JP2015185280A - Fuel battery device - Google Patents
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Abstract
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、燃料ガスと酸化剤ガス（例えば空気）とを反応させて発電する燃料電池スタックと、燃料電池スタックの上端部（燃料電池スタックの反応ガスの流れ方向における下流端部）から排出される余剰の燃料ガスを余剰の酸化剤ガスを用いて燃焼させる燃焼部と、を含んで構成される。燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを水平一方向に空隙を空けて並べてなる。燃料電池セルは、上下方向に延在するセル支持体を含んで構成される。セル支持体は、その上端部に、燃焼部に向かって上向きに、余剰の燃料ガスを噴出させる複数の噴口を備える。
また、燃料電池装置において、隣り合うセル支持体同士の間の空隙では下から上へ酸化剤ガスが流通する。そして、隣り合うセル支持体の上端部間から燃焼部に、余剰の酸化剤ガスが流出する。
このような燃料電池装置は、特許文献１に開示されている。
The fuel cell device is the core of the fuel cell system. The fuel cell stack generates power by reacting a fuel gas and an oxidant gas (for example, air), and the upper end of the fuel cell stack (the reaction gas of the fuel cell stack). A combustion section that burns excess fuel gas discharged from the downstream end portion in the flow direction) using excess oxidant gas. The fuel cell stack is formed by arranging a plurality of fuel cells with a gap in one horizontal direction. The fuel battery cell is configured to include a cell support extending in the vertical direction. The cell support is provided with a plurality of nozzle holes at its upper end for ejecting excess fuel gas upward toward the combustion section.
In the fuel cell device, the oxidant gas flows from the bottom to the top in the gap between the adjacent cell supports. Then, excess oxidant gas flows out from between the upper end portions of the adjacent cell supports to the combustion portion.
Such a fuel cell device is disclosed in Patent Document 1.
しかしながら、特許文献１に開示のように、隣り合うセル支持体の上端部間から燃焼部に、余剰の酸化剤ガスが無制限に流出すると、セル支持体の上端部上方の燃焼部への酸化剤ガスの供給が不安定となって燃焼部の火炎が不安定となりかねず、ひいては、燃焼部にて失火が発生するおそれがあった。
本発明は、このような実状に鑑み、燃焼部の火炎の安定性を向上させることを目的とする。
However, as disclosed in Patent Document 1, when an excess of oxidant gas flows from the upper end of adjacent cell supports to the combustion section without any restriction, the oxidant to the combustion section above the upper end of the cell support The gas supply may become unstable, and the flame in the combustion section may become unstable, which may cause misfire in the combustion section.
In view of such a situation, an object of the present invention is to improve the flame stability of a combustion part.
そのため本発明に係る燃料電池装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電す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余剰の燃料ガスを余剰の酸化剤ガスを用いて燃焼させる燃焼部と、を含んで構成される。燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを水平一方向に空隙を空けて並べてなる。燃料電池セルは、上下方向に延在するセル支持体を含む。セル支持体は、その上端部に、燃焼部に向かって上向きに、余剰の燃料ガスを噴出させる少なくとも１つの第１の噴口を備える。隣り合うセル支持体同士の間の空隙では下から上へ酸化剤ガスが流通する。本発明に係る燃料電池スタックは、隣り合うセル支持体の上端部間に配置されてこの上端部間の空隙を閉塞する閉塞部材と、閉塞部材に形成されて、隣接するセル支持体の上端部上方の燃焼部に向かって斜め上向きに、余剰の酸化剤ガスを噴出させる少なくとも１つの第２の噴口と、を備える。閉塞部材は、上方に向かうほど互いに近づく一対の傾斜板を含んで構成され、各傾斜板に前記第２の噴口が形成される。 Therefore, the fuel cell device according to the present invention uses a fuel cell stack that generates power by reacting fuel gas and oxidant gas, and surplus oxidant gas that is discharged from the upper end of the fuel cell stack. And a combustion section for burning. The fuel cell stack is formed by arranging a plurality of fuel cells with a gap in one horizontal direction. The fuel cell includes a cell support extending in the vertical direction. The cell support body is provided with at least one first nozzle hole at the upper end thereof for ejecting excess fuel gas upward toward the combustion section. Oxidant gas flows from bottom to top in the gap between adjacent cell supports. A fuel cell stack according to the present invention includes a closing member disposed between upper ends of adjacent cell supports and closing a gap between the upper ends, and an upper end of an adjacent cell support formed on the closing member. And at least one second nozzle for ejecting surplus oxidant gas obliquely upward toward the upper combustion section. The closing member is configured to include a pair of inclined plates that are closer to each other toward the upper side, and the second injection hole is formed in each inclined plate.
本発明によれば、傾斜板に形成された第２の噴口から、隣接するセル支持体の上端部上方の燃焼部に向かって斜め上向きに、余剰の酸化剤ガスを噴出させる。これにより、余剰の酸化剤ガスをセル支持体の上端部上方の燃焼部へ安定的に供給することができるので、燃焼部の火炎の安定性を向上させることができ、ひいては、燃焼部での失火の発生を抑止することができる。 According to the present invention, surplus oxidant gas is jetted obliquely upward from the second nozzle hole formed in the inclined plate toward the combustion part above the upper end part of the adjacent cell support. As a result, surplus oxidant gas can be stably supplied to the combustion part above the upper end of the cell support, so that the stability of the flame of the combustion part can be improved. The occurrence of misfire can be suppressed.
また本発明によれば、セル支持体の上端部に隣接する傾斜板の基部（下部）の近傍に渦流域が形成され、この渦流域にて、余剰の燃料ガスの一部と余剰の酸化剤ガスの一部とが混合されて可燃混合気が形成され得るので、当該渦流域にて火炎が形成され得る。また、当該渦流域における比較的高温の渦流（換言すれば再循環流）によって傾斜板の基部が加熱され得る。ゆえに、当該渦流域にて形成され得る火炎と、傾斜板の基部の高温化とにより、燃焼部の火炎が良好に保持され得る。従って、燃焼部の火炎の安定性を向上させることができ、ひいては、燃焼部での失火の発生を抑制することができる。 Further, according to the present invention, a vortex region is formed in the vicinity of the base portion (lower portion) of the inclined plate adjacent to the upper end portion of the cell support, and in this vortex region, a part of the surplus fuel gas and the surplus oxidant Since a part of the gas can be mixed to form a combustible mixture, a flame can be formed in the swirl region. Further, the base portion of the inclined plate can be heated by a relatively high-temperature eddy current (in other words, a recirculation flow) in the vortex region. Therefore, the flame of a combustion part can be hold | maintained favorably by the flame which can be formed in the said vortex | eddy_current area, and the high temperature of the base part of an inclination board. Accordingly, it is possible to improve the stability of the flame in the combustion part, and consequently to suppress the occurrence of misfire in the combustion part.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態における燃料電池装置の正面縦断面図である。図２は燃料電池スタックの一部の側面縦断面図である。図３は燃料電池セル及び閉塞部材の上面図である。図４は燃料電池セル及び集電部材の平面横断面図である。ここで、図２は、図１のＡ−Ａ断面における燃料電池スタック７及びマニホールド９のみを示している。また、図３は図２のＢ−Ｂ矢視に対応する。また、図４は図２のＣ−Ｃ断面に対応する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front longitudinal sectional view of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side longitudinal sectional view of a part of the fuel cell stack. FIG. 3 is a top view of the fuel cell and the closing member. FIG. 4 is a plan cross-sectional view of the fuel cell and the current collecting member. Here, FIG. 2 shows only the fuel cell stack 7 and the manifold 9 in the AA cross section of FIG. Moreover, FIG. 3 respond | corresponds to the BB arrow of FIG. 4 corresponds to the CC cross section of FIG.
燃料電池装置１の筐体については、燃焼室区画部材２と天板３のみを示している。ここで、燃焼室区画部材２は、底面２ａと、上面視で矩形状をなす長側面２ｂ、２ｃ及び２つの短側面（図示せず）と、を有している。天板３は、燃焼室区画部材２の上面側開口部に対向している。天板３の上側の領域は酸化剤ガス（例えば空気）の供給源をなす。燃焼室区画部材２の長側面２ｂ、２ｃ上端部と天板３との間の空隙４は、排ガス出口をなす。
尚、本実施形態では、燃焼室区画部材２において、図１の紙面手前側に位置する短側面（図示せず）と、図１の紙面奥側に位置する短側面（図示せず）とを結ぶ方向を前後方向とし、長側面２ｂと長側面２ｃとを結ぶ方向を左右方向として、以下説明する。
Only the combustion chamber partition member 2 and the top plate 3 are shown for the housing of the fuel cell device 1. Here, the combustion chamber partition member 2 has a bottom surface 2a, long side surfaces 2b and 2c that are rectangular in a top view, and two short side surfaces (not shown). The top plate 3 faces the opening on the upper surface side of the combustion chamber partition member 2. The upper region of the top plate 3 serves as a supply source of oxidant gas (for example, air). A gap 4 between the long side surfaces 2b and 2c upper end portions of the combustion chamber partition member 2 and the top plate 3 forms an exhaust gas outlet.
