排気流路区画部材12の側板12a、12bとの両方を山型に傾斜させる構成としたが、いずれか一方を傾斜させる構成としてもよい。
Even in this case, the flow passage width of the exhaust flow passage 14 is continuously changed in the lateral direction, and in particular, the flow passage from the lateral central portion to the both end portions in correspondence with the lateral portion of the fuel cell stack 1. By gradually widening the width, the flow width of the exhaust gas can be increased by narrowing the flow path width on the laterally central portion side, and the heat exchange efficiency can be improved. That is, heat can be sufficiently removed from the lateral center portion of the fuel cell stack 1 on the high temperature side by the exhaust gas. At both lateral ends, the flow path width can be widened to reduce the exhaust gas flow velocity, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent heat from being taken away excessively from the lateral end portions of the fuel cell stack 1 on the low temperature side. As a result, the temperature distribution in the lateral direction of the fuel cell stack 1 can be made uniform.
Here, both the side plates 11a and 11b of the combustion chamber partitioning member 11 and the side plates 12a and 12b of the exhaust passage partitioning member 12 are inclined in a mountain shape, but either one may be inclined.

尚、上記の第6実施形態(図23)と第7実施形態(図24)とを組み合わせ、燃焼室区画部材11の側板11a、11b及び/又は排気流路区画部材12の側板12a、12bの傾斜構造により、排気流路14の流路幅を上下方向及び横方向に異ならせて、燃料電池スタック1の上下方向及び横方向の温度分布の均一化を図るようにしてもよい。   The sixth embodiment (FIG. 23) and the seventh embodiment (FIG. 24) are combined, and the side plates 11a and 11b of the combustion chamber partition member 11 and / or the side plates 12a and 12b of the exhaust flow path partition member 12 are combined. The temperature distribution in the vertical and horizontal directions of the fuel cell stack 1 may be made uniform by varying the flow channel width of the exhaust flow channel 14 in the vertical and horizontal directions by an inclined structure.

次に本発明の第8実施形態について説明する。
図25は本発明の第8実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図、図26は同上の燃料電池装置の概略平面図である。
本実施形態では、燃焼室区画部材11の側壁11a、11bの上端部側でかつ横方向中央部側の部位を外側に膨出させてある。
このような構成によっても、燃料電池スタック1の上端部側でかつ横方向中央部側の高温部に対応する排気流路14の部位の流路幅を狭めて、当該部位の排気ガスの流速を上げることにより、燃料電池スタック1の温度分布の均一化を図ることができる。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 25 is a schematic front view of a fuel cell device showing an eighth embodiment of the present invention, and FIG. 26 is a schematic plan view of the same fuel cell device.
In this embodiment, the site | part by the side of the upper end part of the side wall 11a, 11b of the combustion chamber division member 11 and a horizontal direction center part side is bulged outside.
Even with such a configuration, the flow passage width of the portion of the exhaust passage 14 corresponding to the high temperature portion on the upper end portion side and the laterally central portion side of the fuel cell stack 1 is narrowed, and the flow rate of the exhaust gas in that portion is reduced. By raising the temperature, the temperature distribution of the fuel cell stack 1 can be made uniform.

上記の第3〜第8実施形態(図16〜図26)は、燃料電池スタック1の温度分布に従って、高温部と低温部との温度差を縮小するように、排気流路14の流路幅を設定するものであり、一般に燃料電池スタック1の上端部側及び横方向中央部側が高温となることから、これに従って温度差を縮小するように流路幅を設定する。
これらの実施において、より高い効果を得るためには、燃料電池スタック1の温度分布の均一化に際して、燃料電池装置の定格運転時における燃料電池スタック1の実際の温度分布を測定し、これに従って、流路幅を設定することが望ましい。
すなわち、排気流路14の流路幅は、定格運転時の燃料電池スタック1における上下方向の温度分布に従って、高温部ほど、狭くなるように、上下方向に異ならせる。
また、排気流路14の流路幅は、定格運転時の燃料電池スタック1における横方向の温度分布に従って、高温部ほど、狭くなるように、横方向に異ならせる。
In the third to eighth embodiments (FIGS. 16 to 26), the flow path width of the exhaust flow path 14 is reduced so as to reduce the temperature difference between the high temperature part and the low temperature part according to the temperature distribution of the fuel cell stack 1. In general, the upper end portion side and the lateral center portion side of the fuel cell stack 1 are at a high temperature, and accordingly, the flow path width is set so as to reduce the temperature difference.
In these implementations, in order to obtain a higher effect, when the temperature distribution of the fuel cell stack 1 is made uniform, the actual temperature distribution of the fuel cell stack 1 during rated operation of the fuel cell device is measured, and according to this, It is desirable to set the channel width.
That is, the flow path width of the exhaust flow path 14 is varied in the vertical direction so as to become narrower as the temperature increases, according to the vertical temperature distribution in the fuel cell stack 1 during rated operation.
Further, the flow path width of the exhaust flow path 14 is varied in the lateral direction so as to become narrower as the temperature increases, according to the temperature distribution in the lateral direction in the fuel cell stack 1 during rated operation.

次に、燃料電池スタック1の温度差を縮小するため、酸化剤流路17の構造を改良した実施形態(第9〜第13実施形態)について、説明する。   Next, embodiments in which the structure of the oxidant channel 17 is improved in order to reduce the temperature difference of the fuel cell stack 1 (ninth to thirteenth embodiments) will be described.

酸化剤流路17は、排気流路区画部材12の側板12a、12bと酸化剤流路区画部材13の側板13a、13bとの間に形成され、酸化剤を下から上へ流通させる。
従来においては、酸化剤流路17の流路幅(流路断面の幅;側板12a、12bと側板13a、13bとの距離)は、酸化剤ガスの流れ方向である側板12a、12b、13a、13bに沿う上下方向に、上端部側から下端部側まで、一定である。また、酸化剤ガスの流れ方向と直交する側板12a、12b、13a、13bに沿う横方向にも、中央部側から両端部側まで、一定である。
このような従来構造に対し、本発明の第9〜第13実施形態では、酸化剤流路17の流路幅を上下方向及び横方向の少なくとも一方に連続的に異ならせる。
The oxidant flow path 17 is formed between the side plates 12a and 12b of the exhaust flow path partition member 12 and the side plates 13a and 13b of the oxidant flow path partition member 13, and distributes the oxidant from the bottom to the top.
Conventionally, the channel width of the oxidant channel 17 (the width of the channel cross section; the distance between the side plates 12a, 12b and the side plates 13a, 13b) is the side plate 12a, 12b, 13a, which is the flow direction of the oxidant gas. It is constant from the upper end side to the lower end side in the vertical direction along 13b. Further, the horizontal direction along the side plates 12a, 12b, 13a, and 13b perpendicular to the flow direction of the oxidant gas is constant from the center side to both end sides.
In contrast to such a conventional structure, in the ninth to thirteenth embodiments of the present invention, the channel width of the oxidant channel 17 is continuously varied in at least one of the vertical direction and the horizontal direction.

