JP2017027953A - Solid oxide fuel cell and inner ring fixing method of cylindrical cell - Google Patents

Solid oxide fuel cell and inner ring fixing method of cylindrical cell Download PDF

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高記 佐藤
Takanori Sato
高記 佐藤
小川 真司
Shinji Ogawa
真司 小川
昌弘 水原
Masahiro Mizuhara
昌弘 水原
晃志 宮本
Koji Miyamoto
晃志 宮本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid oxide fuel cell configured to improve vibration resistance and impact resistance of an aggregation of cell stacks, i.e., a SOFC cartridge, when conveyed.SOLUTION: In a solid oxide fuel cell where an inner ring 50C is inserted into a cell stack 40, in order to increase flow velocity of fluid flowing through a cylindrical cell stack 40, the inner ring 50C is inserted from an upper end opening of the cell stack 40, and placed on the upper end surface of the stack by means of a plurality of tabular claws 52 extending radially in the horizontal direction from the center of the upper end face of the inner ring 50C. Four or more tabular claws 52 are arranged in the circumferential direction at equal pitch.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池及び円筒セルの中子固定方法に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell and a method for fixing a core of a cylindrical cell.

固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxcide Fuel Cell)のような燃料電池は、酸素と水素の反応を利用して電気を作り出すシステムであり、具体的には、固体酸化物(以下、「SOFC」と呼ぶ)の内側と外側に流体(酸化性ガス及び燃料ガス)を流して反応させることで電気を作り出す。
図6に示すSOFCカートリッジ10は、円筒型SOFCのセルスタック(円筒型のセルチューブ;円筒セル)40を複数集めて構成される。複数のセルスタック40は、上端及び下端をヘッダ部Ha,Hbに支持された構造となっており、セルスタック40の内側及び外側を流体が流れる構造となっている。なお、ヘッダ部Ha,Hbは、例えば燃料ガス供給室や燃料ガス排出室等を構成する部分でもある。
A fuel cell such as a solid oxide fuel cell (SOFC) is a system that generates electricity using a reaction between oxygen and hydrogen, and specifically, a solid oxide (hereinafter referred to as “SOFC”). Electricity is created by flowing and reacting fluids (oxidizing gas and fuel gas) inside and outside.
The SOFC cartridge 10 shown in FIG. 6 is configured by collecting a plurality of cylindrical SOFC cell stacks (cylindrical cell tubes; cylindrical cells) 40. The plurality of cell stacks 40 have a structure in which the upper end and the lower end are supported by the header portions Ha and Hb, and the fluid flows through the inside and the outside of the cell stack 40. The header portions Ha and Hb are also portions that constitute, for example, a fuel gas supply chamber and a fuel gas discharge chamber.

セルスタック40の上端及び下端には、図7及び図8に示すような中子50が挿入されている。この中子50は、セルスタック40の内部を流れる流体の流速を加速して熱交換効率を上げることを目的としており、流体流路となるセルスタック40内の空間を狭めるために、セルスタック40の流体入口及び流体出口に挿入された棒状の部品である。
そして、流体を均等に加速させるためには、中子50がセルスタック40の軸中心に配置されている必要がある。
A core 50 as shown in FIGS. 7 and 8 is inserted into the upper and lower ends of the cell stack 40. The core 50 is intended to increase the heat exchange efficiency by accelerating the flow velocity of the fluid flowing inside the cell stack 40, and in order to narrow the space in the cell stack 40 serving as a fluid flow path, These are rod-shaped parts inserted into the fluid inlet and the fluid outlet.
And in order to accelerate a fluid equally, the core 50 needs to be arrange | positioned in the axial center of the cell stack 40. FIG.

このため、円柱形状とした中子50の上部と下部には、図8(a)に示すように、円周方向に均等配置した各々3つの突起部51が設けられており、突起部51とセルスタック内壁面40aとの隙間を狭くすることで偏心量を小さくしている。
このうち、セルスタック40の下端側に設置されている中子(不図示)は、固定に近い状態で支持されている。しかし、上端側の中子50は、作業効率及び製造コスト等の観点から、セルスタック40の上端部に3本の板状爪部52が引っ掛かるように載置されている。
For this reason, as shown in FIG. 8 (a), three protrusions 51 that are equally arranged in the circumferential direction are provided on the upper and lower portions of the cylindrical core 50. The amount of eccentricity is reduced by narrowing the gap with the cell stack inner wall surface 40a.
Among these, the core (not shown) installed on the lower end side of the cell stack 40 is supported in a state close to fixing. However, the core 50 on the upper end side is placed so that the three plate-like claw portions 52 are hooked on the upper end portion of the cell stack 40 from the viewpoint of work efficiency and manufacturing cost.

また、下記の特許文献1には、セルチューブ内の流路を狭くするように設けられた中子が開示されている。   Moreover, the following patent document 1 discloses a core provided so as to narrow the flow path in the cell tube.

特許第3886763号公報Japanese Patent No. 3888663

ところで、セルスタック40の上端部に載置された中子50は、3本の板状爪部52がセルスタック40の上端面に載せられているだけであるから、中子50は、セルスタック内壁面40aと突起部51との間に存在する隙間分だけ動くことができる。
一方、SOFCカートリッジ10は、工場から使用場所まで陸送する際、カートリッジ全体が路面の凹凸や段差からの振動を受け、その振動がセルスタック40と中子50に伝播する。
By the way, the core 50 placed on the upper end portion of the cell stack 40 has only three plate-like claw portions 52 placed on the upper end surface of the cell stack 40. It is possible to move by the gap existing between the inner wall surface 40a and the protrusion 51.
On the other hand, when the SOFC cartridge 10 is transported from the factory to the place of use, the entire cartridge is subjected to vibrations from road surface irregularities and steps, and the vibrations propagate to the cell stack 40 and the core 50.

この振動により中子50が移動するのでして、突起部51の先端部がセルスタック内壁面40aと衝突する。また、このような衝突をした際には、接戦方向の力が発生して中子50が回転する。
そして、セルスタック内壁面40aに突起部51が接触した状態で中子50が回転すると、セルスタック内壁面40aが突起部51によって徐々に削られ、凹溝部40bが形成される。
Since the core 50 is moved by this vibration, the tip of the protrusion 51 collides with the cell stack inner wall surface 40a. Further, when such a collision occurs, a force in the close-contact direction is generated and the core 50 rotates.
Then, when the core 50 rotates in a state where the protruding portion 51 is in contact with the cell stack inner wall surface 40a, the cell stack inner wall surface 40a is gradually scraped by the protruding portion 51 to form the concave groove portion 40b.

このような凹溝部40bは、セルスタック40の肉厚が部分的に薄くなることを意味するので、強度上の信頼性低下が懸念される。さらに、凹溝部40bの形成は、最悪の場合、セルスタック40が折損する原因になることも懸念される。このような背景から、セルスタック40の集合体であるSOFCカートリッジ10においては、輸送時の耐振動・耐衝撃性に関する対策が必要になる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、セルスタックの集合体であるSOFCカートリッジを輸送する際において、耐振動性及び耐衝撃性を向上させた固体酸化物形燃料電池及び円筒セルの中子固定方法を提供することにある。
Such a concave groove portion 40b means that the thickness of the cell stack 40 is partially reduced, and there is a concern that the reliability in strength is reduced. Furthermore, in the worst case, the formation of the concave groove 40b may cause the cell stack 40 to break. Against this background, in the SOFC cartridge 10 that is an aggregate of the cell stacks 40, it is necessary to take measures for vibration resistance and shock resistance during transportation.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to improve vibration resistance and impact resistance when transporting an SOFC cartridge that is an assembly of cell stacks. An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell and a method for fixing a core of a cylindrical cell.