In the present embodiment, the combustion chamber partition member 2 includes a short side surface (not shown) located on the front side of the paper in FIG. 1 and a short side surface (not shown) located on the back side of the paper in FIG. The following description will be made assuming that the connecting direction is the front-rear direction, and the direction connecting the long side surface 2b and the long side surface 2c is the left-right direction.
次に燃料電池装置１の筐体内部の構成について説明する。
本実施形態の燃料電池装置１は、筐体内、特に燃焼室区画部材２内に、改質器６と、左右一対の燃料電池スタック７、８と、酸化剤ガス供給部材３０と、オフガス燃焼部３５とを備える。
Next, the structure inside the housing of the fuel cell device 1 will be described.
The fuel cell device 1 of the present embodiment includes a reformer 6, a pair of left and right fuel cell stacks 7 and 8, an oxidant gas supply member 30, and an off-gas combustion unit in a casing, in particular, in a combustion chamber partition member 2. 35.
改質器６は、燃焼室区画部材２内の上部（セルスタック７、８の上方）に配置されている。また、改質器６は酸化剤ガス供給部材３０を避けるように形成されている。尚、本実施形態では、改質器６は、オフガス燃焼部３５での燃焼熱によって加熱され得る。
改質器６は、改質触媒を用いた改質反応により、原燃料を改質して、水素リッチな改質ガスを生成する。また、改質器６は、そこで生成した改質ガスを、マニホールド９を介して燃料電池スタック７、８のアノード側（燃料極側）に供給する。ここで、図示しない改質ガスの供給管は、その一端が改質器６の出口に接続されており、他端がマニホールド９に接続されている。また、マニホールド９は、燃焼室区画部材２内の下部（セルスタック７、８の下方）に配置されている。また、本実施形態における改質ガスが、本発明の「燃料ガス」に対応する。また、改質器６が、本発明の「燃料改質器」に対応する。
The reformer 6 is disposed in the upper part (above the cell stacks 7 and 8) in the combustion chamber partition member 2. The reformer 6 is formed so as to avoid the oxidant gas supply member 30. In the present embodiment, the reformer 6 can be heated by the combustion heat in the off-gas combustion unit 35.
The reformer 6 reforms the raw fuel by a reforming reaction using the reforming catalyst to generate a hydrogen-rich reformed gas. The reformer 6 supplies the reformed gas generated there to the anode side (fuel electrode side) of the fuel cell stacks 7 and 8 via the manifold 9. The reformed gas supply pipe (not shown) has one end connected to the outlet of the reformer 6 and the other end connected to the manifold 9. Further, the manifold 9 is disposed in the lower part (below the cell stacks 7 and 8) in the combustion chamber partition member 2. Further, the reformed gas in the present embodiment corresponds to “fuel gas” of the present invention. The reformer 6 corresponds to the “fuel reformer” of the present invention.
改質器６に供給される原燃料としては、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料としては、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が用いられ、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 raw fuel supplied to the reformer 6, for example, a hydrocarbon fuel is used. As the hydrocarbon fuel, a compound containing carbon and hydrogen in its molecule (which may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof is used. For example, hydrocarbons, alcohols, 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.
改質器６での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、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、改質器６内（又は改質器６とは別）に水気化部を設け、燃焼室区画部材２の外部から供給される水を加熱し気化させることによって水蒸気を生成する。 The reforming method in the reformer 6 is not particularly limited, and for example, steam reforming, partial oxidation reforming, autothermal reforming, and other reforming methods can be employed. When steam reforming is used, a water vaporization unit is provided in the reformer 6 (or separately from the reformer 6), and the water supplied from the outside of the combustion chamber partition member 2 is heated and vaporized to form steam. Is generated.
天板３の上側の領域は酸化剤ガスの供給源であり、この天板３に前後方向に延びるスリット５が形成されている。このスリット５は酸化剤ガスの入口をなす。そして、このスリット５から燃焼室区画部材２内へ酸化剤ガス供給部材３０が挿入配置されている。 The upper region of the top plate 3 is an oxidant gas supply source, and a slit 5 extending in the front-rear direction is formed in the top plate 3. The slit 5 serves as an inlet for the oxidant gas. An oxidant gas supply member 30 is inserted from the slit 5 into the combustion chamber partition member 2.
酸化剤ガス供給部材３０は、上面が開口し垂直な扁平面を有する矩形の容器で、燃料電池スタック７、８間に配置され、上面側の開口部は酸化剤ガスの供給源と連通している。そして、扁平な矩形の容器の底部近傍の側面に複数の酸化剤ガス噴出口３１が形成され、酸化剤ガス噴出口３１は燃料電池スタック７、８に相対している。
従って、酸化剤ガスは、スリット５から酸化剤ガス供給部材３０の内部に流入し、酸化剤ガス噴出口３１から噴出して、燃料電池スタック７、８のカソード側（酸化剤極側）に供給される。
The oxidant gas supply member 30 is a rectangular container having an upper surface opened and having a vertical flat surface, and is disposed between the fuel cell stacks 7 and 8, and the upper surface side opening communicates with an oxidant gas supply source. Yes. A plurality of oxidant gas jets 31 are formed on the side surface near the bottom of the flat rectangular container, and the oxidant gas jets 31 are opposed to the fuel cell stacks 7 and 8.
Therefore, the oxidant gas flows into the oxidant gas supply member 30 from the slit 5, is ejected from the oxidant gas outlet 31, and is supplied to the cathode side (oxidant electrode side) of the fuel cell stacks 7 and 8. Is done.
燃料電池スタック７、８の上端部側は、余剰の改質ガス（オフガス）の排出部となり、余剰の改質ガスは余剰の酸化剤ガス供給下で燃焼する。従って、燃料電池スタック７、８の上端部近傍がオフガス燃焼部３５となる。ここで、オフガス燃焼部３５が本発明の「燃焼部」に対応しており、燃料電池スタック７、８の上端部から排出される余剰の改質ガスを余剰の酸化剤ガスを用いて燃焼させる。オフガス燃焼部３５は、余剰の改質ガスを燃焼させて燃料電池スタック７、８を高温状態に維持する。
尚、燃料電池装置１は、オフガス燃焼部３５での燃焼を開始させるための点火装置（図示せず）を備える。
The upper end side of the fuel cell stacks 7 and 8 serves as a discharge portion for excess reformed gas (off-gas), and the excess reformed gas burns under the supply of excess oxidant gas. Accordingly, the vicinity of the upper ends of the fuel cell stacks 7 and 8 is the off-gas combustion unit 35. Here, the off-gas combustion unit 35 corresponds to the “combustion unit” of the present invention, and the excess reformed gas discharged from the upper end portions of the fuel cell stacks 7 and 8 is burned using the excess oxidant gas. . The off-gas combustion unit 35 burns excess reformed gas and maintains the fuel cell stacks 7 and 8 in a high temperature state.
The fuel cell device 1 includes an ignition device (not shown) for starting combustion in the off-gas combustion unit 35.
燃料電池スタック７、８は、改質器６の下方に配置され、マニホールド９上に保持されている。
燃料電池スタック７、８は、各々が、複数の燃料電池セル１０を前後方向に空隙を空けて並べてなる。ここで、本実施形態では、前後方向が、本発明の「水平一方向」に対応する。
The fuel cell stacks 7 and 8 are disposed below the reformer 6 and are held on a manifold 9.
Each of the fuel cell stacks 7 and 8 is formed by arranging a plurality of fuel cells 10 with a gap in the front-rear direction. Here, in the present embodiment, the front-rear direction corresponds to “one horizontal direction” of the present invention.
左側の燃料電池スタック７は、横長の燃料電池セル１０を前後面間に集電部材１１を介在させて前後方向に一列に並べることで、複数の燃料電池セル１０を直線状に配列してなる。
また、各燃料電池セル１０の内部には、下端部から上端部へ、複数本（図では６本）のガス流路１２が形成されている。各ガス流路１２は下端部にてマニホールド９と連通し、上端部の近傍にオフガス燃焼部３５を形成するように構成されている。ここで、ガス流路１２が、本発明の「燃料ガス流路」に対応する。また、ガス流路１２の上端部の開口１２ａが、本発明の「第１の噴口」をなし、オフガス燃焼部３５に向かって上向きに余剰の改質ガスを噴出する。
The left fuel cell stack 7 is formed by arranging a plurality of fuel cells 10 in a straight line by arranging horizontally long fuel cells 10 in the front-rear direction with current collecting members 11 interposed between the front and rear surfaces. .