図27は第9実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図、図28は同上の概略平面図である。
第9実施形態(図27、図28)では、排気流路区画部材12の側板12a、12bと酸化剤流路区画部材13の側板13a、13bとの間の酸化剤流路17に、流路幅変更部材51を挿入配置してある。図29に流路幅変更部材51の概略斜視図を示す。
FIG. 27 is a schematic front view of a fuel cell device showing a ninth embodiment, and FIG. 28 is a schematic plan view of the same.
In the ninth embodiment (FIGS. 27 and 28), the oxidant flow path 17 between the side plates 12a and 12b of the exhaust flow path partition member 12 and the side plates 13a and 13b of the oxidant flow path partition member 13 has a flow path. A width changing member 51 is inserted and arranged. FIG. 29 is a schematic perspective view of the flow path width changing member 51.

流路幅変更部材51は、外側の酸化剤流路区画部材13の側板13a、13bに取付けられて、内側の排気流路区画部材12の側板12a、12bとの間に流路幅が変更された排気流路17を形成する。
流路幅変更部材51は、正面視の断面形状が下向きの直角三角形であり、排気流路17の流路幅を上端部側で狭め、下端部側で広くしている。すなわち、流路幅は、酸化剤流路17の上端部側から下端部側へ次第に広くなるように形成される。
The channel width changing member 51 is attached to the side plates 13a and 13b of the outer oxidant channel partition member 13, and the channel width is changed between the side plates 12a and 12b of the inner exhaust channel partition member 12. The exhaust passage 17 is formed.
The flow path width changing member 51 is a right-angled triangle whose front sectional view is downward, and the flow path width of the exhaust flow path 17 is narrowed on the upper end side and widened on the lower end side. That is, the channel width is formed so as to gradually increase from the upper end side to the lower end side of the oxidant channel 17.

本実施形態によれば、酸化剤流路17の流路幅を上下方向に連続的に異ならせ、特に燃料電池スタック1の上下方向の部位に対応させて、上端部側から下端部側へ流路幅を次第に広くすることで、上端部側で流路幅を狭くして酸化剤の流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタック1の上端部側から酸化剤により熱を十分に奪うことができる。下端部側では流路幅を広くして酸化剤の流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタック1の下端部側から酸化剤により熱を余り奪わないようにすることができる。これらにより、燃料電池スタック1の上端部側の高温部と下端部側の低温部との温度差を縮小し、燃料電池スタック1の上下方向の温度分布を全体的に滑らかに均一化できる。但し、酸化剤流路17を流れる酸化剤と燃料電池スタック1との熱交換は、排気流路14を流れる排気ガスを介してなされることになる。
また、本実施形態によれば、流路幅を異ならせるため、酸化剤流路17内に挿入配置される流路幅変更部材51を用いる構成とすることにより、筐体形状を変更することなく、実施できるという利点がある。
According to the present embodiment, the channel width of the oxidant channel 17 is continuously varied in the vertical direction, and in particular, the flow from the upper end side to the lower end side in correspondence with the vertical part of the fuel cell stack 1. By gradually widening the channel width, the channel width can be narrowed on the upper end side to increase the flow rate of the oxidant and improve the heat exchange efficiency. That is, heat can be sufficiently removed from the upper end side of the fuel cell stack 1 which is the high temperature side by the oxidant. On the lower end side, the flow path width can be widened to reduce the flow rate of the oxidant, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent heat from being taken away by the oxidant from the lower end side of the fuel cell stack 1 that is on the low temperature side. As a result, the temperature difference between the high temperature part on the upper end side and the low temperature part on the lower end side of the fuel cell stack 1 can be reduced, and the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell stack 1 can be made smooth overall. However, heat exchange between the oxidant flowing through the oxidant flow path 17 and the fuel cell stack 1 is performed via the exhaust gas flowing through the exhaust flow path 14.
Moreover, according to this embodiment, in order to make a flow path width different, it is set as the structure using the flow path width changing member 51 inserted and arrange | positioned in the oxidizing agent flow path 17, without changing a housing | casing shape. There is an advantage that can be implemented.

尚、本実施形態では、燃料電池スタック1の一方の側面部(セルグループ1A側)に対応する酸化剤流路17(及び流路幅変更部材21)と、燃料電池スタック1の他方の側面部(セルグループ1B側)に対応する酸化剤流路17(及び流路幅変更部材21)とは、左右対称に形成した。しかし、左右の酸化剤流路17を互いに異ならせて形成してもよい。例えば、燃料改質器5が折り返し型で、一方の上流側に水気化部を配置する場合、水気化部の下側のセルグループの方が他のセルグループより低温となる。このような場合に左右で流路幅を適切に異ならせることで、温度分布の均一化をより促進することができる。このことは以下の実施形態においても同様である。   In the present embodiment, the oxidant channel 17 (and the channel width changing member 21) corresponding to one side surface (cell group 1A side) of the fuel cell stack 1 and the other side surface of the fuel cell stack 1 are provided. The oxidant flow path 17 (and the flow path width changing member 21) corresponding to the (cell group 1B side) was formed symmetrically. However, the left and right oxidant channels 17 may be formed differently. For example, when the fuel reformer 5 is a folded type and the water vaporization unit is disposed on one upstream side, the lower cell group of the water vaporization unit has a lower temperature than the other cell groups. In such a case, it is possible to further promote the homogenization of the temperature distribution by appropriately varying the channel width on the left and right. The same applies to the following embodiments.

次に本発明の第10実施形態について説明する。
図30は本発明の第10実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図、図31は同上の燃料電池装置の概略平面図である。
本実施形態では、排気流路区画部材12の側板12a、12bと酸化剤流路区画部材13の側板13a、13bとの間の酸化剤流路17に、流路幅変更部材52を挿入配置してある。図32に流路幅変更部材52の概略斜視図を示す。
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 30 is a schematic front view of a fuel cell device showing a tenth embodiment of the present invention, and FIG. 31 is a schematic plan view of the same fuel cell device.
In the present embodiment, the channel width changing member 52 is inserted and disposed in the oxidant channel 17 between the side plates 12 a and 12 b of the exhaust channel partition member 12 and the side plates 13 a and 13 b of the oxidant channel partition member 13. It is. FIG. 32 is a schematic perspective view of the flow path width changing member 52.

流路幅変更部材52は、外側の酸化剤流路区画部材13の側板13a、13bに取付けられて、内側の排気流路区画部材12の側板12a、12bとの間に流路幅が変更された酸化剤流路17を形成する。
流路幅変更部材52は、平面視の断面形状が内向きの二等辺三角形であり、酸化剤流路17の流路幅を横方向中央部側で狭め、両端部側で広くしている。すなわち、流路幅は、酸化剤流路17の横方向中央部側から両端部側へ次第に広くなるように形成される。
The channel width changing member 52 is attached to the side plates 13 a and 13 b of the outer oxidant channel partition member 13, and the channel width is changed between the side plates 12 a and 12 b of the inner exhaust channel partition member 12. An oxidant flow path 17 is formed.
The channel width changing member 52 is an isosceles triangle whose cross-sectional shape in plan view is inward, and the channel width of the oxidant channel 17 is narrowed at the center in the lateral direction and wide at both ends. That is, the channel width is formed so as to gradually increase from the lateral center portion side of the oxidant channel 17 to both end portions.