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の第1参考態様に係る固体酸化物形燃料電池は、円筒型のセルスタック内を流れる流体流速を加速するため、前記セルスタック内に中子が挿入されている燃料電池において、前記中子は、前記セルスタックの上端部開口から挿入されるとともに、該中子の上端面中心部から水平方向へ放射状に延在する複数の板状爪部によってスタック上端面に載置され、各前記板状爪部には、該板状爪部の前記セルスタックに載置される部分よりも前記上端面中心部が下方に位置するように傾斜する折曲部が設けられていることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The solid oxide fuel cell according to the first reference aspect of the present invention is a fuel cell in which a core is inserted in the cell stack in order to accelerate the flow velocity of the fluid flowing in the cylindrical cell stack. The child is inserted from the upper end opening of the cell stack and is placed on the stack upper end surface by a plurality of plate-like claw portions extending radially from the center of the upper end surface of the core. The plate-like claw portion is provided with a bent portion that is inclined so that the central portion of the upper end surface is located below the portion of the plate-like claw portion placed on the cell stack. To do.

このような第1参考態様の固体酸化物形燃料電池によれば、中子は、セルスタックの上端部開口から挿入されるとともに、中子の上端面中心部から水平方向へ放射状に延在する複数の板状爪部によってスタック上端面に載置されており、そして、各板状爪部には、該板状爪部の前記セルスタックに載置される部分よりも前記上端面中心部が下方に位置するように傾斜する折曲部が設けられているので、自動的にセルスタックの軸中心に位置する自動調芯機能を備えた中子となる。この場合、従来の突起部は不要となる。   According to such a solid oxide fuel cell of the first reference aspect, the core is inserted from the upper end opening of the cell stack and extends radially from the center of the upper end surface of the core in the horizontal direction. A plurality of plate-like claw portions are placed on the upper end surface of the stack, and each plate-like claw portion has a central portion on the upper end surface than a portion of the plate-like claw portion placed on the cell stack. Since the bending part which inclines so that it may be located below is provided, it becomes a core provided with the automatic centering function automatically located in the axial center of a cell stack. In this case, the conventional protrusion becomes unnecessary.

本発明の第1態様に係る固体酸化物形燃料電池は、円筒型のセルスタック内を流れる流体流速を加速するため、前記セルスタック内に中子が挿入されている固体酸化物形燃料電池において、前記中子は、前記セルスタックの上端部開口から挿入されるとともに、該中子の上端面中心部から水平方向へ放射状に延在する複数の板状爪部によってスタック上端面に載置され、前記板状爪部が、周方向へ等ピッチに4枚以上配置されていることを特徴とするものである。   The solid oxide fuel cell according to the first aspect of the present invention is a solid oxide fuel cell in which a core is inserted in the cell stack in order to accelerate the flow velocity of the fluid flowing in the cylindrical cell stack. The core is inserted from the upper end opening of the cell stack and is placed on the upper end surface of the stack by a plurality of plate-like claw portions extending radially from the center of the upper end surface of the core. 4 or more of the plate-like claw portions are arranged at equal pitches in the circumferential direction.

このような第1態様の固体酸化物形燃料電池によれば、中子は、セルスタックの上端部開口から挿入されるとともに、中子の上端面中心部から水平方向へ放射状に延在する複数の板状爪部によってスタック上端面に載置され、板状爪部が、周方向へ等ピッチに4枚以上配置されているので、従来の3つの爪部と比較して、板状爪部とセルスタック上端面との接触面積(摩擦面)が増加する分だけ、中子の回転抑制に貢献する大きな摩擦力を生じる。また、板状爪部の数を増すことにより、1本の板状爪部でのみ接触している回数(時間)が少なくなるので、すなわち、回転により次の板状爪部が接触するまでの時間が短縮されるので、これによっても中子の回転が抑制される。   According to the solid oxide fuel cell of the first aspect as described above, the core is inserted from the upper end opening of the cell stack, and extends in a horizontal direction from the center of the upper end surface of the core. The plate-like claw portion is placed on the upper end surface of the stack by the plate-like claw portion, and four or more plate-like claw portions are arranged at an equal pitch in the circumferential direction. As the contact area (friction surface) between the upper end surface of the cell stack and the upper surface of the cell stack increases, a large frictional force that contributes to suppressing the rotation of the core is generated. Further, by increasing the number of plate-like claw portions, the number of times (time) of contact with only one plate-like claw portion decreases, that is, until the next plate-like claw portion comes into contact with rotation. Since the time is shortened, this also suppresses the rotation of the core.

次に、本発明の第2参考態様に係る円筒セルの中子固定方法は、円筒型のセルスタック内を流れる流体流速を加速する中子が前記セルスタック内に挿入され、前記中子が前記セルスタックの上端部開口から挿入されるとともに、該中子の上端面中心部から水平方向へ放射状に延在する複数の板状爪部によってスタック上端面に載置されている固体酸化物形燃料電池の円筒セルの中子固定方法であって、各前記板状爪部に、該板状爪部の前記セルスタックに載置される部分よりも前記上端面中心部が下方に位置するように傾斜する折曲部を設けて調芯することを特徴とするものである。   Next, in the core fixing method of the cylindrical cell according to the second reference aspect of the present invention, the core for accelerating the flow velocity of the fluid flowing in the cylindrical cell stack is inserted into the cell stack, and the core is Solid oxide fuel that is inserted from the upper end opening of the cell stack and is placed on the upper end surface of the stack by a plurality of plate-like claws extending radially from the center of the upper end surface of the core. A method for fixing a cylindrical cell core of a battery, wherein the center portion of the upper end surface is positioned below each plate-like claw portion with respect to the portion of the plate-like claw portion placed on the cell stack. It is characterized in that an inclined bent portion is provided for alignment.

このような第2参考態様の円筒セルの中子固定方法によれば、各板状爪部に、該板状爪部の前記セルスタックに載置される部分よりも前記上端面中心部が下方に位置するように傾斜する折曲部を設けて調芯するので、中子は、自動的にセルスタックの軸中心に位置するよう自動調芯される。この場合、従来の突起部は不要となる。   According to the core fixing method of the cylindrical cell of the second reference aspect as described above, the center part of the upper end surface is lower than the part of the plate-like claw part placed on the cell stack. Therefore, the core is automatically aligned so as to be positioned at the center of the axis of the cell stack. In this case, the conventional protrusion becomes unnecessary.

また、本発明の第2態様に係る円筒セルの中子固定方法は、円筒型のセルスタック内を流れる流体流速を加速する中子が前記セルスタック内に挿入され、前記中子が前記セルスタックの上端部開口から挿入されるとともに、該中子の上端面中心部から水平方向へ放射状に延在する複数の板状爪部によってスタック上端面に載置されている固体酸化物形燃料電池の円筒セルの中子固定方法であって、前記板状爪部を周方向へ等ピッチに4枚以上配置して得られる摩擦力で回転抑制することを特徴とするものである。   In the core fixing method of the cylindrical cell according to the second aspect of the present invention, the core for accelerating the flow velocity of the fluid flowing in the cylindrical cell stack is inserted into the cell stack, and the core is the cell stack. The solid oxide fuel cell is inserted into the stack upper end surface by a plurality of plate-like claws that are inserted from the upper end opening of the core and extend radially from the center of the upper end surface of the core. A cylindrical cell core fixing method, characterized in that rotation is suppressed by a frictional force obtained by arranging four or more plate-like claw portions at equal pitches in the circumferential direction.

このような第2態様の円筒セルの中子固定方法によれば、板状爪部を周方向へ等ピッチに4枚以上配置して得られる摩擦力で回転抑制するので、大きな摩擦力を利用した中子の回転抑制が可能になる。また、板状爪部の数が増すと周方向ピッチ(角度)が小さくなるので、1本の板状爪部でのみ接触している回数(時間)が少なくなり、すなわち、回転により次の板状爪部が接触するまでの時間が短縮されるので、これによっても中子の回転が抑制される。   According to the core fixing method of the cylindrical cell of the second aspect as described above, rotation is suppressed by the frictional force obtained by arranging four or more plate-like claw portions at equal pitches in the circumferential direction, so that a large frictional force is used. It is possible to suppress the rotation of the core. Further, since the circumferential pitch (angle) decreases as the number of plate-like claw portions increases, the number of times (time) of contact with only one plate-like claw portion decreases. Since the time until the claw portion comes into contact is shortened, this also suppresses the rotation of the core.