Further, a plurality (six in the figure) of gas flow paths 12 are formed in each fuel cell 10 from the lower end to the upper end. Each gas flow path 12 communicates with the manifold 9 at the lower end portion, and is configured to form an off-gas combustion portion 35 in the vicinity of the upper end portion. Here, the gas flow path 12 corresponds to the “fuel gas flow path” of the present invention. Further, the opening 12 a at the upper end of the gas flow path 12 forms the “first injection port” of the present invention, and the excess reformed gas is ejected upward toward the off-gas combustion unit 35.
燃料電池セル１０は、燃料極支持型の固体酸化物燃料電池セルである。燃料電池セル１０は、セル支持体１３と、燃料極層（アノード層）１４と、固体酸化物電解質層１５と、酸化剤極層（カソード層）１６と、インターコネクタ１７とを含んで構成される。 The fuel cell 10 is a fuel electrode supported solid oxide fuel cell. The fuel cell 10 includes a cell support 13, a fuel electrode layer (anode layer) 14, a solid oxide electrolyte layer 15, an oxidant electrode layer (cathode layer) 16, and an interconnector 17. The
セル支持体１３は多孔性物質により形成されている。セル支持体１３は、扁平な長円形状の横断面を有して上下方向に延在する板状片であり、平坦な前後面（平坦面）と半円筒面をなす左右面とを有する。セル支持体１３の下端部は、改質ガス分配用のマニホールド９の上面の開孔にガスタイトに挿入固定され、上端部は改質器６の下面に相対している。そして、セル支持体１３の内部には、その長手方向に、下端部から上端部へ、マニホールド９からの改質ガスが流通する複数本（図では６本）の並列なガス流路１２を有する。また、セル支持体１３は、その上端部に、オフガス燃焼部３５に向かって上向きに余剰の改質ガスを噴出させる開口１２ａを備える。尚、セル支持体１３については、改質ガスを燃料極層１４まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまた、インターコネクタ１７を介して集電するために導電性であることが要求される。かかる要求を満たすために多孔質の導電性セラミック等が用いられ得る。 The cell support 13 is made of a porous material. The cell support 13 is a plate-like piece that has a flat oval cross section and extends in the vertical direction, and has a flat front and rear surface (flat surface) and left and right surfaces forming a semi-cylindrical surface. The lower end portion of the cell support 13 is inserted and fixed in a gas tight manner in the opening on the upper surface of the reformed gas distribution manifold 9, and the upper end portion is opposed to the lower surface of the reformer 6. The cell support 13 has a plurality (six in the figure) of parallel gas flow paths 12 through which the reformed gas from the manifold 9 flows from the lower end to the upper end in the longitudinal direction. . Further, the cell support 13 is provided with an opening 12a at the upper end thereof for ejecting excess reformed gas upward toward the off-gas combustion unit 35. The cell support 13 is required to be gas permeable in order to allow the reformed gas to permeate to the fuel electrode layer 14 and to be conductive in order to collect current via the interconnector 17. Is done. In order to satisfy such a requirement, a porous conductive ceramic or the like can be used.
インターコネクタ１７は、セル支持体１３の一方（燃料電池スタック７では前側）の平坦面上に配設されている。
燃料極層１４は、セル支持体１３の他方（燃料電池スタック７では後側）の平坦面上、及び左右面に積層され、その両端はインターコネクタ１７の両端に接合されている。
The interconnector 17 is disposed on the flat surface of one of the cell supports 13 (the front side in the fuel cell stack 7).
The fuel electrode layer 14 is laminated on the other flat surface of the cell support 13 (on the rear side in the fuel cell stack 7) and on the left and right surfaces, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 17.
固体酸化物電解質層１５は、燃料極層１４の上にその全体を覆うように積層され、その両端はインターコネクタ１７の両端に接合されている。
酸化剤極層１６は、固体酸化物電解質層１５の主部上、すなわちセル支持体１３の他方の平坦面を覆う部分上、に積層され、セル支持体１３を挟んでインターコネクタ１７に対向している。
The solid oxide electrolyte layer 15 is laminated on the fuel electrode layer 14 so as to cover the whole, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 17.
The oxidant electrode layer 16 is laminated on the main portion of the solid oxide electrolyte layer 15, that is, on the portion covering the other flat surface of the cell support 13, and faces the interconnector 17 with the cell support 13 interposed therebetween. ing.
従って、各燃料電池セル１０の一方（燃料電池スタック７では前側）の外側面にはインターコネクタ１７があり、他方（燃料電池スタック７では後側）の外側面には酸化剤極層１６がある。
換言すれば、燃料電池セル１０は、ガス流路１２を有するセル支持体１３を含み、セル支持体１３は、その１つの面に、燃料極層１４、固体酸化物電解質層１５、酸化剤極層１６をこの順に積層し、更に、セル支持体１３の他の面に、インターコネクタ１７を形成してなる。
Accordingly, an interconnector 17 is provided on the outer surface of one of the fuel cells 10 (front side in the fuel cell stack 7), and an oxidant electrode layer 16 is provided on the outer surface of the other (rear side in the fuel cell stack 7). .
In other words, the fuel cell 10 includes a cell support 13 having a gas flow path 12, and the cell support 13 has a fuel electrode layer 14, a solid oxide electrolyte layer 15, an oxidant electrode on one surface thereof. The layers 16 are laminated in this order, and an interconnector 17 is formed on the other surface of the cell support 13.
かかる燃料電池セル１０は、前後方向に複数並べられ、集電部材１１を介して一列に接合される。すなわち、各燃料電池セル１０の前側のインターコネクタ１７を集電部材１１を介して前側に隣り合う燃料電池セル１０の酸化剤極層１６と接合し、各燃料電池セル１０の後側の酸化剤極層１６を集電部材１１を介して後側に隣り合う燃料電池セル１０のインターコネクタ１７と接合することで、複数の燃料電池セル１０を直列に接続している。 A plurality of such fuel cells 10 are arranged in the front-rear direction and joined in a row via the current collecting member 11. That is, the interconnector 17 on the front side of each fuel cell 10 is joined to the oxidant electrode layer 16 of the fuel cell 10 adjacent to the front side via the current collecting member 11, and the oxidant on the rear side of each fuel cell 10. A plurality of fuel cells 10 are connected in series by joining the polar layer 16 to the interconnector 17 of the fuel cells 10 adjacent to the rear side via the current collecting member 11.
また、燃料電池スタック７の右方には燃料電池スタック８を設けるが、燃料電池スタック７に対し、燃料電池スタック８は、燃料電池セル１０を前後逆向きに並べる。
そして、燃料電池スタック７の最も前側の燃料電池セル１０のインターコネクタ１７に取付けた集電部材１１と、燃料電池スタック８の最も前側の燃料電池セル１０の酸化剤極層１６に取付けた集電部材１１とを、図示しない導電部材により連結することで、左側の燃料電池スタック７と右側の燃料電池スタック８とを直列に接続している。
In addition, a fuel cell stack 8 is provided on the right side of the fuel cell stack 7, and the fuel cell stack 8 arranges the fuel cell 10 in the front and rear direction opposite to the fuel cell stack 7.
The current collector 11 attached to the interconnector 17 of the frontmost fuel cell 10 of the fuel cell stack 7 and the current collector attached to the oxidant electrode layer 16 of the frontmost fuel cell 10 of the fuel cell stack 8. By connecting the member 11 with a conductive member (not shown), the left fuel cell stack 7 and the right fuel cell stack 8 are connected in series.
集電部材１１は、隣り合う燃料電池セル１０同士（隣り合うセル支持体１３同士）の間の空隙に配置される。集電部材１１は上下方向に延在する筒状であり、内部に中空部１１ａを有している。また、集電部材１１には、その前面に複数のスリット部１１ｂが形成されている。また、集電部材１１の後面及び左右面には、図示しないスリット部が形成され得る。 The current collecting member 11 is disposed in a gap between the adjacent fuel cells 10 (adjacent cell supports 13). The current collecting member 11 has a cylindrical shape extending in the vertical direction, and has a hollow portion 11a therein. The current collecting member 11 has a plurality of slit portions 11b formed on the front surface thereof. In addition, slit portions (not shown) may be formed on the rear surface and the left and right surfaces of the current collecting member 11.