本実施形態によれば、酸化剤流路17の流路幅を横方向に連続的に異ならせ、特に燃料電池スタック1の横方向の部位に対応させて、横方向中央部側から両端部側へ流路幅を次第に広くすることで、横方向中央部側で流路幅を狭くして酸化剤の流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタック1の横方向中央部側から酸化剤により熱を十分に奪うことができる。横方向両端部側では流路幅を広くして酸化剤の流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタック1の横方向両端部側から酸化剤により熱を余り奪わないようにすることができる。これらにより、燃料電池スタック1の横方向中央部側の高温部と横方向両端部側の低温部との温度差を縮小し、燃料電池スタック1の横方向の温度分布を全体的に滑らかに均一化できる。   According to the present embodiment, the channel width of the oxidant channel 17 is continuously varied in the lateral direction, and in particular corresponding to the lateral part of the fuel cell stack 1, from the lateral center side to the both end sides. By gradually increasing the width of the flow path, the flow width of the oxidant can be increased by narrowing the width of the flow path on the laterally central portion side, and the heat exchange efficiency can be improved. That is, heat can be sufficiently removed from the lateral center portion of the fuel cell stack 1 on the high temperature side by the oxidant. At both lateral ends, the flow path width can be widened to reduce the flow rate of the oxidant, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent the heat from being taken away excessively by the oxidant from the both ends in the lateral direction of the fuel cell stack 1 on the low temperature side. As a result, the temperature difference between the high temperature portion on the lateral center side of the fuel cell stack 1 and the low temperature portion on both lateral ends is reduced, and the temperature distribution in the lateral direction of the fuel cell stack 1 is generally smooth and uniform. Can be

尚、本実施形態では、酸化剤流路17(及び流路幅変更部材52)は、横方向に左右対称に形成し、横方向中央位置が最小幅となっている。これは横方向中央位置が最も温度が高い部位(最高温部)であることを前提にしている。しかし、前述した水気化部の配置などによって、最高温部の位置が横方向中央位置からずれることがある。このような場合は、最高温部の位置に合わせて、最小幅の位置を設定するのが望ましい。従って、酸化剤流路17の流路幅は必ずしも横方向に左右対称とする必要はない。このことは以下の実施形態においても同様である。   In this embodiment, the oxidant flow path 17 (and the flow path width changing member 52) are formed symmetrically in the horizontal direction, and the horizontal center position has the minimum width. This is based on the premise that the central position in the horizontal direction is the highest temperature part (maximum temperature part). However, the position of the highest temperature part may shift from the horizontal center position due to the arrangement of the water vaporization part described above. In such a case, it is desirable to set the position of the minimum width in accordance with the position of the highest temperature part. Therefore, the channel width of the oxidant channel 17 is not necessarily symmetrical with respect to the lateral direction. The same applies to the following embodiments.

次に本発明の第11実施形態について説明する。
図33は第11実施形態での流路幅変更部材53の概略斜視図である。この場合の燃料電池装置の概略正面図は図27と同じであり、概略平面図は図31と同じである。
本実施形態の流路幅変更部材53は、上端部側の断面形状が二等辺三角形で、下端部側の断面形状が線形であり、これらの中間部では断面形状が連続的に変化するようになっている。
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described.
FIG. 33 is a schematic perspective view of the flow path width changing member 53 in the eleventh embodiment. The schematic front view of the fuel cell device in this case is the same as FIG. 27, and the schematic plan view is the same as FIG.
The flow path width changing member 53 of the present embodiment has an isosceles triangle cross-sectional shape on the upper end side and a linear cross-sectional shape on the lower end side so that the cross-sectional shape continuously changes at these intermediate portions. It has become.

これによれば、酸化剤流路17の流路幅は、酸化剤流路17の上端部側から下端部側へ次第に広くなると共に、酸化剤流路17の横方向に中央部側から両端部側へ次第に広くなる。
従って、燃料電池スタック1の上端部側かつ横方向中央部側に対応する部位の流路幅を狭くして、当該部位での酸化剤の流速を高め、当該部位での熱交換効率を向上させることができる。よって、燃料電池スタック1の上下方向及び横方向の温度差を縮小することができる。
According to this, the channel width of the oxidant channel 17 gradually increases from the upper end side to the lower end side of the oxidant channel 17, and both ends from the center side in the lateral direction of the oxidant channel 17. Widen gradually to the side.
Therefore, the flow path width of the portion corresponding to the upper end portion side and the laterally central portion side of the fuel cell stack 1 is narrowed to increase the flow rate of the oxidant at the portion and improve the heat exchange efficiency at the portion. be able to. Therefore, the temperature difference between the vertical direction and the horizontal direction of the fuel cell stack 1 can be reduced.

次に本発明の第12実施形態について説明する。
図34は本発明の第12実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図である。
本実施形態は、酸化剤流路17の流路幅を上下方向に異ならせるため、排気流路区画部材12の側板12a、12bを傾斜させたものである。具体的には、排気流路区画部材12の側板12a、12bを上側にいくほど外側に傾斜させて、酸化剤流路17の流路幅を上端部側で狭くし、上端部側から下端部側へ次第に広くなるようにしている。
Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 34 is a schematic front view of a fuel cell device showing a twelfth embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the side plates 12a and 12b of the exhaust flow path partition member 12 are inclined in order to vary the flow path width of the oxidant flow path 17 in the vertical direction. Specifically, the side plates 12a and 12b of the exhaust flow path partitioning member 12 are inclined outwardly toward the upper side, the flow width of the oxidant flow path 17 is narrowed on the upper end side, and the upper end side to the lower end part. It gradually increases to the side.

このようにしても、酸化剤流路17の流路幅を上下方向に連続的に異ならせ、特に燃料電池スタック1の上下方向の部位に対応させて、上端部側から下端部側へ流路幅を次第に広くすることで、上端部側で流路幅を狭くして酸化剤の流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタック1の上端部側から酸化剤により熱を十分に奪うことができる。下端部側では流路幅を広くして酸化剤の流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタック1の下端部側から酸化剤により熱を余り奪わないようにすることができる。これらによって、燃料電池スタック1の上下方向の温度分布を均一化できる。
また、本実施形態によれば、流路幅を異ならせるため、酸化剤流路17を構成する排気流路画部材12の側板12a、12bを傾斜させる構成とすることにより、部品点数を増加させることなく、実施できるという利点がある。
Even in this case, the flow path width of the oxidant flow path 17 is continuously varied in the vertical direction, and in particular, the flow path from the upper end side to the lower end side in correspondence with the vertical portion of the fuel cell stack 1. By gradually widening the width, the flow width of the oxidant can be increased by narrowing the channel width on the upper end side, and the heat exchange efficiency can be improved. That is, heat can be sufficiently removed from the upper end side of the fuel cell stack 1 which is the high temperature side by the oxidant. On the lower end side, the flow path width can be widened to reduce the flow rate of the oxidant, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent heat from being taken away by the oxidant from the lower end side of the fuel cell stack 1 that is on the low temperature side. As a result, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell stack 1 can be made uniform.
In addition, according to the present embodiment, in order to make the flow path widths different, the side plates 12a and 12b of the exhaust flow path drawing member 12 constituting the oxidant flow path 17 are inclined to increase the number of parts. There is an advantage that it can be implemented.

尚、排気流路区画部材12の側板12a、12bを傾斜(上側を外側に傾斜)させる構成に加え、あるいは、当該構成に代えて、酸化剤流路区画部材13の側板13a、13bを傾斜(上側を内側に傾斜)させる構成としてもよい。   In addition to the configuration in which the side plates 12a and 12b of the exhaust flow path partition member 12 are inclined (the upper side is inclined outward), or in place of the configuration, the side plates 13a and 13b of the oxidant flow path partition member 13 are inclined ( The upper side may be inclined inward).