上述した本発明によれば、円筒型のセルスタック集合体であるSOFCカートリッジを輸送する際、振動に起因する中子の移動・回転が抑制されるので、内壁面が削られることを防止でき、この結果、セルスタックの耐振動性及び耐衝撃性を向上させた固体酸化物形燃料電池を提供できる。   According to the present invention described above, when the SOFC cartridge that is a cylindrical cell stack aggregate is transported, the movement / rotation of the core due to vibration is suppressed, so that the inner wall surface can be prevented from being scraped, As a result, a solid oxide fuel cell with improved vibration resistance and impact resistance of the cell stack can be provided.

本発明に係る「固体酸化物形燃料電池及び円筒セルの中子固定方法」の参考実施形態を示す図であり、(a)はセルスタック(円筒セル)の平面図、(b)は(a)のA−A断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the reference embodiment of the "solid oxide fuel cell and cylindrical cell core fixing method" which concerns on this invention, (a) is a top view of a cell stack (cylindrical cell), (b) is (a It is AA sectional drawing of). 参考実施形態のセルスタック(円筒セル)に係る第1変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 1st modification concerning the cell stack (cylindrical cell) of reference embodiment. 本発明に係る「固体酸化物形燃料電池及び円筒セルの中子固定方法」の実施形態を示すセルスタック(円筒セル)の平面図である。1 is a plan view of a cell stack (cylindrical cell) showing an embodiment of a “solid oxide fuel cell and cylindrical cell core fixing method” according to the present invention. FIG. 固体酸化物形燃料電池(SOFCモジュール)の概要を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the outline | summary of a solid oxide fuel cell (SOFC module). 図4に示したSOFCカートリッジの構成例を示す縦断面図である。FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of the SOFC cartridge shown in FIG. 4. SOFCカートリッジの概要を示す正面図である。It is a front view which shows the outline | summary of a SOFC cartridge. セルスタック(円筒セル)の上端部側に挿入された従来の中子を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B断面図である。It is a figure which shows the conventional core inserted in the upper end part side of a cell stack (cylindrical cell), (a) is a top view, (b) is BB sectional drawing of (a). 従来の中子が振動等により回転することを示す説明図であり、(a)は横断面図、(b)は(a)のC−C断面図である。It is explanatory drawing which shows that the conventional core rotates by vibration etc., (a) is a cross-sectional view, (b) is CC sectional drawing of (a).

以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池及び円筒セルの中子固定方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
以下の説明においては、便宜上紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて各構成要素の位置関係を特定するが、鉛直方向に対して必ずしもこの限りである必要はない。例えば、紙面における上方向が鉛直方向における下方向に対応してもよい。また、紙面における上下方向が鉛直方向に直行する水平方向に対応してもよい。
Hereinafter, an embodiment of a solid oxide fuel cell and a core fixing method of a cylindrical cell according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following description, for convenience, the positional relationship of each component is specified using the expressions “upper” and “lower” with reference to the page, but this is not necessarily limited to the vertical direction. For example, the upward direction on the paper surface may correspond to the downward direction in the vertical direction. Moreover, you may respond | correspond to the horizontal direction where the up-down direction in a paper surface goes orthogonally to a perpendicular direction.

以下では、本実施例に係る燃料電池の一例として、固体酸化物形燃料電池(以下、「SOFC」と呼ぶ)のSOFCモジュール及びSOFCカートリッジについて、図4及び図5を参照して説明する。なお、図4は、本実施形態に係るSOFCモジュール1の一態様を示す斜視図であり、図5は、SOFCカートリッジ10の一態様を示す断面図である。   Hereinafter, a SOFC module and a SOFC cartridge of a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as “SOFC”) will be described with reference to FIGS. 4 and 5 as an example of the fuel cell according to the present embodiment. FIG. 4 is a perspective view illustrating one aspect of the SOFC module 1 according to the present embodiment, and FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating one aspect of the SOFC cartridge 10.

SOFCモジュール1は、例えば図4に示すように、複数のSOFCカートリッジ10と、これら複数のSOFCカートリッジ10を収納する圧力容器2とを有する。また、SOFCモジュール1は、燃料ガス供給管3と複数の燃料ガス供給枝管3aとを有する。さらに、SOFCモジュール1は、燃料ガス排出管4と複数の燃料ガス排出枝管4aとを有する。
また、SOFCモジュール1は、酸化性ガス供給管(不図示)と酸化性ガス供給枝管(不図示)とを有する。また、SOFCモジュール1は、酸化性ガス排出管(不図示)と複数の酸化性ガス排出枝管(不図示)とを有する。
For example, as shown in FIG. 4, the SOFC module 1 includes a plurality of SOFC cartridges 10 and a pressure vessel 2 that stores the plurality of SOFC cartridges 10. The SOFC module 1 includes a fuel gas supply pipe 3 and a plurality of fuel gas supply branch pipes 3a. Further, the SOFC module 1 has a fuel gas discharge pipe 4 and a plurality of fuel gas discharge branch pipes 4a.
The SOFC module 1 has an oxidizing gas supply pipe (not shown) and an oxidizing gas supply branch pipe (not shown). The SOFC module 1 has an oxidizing gas discharge pipe (not shown) and a plurality of oxidizing gas discharge branch pipes (not shown).

燃料ガス供給管3は、圧力容器2の外部に設けられ、SOFCモジュール1の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の燃料ガスGを供給する燃料ガス供給部(不図示)に接続されると共に、複数の燃料ガス供給枝管3aに接続されている。この燃料ガス供給管3は、上述の燃料ガス供給部から供給される所定流量の燃料ガスGを、複数の燃料ガス供給枝管3aに分岐して導くものである。
このような燃料ガス供給枝管3aは、燃料ガス供給管3に接続されると共に、複数のSOFCカートリッジ10に接続されている。この燃料ガス供給枝管3aは、燃料ガス供給管3から供給される燃料ガスGを複数のSOFCカートリッジ10に略均等の流量で導き、複数のSOFCカートリッジ10の発電性能を略均一化させるものである。
The fuel gas supply pipe 3 is provided outside the pressure vessel 2 and is connected to a fuel gas supply unit (not shown) that supplies a predetermined gas composition and a predetermined flow rate of the fuel gas G corresponding to the amount of power generated by the SOFC module 1. And connected to a plurality of fuel gas supply branch pipes 3a. This fuel gas supply pipe 3 branches and guides a predetermined flow rate of fuel gas G supplied from the above-described fuel gas supply section to a plurality of fuel gas supply branch pipes 3a.
Such a fuel gas supply branch pipe 3 a is connected to the fuel gas supply pipe 3 and to a plurality of SOFC cartridges 10. The fuel gas supply branch pipe 3a guides the fuel gas G supplied from the fuel gas supply pipe 3 to the plurality of SOFC cartridges 10 at a substantially equal flow rate, and makes the power generation performance of the plurality of SOFC cartridges 10 substantially uniform. is there.