酸化剤ガス供給部材３０の酸化剤ガス噴出口３１から噴出された酸化剤ガスは、集電部材１１の下面の開口から中空部１１ａ内に流入する。中空部１１ａ内に流入した酸化剤ガスは、前述のスリット部１１ｂを通って、燃料電池セル１０の酸化剤極層１６に供給されるか、又は、中空部１１ａの上端部の開口から、後述する閉塞部材４０内に流出する。すなわち、本実施形態では、隣り合う燃料電池セル１０同士（隣り合うセル支持体１３同士）の間の空隙（例えば中空部１１ａ）では、下から上へ酸化剤ガスが流通する。ここで、燃料電池セル１０の酸化剤極層１６の後面の一部は、集電部材１１のスリット部１１ｂを介して、中空部１１ａに対して露出している。 The oxidant gas ejected from the oxidant gas outlet 31 of the oxidant gas supply member 30 flows into the hollow portion 11 a from the opening on the lower surface of the current collecting member 11. The oxidant gas that has flowed into the hollow portion 11a passes through the slit portion 11b and is supplied to the oxidant electrode layer 16 of the fuel cell 10 or from the opening at the upper end of the hollow portion 11a. Flows into the closing member 40. That is, in this embodiment, in the space | gap (for example, hollow part 11a) between adjacent fuel cell 10 (adjacent cell support 13), oxidizing gas distribute | circulates from the bottom to the top. Here, a part of the rear surface of the oxidant electrode layer 16 of the fuel cell 10 is exposed to the hollow portion 11 a through the slit portion 11 b of the current collecting member 11.
燃料電池装置１においては、改質器６にて生成された改質ガスが、図示しない改質ガスの供給管を通じて分配用のマニホールド９に供給される。
マニホールド９に供給された改質ガスは、燃料電池スタック７、８を構成する燃料電池セル１０に分配され、各燃料電池セル１０のセル支持体１３に形成されているガス流路１２に供給されて、ガス流路１２を上昇する。この過程で、改質ガス中の水素がセル支持体１３内を透過して燃料極層１４に達する。
一方、酸化剤ガスは、集電部材１１の中空部１１ａ内からスリット部１１ｂを通って燃料電池セル１０の酸化剤極層１６に供給される。これにより、酸化剤ガス中の酸素が酸化剤極層１６に達する。
In the fuel cell device 1, the reformed gas generated by the reformer 6 is supplied to a distribution manifold 9 through a reformed gas supply pipe (not shown).
The reformed gas supplied to the manifold 9 is distributed to the fuel cells 10 constituting the fuel cell stacks 7 and 8 and supplied to the gas flow path 12 formed in the cell support 13 of each fuel cell 10. Then, the gas flow path 12 is raised. In this process, hydrogen in the reformed gas permeates the cell support 13 and reaches the fuel electrode layer 14.
On the other hand, the oxidant gas is supplied from the hollow portion 11 a of the current collecting member 11 to the oxidant electrode layer 16 of the fuel cell 10 through the slit portion 11 b. Thereby, oxygen in the oxidant gas reaches the oxidant electrode layer 16.
固体酸化物電解質層１５は、高温下で酸化物イオンを伝導する。燃料極層１４は、酸化物イオンと改質ガス中の水素とを反応させて、電子及び水を発生させる。酸化剤極層１６は、酸化剤ガス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、燃料電池セル１０の酸化剤極層（カソード層）１６にて、下記（１）式の電極反応が生起され、燃料極層（アノード層）１４にて、下記（２）式の電極反応が生起されて、発電がなされる。
カソード層： １／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−（電解質） ・・・（１）
アノード層： Ｏ２−（電解質）＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− ・・・（２）
The solid oxide electrolyte layer 15 conducts oxide ions at a high temperature. The fuel electrode layer 14 generates electrons and water by reacting oxide ions with hydrogen in the reformed gas. The oxidant electrode layer 16 generates oxide ions by reacting oxygen and electrons in the oxidant gas.
Accordingly, an electrode reaction of the following formula (1) occurs in the oxidant electrode layer (cathode layer) 16 of the fuel cell 10, and an electrode reaction of the following formula (2) occurs in the fuel electrode layer (anode layer) 14. Is generated and power is generated.
Cathode layer: 1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (electrolyte) (1)
Anode layer: O 2− (electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e − (2)
ここで、燃料電池セル１０を構成する燃料極層１４、固体酸化物電解質層１５、酸化剤極層１６、及び、インターコネクタ１７については、各々の厚さ（換言すれば、前後方向の長さ）が、セル支持体１３の厚さ（換言すれば、前後方向の長さ）に比べて十分に小さい。それゆえ、図２及び図３では、燃料極層１４、固体酸化物電解質層１５、酸化剤極層１６、及び、インターコネクタ１７の図示を省略している。また、図２では集電部材１１の図示を簡略化している。 Here, the fuel electrode layer 14, the solid oxide electrolyte layer 15, the oxidant electrode layer 16, and the interconnector 17 constituting the fuel battery cell 10 have respective thicknesses (in other words, lengths in the front-rear direction). ) Is sufficiently smaller than the thickness of the cell support 13 (in other words, the length in the front-rear direction). 2 and 3, the fuel electrode layer 14, the solid oxide electrolyte layer 15, the oxidant electrode layer 16, and the interconnector 17 are not shown. Moreover, in FIG. 2, the illustration of the current collecting member 11 is simplified.
次に、閉塞部材４０について、図１〜図４に加えて、図５を用いて説明する。
図５は、閉塞部材４０の斜視図である。
燃料電池スタック７、８は、各々が、複数の閉塞部材４０を備える。閉塞部材４０は、前後一対の傾斜板４１、４２と、前側板４３と、後側板４４と、左側板４５と、右側板４６と、を含んで構成される。
Next, the closing member 40 will be described with reference to FIG. 5 in addition to FIGS.
FIG. 5 is a perspective view of the closing member 40.
Each of the fuel cell stacks 7 and 8 includes a plurality of closing members 40. The closing member 40 includes a pair of front and rear inclined plates 41 and 42, a front side plate 43, a rear side plate 44, a left side plate 45, and a right side plate 46.
前側の傾斜板４１と後側の傾斜板４２とは、上方に向かうほど互いに近づくように、三角屋根形状に形成されている。
前側板４３は矩形状であり、前側の傾斜板４１の下端部から下方に延びている。
後側板４４は矩形状であり、後側の傾斜板４２の下端部から下方に延びている。
The front inclined plate 41 and the rear inclined plate 42 are formed in a triangular roof shape so as to approach each other as they go upward.
The front plate 43 has a rectangular shape and extends downward from the lower end of the front inclined plate 41.
The rear plate 44 has a rectangular shape and extends downward from the lower end of the rear inclined plate 42.
閉塞部材４０の傾斜板４１、４２、前側板４３、及び後側板４４は、１枚の金属板を折り曲げて一体的に形成され得る。尚、閉塞部材４０の傾斜板４１、４２、前側板４３、及び後側板４４の形成方法はこれに限らない。例えば、１枚の金属板を折り曲げて閉塞部材４０の傾斜板４１及び前側板４３を形成し、別の１枚の金属板を折り曲げて閉塞部材４０の傾斜板４２及び後側板４４を形成して、傾斜板４１、４２の上端部同士を固定してもよい。また、４枚の金属板を、閉塞部材４０の傾斜板４１、４２、前側板４３、及び後側板４４として、これら金属板を組み立ててもよい。すなわち、一対の傾斜板４１、４２については、１枚の金属板を折り曲げて一体的に形成可能であり、又は、２枚の金属板を組み合わせて形成可能である。 The inclined plates 41 and 42, the front side plate 43, and the rear side plate 44 of the closing member 40 can be integrally formed by bending a single metal plate. Note that the method of forming the inclined plates 41 and 42, the front side plate 43, and the rear side plate 44 of the closing member 40 is not limited to this. For example, the inclined plate 41 and the front plate 43 of the closing member 40 are formed by bending one metal plate, and the inclined plate 42 and the rear plate 44 of the closing member 40 are formed by bending another metal plate. The upper ends of the inclined plates 41 and 42 may be fixed. Further, the four metal plates may be assembled as the inclined plates 41 and 42 of the closing member 40, the front side plate 43, and the rear side plate 44. That is, the pair of inclined plates 41 and 42 can be formed integrally by bending one metal plate, or can be formed by combining two metal plates.
閉塞部材４０の左側板４５は、閉塞部材４０の傾斜板４１、４２、前側板４３、及び後側板４４の左側縁により区画される左側開口を塞ぐように配置されており、１枚の金属板により形成される。
閉塞部材４０の右側板４６は、閉塞部材４０の傾斜板４１、４２、前側板４３、及び後側板４４の右側縁により区画される右側開口を塞ぐように配置されており、１枚の金属板により形成される。
The left side plate 45 of the closing member 40 is disposed so as to close the left side opening defined by the left side edges of the inclined plates 41 and 42, the front side plate 43, and the rear side plate 44 of the closing member 40, and is a single metal plate. It is formed by.