次に本発明の第13実施形態について説明する。
図35は本発明の第13実施形態を示す燃料電池装置の概略平面図である。
本実施形態は、酸化剤流路17の流路幅を横方向に異ならせるため、排気流路区画部材12の側板12a、12b、及び、酸化剤流路区画部材13の側板13a、13bを横方向に傾斜させたものである。具体的には、排気流路区画部材12の側板12a、12bについては、横方向中央部を稜線として外側に山型に傾斜させてある。酸化剤流路区画部材13の側板13a、13bについては、横方向中央部を稜線として内側に山型に傾斜させてある。これにより、側板12a、12bと側板13a、13bとの間の酸化剤流路17の流路幅を横方向中央部で狭くし、横方向中央部から両端部側へ次第に広くするようにしている。
Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 35 is a schematic plan view of a fuel cell device showing a thirteenth embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the side plates 12a and 12b of the exhaust channel partition member 12 and the side plates 13a and 13b of the oxidant channel partition member 13 are laterally arranged to vary the channel width of the oxidant channel 17 in the lateral direction. It is inclined in the direction. Specifically, the side plates 12a and 12b of the exhaust flow path partition member 12 are inclined outwardly in a mountain shape with the laterally central portion as a ridgeline. The side plates 13a and 13b of the oxidant flow path dividing member 13 are inclined inwardly with a central portion in the horizontal direction as a ridgeline. As a result, the channel width of the oxidant channel 17 between the side plates 12a, 12b and the side plates 13a, 13b is narrowed at the central portion in the lateral direction, and gradually widened from the central portion in the lateral direction toward both end portions. .

このようにしても、酸化剤流路17の流路幅を横方向に連続的に異ならせ、特に燃料電池スタック1の横方向の部位に対応させて、横方向中央部から両端部側へ流路幅を次第に広くすることで、横方向中央部側で流路幅を狭くして酸化剤の流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタック1の横方向中央部側から酸化剤により熱を十分に奪うことができる。横方向両端部側では流路幅を広くして酸化剤の流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタック1の横方向両端部側から酸化剤により熱を余り奪わないようにすることができる。これらによって、燃料電池スタック1の横方向の温度分布を均一化できる。
ここでは、排気流路区画部材12の側板12a、12bと酸化剤流路区画部材13の側板13a、13bとの両方を山型に傾斜させる構成としたが、いずれか一方を傾斜させる構成としてもよい。
Even in this case, the flow width of the oxidant flow path 17 is continuously varied in the lateral direction, and in particular, the flow from the central portion in the lateral direction to the both end sides in correspondence with the lateral portions of the fuel cell stack 1. By gradually widening the channel width, the channel width can be narrowed on the laterally central portion side to increase the flow rate of the oxidant and improve the heat exchange efficiency. That is, heat can be sufficiently removed from the lateral center portion of the fuel cell stack 1 on the high temperature side by the oxidant. At both lateral ends, the flow path width can be widened to reduce the flow rate of the oxidant, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent the heat from being taken away excessively by the oxidant from the both ends in the lateral direction of the fuel cell stack 1 on the low temperature side. As a result, the temperature distribution in the lateral direction of the fuel cell stack 1 can be made uniform.
Here, both the side plates 12a and 12b of the exhaust passage partition member 12 and the side plates 13a and 13b of the oxidant passage partition member 13 are inclined in a mountain shape, but either one may be inclined. Good.

尚、上記の第12実施形態(図34)と第13実施形態(図35)とを組み合わせ、排気流路区画部材12の側板12a、12b及び/又は酸化剤流路区画部材13の側板13a、13bの傾斜構造により、酸化剤流路17の流路幅を上下方向及び横方向に異ならせて、燃料電池スタック1の上下方向及び横方向の温度分布の均一化を図るようにしてもよい。   The twelfth embodiment (FIG. 34) and the thirteenth embodiment (FIG. 35) are combined, and the side plates 12a and 12b of the exhaust flow path partition member 12 and / or the side plate 13a of the oxidant flow path partition member 13 are combined. By the inclined structure of 13b, the channel width of the oxidant channel 17 may be varied in the vertical direction and the horizontal direction so that the temperature distribution in the vertical direction and the horizontal direction of the fuel cell stack 1 can be made uniform.

上記の第9〜第13実施形態(図27〜図35)は、燃料電池スタック1の温度分布に従って、高温部と低温部との温度差を縮小するように、酸化剤流路17の流路幅を設定するものであり、一般に燃料電池スタック1の上端部側及び横方向中央部側が高温となることから、これに従って温度差を縮小するように流路幅を設定する。
これらの実施において、より高い効果を得るためには、燃料電池スタック1の温度分布の均一化に際して、燃料電池装置の定格運転時における燃料電池スタック1の実際の温度分布を測定し、これに従って、流路幅を設定することが望ましい。
すなわち、酸化剤流路17の流路幅は、定格運転時の燃料電池スタック1における上下方向の温度分布に従って、高温部ほど、狭くなるように、上下方向に異ならせる。
また、酸化剤流路17の流路幅は、定格運転時の燃料電池スタック1における横方向の温度分布に従って、高温部ほど、狭くなるように、横方向に異ならせる。
In the ninth to thirteenth embodiments (FIGS. 27 to 35), the flow path of the oxidant flow path 17 is reduced in accordance with the temperature distribution of the fuel cell stack 1 so as to reduce the temperature difference between the high temperature portion and the low temperature portion. The width is set, and generally the upper end portion side and the lateral center portion side of the fuel cell stack 1 are at a high temperature. Therefore, the flow passage width is set so as to reduce the temperature difference accordingly.
In these implementations, in order to obtain a higher effect, when the temperature distribution of the fuel cell stack 1 is made uniform, the actual temperature distribution of the fuel cell stack 1 during rated operation of the fuel cell device is measured, and according to this, It is desirable to set the channel width.
That is, the flow path width of the oxidant flow path 17 is varied in the vertical direction so as to become narrower as the temperature increases, according to the vertical temperature distribution in the fuel cell stack 1 during rated operation.
Further, the channel width of the oxidant channel 17 is varied in the lateral direction so as to become narrower as the temperature increases, according to the temperature distribution in the lateral direction in the fuel cell stack 1 during rated operation.

次に、燃料電池スタック1の温度差を縮小するため、酸化剤供給部材7の流路構造、排気流路14の流路構造、及び、酸化剤流路17の流路構造を改良した実施形態(第14実施形態)について、説明する。   Next, an embodiment in which the flow path structure of the oxidant supply member 7, the flow path structure of the exhaust flow path 14, and the flow path structure of the oxidant flow path 17 are improved in order to reduce the temperature difference of the fuel cell stack 1. (14th Embodiment) is demonstrated.

図36は本発明の第14実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図である。
本実施形態では、酸化剤供給部材7の流路構造と排気流路14の流路構造と酸化剤流路17の流路構造とを組み合わせて設定することで、燃料電池スタック1の温度分布の更なる均一化を図るようにしている。
FIG. 36 is a schematic front view of a fuel cell device showing a fourteenth embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the temperature distribution of the fuel cell stack 1 is set by combining the flow path structure of the oxidant supply member 7, the flow path structure of the exhaust flow path 14, and the flow path structure of the oxidant flow path 17. Further homogenization is attempted.