燃料ガス排出枝管4aは、複数のSOFCカートリッジ10に接続されると共に、燃料ガス排出管4に接続されている。この燃料ガス排出枝管4aは、SOFCカートリッジ10から排出される排燃料ガスGeを燃料ガス排出管4に導くものである。
また、燃料ガス排出管4は、複数の燃料ガス供給枝管3aに接続されると共に、一部が圧力容器2の外部に配置されている。この燃料ガス排出管4は、燃料ガス排出枝管4aから略均等の流量で導出される排燃料ガスGeを圧力容器2の外部に導くものである。
The fuel gas discharge branch pipe 4 a is connected to the plurality of SOFC cartridges 10 and to the fuel gas discharge pipe 4. The fuel gas discharge branch pipe 4 a guides the exhaust fuel gas Ge discharged from the SOFC cartridge 10 to the fuel gas discharge pipe 4.
The fuel gas discharge pipe 4 is connected to a plurality of fuel gas supply branch pipes 3 a and a part thereof is disposed outside the pressure vessel 2. The fuel gas discharge pipe 4 guides the exhaust fuel gas Ge led out from the fuel gas discharge branch pipe 4 a at a substantially equal flow rate to the outside of the pressure vessel 2.

圧力容器2は、内部の圧力が0.1MPa〜約1MPa、内部の温度が大気温度〜約550℃で運用されるので、耐力性と酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性を保有する材質が利用される。圧力容器2に好適な材料としては、例えばSUS304などのステンレス系材を例示できる。   Since the pressure vessel 2 is operated at an internal pressure of 0.1 MPa to about 1 MPa and an internal temperature of atmospheric temperature to about 550 ° C., the pressure vessel 2 is resistant to corrosion and resistance to oxidizing agents such as oxygen contained in the oxidizing gas. The possessed material is used. Examples of suitable materials for the pressure vessel 2 include stainless steel materials such as SUS304.

ここで、本実施形態においては、複数のSOFCカートリッジ10が集合化されて圧力容器2に収納される態様を説明しているが、これに限定されることはなく、例えばSOFCカートリッジ10が集合化されずに圧力容器2内に収納される態様としてもよい。   Here, in the present embodiment, a mode in which a plurality of SOFC cartridges 10 are assembled and stored in the pressure vessel 2 is described, but the present invention is not limited to this. For example, the SOFC cartridges 10 are assembled. It is good also as an aspect accommodated in the pressure vessel 2 without being.

SOFCカートリッジ10は、図5に示す通り、複数のセルスタック(円筒セル)40と、発電室11と、燃料ガス供給室12と、燃料ガス排出室13と、酸化性ガス供給室14と、酸化性ガス排出室15とを有する。また、SOFCカートリッジ10は、上部管板16aと、下部管板16bと、上部断熱体17aと、下部断熱体17bとを有する。
なお、本実施形態において、SOFCカートリッジ10は、燃料ガス供給室12と、燃料ガス排出室13と、酸化性ガス供給室14と、酸化性ガス排出室15とが図示のように配置されることで、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック40の内側と外側とを対向して流れる構造となっているが、必ずしもこの必要はなく、例えば、セルスタックの内側と外側とを平行して流れる構造、または、酸化性ガスがセルスタックの長手方向と直交する方向へ流れる構造としてもよい。
As shown in FIG. 5, the SOFC cartridge 10 includes a plurality of cell stacks (cylindrical cells) 40, a power generation chamber 11, a fuel gas supply chamber 12, a fuel gas discharge chamber 13, an oxidizing gas supply chamber 14, an oxidation gas And a reactive gas discharge chamber 15. The SOFC cartridge 10 includes an upper tube plate 16a, a lower tube plate 16b, an upper heat insulator 17a, and a lower heat insulator 17b.
In the present embodiment, the SOFC cartridge 10 includes a fuel gas supply chamber 12, a fuel gas discharge chamber 13, an oxidizing gas supply chamber 14, and an oxidizing gas discharge chamber 15 as illustrated. In this structure, the fuel gas and the oxidizing gas flow so as to face the inside and the outside of the cell stack 40, but this is not always necessary. For example, the inside and the outside of the cell stack flow in parallel. A structure or a structure in which the oxidizing gas flows in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the cell stack may be employed.

発電室11は、上部断熱体17aと下部断熱体17bとの間に形成された領域である。この発電室11は、セルスタック40の燃料電池セル41が配置され、燃料ガスと酸化性ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う領域である。また、この発電室11は、セルスタック40の長手方向中央部付近の温度が、SOFCモジュール1の定常運転時に高温雰囲気(例えば700℃〜1100℃程度)となる。   The power generation chamber 11 is an area formed between the upper heat insulator 17a and the lower heat insulator 17b. The power generation chamber 11 is an area in which the fuel cells 41 of the cell stack 40 are arranged, and electricity is generated by electrochemically reacting the fuel gas and the oxidizing gas. Further, in the power generation chamber 11, the temperature in the vicinity of the center in the longitudinal direction of the cell stack 40 becomes a high temperature atmosphere (for example, about 700 ° C. to 1100 ° C.) during the steady operation of the SOFC module 1.

燃料ガス供給室12は、SOFCカートリッジ10の上部ケーシング18aと上部管板16aとに囲まれた領域である。また、燃料ガス供給室12は、上部ケーシング18aに備えられた燃料ガス供給孔19aによって、図示しない燃料ガス供給枝管3aと連通されている。また、燃料ガス供給室12には、セルスタック40の一方の端部が、セルスタック40の基体管42の内部が燃料ガス供給室12に対して開放して配置されている。この燃料ガス供給室12は、図示しない燃料ガス供給管枝3aから燃料ガス供給孔19aを介して供給される燃料ガスを、複数のセルスタック40の基体管42の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック40の発電性能を略均一化させるものである。   The fuel gas supply chamber 12 is an area surrounded by the upper casing 18 a and the upper tube plate 16 a of the SOFC cartridge 10. The fuel gas supply chamber 12 communicates with a fuel gas supply branch pipe 3a (not shown) through a fuel gas supply hole 19a provided in the upper casing 18a. In the fuel gas supply chamber 12, one end of the cell stack 40 is disposed with the inside of the base tube 42 of the cell stack 40 open to the fuel gas supply chamber 12. The fuel gas supply chamber 12 guides the fuel gas supplied from the fuel gas supply pipe branch 3a (not shown) through the fuel gas supply hole 19a to the inside of the base pipe 42 of the plurality of cell stacks 40 at a substantially uniform flow rate. The power generation performance of the plurality of cell stacks 40 is made substantially uniform.

燃料ガス排出室13は、SOFCカートリッジ40の下部ケーシング18bと下部管板16bとに囲まれた領域である。また、燃料ガス排出室13は、下部ケーシング18bに備えられた燃料ガス排出孔19bによって、図示しない燃料ガス排出枝管4aと連通されている。また、燃料ガス排出室13には、セルスタック40の他方の端部が、セルスタック40の基体管42の内部が燃料ガス排出室13に対して開放して配置されている。この燃料ガス排出室13は、複数のセルスタック40の基体管42の内部を通過して燃料ガス排出室13に供給される排燃料ガスを集約して、燃料ガス排出孔19bを介して図示しない燃料ガス排出枝管4aに導くものである。   The fuel gas discharge chamber 13 is an area surrounded by the lower casing 18b and the lower tube plate 16b of the SOFC cartridge 40. The fuel gas discharge chamber 13 is communicated with a fuel gas discharge branch pipe 4a (not shown) through a fuel gas discharge hole 19b provided in the lower casing 18b. In the fuel gas discharge chamber 13, the other end of the cell stack 40 is disposed with the inside of the base tube 42 of the cell stack 40 open to the fuel gas discharge chamber 13. The fuel gas discharge chamber 13 collects exhaust fuel gas that passes through the inside of the base tube 42 of the plurality of cell stacks 40 and is supplied to the fuel gas discharge chamber 13, and is not shown through the fuel gas discharge hole 19b. It leads to the fuel gas discharge branch pipe 4a.