The right side plate 46 of the closing member 40 is disposed so as to close the right side opening defined by the right side edges of the inclined plates 41 and 42, the front side plate 43, and the rear side plate 44 of the closing member 40. It is formed by.
閉塞部材４０の傾斜板４１、４２には、それぞれ、複数個（図では５個）の噴口４７、４８が貫通形成されている。
図５に示す閉塞部材４０を、図１〜図３に示すように、隣り合う燃料電池セル１０（セル支持体１３）の上端部間に配置することで、閉塞部材４０は、当該上端部間の空隙を閉塞する。
尚、閉塞部材４０は、集電部材３０上に載置され得る。また、閉塞部材４０は、隣接する燃料電池セル１０に接触し得る。
A plurality (five in the figure) of nozzle holes 47 and 48 are formed through the inclined plates 41 and 42 of the closing member 40, respectively.
As shown in FIGS. 1 to 3, the closing member 40 shown in FIG. 5 is disposed between the upper end portions of adjacent fuel cells 10 (cell support 13), so that the closing member 40 is located between the upper end portions. To close the gap.
The closing member 40 can be placed on the current collecting member 30. Further, the closing member 40 can come into contact with the adjacent fuel cell 10.
閉塞部材４０の前側の傾斜板４１の各噴口４７については、その前側にて隣接する燃料電池セル１０の上方に位置するオフガス燃焼部３５に向かって斜め上向きに、余剰の酸化剤ガスを噴射させるように形成されている。
閉塞部材４０の後側の傾斜板４２の各噴口４８については、その後側にて隣接する燃料電池セル１０の上方に位置するオフガス燃焼部３５に向かって斜め上向きに、余剰の酸化剤ガスを噴射させるように形成されている。
従って、噴口４７、４８は、本発明の「第２の噴口」に対応するものである。
With respect to each nozzle hole 47 of the inclined plate 41 on the front side of the closing member 40, excess oxidant gas is injected obliquely upward toward the off-gas combustion unit 35 located above the adjacent fuel cell 10 on the front side. It is formed as follows.
For each nozzle hole 48 of the inclined plate 42 on the rear side of the closing member 40, excess oxidant gas is injected obliquely upward toward the off-gas combustion part 35 located above the adjacent fuel cell 10 on the rear side. It is formed to let you.
Therefore, the nozzle holes 47 and 48 correspond to the “second nozzle holes” of the present invention.
図３に示すように、燃料電池セル１０（セル支持体１３）の上端部の複数個（図では６個）の開口１２ａと、それに隣接する閉塞部材４０の複数個（図では５個）の噴口４７とは、上面視で千鳥状に配置されている。この点は、閉塞部材４０の噴口４８についても同様である。
また、燃料電池セル１０（セル支持体１３）の上端部の開口１２ａと、閉塞部材４０の噴口４７とは、前後方向（前述の水平一方向）で隣り合わない。この点は、閉塞部材４０の噴口４８についても同様である。
As shown in FIG. 3, a plurality (six in the figure) of openings 12a at the upper end of the fuel battery cell 10 (cell support 13) and a plurality (five in the figure) of the closing members 40 adjacent thereto are shown. The nozzle holes 47 are arranged in a zigzag shape when viewed from above. The same applies to the nozzle hole 48 of the closing member 40.
Further, the opening 12a at the upper end of the fuel battery cell 10 (cell support 13) and the injection hole 47 of the closing member 40 are not adjacent to each other in the front-rear direction (the aforementioned horizontal one direction). The same applies to the nozzle hole 48 of the closing member 40.
従って、集電部材１１の中空部１１ａの上端部の開口から閉塞部材４０内に流出した余剰の酸化剤ガスは、噴口４７、４８より、オフガス燃焼部３５に向かって斜め上向きに噴射される。このときに、燃料電池セル１０の上端部の開口１２ａの上方に形成される火炎を避けるように酸化剤ガスが噴射されるので、当該火炎が酸化剤ガスにより吹き消されることを抑制することができると共に、オフガス燃焼部３５における拡散燃焼を良好に行うことができる。 Accordingly, excess oxidant gas that has flowed into the closing member 40 from the opening at the upper end of the hollow portion 11 a of the current collecting member 11 is injected obliquely upward toward the off-gas combustion unit 35 from the injection holes 47 and 48. At this time, since the oxidant gas is injected so as to avoid the flame formed above the opening 12a at the upper end of the fuel cell 10, it is possible to prevent the flame from being blown out by the oxidant gas. In addition, diffusion combustion in the off-gas combustion unit 35 can be performed satisfactorily.
図１に示すように、燃焼室区画部材２の内面には、内部断熱材６０が内張されている。内部断熱材６０は、左側部６１、右側部６２、及び下側部６３を含んで構成され、溝形状（コ字形状）の断面を有して前後方向に延在している。
内部断熱材６０の左側部６１は、燃焼室区画部材２の左側の長側面２ｂの内壁に面接触するように配置されている。
As shown in FIG. 1, an internal heat insulating material 60 is lined on the inner surface of the combustion chamber partition member 2. The internal heat insulating material 60 is configured to include a left side portion 61, a right side portion 62, and a lower side portion 63, and has a groove-shaped (U-shaped) cross section and extends in the front-rear direction.
The left side portion 61 of the internal heat insulating material 60 is disposed so as to be in surface contact with the inner wall of the long side surface 2 b on the left side of the combustion chamber partition member 2.
内部断熱材６０の右側部６２は、燃焼室区画部材２の右側の長側面２ｃの内壁に面接触するように配置されている。
内部断熱材６０の下側部６３は、燃焼室区画部材２の底面２ａとマニホールド９との間に介装されている。
The right side portion 62 of the internal heat insulating material 60 is disposed so as to be in surface contact with the inner wall of the long side surface 2 c on the right side of the combustion chamber partition member 2.
The lower side portion 63 of the internal heat insulating material 60 is interposed between the bottom surface 2 a of the combustion chamber partition member 2 and the manifold 9.
左側の燃料電池スタック７と内部断熱材６０の左側部６１との間には、燃料電池スタック７の前後方向に沿う左側面を覆うように、断熱材７０が介装されている。断熱材７０は、第１の断熱部材７１及び第２の断熱部材７２からなる２層構造である。
第１の断熱部材７１は柔軟性を有する。第１の断熱部材７１は、その右側面が、燃料電池スタック７の燃料電池セル１０の左側面に接触する。第１の断熱部材７１としては、例えば、ブランケット状の断熱部材が用いられる。
第２の断熱部材７２は、第１の断熱部材７１よりも硬質である。第２の断熱部材７２は、その右側面が第１の断熱部材７１に面接触して、左側面が、内部断熱材６０の左側部６１に面接触する。
A heat insulating material 70 is interposed between the left fuel cell stack 7 and the left side portion 61 of the internal heat insulating material 60 so as to cover the left side surface along the front-rear direction of the fuel cell stack 7. The heat insulating material 70 has a two-layer structure including a first heat insulating member 71 and a second heat insulating member 72.
The first heat insulating member 71 has flexibility. The right side surface of the first heat insulating member 71 is in contact with the left side surface of the fuel cell 10 of the fuel cell stack 7. As the first heat insulating member 71, for example, a blanket-shaped heat insulating member is used.
The second heat insulating member 72 is harder than the first heat insulating member 71. The right side surface of the second heat insulating member 72 is in surface contact with the first heat insulating member 71, and the left side surface is in surface contact with the left side portion 61 of the internal heat insulating material 60.
左側の燃料電池スタック７と酸化剤ガス供給部材３０との間には、燃料電池スタック７の前後方向に沿う右側面を覆うように、断熱材７３が介装されている。断熱材７３は、第１の断熱部材７４及び第２の断熱部材７５からなる２層構造である。
第１の断熱部材７４は柔軟性を有する。第１の断熱部材７４は、その左側面が、燃料電池スタック７の燃料電池セル１０の右側面に接触する。第１の断熱部材７４としては、例えば、ブランケット状の断熱部材が用いられる。
A heat insulating material 73 is interposed between the left fuel cell stack 7 and the oxidant gas supply member 30 so as to cover the right side surface along the front-rear direction of the fuel cell stack 7. The heat insulating material 73 has a two-layer structure including a first heat insulating member 74 and a second heat insulating member 75.
The first heat insulating member 74 has flexibility. The left side surface of the first heat insulating member 74 is in contact with the right side surface of the fuel cell 10 of the fuel cell stack 7. As the first heat insulating member 74, for example, a blanket-shaped heat insulating member is used.