酸化剤供給部材7の扁平容器を構成して燃料電池スタック1のセルグループ1A、1Bの側面部に相対する側板7a、7bについて、それぞれを上側にいくほど内側に傾斜させて、側板7a、7b間に形成される酸化剤流路10の流路幅(側板7aと7bとの距離)を上端部側で狭くし、上端部側から下端部側へ次第に広くなるようにしている。
このようにすることで、酸化剤供給部材7内の酸化剤流路10の流路幅を上下方向に連続的に異ならせ、特に燃料電池スタック1の上下方向の部位に対応させて、上端部側から下端部側へ流路幅を次第に広くすることで、上端部側で流路幅を狭くして酸化剤の流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタック1の上端部側から酸化剤により熱を十分に奪うことができる。下端部側では流路幅を広くして酸化剤の流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタック1の下端部側から酸化剤により熱を余り奪わないようにすることができる。これらによって、燃料電池スタック1の上下方向の温度分布を均一化できる。
The side plates 7a and 7b, which constitute a flat container of the oxidant supply member 7 and are opposed to the side surfaces of the cell groups 1A and 1B of the fuel cell stack 1, are inclined inward as they go upward. The channel width (distance between the side plates 7a and 7b) of the oxidant channel 10 formed therebetween is narrowed on the upper end side, and gradually becomes wider from the upper end side to the lower end side.
By doing so, the flow path width of the oxidant flow path 10 in the oxidant supply member 7 is continuously varied in the vertical direction, in particular, the upper end portion corresponding to the vertical position of the fuel cell stack 1. By gradually widening the flow path width from the side to the lower end part side, the flow path width can be narrowed on the upper end part side to increase the flow rate of the oxidant and improve the heat exchange efficiency. That is, heat can be sufficiently removed from the upper end side of the fuel cell stack 1 which is the high temperature side by the oxidant. On the lower end side, the flow path width can be widened to reduce the flow rate of the oxidant, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent heat from being taken away by the oxidant from the lower end side of the fuel cell stack 1 that is on the low temperature side. As a result, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell stack 1 can be made uniform.

また、燃焼室区画部材11の側板11a、11bを上側にいくほど外側に傾斜させて、燃焼室区画部材11の側板11a、11bと排気流路区画部材12の側板12a、12bとの間に形成される排気流路14の流路幅を上端部側で狭くし、上端部側から下端部側へ次第に広くなるようにしている。
このようにすることで、排気流路14の流路幅を上下方向に連続的に異ならせ、特に燃料電池スタック1の上下方向の部位に対応させて、上端部側から下端部側へ流路幅を次第に広くすることで、上端部側で流路幅を狭くして排気ガスの流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタック1の上端部側から排気ガスにより熱を十分に奪うことができる。下端部側では流路幅を広くして排気ガスの流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタック1の下端部側から排気ガスにより熱を余り奪わないようにすることができる。これらによって、燃料電池スタック1の上下方向の温度分布を均一化できる。
Further, the side plates 11a, 11b of the combustion chamber partition member 11 are inclined outward as they go upward, and formed between the side plates 11a, 11b of the combustion chamber partition member 11 and the side plates 12a, 12b of the exhaust flow path partition member 12. The exhaust passage 14 is made narrower at the upper end side and gradually becomes wider from the upper end side to the lower end side.
In this way, the flow path width of the exhaust flow path 14 is continuously varied in the vertical direction, and in particular, the flow path from the upper end side to the lower end side corresponding to the vertical part of the fuel cell stack 1. By gradually widening the width, it is possible to narrow the flow path width on the upper end side, increase the flow rate of the exhaust gas, and improve the heat exchange efficiency. That is, heat can be sufficiently removed from the upper end side of the fuel cell stack 1 on the high temperature side by the exhaust gas. On the lower end side, the flow path width can be widened to reduce the flow rate of the exhaust gas, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent heat from being taken away by the exhaust gas from the lower end side of the fuel cell stack 1 on the low temperature side. As a result, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell stack 1 can be made uniform.

更に、酸化剤流路区画部材13の側板13a、13bを上側へいくほど内側へ傾斜させて、排気流路区画部材12の側板12a、12bと酸化剤流路区画部材13の側板13a、13bとの間に形成される酸化剤流路17の流路幅を上端部側で狭くし、上端部側から下端部側へ次第に広くなるようにしている。
このようにすることで、酸化剤流路17の流路幅を上下方向に連続的に異ならせ、特に燃料電池スタック1の上下方向の部位に対応させて、上端部側から下端部側へ流路幅を次第に広くすることで、上端部側で流路幅を狭くして酸化剤の流速を高め、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、高温側である燃料電池スタック1の上端部側から酸化剤により熱を十分に奪うことができる。下端部側では流路幅を広くして酸化剤の流速を低下させ、熱交換効率を低下させることができる。すなわち、低温側である燃料電池スタック1の下端部側から酸化剤により熱を余り奪わないようにすることができる。これらによって、燃料電池スタック1の上下方向の温度分布を均一化できる。
Further, the side plates 13a and 13b of the oxidant flow path partition member 13 are inclined inward as they go upward, and the side plates 12a and 12b of the exhaust flow path partition member 12 and the side plates 13a and 13b of the oxidant flow path partition member 13 The channel width of the oxidant channel 17 formed between the upper end portion and the lower end portion is narrowed on the upper end side and gradually increased from the upper end side to the lower end side.
In this way, the flow path width of the oxidant flow path 17 is continuously varied in the vertical direction, and in particular, the flow from the upper end side to the lower end side corresponding to the vertical part of the fuel cell stack 1. By gradually widening the channel width, the channel width can be narrowed on the upper end side to increase the flow rate of the oxidant and improve the heat exchange efficiency. That is, heat can be sufficiently removed from the upper end side of the fuel cell stack 1 which is the high temperature side by the oxidant. On the lower end side, the flow path width can be widened to reduce the flow rate of the oxidant, thereby reducing the heat exchange efficiency. That is, it is possible to prevent heat from being taken away by the oxidant from the lower end side of the fuel cell stack 1 that is on the low temperature side. As a result, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell stack 1 can be made uniform.

従って、本実施形態では、酸化剤供給部材7の流路構造と排気流路14の流路構造と酸化剤流路17の流路構造との組み合わせにより、燃料電池スタック1の上下方向の温度分布の更なる均一化を達成することができる。
ここで説明した組み合わせ構造では、側板の傾斜構造によって流路幅を変更したが、流路内への流路幅変更部材の挿入配置などによって流路幅を変更してもよいことはもちろんである。また、ここでは上下方向の温度分布の均一化の例で説明したが、横方向の温度分布の均一化のために、組み合わせ構造を採用してもよいことはもちろんである。また、酸化剤供給部材7の流路構造と排気流路14の流路構造と酸化剤流路17の流路構造とのうち、いずれか2つを組み合わせてもよい。
Therefore, in this embodiment, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell stack 1 is determined by the combination of the flow path structure of the oxidant supply member 7, the flow path structure of the exhaust flow path 14 and the flow path structure of the oxidant flow path 17. Can be achieved.
In the combination structure described here, the channel width is changed by the inclined structure of the side plate, but the channel width may be changed by inserting and arranging the channel width changing member in the channel. . In addition, although an example in which the temperature distribution in the vertical direction is made uniform has been described here, it is needless to say that a combination structure may be adopted in order to make the temperature distribution in the horizontal direction uniform. Further, any two of the channel structure of the oxidant supply member 7, the channel structure of the exhaust channel 14, and the channel structure of the oxidant channel 17 may be combined.