SOFCモジュール1の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の酸化性ガスを酸化性ガス供給枝管へと分岐して、複数のSOFCカートリッジ10へ供給する。酸化性ガス供給室14は、SOFCカートリッジ10の下部ケーシング18bと下部管板16bと下部断熱体17bとに囲まれた領域である。
また、酸化性ガス供給室14は、下部ケーシング18bに備えられた酸化性ガス供給孔20aによって、図示しない酸化性ガス供給枝管と連通されている。この酸化性ガス供給室14は、図示しない酸化性ガス供給枝管から酸化性ガス供給孔20aを介して供給される所定流量の酸化性ガスを、後述する酸化性ガス供給隙間21aを介して発電室11に導くものである。
Corresponding to the power generation amount of the SOFC module 1, a predetermined gas composition and a predetermined flow rate of oxidizing gas are branched to the oxidizing gas supply branch pipe and supplied to a plurality of SOFC cartridges 10. The oxidizing gas supply chamber 14 is an area surrounded by the lower casing 18b, the lower tube sheet 16b, and the lower heat insulator 17b of the SOFC cartridge 10.
The oxidizing gas supply chamber 14 is communicated with an oxidizing gas supply branch pipe (not shown) through an oxidizing gas supply hole 20a provided in the lower casing 18b. The oxidizing gas supply chamber 14 generates a predetermined flow rate of oxidizing gas supplied from an oxidizing gas supply branch pipe (not shown) through an oxidizing gas supply hole 20a through an oxidizing gas supply gap 21a described later. It leads to the chamber 11.

酸化性ガス排出室15は、SOFCカートリッジ10の上部ケーシング18aと上部管板16aと上部断熱体17aとに囲まれた領域である。また、酸化性ガス排出室15は、上部ケーシング18aに備えられた酸化性ガス排出孔20bによって、図示しない酸化性ガス排出枝管と連通されている。この酸化性ガス排出室15は、発電室11から、後述する酸化性ガス排出隙間21bを介して燃料ガス排出室15に供給される排酸化性ガスを、酸化性ガス排出孔20bを介して図示しない第3酸化性ガス排出枝管に導くものである。   The oxidizing gas discharge chamber 15 is a region surrounded by the upper casing 18a, the upper tube sheet 16a, and the upper heat insulator 17a of the SOFC cartridge 10. The oxidizing gas discharge chamber 15 communicates with an oxidizing gas discharge branch pipe (not shown) through an oxidizing gas discharge hole 20b provided in the upper casing 18a. The oxidant gas discharge chamber 15 is configured to show the exhaust oxidant gas supplied from the power generation chamber 11 to the fuel gas discharge chamber 15 via an oxidant gas discharge gap 21b described later via the oxidant gas discharge hole 20b. To the third oxidizing gas discharge branch.

上部管板16aは、上部ケーシング18aの天板と上部断熱体17aとの間に、上部管板16aと上部ケーシング18aの天板と上部断熱体17aとが略平行になるように、上部ケーシング18aの側板に固定されている。
また、上部管板16aは、SOFCカートリッジ10に備えられるセルスタック40の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック40がそれぞれ挿入されている。この上部管板16aは、複数のセルスタック40の一方の端部をシール部材及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス供給室12と酸化性ガス排出室15とを隔離するものである。
The upper tube plate 16a is arranged between the top plate of the upper casing 18a and the upper heat insulator 17a so that the upper tube plate 16a, the top plate of the upper casing 18a and the upper heat insulator 17a are substantially parallel to each other. It is fixed to the side plate.
Further, the upper tube sheet 16a has a plurality of holes corresponding to the number of cell stacks 40 provided in the SOFC cartridge 10, and the cell stacks 40 are respectively inserted into the holes. The upper tube sheet 16a hermetically supports one end of the plurality of cell stacks 40 via one or both of a sealing member and an adhesive member, and also includes the fuel gas supply chamber 12 and the oxidizing gas discharge chamber 15. And is to be isolated.

下部管板16bは、下部ケーシング18bの底板と下部断熱体17bとの間に、下部管板16bと下部ケーシング18bの底板と下部断熱体17bとが略平行になるように下部ケーシング18bの側板に固定されている。また、下部管板16bは、SOFCカートリッジ10に備えられるセルスタック40の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック40がそれぞれ挿入されている。この下部管板16bは、複数のセルスタック40の他方の端部をシール部材及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス排出室13と酸化性ガス供給室14とを隔離するものである。   The lower tube plate 16b is disposed on the side plate of the lower casing 18b so that the lower tube plate 16b, the bottom plate of the lower casing 18b, and the lower heat insulator 17b are substantially parallel between the bottom plate of the lower casing 18b and the lower heat insulator 17b. It is fixed. The lower tube sheet 16b has a plurality of holes corresponding to the number of cell stacks 40 provided in the SOFC cartridge 10, and the cell stacks 40 are respectively inserted into the holes. The lower tube sheet 16b hermetically supports the other end of the plurality of cell stacks 40 via one or both of a sealing member and an adhesive member, and also includes a fuel gas discharge chamber 13 and an oxidizing gas supply chamber 14. And is to be isolated.

上部断熱体17aは、上部ケーシング18aの下端部に、上部断熱体17aと上部ケーシング18aの天板と上部管板16aとが略平行になるように配置され、上部ケーシング18aの側板に固定されている。また、上部断熱体17aには、SOFCカートリッジ10に備えられるセルスタック40の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径は、セルスタック40の外径よりも大きく設定されている。上部断熱体17aは、この孔の内面と、上部断熱体17aに挿通されたセルスタック40の外面との間に形成された酸化性ガス排出隙間21bを有する。   The upper heat insulator 17a is disposed at the lower end of the upper casing 18a so that the upper heat insulator 17a, the top plate of the upper casing 18a and the upper tube plate 16a are substantially parallel to each other, and is fixed to the side plate of the upper casing 18a. Yes. Further, the upper heat insulator 17a is provided with a plurality of holes corresponding to the number of cell stacks 40 provided in the SOFC cartridge 10. The diameter of the hole is set larger than the outer diameter of the cell stack 40. The upper heat insulator 17a has an oxidizing gas discharge gap 21b formed between the inner surface of this hole and the outer surface of the cell stack 40 inserted through the upper heat insulator 17a.

この上部断熱体17aは、発電室11と酸化性ガス排出室15とを仕切るものであり、上部管板16aの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。上部管板16a等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、上部管板16a等が発電室11内の高温に晒されて、上部管板16a等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、上部断熱体17aは、発電室11を通過して高温に晒された排酸化性ガスを、酸化性ガス排出隙間21bを通過させて酸化性ガス排出室15に導くものである。   The upper heat insulator 17a separates the power generation chamber 11 and the oxidizing gas discharge chamber 15, and the atmosphere around the upper tube sheet 16a is heated to lower the strength and to be corroded by the oxidizing agent contained in the oxidizing gas. Suppresses the increase. The upper tube sheet 16a and the like are made of a high-temperature durable metal material such as Inconel, but the upper tube sheet 16a and the like are exposed to the high temperature in the power generation chamber 11, and the temperature difference in the upper tube sheet 16a and the like becomes large. This prevents heat deformation. Further, the upper heat insulator 17a guides the exhaust oxidizing gas exposed to a high temperature through the power generation chamber 11 to the oxidizing gas discharge chamber 15 through the oxidizing gas discharge gap 21b.

本実施形態によれば、上述したSOFCカートリッジ10の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック40の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、排酸化性ガスは、基体管42の内部を通って発電室11に供給される燃料ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る上部管板16a等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて酸化性ガス排出室15に供給される。また、燃料ガスは、発電室11から排出される排酸化性ガスとの熱交換により昇温され、発電室11に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく、発電に適した温度に予熱昇温された燃料ガスを発電室11に供給することができる。   According to the present embodiment, due to the structure of the SOFC cartridge 10 described above, the fuel gas and the oxidizing gas flow so as to face the inside and the outside of the cell stack 40. As a result, the exhaust oxidizing gas exchanges heat with the fuel gas supplied to the power generation chamber 11 through the inside of the base tube 42, and the upper tube plate 16a made of a metal material is buckled. It is cooled to a temperature that does not cause deformation and supplied to the oxidizing gas discharge chamber 15. The fuel gas is heated by heat exchange with the exhaust oxidizing gas discharged from the power generation chamber 11 and supplied to the power generation chamber 11. As a result, the fuel gas preheated to a temperature suitable for power generation can be supplied to the power generation chamber 11 without using a heater or the like.