第２の断熱部材７５は、第１の断熱部材７４よりも硬質である。第２の断熱部材７５は、その左側面が第１の断熱部材７４に面接触して、右側面が、酸化剤ガス供給部材３０の左側面に面接触する。
尚、断熱材７３については、その下端が、酸化剤ガス供給部材３０の酸化剤ガス噴出口３１より上方に位置する。これにより、酸化剤ガス供給部材３０の酸化剤ガス噴出口３１から燃料電池スタック７への酸化剤ガスの供給をスムーズに行うことができる。
The second heat insulating member 75 is harder than the first heat insulating member 74. The left side surface of the second heat insulating member 75 is in surface contact with the first heat insulating member 74, and the right side surface is in surface contact with the left side surface of the oxidant gas supply member 30.
Note that the lower end of the heat insulating material 73 is positioned above the oxidant gas outlet 31 of the oxidant gas supply member 30. Thereby, the oxidant gas can be smoothly supplied from the oxidant gas outlet 31 of the oxidant gas supply member 30 to the fuel cell stack 7.
断熱材７０は、燃料電池スタック７における燃料電池セル１０同士の間の空隙を流通する酸化剤ガスが、燃料電池スタック７と内部断熱材６０の左側部６１との間の空間に漏れ出すことを抑制する。また、断熱材７３は、燃料電池スタック７における燃料電池セル１０同士の間の空隙を流通する酸化剤ガスが、燃料電池スタック７と酸化剤ガス供給部材３０との間の空間に漏れ出すことを抑制する。それゆえ、酸化剤ガス供給部材３０の酸化剤ガス噴出口３１から噴出された酸化剤ガスを、燃料電池スタック７（特に、燃料電池セル１０同士の間の空隙）に効率良く供給することができる。 The heat insulating material 70 prevents the oxidant gas flowing through the gap between the fuel cells 10 in the fuel cell stack 7 from leaking into the space between the fuel cell stack 7 and the left side portion 61 of the internal heat insulating material 60. Suppress. Further, the heat insulating material 73 prevents the oxidant gas flowing in the gap between the fuel cells 10 in the fuel cell stack 7 from leaking into the space between the fuel cell stack 7 and the oxidant gas supply member 30. Suppress. Therefore, the oxidant gas ejected from the oxidant gas outlet 31 of the oxidant gas supply member 30 can be efficiently supplied to the fuel cell stack 7 (particularly, the gap between the fuel cell 10). .
右側の燃料電池スタック８と内部断熱材６０の右側部６２との間には、燃料電池スタック８の前後方向に沿う右側面を覆うように、断熱材８０が介装されている。断熱材８０は、第１の断熱部材８１及び第２の断熱部材８２からなる２層構造である。
第１の断熱部材８１は柔軟性を有する。第１の断熱部材８１は、その左側面が、燃料電池スタック８の燃料電池セル１０の右側面に接触する。第１の断熱部材８１としては、例えば、ブランケット状の断熱部材が用いられる。
第２の断熱部材８２は、第１の断熱部材８１よりも硬質である。第２の断熱部材８２は、その左側面が第１の断熱部材８１に面接触して、右側面が、内部断熱材６０の右側部６２に面接触する。
A heat insulating material 80 is interposed between the right fuel cell stack 8 and the right side portion 62 of the internal heat insulating material 60 so as to cover the right side surface along the front-rear direction of the fuel cell stack 8. The heat insulating material 80 has a two-layer structure including a first heat insulating member 81 and a second heat insulating member 82.
The first heat insulating member 81 has flexibility. The left side surface of the first heat insulating member 81 is in contact with the right side surface of the fuel cell 10 of the fuel cell stack 8. As the first heat insulating member 81, for example, a blanket-shaped heat insulating member is used.
The second heat insulating member 82 is harder than the first heat insulating member 81. The left side surface of the second heat insulating member 82 is in surface contact with the first heat insulating member 81, and the right side surface is in surface contact with the right side portion 62 of the internal heat insulating material 60.
右側の燃料電池スタック８と酸化剤ガス供給部材３０との間には、燃料電池スタック８の前後方向に沿う左側面を覆うように、断熱材８３が介装されている。断熱材８３は、第１の断熱部材８４及び第２の断熱部材８５からなる２層構造である。
第１の断熱部材８４は柔軟性を有する。第１の断熱部材８４は、その右側面が、燃料電池スタック８の燃料電池セル１０の左側面に接触する。第１の断熱部材８４としては、例えば、ブランケット状の断熱部材が用いられる。
A heat insulating material 83 is interposed between the right fuel cell stack 8 and the oxidant gas supply member 30 so as to cover the left side surface along the front-rear direction of the fuel cell stack 8. The heat insulating material 83 has a two-layer structure including a first heat insulating member 84 and a second heat insulating member 85.
The first heat insulating member 84 has flexibility. The right side surface of the first heat insulating member 84 is in contact with the left side surface of the fuel cell 10 of the fuel cell stack 8. As the first heat insulating member 84, for example, a blanket-shaped heat insulating member is used.
第２の断熱部材８５は、第１の断熱部材８４よりも硬質である。第２の断熱部材８５は、その右側面が第１の断熱部材８４に面接触して、左側面が、酸化剤ガス供給部材３０の右側面に面接触する。
尚、断熱材８３については、その下端が、酸化剤ガス供給部材３０の酸化剤ガス噴出口３１より上方に位置する。これにより、酸化剤ガス供給部材３０の酸化剤ガス噴出口３１から燃料電池スタック８への酸化剤ガスの供給をスムーズに行うことができる。
The second heat insulating member 85 is harder than the first heat insulating member 84. The right side surface of the second heat insulating member 85 is in surface contact with the first heat insulating member 84, and the left side surface is in surface contact with the right side surface of the oxidant gas supply member 30.
The lower end of the heat insulating material 83 is positioned above the oxidant gas outlet 31 of the oxidant gas supply member 30. Thereby, the oxidant gas can be smoothly supplied from the oxidant gas outlet 31 of the oxidant gas supply member 30 to the fuel cell stack 8.
断熱材８０は、燃料電池スタック８における燃料電池セル１０同士の間の空隙を流通する酸化剤ガスが、燃料電池スタック８と内部断熱材６０の右側部６２との間の空間に漏れ出すことを抑制する。また、断熱材８３は、燃料電池スタック８における燃料電池セル１０同士の間の空隙を流通する酸化剤ガスが、燃料電池スタック８と酸化剤ガス供給部材３０との間の空間に漏れ出すことを抑制する。それゆえ、酸化剤ガス供給部材３０の酸化剤ガス噴出口３１から噴出された酸化剤ガスを、燃料電池スタック８（特に、燃料電池セル１０同士の間の空隙）に効率良く供給することができる。 The heat insulating material 80 prevents the oxidant gas flowing through the gap between the fuel cells 10 in the fuel cell stack 8 from leaking into the space between the fuel cell stack 8 and the right side portion 62 of the internal heat insulating material 60. Suppress. Further, the heat insulating material 83 prevents the oxidant gas flowing through the gap between the fuel cells 10 in the fuel cell stack 8 from leaking into the space between the fuel cell stack 8 and the oxidant gas supply member 30. Suppress. Therefore, the oxidant gas ejected from the oxidant gas ejection port 31 of the oxidant gas supply member 30 can be efficiently supplied to the fuel cell stack 8 (particularly, the gap between the fuel cells 10). .