尚、上記の実施形態では、水素含有燃料として炭化水素系燃料を用い、燃料改質器5により、水素リッチな改質燃料(水素富化燃料)に改質して、燃料電池スタック1のアノードに供給する構成としたが、水素含有燃料として、有機ハイドライドを用い、燃料改質器5を脱水素反応型に代え、有機ハイドライドの脱水素反応によって生じる水素リッチガス(水素富化燃料)を燃料電池スタック1のアノードに供給してもよい。また、水素富化燃料として、純水素を用いることも可能である。この場合には、燃料改質器5を省略し、筐体外の水素タンクなどから燃料電池スタック1のアノードに水素富化燃料を直接供給することができる。   In the above-described embodiment, a hydrocarbon-based fuel is used as the hydrogen-containing fuel, and the fuel reformer 5 reforms the fuel into a hydrogen-rich reformed fuel (hydrogen-enriched fuel). However, an organic hydride is used as the hydrogen-containing fuel, the fuel reformer 5 is replaced with a dehydrogenation reaction type, and a hydrogen-rich gas (hydrogen-enriched fuel) generated by the dehydrogenation reaction of the organic hydride is used as a fuel cell. It may be supplied to the anode of the stack 1. It is also possible to use pure hydrogen as the hydrogen-enriched fuel. In this case, the fuel reformer 5 can be omitted, and the hydrogen-enriched fuel can be directly supplied to the anode of the fuel cell stack 1 from a hydrogen tank or the like outside the housing.

また、上記の実施形態では、主に、複数の燃料電池セルの集合体である燃料電池スタック1を2つのセルグループ1A、1Bに分割し、これらの間に酸化剤供給部材7を配置したが、セルグループの分割形態はこれに限るものではない。また、分割せず、単一のグループとしてもよい(図15参照)。そして、この集合体の形態に応じ、酸化剤供給部材7及び燃料改質器5のレイアウト及び数等も適宜変更される。   In the above embodiment, the fuel cell stack 1, which is an assembly of a plurality of fuel cells, is divided into two cell groups 1A, 1B, and the oxidant supply member 7 is disposed between them. The division form of the cell group is not limited to this. Moreover, it is good also as a single group, without dividing | segmenting (refer FIG. 15). The layout and number of the oxidant supply member 7 and the fuel reformer 5 are appropriately changed according to the form of the assembly.

このように、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。   Thus, the illustrated embodiments are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to those directly illustrated by the described embodiments, and various modifications made by those skilled in the art within the scope of the claims. Needless to say, it includes improvements and changes.

1 燃料電池スタック(複数の燃料電池セルの集合体)
1A、1B セルグループ
2 台座
3 オフガス燃焼部
5 燃料改質器
7 酸化剤供給部材
8 酸化剤導入口
9 酸化剤噴出口
11 燃焼室区画部材
11a、11b 側板
12 排気流路区画部材
12a、12b 側板
13 酸化剤流路区画部材
13a、13b 側板
14 排気流路
15 排気出口
16 酸化剤入口
17 酸化剤流路
21、21’、23(23a、23b) 流路幅変更部材
24 傾斜面
25、26 流路幅変更部材
27 傾斜面
31 流路幅変更部材
32 傾斜面
41、42、43 流路幅変更部材
51、52、53 流路幅変更部材
1 Fuel cell stack (an assembly of multiple fuel cells)
1A, 1B Cell group 2 Pedestal 3 Off-gas combustion section 5 Fuel reformer 7 Oxidant supply member 8 Oxidant inlet 9 Oxidant outlet 11 Combustion chamber partition members 11a, 11b Side plate 12 Exhaust flow path partition members 12a, 12b Side plate 13 Oxidant channel partition members 13a, 13b Side plate 14 Exhaust channel 15 Exhaust outlet 16 Oxidant inlet 17 Oxidant channels 21, 21 ', 23 (23a, 23b) Channel width changing member 24 Inclined surfaces 25, 26 Flow Road width changing member 27 Inclined surface 31 Channel width changing member 32 Inclined surfaces 41, 42, 43 Channel width changing members 51, 52, 53 Channel width changing member

Claims (23)