下部断熱体17bは、下部ケーシング18bの上端部に、下部断熱体17bと下部ケーシング18bの底板と下部管板16bとが略平行になるように配置され、下部ケーシング18aの側板に固定されている。また、下部断熱体17bには、SOFCカートリッジ10に備えられるセルスタック40の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック40の外径よりも大きく設定されている。下部断熱体17bは、この孔の内面と、下部断熱体17bに挿通されたセルスタック40の外面との間に形成された酸化性ガス供給隙間21aを有する。   The lower heat insulator 17b is disposed at the upper end of the lower casing 18b so that the lower heat insulator 17b, the bottom plate of the lower casing 18b, and the lower tube plate 16b are substantially parallel to each other, and is fixed to the side plate of the lower casing 18a. . The lower heat insulator 17b is provided with a plurality of holes corresponding to the number of cell stacks 40 provided in the SOFC cartridge 10. The diameter of the hole is set larger than the outer diameter of the cell stack 40. The lower heat insulator 17b has an oxidizing gas supply gap 21a formed between the inner surface of this hole and the outer surface of the cell stack 40 inserted through the lower heat insulator 17b.

この下部断熱体17bは、発電室11と酸化性ガス供給室14とを仕切るものであり、下部管板16bの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。下部管板16b等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、下部管板16b等が高温に晒されて下部管板16b等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、下部断熱体17bは、酸化性ガス供給室14に供給される酸化性ガスを、酸化性ガス供給隙間21aを通過させて発電室11に導くものである。   The lower heat insulator 17b separates the power generation chamber 11 and the oxidizing gas supply chamber 14, and the atmosphere around the lower tube sheet 16b is heated to reduce the strength and corrosion due to the oxidizing agent contained in the oxidizing gas. Suppresses the increase. The lower tube plate 16b and the like are made of a metal material having high temperature durability such as Inconel. However, the lower tube plate 16b and the like are exposed to high temperatures, and the temperature difference in the lower tube plate 16b and the like is increased, so that the heat is deformed. It is something to prevent. The lower thermal insulator 17b guides the oxidizing gas supplied to the oxidizing gas supply chamber 14 to the power generation chamber 11 through the oxidizing gas supply gap 21a.

本実施形態によれば、上述したSOFCカートリッジ10の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック40の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。この結果、基体管42の内部を通って発電室11を通過した排燃料ガスは、発電室11に供給される酸化性ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る下部管板16b等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて燃料ガス排出室13に供給される。また、酸化性ガスは、排燃料ガスとの熱交換により昇温され、発電室11に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく、発電に必要な温度に昇温された酸化性ガスを発電室11に供給することができる。   According to the present embodiment, due to the structure of the SOFC cartridge 10 described above, the fuel gas and the oxidizing gas flow so as to face the inside and the outside of the cell stack 40. As a result, the exhaust fuel gas that has passed through the power generation chamber 11 through the inside of the base tube 42 is heat-exchanged with the oxidizing gas supplied to the power generation chamber 11, and the lower tube plate 16b made of a metal material or the like. Is cooled to a temperature that does not cause deformation such as buckling, and supplied to the fuel gas discharge chamber 13. The oxidizing gas is heated by heat exchange with the exhaust fuel gas and supplied to the power generation chamber 11. As a result, the oxidizing gas heated to the temperature necessary for power generation can be supplied to the power generation chamber 11 without using a heater or the like.

発電室11で発電された直流電力は、複数の燃料電池セル41に設けたNi/YSZ等からなるリード膜によりセルスタック40の端部付近まで導出した後に、SOFCカートリッジ10の集電棒(不図示)に集電板(不図示)を介して集電して、各SOFCカートリッジ10の外部へと取り出される。なお、集電棒によってSOFCカートリッジ10の外部に導出された電力は、各SOFCカートリッジ10の発電電力を所定の直列数および並列数へと相互に接続され、SOFCモジュール1の外部へと導出されて、図示しないインバータなどにより所定の交流電力へと変換されて、電力負荷へと供給される。   The DC power generated in the power generation chamber 11 is led out to the vicinity of the end of the cell stack 40 by a lead film made of Ni / YSZ or the like provided in the plurality of fuel cells 41, and then the current collector rod (not shown) of the SOFC cartridge 10 ) Through a current collector plate (not shown) and taken out of each SOFC cartridge 10. In addition, the electric power led out of the SOFC cartridge 10 by the current collecting rod is mutually connected to the predetermined series number and parallel number of the generated power of each SOFC cartridge 10, and is led out of the SOFC module 1, It is converted into predetermined AC power by an inverter (not shown) or the like and supplied to the power load.

<参考実施形態>
さて、上述したセルスタック40の円筒内部には、円筒内部を流れる流体流速を加速して熱交換効率を上げるため、例えば図1に示すように構成された中子50Aが挿入されている。中子50Aは、セルスタック40の流体流路(流路断面積)を狭める(絞る)ことによって流速を増すもので、セルスタック40の上端部側及び下端部側に、すなわち、セルスタック40の流体入口及び流体出口に挿入された円柱形状の棒状部品である。この中子50Aは、流体を均等に加速させるためには、セルスタック40の軸中心と同軸に配置されていることが望ましい。
<Reference embodiment>
Now, for example, a core 50A configured as shown in FIG. 1 is inserted into the cylinder of the cell stack 40 in order to accelerate the fluid flow velocity flowing inside the cylinder and increase the heat exchange efficiency. The core 50A increases the flow velocity by narrowing (squeezing) the fluid flow path (flow path cross-sectional area) of the cell stack 40. The core 50A is arranged on the upper end side and the lower end side of the cell stack 40, that is, on the cell stack 40. It is a cylindrical rod-shaped part inserted into the fluid inlet and the fluid outlet. The core 50A is preferably arranged coaxially with the axial center of the cell stack 40 in order to accelerate the fluid uniformly.

本実施形態の中子50Aは、特にセルスタック40の上端部開口から挿入されるものであり、上端面中心部から水平方向へ放射状に延在する3本の板状爪部52Aによってスタック上端面40cに載置されている。この場合、3本の板状爪部52Aは、120度のピッチで円周方向へ均等に配置されている。
そして、板状爪部52Aには、セルスタック40の内壁面位置から軸中心方向を下向きに傾斜させる折曲部53が設けられている。この結果、板状爪部52Aは、折曲部53を境にして外周側の水平部52aと内周側の傾斜部52bとに分かれ、水平部52aがスタック上端面40cに載置される。この場合、水平部52aの周方向長さは、スタック上端面40cの肉厚と略一致し、傾斜部52bは、折曲部53より低い中子50Aの上端面へ向けて下る傾斜面となる。
The core 50A of the present embodiment is inserted particularly from the upper end opening of the cell stack 40, and the stack upper end surface is formed by three plate-like claw portions 52A extending radially from the center of the upper end surface in the horizontal direction. 40c. In this case, the three plate-like claw portions 52A are equally arranged in the circumferential direction at a pitch of 120 degrees.
The plate-like claw portion 52 </ b> A is provided with a bent portion 53 that inclines the axial center direction downward from the inner wall surface position of the cell stack 40. As a result, the plate-like claw portion 52A is divided into an outer peripheral horizontal portion 52a and an inner peripheral inclined portion 52b with the bent portion 53 as a boundary, and the horizontal portion 52a is placed on the stack upper end surface 40c. In this case, the circumferential length of the horizontal portion 52a substantially coincides with the thickness of the stack upper end surface 40c, and the inclined portion 52b becomes an inclined surface that descends toward the upper end surface of the core 50A that is lower than the bent portion 53. .