本実施形態によれば、燃料電池装置１は、改質ガス（燃料ガス）と酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池スタック７、８と、燃料電池スタック７、８の上端部から排出される余剰の改質ガスを余剰の酸化剤ガスを用いて燃焼させるオフガス燃焼部３５（燃焼部）と、を含んで構成される。燃料電池スタック７、８は、各々が、複数の燃料電池セル１０を前後方向（水平一方向）に空隙を空けて並べてなる。燃料電池セル１０は、上下方向に延在するセル支持体１３を含む。セル支持体１３は、その上端部に、オフガス燃焼部３５に向かって上向きに、余剰の改質ガスを噴出させる少なくとも１つの開口１２ａ（第１の噴口）を備える。隣り合うセル支持体１３同士の間の空隙では下から上へ酸化剤ガスが流通する。燃料電池スタック７、８は、隣り合うセル支持体１３の上端部間に配置されてこの上端部間の空隙を閉塞する閉塞部材４０と、閉塞部材４０に形成されて、隣接するセル支持体１３の上端部上方のオフガス燃焼部３５に向かって斜め上向きに、余剰の酸化剤ガスを噴出させる少なくとも１つの噴口４７、４８（第２の噴口）と、を備える。閉塞部材４０は、上方に向かうほど互いに近づく一対の傾斜板４１、４２を含んで構成され、各傾斜板４１、４２に噴口４７、４８が形成される。これにより、余剰の酸化剤ガスをセル支持体１３の上端部上方のオフガス燃焼部３５へ安定的に供給することができるので、オフガス燃焼部３５の火炎の安定性を向上させることができ、ひいては、オフガス燃焼部３５での失火の発生を抑止することができる。また、負荷変動が生じた場合でも、負荷変動に応じた酸化剤ガスがオフガス燃焼部３５に安定的に供給されるので、オフガス燃焼部３５の火炎の安定性を向上させることができる。 According to this embodiment, the fuel cell device 1 is discharged from the fuel cell stacks 7 and 8 that generate electricity by reacting the reformed gas (fuel gas) and the oxidant gas, and from the upper ends of the fuel cell stacks 7 and 8. And an off-gas combustion unit 35 (combustion unit) that combusts the surplus reformed gas using the surplus oxidant gas. Each of the fuel cell stacks 7 and 8 is formed by arranging a plurality of fuel cells 10 with a gap in the front-rear direction (one horizontal direction). The fuel cell 10 includes a cell support 13 that extends in the vertical direction. The cell support 13 includes, at its upper end, at least one opening 12a (first injection port) for ejecting excess reformed gas upward toward the off-gas combustion unit 35. In the space between the adjacent cell supports 13, the oxidant gas flows from the bottom to the top. The fuel cell stacks 7 and 8 are disposed between the upper end portions of the adjacent cell support bodies 13 to close the gap between the upper end portions. The fuel cell stacks 7 and 8 are formed in the closing member 40 and adjacent to the cell support body 13. And at least one nozzle 47, 48 (second nozzle) for ejecting excess oxidant gas obliquely upward toward the off-gas combustion section 35 above the upper end of the nozzle. The closing member 40 includes a pair of inclined plates 41 and 42 that are closer to each other toward the upper side, and nozzles 47 and 48 are formed in the inclined plates 41 and 42, respectively. Thereby, surplus oxidant gas can be stably supplied to the off-gas combustion part 35 above the upper end part of the cell support 13, so that the stability of the flame of the off-gas combustion part 35 can be improved, and consequently The occurrence of misfire in the off-gas combustion unit 35 can be suppressed. Further, even when a load change occurs, the oxidant gas corresponding to the load change is stably supplied to the off-gas combustion unit 35, so that the flame stability of the off-gas combustion unit 35 can be improved.
また本実施形態によれば、セル支持体１３の上端部に隣接する傾斜板４１、４２の基部（下部）の近傍に渦流域９０（図２参照）が形成され、この渦流域９０にて、余剰の改質ガスの一部と余剰の酸化剤ガスの一部とが混合されて可燃混合気が形成され得るので、渦流域９０にて火炎が形成され得る。また、渦流域９０における比較的高温の渦流（換言すれば再循環流）によって傾斜板４１、４２の基部が加熱され得る。ゆえに、渦流域９０にて形成され得る火炎と、傾斜板４１、４２の基部の高温化とにより、オフガス燃焼部３５の火炎が良好に保持され得る。従って、オフガス燃焼部３５の火炎の安定性を向上させることができ、ひいては、オフガス燃焼部３５での失火の発生を抑制することができる。 Further, according to the present embodiment, the vortex region 90 (see FIG. 2) is formed in the vicinity of the base portions (lower portions) of the inclined plates 41 and 42 adjacent to the upper end portion of the cell support 13, and in this vortex region 90, Since a part of the surplus reformed gas and a part of the surplus oxidant gas can be mixed to form a combustible mixture, a flame can be formed in the vortex region 90. Further, the base portions of the inclined plates 41 and 42 can be heated by a relatively high-temperature eddy current (in other words, a recirculation flow) in the vortex region 90. Therefore, the flame of the off-gas combustion part 35 can be satisfactorily maintained by the flame that can be formed in the vortex region 90 and the high temperature of the base portions of the inclined plates 41 and 42. Therefore, the flame stability of the off-gas combustion unit 35 can be improved, and consequently the occurrence of misfire in the off-gas combustion unit 35 can be suppressed.
また本実施形態によれば、燃料電池セル１０は、セル支持体１３の１つの面（側面）に燃料極層１４、固体酸化物電解質層１５、酸化剤極層１６を積層して構成される。セル支持体１３は、多孔性物質により形成されて、内部に下端部から上端部側へ改質ガス（燃料ガス）が流通する少なくとも１つのガス流路１２（燃料ガス流路）を有する。そして、ガス流路１２の上端部の開口１２ａが前記第１の噴口をなす。これにより、燃料電池セル１０を簡素な構成とすることができる。 Further, according to the present embodiment, the fuel cell 10 is configured by laminating the fuel electrode layer 14, the solid oxide electrolyte layer 15, and the oxidant electrode layer 16 on one surface (side surface) of the cell support 13. . The cell support 13 is formed of a porous material and has at least one gas passage 12 (fuel gas passage) in which the reformed gas (fuel gas) flows from the lower end to the upper end. And the opening 12a of the upper end part of the gas flow path 12 makes a said 1st nozzle. Thereby, the fuel battery cell 10 can be made into a simple structure.
また本実施形態によれば、閉塞部材４０は、一対の傾斜板４１、４２により三角屋根形状に形成される。これにより、傾斜板４１、４２の基部の近傍にて渦流域９０を良好に形成することができる。 According to the present embodiment, the closing member 40 is formed in a triangular roof shape by the pair of inclined plates 41 and 42. Thereby, the vortex | eddy_current area 90 can be favorably formed in the vicinity of the base part of the inclined plates 41 and 42. FIG.
また本実施形態によれば、複数の開口１２ａ（第１の噴口）と、複数の噴口４７、４８（第２の噴口）とは、上面視で千鳥状に配置される。これにより、燃料電池セル１０の上端部の開口１２ａの上方に形成される火炎を避けるように酸化剤ガスが噴射されるので、当該火炎が酸化剤ガスにより吹き消されることを抑制することができると共に、オフガス燃焼部３５における拡散燃焼を良好に行うことができる。 Further, according to the present embodiment, the plurality of openings 12a (first nozzle holes) and the plurality of nozzle holes 47 and 48 (second nozzle holes) are arranged in a staggered manner when viewed from above. Thereby, since oxidant gas is injected so that the flame formed above the opening 12a of the upper end part of the fuel cell 10 may be avoided, it can suppress that the said flame blows off by oxidant gas. At the same time, diffusion combustion in the off-gas combustion unit 35 can be performed satisfactorily.
また本実施形態によれば、開口１２ａ（第１の噴口）と、噴口４７、４８（第２の噴口）とは、上面視で、前後方向（水平一方向）で隣り合わないように配置される。これにより、燃料電池セル１０の上端部の開口１２ａの上方に形成される火炎を避けるように酸化剤ガスが噴射されるので、当該火炎が酸化剤ガスにより吹き消されることを抑制することができると共に、オフガス燃焼部３５における拡散燃焼を良好に行うことができる。 Further, according to the present embodiment, the opening 12a (first nozzle) and the nozzles 47 and 48 (second nozzle) are arranged so as not to be adjacent to each other in the front-rear direction (horizontal one direction) in a top view. The Thereby, since oxidant gas is injected so that the flame formed above the opening 12a of the upper end part of the fuel cell 10 may be avoided, it can suppress that the said flame blows off by oxidant gas. At the same time, diffusion combustion in the off-gas combustion unit 35 can be performed satisfactorily.
また本実施形態によれば、燃料電池装置１は、燃料電池スタック７、８の、前後方向（水平一方向）に沿う左右両側面を覆う断熱材７０、７３、８０、８３を更に含んで構成される。これにより、燃料電池スタック７、８における燃料電池セル１０同士の間の空隙を流通する酸化剤ガスが、燃料電池スタック７、８の側方の空間に漏れ出すことを抑制することができるので、酸化剤ガス供給部材３０の酸化剤ガス噴出口３１から噴出された酸化剤ガスを、燃料電池スタック７、８（特に、燃料電池セル１０同士の間の空隙）に効率良く供給することができる。また、本実施形態によれば、噴口４７、４８が形成された傾斜板４１、４２を備える閉塞部材４０と断熱材７０、７３、８０、８３とにより、酸化剤ガスの流れを制限する。これにより、燃焼に関与しない酸化剤ガスが燃料電池スタック７、８の周辺に供給されることを抑制できるので、補機動力の低減等のエネルギーの低減を実現することができ、ひいては、効率を向上させることができる。 Further, according to the present embodiment, the fuel cell device 1 further includes the heat insulating materials 70, 73, 80, and 83 that cover the left and right side surfaces of the fuel cell stacks 7 and 8 along the front-rear direction (one horizontal direction). Is done. As a result, the oxidant gas flowing through the gap between the fuel cells 10 in the fuel cell stacks 7 and 8 can be prevented from leaking into the space on the side of the fuel cell stacks 7 and 8. The oxidant gas ejected from the oxidant gas outlet 31 of the oxidant gas supply member 30 can be efficiently supplied to the fuel cell stacks 7 and 8 (particularly, the space between the fuel cell 10). Moreover, according to this embodiment, the flow of oxidant gas is restrict | limited by the obstruction | occlusion member 40 provided with the inclined plates 41 and 42 in which the nozzle holes 47 and 48 were formed, and the heat insulating materials 70, 73, 80, and 83. As a result, it is possible to suppress the supply of the oxidant gas that is not involved in the combustion to the periphery of the fuel cell stacks 7 and 8, so that it is possible to realize a reduction in energy such as a reduction in the power of auxiliary machinery, and thus the efficiency. Can be improved.