水素富化燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う複数の燃料電池セルの集合体である燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの上端部から排出されるオフガスを燃焼させて前記燃料電池スタックを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、
前記燃料電池スタックに前記酸化剤を供給するため、前記燃料電池スタック若しくはその一部を構成するセルグループの側面部に沿って配置される扁平容器からなり、扁平容器の上端部側に酸化剤導入口を有し、下端部側に酸化剤噴出口を有する酸化剤供給部材と、
前記燃料電池スタックの側面部に対向する側板を少なくとも有して前記燃料電池スタック及び前記オフガス燃焼部を内包する上部開放の燃焼室区画部材と、
前記燃焼室区画部材の側板の外側に配置される側板を少なくとも有して前記燃焼室区画部材の側板との間に前記オフガスの燃焼による排気ガスを上から下へ流通させる排気流路を形成する排気流路区画部材と、
前記排気流路区画部材の側板の外側に配置される側板を少なくとも有して前記排気流路区画部材の側板との間に前記酸化剤供給部材への酸化剤を下から上へ流通させる酸化剤流路を形成する酸化剤流路区画部材と、
を含んで構成され、
前記酸化剤供給部材の扁平容器の流路断面の幅、前記燃焼室区画部材の側板と前記排気流路区画部材の側板との距離である前記排気流路の流路幅、及び、前記排気流路区画部材の側板と前記酸化剤流路区画部材の側板との距離である前記酸化剤流路の流路幅のうち、少なくとも1つは、
前記燃料電池スタックの側面部に沿う上下方向、及び、前記燃料電池スタックの側面部に沿う横方向の少なくとも一方に連続的に異ならせてあることを特徴とする、燃料電池装置。
A fuel cell stack that is an assembly of a plurality of fuel cells that generate electricity by reacting a hydrogen-rich fuel with an oxidant;
An off-gas combustion unit that burns off-gas discharged from an upper end of the fuel cell stack to maintain the fuel cell stack in a high temperature state;
In order to supply the oxidant to the fuel cell stack, the fuel cell stack is composed of a flat container arranged along a side surface of a cell group constituting the fuel cell stack or a part thereof, and the oxidant is introduced into the upper end side of the flat container An oxidizer supply member having a mouth and having an oxidizer jet on the lower end side;
An upper open combustion chamber partition member having at least a side plate facing a side surface portion of the fuel cell stack and containing the fuel cell stack and the off-gas combustion portion;
An exhaust passage that has at least a side plate disposed outside the side plate of the combustion chamber partition member and circulates the exhaust gas generated by the combustion of the off-gas from the top to the bottom is formed between the side plate and the side plate of the combustion chamber partition member. An exhaust passage partition member;
An oxidant that has at least a side plate disposed on the outer side of the side plate of the exhaust flow path partition member and causes the oxidant to the oxidant supply member to flow between the side plate of the exhaust flow path partition member from the bottom to the top An oxidant flow path partition member forming a flow path;
Comprising
The width of the cross-section of the flat container of the oxidant supply member, the width of the exhaust flow path that is the distance between the side plate of the combustion chamber partition member and the side plate of the exhaust flow path partition member, and the exhaust flow At least one of the channel widths of the oxidant channel, which is the distance between the side plate of the path partition member and the side plate of the oxidant channel partition member,
The fuel cell apparatus is characterized by being continuously different in at least one of a vertical direction along the side surface portion of the fuel cell stack and a lateral direction along the side surface portion of the fuel cell stack.
前記酸化剤供給部材の扁平容器の流路断面の幅は、扁平容器の上下方向及び横方向の少なくとも一方に連続的に異ならせてあることを特徴とする、請求項1記載の燃料電池装置。   2. The fuel cell device according to claim 1, wherein a width of a cross section of the flat container of the oxidizer supply member is continuously varied in at least one of a vertical direction and a horizontal direction of the flat container. 前記酸化剤供給部材の扁平容器の流路断面の幅は、扁平容器の上端部から下端部側へ次第に広くなるように形成されることを特徴とする、請求項2記載の燃料電池装置。   3. The fuel cell device according to claim 2, wherein the width of the cross section of the flow path of the flat container of the oxidant supply member is formed so as to gradually increase from the upper end portion to the lower end portion side of the flat container. 前記酸化剤供給部材の扁平容器の流路断面の幅は、扁平容器の上端部から下端部側へ次第に広くなった後、再び狭くなるように形成されることを特徴とする、請求項3記載の燃料電池装置。   The width of the flow path cross section of the flat container of the oxidant supply member is formed so as to become narrow again after gradually increasing from the upper end portion to the lower end portion side of the flat container. Fuel cell device. 前記酸化剤供給部材の扁平容器の流路断面の幅は、扁平容器の横方向に中央部から両端部側へ次第に広くなるように形成されることを特徴とする、請求項2〜請求項4のいずれか1つに記載の燃料電池装置。   The width of the cross section of the flat container of the flattened container of the oxidant supply member is formed so as to gradually increase from the central part to the both end parts in the lateral direction of the flat container. The fuel cell device according to any one of the above. 前記酸化剤供給部材の扁平容器の流路断面の幅は、定格運転時の燃料電池スタックにおける上下方向の温度分布に従って、高温部ほど、狭くなるように、上下方向に異ならせてあることを特徴とする、請求項2記載の燃料電池装置。   The width of the cross section of the flow path of the flat container of the oxidant supply member is varied in the vertical direction so that the higher the temperature, the narrower the higher temperature portion according to the vertical temperature distribution in the fuel cell stack during rated operation. The fuel cell device according to claim 2. 前記酸化剤供給部材の扁平容器の流路断面の幅は、定格運転時の燃料電池スタックにおける横方向の温度分布に従って、高温部ほど、狭くなるように、横方向に異ならせてあることを特徴とする、請求項2又は請求項6記載の燃料電池装置。   The width of the cross section of the flow path of the flat container of the oxidizer supply member is varied in the lateral direction so as to become narrower as the high-temperature portion follows the lateral temperature distribution in the fuel cell stack during rated operation. The fuel cell device according to claim 2 or 6. 前記酸化剤供給部材の扁平容器の流路断面の幅を異ならせるため、前記酸化剤供給部材の扁平容器内に挿入配置される流路幅変更部材を設けたことを特徴とする、請求項2〜請求項7のいずれか1つに記載の燃料電池装置。   The flow path width changing member inserted and disposed in the flat container of the oxidant supply member is provided in order to vary the width of the flow path cross section of the flat container of the oxidant supply member. The fuel cell device according to claim 7. 前記酸化剤供給部材の扁平容器の流路断面の幅の幅を異ならせるため、前記酸化剤供給部材の扁平容器の壁部を傾斜させることを特徴とする、請求項2〜請求項7のいずれか1つに記載の燃料電池装置。   The wall portion of the flat container of the oxidant supply member is inclined to vary the width of the cross-sectional width of the flat container of the oxidant supply member. The fuel cell device according to claim 1. 前記燃焼室区画部材の側板と前記排気流路区画部材の側板との距離である前記排気流路の流路幅は、排気ガスの流れ方向である前記側板に沿う上下方向、及び、排気ガスの流れ方向と直交する前記側板に沿う横方向の少なくとも一方に連続的に異ならせてあることを特徴とする、請求項1記載の燃料電池装置。   The flow path width of the exhaust flow path, which is the distance between the side plate of the combustion chamber partition member and the side plate of the exhaust flow path partition member, is the vertical direction along the side plate, which is the flow direction of exhaust gas, 2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the fuel cell device is continuously varied in at least one of the lateral directions along the side plate perpendicular to the flow direction. 前記排気流路の流路幅は、前記上下方向に、前記燃料電池スタックの上下方向の部位に対応して、上端部側から下端部側へ次第に広くなるように形成されることを特徴とする、請求項10記載の燃料電池装置。   The exhaust passage has a flow passage width that is formed so as to gradually increase in the vertical direction from the upper end side to the lower end side corresponding to the vertical portion of the fuel cell stack. The fuel cell device according to claim 10. 前記排気流路の流路幅は、前記横方向に、前記燃料電池スタックの横方向の部位に対応して、中央部側から両端部側へ次第に広くなるように形成されることを特徴とする、請求項10又は請求項11記載の燃料電池装置。   The exhaust passage has a flow passage width that is formed so as to gradually increase in the lateral direction from the central portion side to both end portions in correspondence with the lateral portion of the fuel cell stack. 12. A fuel cell device according to claim 10 or claim 11. 前記排気流路の流路幅は、定格運転時の前記燃料電池スタックにおける上下方向の温度分布に従って、高温部ほど、狭くなるように、上下方向に異ならせてあることを特徴とする、請求項10記載の燃料電池装置。   The flow path width of the exhaust flow path is varied in the vertical direction so as to become narrower as the high-temperature portion follows the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell stack during rated operation. 10. The fuel cell device according to 10. 前記排気流路の流路幅は、定格運転時の前記燃料電池スタックにおける横方向の温度分布に従って、高温部ほど、狭くなるように、横方向に異ならせてあることを特徴とする、請求項10又は請求項13記載の燃料電池装置。   The flow path width of the exhaust flow path is varied in the lateral direction so as to become narrower as the temperature increases in accordance with the temperature distribution in the lateral direction in the fuel cell stack during rated operation. The fuel cell device according to claim 10 or claim 13. 前記排気流路の流路幅を異ならせるため、前記排気流路内に挿入配置される流路幅変更部材を設けたことを特徴とする、請求項10〜請求項14のいずれか1つに記載の燃料電池装置。   The flow path width changing member inserted and arranged in the exhaust flow path is provided in order to make the flow path width of the exhaust flow path different. 15. The fuel cell device according to the description. 前記排気流路の流路幅を異ならせるため、前記排気流路を構成する燃焼室区画部材及び排気流路区画部材のうち少なくとも一方の側板を傾斜させることを特徴とする、請求項10〜請求項14のいずれか1つに記載の燃料電池装置。   The at least one side plate of the combustion chamber partition member and the exhaust flow path partition member constituting the exhaust flow path is inclined in order to make the flow path width of the exhaust flow path different. Item 15. The fuel cell device according to any one of Items 14. 前記排気流路区画部材の側板と前記酸化剤流路区画部材の側板との距離である前記酸化剤流路の流路幅は、酸化剤の流れ方向である前記側板に沿う上下方向、及び、酸化剤の流れ方向と直交する前記側板に沿う横方向の少なくとも一方に連続的に異ならせてあることを特徴とする、請求項1記載の燃料電池装置。   The flow path width of the oxidant flow path, which is the distance between the side plate of the exhaust flow path partition member and the side plate of the oxidant flow path partition member, is the vertical direction along the side plate that is the flow direction of the oxidant, and 2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the fuel cell device is continuously varied in at least one of the lateral directions along the side plate orthogonal to the flow direction of the oxidant. 前記酸化剤流路の流路幅は、前記上下方向に、前記燃料電池スタックの上下方向の部位に対応して、上端部側から下端部側へ次第に広くなるように形成されることを特徴とする、請求項17記載の燃料電池装置。   The channel width of the oxidant channel is formed so as to gradually widen from the upper end side to the lower end side in the vertical direction corresponding to the vertical part of the fuel cell stack. The fuel cell device according to claim 17. 前記酸化剤流路の流路幅は、前記横方向に、前記燃料電池スタックの横方向の部位に対応して、中央部側から両端部側へ次第に広くなるように形成されることを特徴とする、請求項17又は請求項18記載の燃料電池装置。   The channel width of the oxidant channel is formed so as to gradually widen from the center side to both end sides in the lateral direction, corresponding to the lateral part of the fuel cell stack. The fuel cell device according to claim 17 or claim 18. 前記酸化剤流路の流路幅は、定格運転時の前記燃料電池スタックにおける上下方向の温度分布に従って、高温部ほど、狭くなるように、上下方向に異ならせてあることを特徴とする、請求項17記載の燃料電池装置。   The flow path width of the oxidant flow path is varied in the vertical direction so as to become narrower as the high-temperature portion follows the vertical temperature distribution in the fuel cell stack during rated operation. Item 18. The fuel cell device according to Item 17. 前記酸化剤流路の流路幅は、定格運転時の前記燃料電池スタックにおける横方向の温度分布に従って、高温部ほど、狭くなるように、横方向に異ならせてあることを特徴とする、請求項17又は請求項20記載の燃料電池装置。   The flow path width of the oxidant flow path is varied in the lateral direction so as to become narrower as the high-temperature portion follows the lateral temperature distribution in the fuel cell stack during rated operation. Item 21. The fuel cell device according to item 20 or item 20. 前記酸化剤流路の流路幅を異ならせるため、前記酸化剤流路内に挿入配置される流路幅変更部材を設けたことを特徴とする、請求項17〜請求項21のいずれか1つに記載の燃料電池装置。   The flow path width changing member inserted and arranged in the oxidant flow path is provided in order to make the flow path widths of the oxidant flow paths different from each other. The fuel cell device described in 1. 前記酸化剤流路の流路幅を異ならせるため、前記酸化剤流路を構成する排気流路区画部材及び酸化剤流路区画部材のうち少なくとも一方の側板を傾斜させることを特徴とする、請求項17〜請求項21のいずれか1つに記載の燃料電池装置。   In order to make the channel width of the oxidant channel different, at least one side plate of the exhaust channel partition member and the oxidant channel partition member constituting the oxidant channel is inclined. Item 20. The fuel cell device according to any one of items 17 to 21.
JP2014007804A 2014-01-20 2014-01-20 fuel cell device Pending JP2015138580A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014007804A JP2015138580A (en) 2014-01-20 2014-01-20 fuel cell device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014007804A JP2015138580A (en) 2014-01-20 2014-01-20 fuel cell device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015138580A true JP2015138580A (en) 2015-07-30