このような構造の中子50Aを採用すれば、板状爪部52Aに折曲部53を設けたことにより、振動を受けると自動的にセルスタック40の軸中心に位置する自動調芯機能を備えたものとなる。すなわち、板状爪部52Aの折曲部53は、正常な状態(正常位置)においてセルスタック40の上端で内壁面40a側の角部と一致する位置になるため、振動等により位置ずれした中子50Aには、傾斜部52の傾斜面に導かれて正常位置に戻る自動調芯機能が作用する。   If the core 50A having such a structure is employed, the bent portion 53 is provided in the plate-like claw portion 52A, so that an automatic alignment function that is automatically positioned at the center of the axis of the cell stack 40 when subjected to vibration. It will be prepared. That is, the bent portion 53 of the plate-like claw portion 52A is located at the upper end of the cell stack 40 in the normal state (normal position) and coincides with the corner on the inner wall surface 40a side. An automatic alignment function that returns to the normal position by being guided by the inclined surface of the inclined portion 52 acts on the child 50A.

このような自動調芯機能を備えている中子50Aは、従来構造において必要だったセルスタック40の軸中心に配置するための突起部51が不要となる。
この結果、突起部51のない中子50Aは、セルスタック40の内壁面40aが削られることはないので、セルスタック40が折損するなど強度上の信頼性が低下することを防止できる。
ところで、図示の実施形態では板状爪部52Aを3本としたが、例えば図2に示す中子50Bのように、4本の板状爪部52Aを設けてもよい。すなわち、板状爪部52Aは、安定した載置や調芯機能を確保できる複数本を有していればよく、本数が特に限定されることはない。しかし、板状爪部52Aの数が多くなりすぎると、セルスタック40の入口開口においては、流路として有効な面積が狭められるため、圧力損失が増加するなどして好ましくない。
The core 50 </ b> A having such an automatic alignment function does not require the protrusion 51 for being arranged at the axial center of the cell stack 40, which is necessary in the conventional structure.
As a result, the core 50A without the projecting portion 51 can prevent the strength reliability such as the cell stack 40 from being broken, because the inner wall surface 40a of the cell stack 40 is not cut.
In the illustrated embodiment, the number of the plate-like claw portions 52A is three. However, for example, four plate-like claw portions 52A may be provided like a core 50B shown in FIG. That is, the plate-like claw portion 52A only needs to have a plurality of pieces that can ensure stable placement and alignment functions, and the number is not particularly limited. However, if the number of the plate-like claw portions 52A is too large, an effective area as a flow path is narrowed at the inlet opening of the cell stack 40, which is not preferable because pressure loss increases.

また、上述した中子50Aは、板状爪部52Aに折曲部53を設けて、セルスタック40の内壁面40aと一致する位置から軸中心方向を下向きに傾斜させているので、こうして形成された傾斜面52bの調芯機能を利用して調芯する方法により、中子50Aをセルスタック40の所定位置である軸中心に位置決めする中子固定方法が可能になる。このような中子固定方法により、中子50Aは、自動的にセルスタック40の軸中心に位置するよう自動調芯されるため、従来の突起部51は不要となる。
この結果、突起部51のない中子50Aは、セルスタック40の内壁面40aが削られることはなく、従って、セルスタック40が折損するなど強度上の信頼性が低下することを防止できる。
Further, the above-described core 50A is formed in this manner because the bent portion 53 is provided in the plate-like claw portion 52A and the axial center direction is inclined downward from a position coinciding with the inner wall surface 40a of the cell stack 40. By the method of aligning using the alignment function of the inclined surface 52b, a core fixing method of positioning the core 50A at the center of the axis that is a predetermined position of the cell stack 40 becomes possible. By such a core fixing method, the core 50A is automatically aligned so as to be automatically positioned at the center of the axis of the cell stack 40, so that the conventional protrusion 51 is unnecessary.
As a result, the core 50A without the projecting portion 51 does not scrape the inner wall surface 40a of the cell stack 40. Therefore, it is possible to prevent the strength reliability from being lowered, for example, the cell stack 40 is broken.

<実施形態>
続いて、本発明の実施形態を図3に基づいて説明する。なお、上述した参考実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、中子50Cが上端面中心部から水平方向へ放射状に延在する板状爪部52によってスタック上端面に載置されている。図示の実施形態では、周方向へ90度で等ピッチに配置された4枚の板状爪部52を備えている。すなわち、図7に示した従来構造の板状爪部52を3枚から4枚に増加することで、板状爪部52とセルスタック40の上端面との接触面積を増している。この場合、突起部51については、不要とすることも可能であるが、従来構造と同様に設けてもよい。
<Embodiment>
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to reference embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
In this embodiment, the core 50C is placed on the upper end surface of the stack by the plate-like claw portions 52 that extend radially from the center of the upper end surface in the horizontal direction. In the illustrated embodiment, four plate-like claw portions 52 arranged at an equal pitch of 90 degrees in the circumferential direction are provided. That is, the contact area between the plate-like claw portion 52 and the upper end surface of the cell stack 40 is increased by increasing the plate-like claw portion 52 having the conventional structure shown in FIG. In this case, the protrusion 51 may be unnecessary, but may be provided similarly to the conventional structure.

このような構造の中子50Cを採用すれば、従来の3枚と比較して、板状爪部52がセルスタック40の上端面に載置された状態での接触面積(摩擦面)が増加する。従って、接触面積の増加分だけ、中子50Cの回転抑制に貢献する摩擦力も増加することとなる。こうして従来よりも大きな摩擦力が生じると、中子50Cは、振動による回転移動が抑制される。この結果、突起部51との接触により内壁面40aが削られることを抑制できるようになり、従って、セルスタック40が折損するなど強度上の信頼性が低下することを防止できる。   If the core 50C having such a structure is adopted, the contact area (friction surface) in a state where the plate-like claw portion 52 is placed on the upper end surface of the cell stack 40 is increased as compared with the conventional three pieces. To do. Therefore, the frictional force contributing to the rotation suppression of the core 50C is also increased by the increase in the contact area. Thus, when a larger frictional force is generated than in the prior art, the core 50C is restrained from rotational movement due to vibration. As a result, it is possible to prevent the inner wall surface 40a from being scraped due to contact with the protrusion 51, and thus it is possible to prevent strength reliability from being lowered, such as the cell stack 40 being broken.

また、板状爪部52の数を増すことにより、振動等の影響により中子50Cが傾斜し、1本の板状爪部52でのみセルスタック40の上端面に接触している回数(時間)が少なくなる。すなわち、隣接する板状爪部52の距離が近くなるので、1本の板状爪部52のみで接触するのは、板状爪部52から周方向の両側に45度(合計90度)の範囲であるが、図7に示す従来構造では、周方向の両側に60度(合計120度)の範囲と広くなっている。
このため、中子50Cの回転により次の板状爪部52が接触するまでの時間を短縮できるので、これによっても中子50Cの回転が抑制される。
Further, by increasing the number of the plate-like claw portions 52, the number of times (time) that the core 50C is inclined due to the influence of vibration or the like and only one plate-like claw portion 52 is in contact with the upper end surface of the cell stack 40. ) Less. That is, since the distance between the adjacent plate-like claw parts 52 becomes short, the contact with only one plate-like claw part 52 is 45 degrees (90 degrees in total) from the plate-like claw part 52 to both sides in the circumferential direction. In the conventional structure shown in FIG. 7, the range is as wide as 60 degrees (total of 120 degrees) on both sides in the circumferential direction.
For this reason, since the time until the next plate-like claw portion 52 comes into contact with the rotation of the core 50C can be shortened, this also suppresses the rotation of the core 50C.