また本実施形態によれば、断熱材７０、７３、８０、８３は、柔軟性を有し、かつ、燃料電池セル１０に接触する第１の断熱部材７１、７４、８１、８４と、第１の断熱部材７１、７４、８１、８４よりも硬質な第２の断熱部材７２、７５、８２、８５と、からなる２層構造である。これにより、第１の断熱部材７１、７４、８１、８４が燃料電池セル１０に良好に密着するので、断熱材７０、７３、８０、８３とセルスタック７、８との間に隙間が形成されることを抑制することができる。 Further, according to the present embodiment, the heat insulating materials 70, 73, 80, 83 have flexibility and the first heat insulating members 71, 74, 81, 84 that contact the fuel cell 10, and the first The heat insulating members 71, 74, 81, and 84 are harder than the second heat insulating members 72, 75, 82, and 85. As a result, the first heat insulating members 71, 74, 81, 84 are in good contact with the fuel cell 10, so that a gap is formed between the heat insulating materials 70, 73, 80, 83 and the cell stacks 7, 8. Can be suppressed.
また本実施形態によれば、燃料電池装置１は、オフガス燃焼部３５の上方に配置され、原燃料を改質して、燃料電池スタック７、８に供給する改質ガス（燃料ガス）を生成する改質器６（燃料改質器）を更に含んで構成される。これにより、オフガス燃焼部３５での燃焼熱によって改質器６の加熱を行うことができる。 Further, according to the present embodiment, the fuel cell device 1 is disposed above the off-gas combustion unit 35, reforms the raw fuel, and generates a reformed gas (fuel gas) to be supplied to the fuel cell stacks 7 and 8. It further includes a reformer 6 (fuel reformer). Thereby, the reformer 6 can be heated by the combustion heat in the off-gas combustion unit 35.
尚、本実施形態では、燃料電池スタック７、８に供給される燃料ガスの一例として改質ガスを挙げて説明したが、燃料電池スタック７、８に供給される燃料ガスはこれに限らず、例えば、純水素であってもよい。この場合には、燃料電池装置１において、改質器６の構成が省かれる。 In the present embodiment, the reformed gas has been described as an example of the fuel gas supplied to the fuel cell stacks 7 and 8, but the fuel gas supplied to the fuel cell stacks 7 and 8 is not limited thereto. For example, pure hydrogen may be used. In this case, the configuration of the reformer 6 is omitted in the fuel cell device 1.
以上からわかるように、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。 As can be seen from the foregoing, the illustrated embodiments are merely illustrative of the present invention, and the present invention is made by those skilled in the art within the scope of the claims in addition to those directly illustrated by the described embodiments. Needless to say, it includes various improvements and changes.
１ 燃料電池装置
２ 燃焼室区画部材
２ａ 底面
２ｂ、２ｃ 長側面
３ 天板
４ 空隙
５ スリット
６ 改質器
７、８ 燃料電池スタック
９ マニホールド
１０ 燃料電池セル
１１ 集電部材
１１ａ 中空部
１１ｂ スリット部
１２ ガス流路
１２ａ 開口（第１の噴口）
１３ セル支持体
１４ 燃料極層
１５ 固体酸化物電解質層
１６ 酸化剤極層
１７ インターコネクタ
３０ 酸化剤ガス供給部材
３１ 酸化剤ガス噴出口
３５ オフガス燃焼部
４０ 閉塞部材
４１、４２ 傾斜板
４３ 前側板
４４ 後側板
４５ 左側板
４６ 右側板
４７、４８ 噴口（第２の噴口）
６０ 内部断熱材
６１ 左側部
６２ 右側部
６３ 下側部
７０、７３、８０、８３ 断熱材
７１、７４、８１、８４ 第１の断熱部材
７２、７５、８２、８５ 第２の断熱部材
９０ 渦流域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell apparatus 2 Combustion chamber partition member 2a Bottom surface 2b, 2c Long side surface 3 Top plate 4 Cavity 5 Slit 6 Reformer 7, 8 Fuel cell stack 9 Manifold 10 Fuel cell 11 Current collecting member 11a Hollow part 11b Slit part 12 Gas channel 12a opening (first nozzle)
13 Cell Support 14 Fuel Electrode Layer 15 Solid Oxide Electrolyte Layer 16 Oxidant Electrode Layer 17 Interconnector 30 Oxidant Gas Supply Member 31 Oxidant Gas Outlet 35 Off-Gas Combustion Portion 40 Blocking Member 41, 42 Inclined Plate 43 Front Plate 44 Rear side plate 45 Left side plate 46 Right side plate 47, 48 nozzle (second nozzle)
60 inner heat insulating material 61 left side 62 right side 63 lower side 70, 73, 80, 83 heat insulating material 71, 74, 81, 84 first heat insulating member 72, 75, 82, 85 second heat insulating member 90 vortex region
Claims (8)
該燃料電池スタックの上端部から排出される余剰の燃料ガスを余剰の酸化剤ガスを用いて燃焼させる燃焼部と、
を含んで構成される燃料電池装置であって、
前記燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを水平一方向に空隙を空けて並べてなり、
前記燃料電池セルは、上下方向に延在するセル支持体を含み、該セル支持体は、その上端部に、前記燃焼部に向かって上向きに、余剰の燃料ガスを噴出させる少なくとも１つの第１の噴口を備え、
隣り合う前記セル支持体同士の間の空隙では下から上へ酸化剤ガスが流通し、
前記燃料電池スタックは、
隣り合う前記セル支持体の上端部間に配置されて該上端部間の空隙を閉塞する閉塞部材と、
前記閉塞部材に形成されて、隣接する前記セル支持体の上端部上方の前記燃焼部に向かって斜め上向きに、余剰の酸化剤ガスを噴出させる少なくとも１つの第２の噴口と、を備え、
前記閉塞部材は、上方に向かうほど互いに近づく一対の傾斜板を含んで構成され、各傾斜板に前記第２の噴口が形成される、燃料電池装置。 A fuel cell stack that generates electricity by reacting fuel gas and oxidant gas; and
A combustion section for burning surplus fuel gas discharged from the upper end of the fuel cell stack using surplus oxidant gas;
A fuel cell device comprising:
The fuel cell stack is formed by arranging a plurality of fuel cells with a gap in one horizontal direction,
The fuel cell includes a cell support extending in the up-down direction, and the cell support is at least one first for ejecting surplus fuel gas at an upper end thereof upward toward the combustion unit. Equipped with a nozzle
Oxidant gas flows from the bottom to the top in the gap between the adjacent cell supports,
The fuel cell stack is
A closing member that is disposed between the upper end portions of the adjacent cell supports and closes the gap between the upper end portions;
And at least one second injection port that is formed in the closing member and jets excess oxidant gas obliquely upward toward the combustion unit above the upper end of the adjacent cell support,
The closing member is configured to include a pair of inclined plates that are closer to each other toward the upper side, and the second injection hole is formed in each inclined plate.
前記セル支持体は、多孔性物質により形成されて、内部に下端部から上端部側へ燃料ガスが流通する少なくとも１つの燃料ガス流路を有し、
前記燃料ガス流路の上端部の開口が前記第１の噴口をなす、請求項１に記載の燃料電池装置。 The fuel cell is configured by laminating a fuel electrode layer, a solid oxide electrolyte layer, and an oxidant electrode layer on a side surface of the cell support,
The cell support is formed of a porous material, and has at least one fuel gas flow channel through which fuel gas flows from the lower end to the upper end.
2. The fuel cell device according to claim 1, wherein an opening at an upper end portion of the fuel gas flow path forms the first nozzle hole.
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| JP2014058943A JP2015185280A (en) | 2014-03-20 | 2014-03-20 | Fuel battery device |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2018170118A (en) * | 2017-03-29 | 2018-11-01 | 京セラ株式会社 | Cell stack device, module and module housing device |
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- 2014-03-20 JP JP2014058943A patent/JP2015185280A/en active Pending
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