Family

ID=53769469

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014007804A Pending JP2015138580A (en) 2014-01-20 2014-01-20 fuel cell device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015138580A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017038782A1 (en) * 2015-08-31 2017-03-09 京セラ株式会社 Fuel cell module and fuel cell device
JP2017139169A (en) * 2016-02-04 2017-08-10 株式会社デンソー Fuel cell device
JP2018018700A (en) * 2016-07-28 2018-02-01 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell device
JP2019054002A (en) * 2016-06-20 2019-04-04 京セラ株式会社 Fuel cell module and fuel cell device
JP2020013664A (en) * 2018-07-17 2020-01-23 アイシン精機株式会社 Fuel cell system

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190027764A1 (en) * 2015-08-31 2019-01-24 Kyocera Corporation Fuel cell module and fuel cell apparatus
KR102046842B1 (en) 2015-08-31 2019-11-20 쿄세라 코포레이션 Fuel Cell Modules and Fuel Cell Devices
CN107925102B (en) * 2015-08-31 2021-05-25 京瓷株式会社 Fuel cell module and fuel cell device
KR20180027586A (en) * 2015-08-31 2018-03-14 쿄세라 코포레이션 Fuel cell module and fuel cell device
CN107925102A (en) * 2015-08-31 2018-04-17 京瓷株式会社 Fuel cell module and fuel-cell device
JPWO2017038782A1 (en) * 2015-08-31 2018-06-14 京セラ株式会社 Fuel cell module and fuel cell device
US10886545B2 (en) 2015-08-31 2021-01-05 Kyocera Corporation Fuel cell module and fuel cell apparatus
WO2017038782A1 (en) * 2015-08-31 2017-03-09 京セラ株式会社 Fuel cell module and fuel cell device
JP2017139169A (en) * 2016-02-04 2017-08-10 株式会社デンソー Fuel cell device
JP2019054002A (en) * 2016-06-20 2019-04-04 京セラ株式会社 Fuel cell module and fuel cell device
US11038191B2 (en) 2016-06-20 2021-06-15 Kyocera Corporation Fuel cell module and fuel cell apparatus
JP7016789B2 (en) 2016-06-20 2022-02-07 京セラ株式会社 Fuel cell module and fuel cell device
JP2018018700A (en) * 2016-07-28 2018-02-01 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell device
JP2020013664A (en) * 2018-07-17 2020-01-23 アイシン精機株式会社 Fuel cell system
JP7159659B2 (en) 2018-07-17 2022-10-25 株式会社アイシン fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5512156B2 (en) Fuel cell
JP2015138580A (en) fuel cell device
US11050067B2 (en) Fuel cell system
WO2012137934A1 (en) Fuel cell module
JP4751580B2 (en) Power generator
JP6140497B2 (en) Fuel cell device and fuel cell system
JP6092681B2 (en) Fuel cell device and fuel cell system
JP4778198B2 (en) Power generator
JP2015144091A (en) fuel cell device
JP2015185280A (en) Fuel battery device
JP4704693B2 (en) Power generator
JP4751578B2 (en) Power generator
JP5936967B2 (en) Fuel cell device
JP6189605B2 (en) Fuel cell device
JP4942292B2 (en) Power generator
JP4733354B2 (en) Power generator
WO2014156212A1 (en) Fuel cell device and fuel cell system
JP2013073899A (en) Fuel cell device
JP2013073898A (en) Fuel cell device
JP5368057B2 (en) Reformer and power generator
JP2005235528A (en) Power generation device
JP2015189610A (en) Fuel reformer and fuel cell system
JP2011014495A (en) Fuel battery module
JP6169939B2 (en) Fuel cell device
JP5096436B2 (en) Power generator