このように、板状爪部52を周方向へ等ピッチに4枚以上配置し、従来との比較において得られる摩擦力を増加させ、大きな摩擦力を確保して回転抑制する方法を採用しても、摩擦力を利用した中子52Cの回転抑制が可能になる。
また、板状爪部52の数を増して大きな摩擦量を得る中子固定方法は、板状爪部52の周方向ピッチ(角度)を小さくすることができるので、1本の板状爪部52でのみ接触している回数(時間)が少なくなり、従って、回転により次の板状爪部52が接触するまでの時間が短縮されるので、これによっても中子50Cの回転が抑制される。
なお、板状爪部52の数については、4枚以上に増加すればするほど摩擦力も増加するが、板状爪部52の数が多くなりすぎると、セルスタック40の入口開口における有効な流路面積が狭められて圧力損失増加の原因となるため、適切な上限設定が必要となる。
In this way, four or more plate-like claw portions 52 are arranged at equal pitches in the circumferential direction to increase the frictional force obtained in comparison with the conventional method and secure a large frictional force and adopt a method for suppressing rotation. Also, the rotation of the core 52C using the frictional force can be suppressed.
Further, the core fixing method for increasing the number of the plate-like claw portions 52 to obtain a large amount of friction can reduce the circumferential pitch (angle) of the plate-like claw portions 52, so that one plate-like claw portion can be obtained. The number of times (time) of contact only at 52 is reduced, and therefore, the time until the next plate-like claw portion 52 comes into contact with the rotation is shortened. This also suppresses the rotation of the core 50C. .
As the number of the plate-like claw portions 52 increases to 4 or more, the frictional force increases. However, if the number of the plate-like claw portions 52 increases too much, an effective flow at the inlet opening of the cell stack 40 is increased. Since the road area is narrowed and causes an increase in pressure loss, an appropriate upper limit setting is required.

このように、上述した実施形態によれば、セルスタック40の集合体であるSOFCカートリッジ10を輸送する際に懸念されていた問題、すなわち、中子50A,50B,50Cが輸送時の振動に起因して移動・回転することを抑制できるので、セルスタック40の内壁面40aが削られることを防止でき、この結果、セルスタック40の耐振動性及び耐衝撃性を向上させたSOFCモジュール1を提供できる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえばSOFCに限定されないなど、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
Thus, according to the above-described embodiment, the problem that has been a concern when transporting the SOFC cartridge 10 that is an assembly of the cell stacks 40, that is, the cores 50A, 50B, and 50C are caused by vibration during transportation. Therefore, it is possible to prevent the inner wall surface 40a of the cell stack 40 from being scraped, and as a result, the SOFC module 1 with improved vibration resistance and impact resistance of the cell stack 40 is provided. it can.
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, For example, it can change suitably in the range which does not deviate from the summary, such as not being limited to SOFC.

1 固体酸化物形燃料電池(SOFCモジュール)
2 圧力容器
3 燃料ガス供給管
3a 燃料ガス供給枝管
4 燃料ガス排出管
4a 燃料ガス排出枝管
10 SOFCカートリッジ
11 発電室
12 燃料ガス供給室
13 燃料ガス排出室
14 酸化性ガス供給室
15 酸化性ガス排出室
16a 上部管板
16b 下部管板
17a 上部断熱体
17b 下部断熱体
18a 上部ケーシング
18b 下部ケーシング
19a ガス燃料供給孔
19b 燃料ガス排出孔
20a 酸化性ガス供給孔
20b 酸化性ガス排出孔
21a 酸化性ガス供給隙間
21b 酸化性ガス排出隙間
40 セルスタック(円筒セル)
40a セルスタック内壁面
40c スタック上端面
41 燃料電池セル
42 基体管
50,50A,50B,50C 中子
51 突起部
52,52A 板状爪部
52a 水平部
52b 傾斜部
53 折曲部
1 Solid oxide fuel cell (SOFC module)
2 Pressure vessel 3 Fuel gas supply pipe 3a Fuel gas supply branch pipe 4 Fuel gas discharge pipe 4a Fuel gas discharge branch pipe 10 SOFC cartridge 11 Power generation chamber 12 Fuel gas supply chamber 13 Fuel gas discharge chamber 14 Oxidizing gas supply chamber 15 Oxidizing gas Gas discharge chamber 16a Upper tube plate 16b Lower tube plate 17a Upper heat insulator 17b Lower heat insulator 18a Upper casing 18b Lower casing 19a Gas fuel supply hole 19b Fuel gas discharge hole 20a Oxidative gas supply hole 20b Oxidative gas discharge hole 21a Oxidizing Gas supply gap 21b Oxidizing gas discharge gap 40 Cell stack (cylindrical cell)
40a Cell stack inner wall surface 40c Stack upper end surface 41 Fuel cell 42 Base tube 50, 50A, 50B, 50C Core 51 Protruding part 52, 52A Plate-like claw part 52a Horizontal part 52b Inclined part 53 Bent part

Claims (2)

円筒型のセルスタック内を流れる流体流速を加速するため、前記セルスタック内に中子が挿入されている固体酸化物形燃料電池において、
前記中子は、前記セルスタックの上端部開口から挿入されるとともに、該中子の上端面中心部から水平方向へ放射状に延在する複数の板状爪部によってスタック上端面に載置され、
前記板状爪部が、周方向へ等ピッチに4枚以上配置されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
In the solid oxide fuel cell in which a core is inserted in the cell stack in order to accelerate the flow velocity of the fluid flowing in the cylindrical cell stack,
The core is inserted from the upper end opening of the cell stack, and is placed on the stack upper end surface by a plurality of plate-like claws extending radially from the center of the upper end surface of the core,
A solid oxide fuel cell, wherein four or more plate-like claws are arranged at equal pitches in the circumferential direction.
円筒型のセルスタック内を流れる流体流速を加速する中子が前記セルスタック内に挿入され、前記中子が前記セルスタックの上端部開口から挿入されるとともに、該中子の上端面中心部から水平方向へ放射状に延在する複数の板状爪部によってスタック上端面に載置されている固体酸化物形燃料電池の円筒セルの中子固定方法であって、
前記板状爪部を周方向へ等ピッチに4枚以上配置して得られる摩擦力で回転抑制することを特徴とする円筒セルの中子固定方法。
A core for accelerating the flow velocity of the fluid flowing in the cylindrical cell stack is inserted into the cell stack, the core is inserted from the upper end opening of the cell stack, and from the center of the upper end surface of the core. A solid cell fuel cell cylindrical core fixing method mounted on a stack upper end surface by a plurality of plate-like claws extending radially in a horizontal direction,
A method of fixing a core of a cylindrical cell, wherein rotation is suppressed by a frictional force obtained by arranging four or more plate-like claw portions at equal pitches in the circumferential direction.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006179289A (en) * 2004-12-22 2006-07-06 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2007287424A (en) * 2006-04-14 2007-11-01 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2010536120A (en) * 2007-08-03 2010-11-25 ナノダイナミクス エナジー, インコーポレイテッド Solid oxide fuel cell system with improved gas channel transport and heat exchange
JP2012174544A (en) * 2011-02-22 2012-09-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Upper or lower core for heat exchange of solid oxide fuel cell, and solid oxide fuel cell
JP2012252801A (en) * 2011-05-31 2012-12-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Solid oxide fuel cell

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006179289A (en) * 2004-12-22 2006-07-06 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2007287424A (en) * 2006-04-14 2007-11-01 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2010536120A (en) * 2007-08-03 2010-11-25 ナノダイナミクス エナジー, インコーポレイテッド Solid oxide fuel cell system with improved gas channel transport and heat exchange
JP2012174544A (en) * 2011-02-22 2012-09-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Upper or lower core for heat exchange of solid oxide fuel cell, and solid oxide fuel cell
JP2012252801A (en) * 2011-05-31 2012-12-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Solid oxide fuel cell

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