JP2018181405A - Fuel cell power generation module - Google Patents

Fuel cell power generation module Download PDF

Info

Publication number
JP2018181405A
JP2018181405A JP2017073440A JP2017073440A JP2018181405A JP 2018181405 A JP2018181405 A JP 2018181405A JP 2017073440 A JP2017073440 A JP 2017073440A JP 2017073440 A JP2017073440 A JP 2017073440A JP 2018181405 A JP2018181405 A JP 2018181405A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
power generation
generation module
fuel
cell stack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017073440A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
良二 谷村
Ryoji Tanimura
良二 谷村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2017073440A priority Critical patent/JP2018181405A/en
Publication of JP2018181405A publication Critical patent/JP2018181405A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent degradation in power generation performance of a fuel cell stack.SOLUTION: A fuel cell power generation module comprises: a fuel cell stack having a plurality of unit cells aligned in a first direction; and a heat source. The fuel cell stack is provided with an oxidant gas supply manifold for supplying oxidant gas to an air chamber facing an air electrode of each of the unit cells. In a view perpendicular to the first direction, at least part of the heat source overlaps at least one of the unit cells. In the first direction view, at least part of the heat source faces at least part of a specific virtual side, in a direction perpendicular to the specific virtual side. Here, the specific virtual side is the virtual side closest to the centroid of the oxidant gas supply manifold, among four virtual sides constituting a smallest virtual rectangle that is circumscribed on the contour of the fuel cell stack.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本明細書によって開示される技術は、燃料電池発電モジュールに関する。   The technology disclosed by the present specification relates to a fuel cell power generation module.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の1つとして、固体酸化物形の燃料電池(以下、「SOFC」という)が知られている。SOFCの構成単位である単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第1の方向」という)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。一般に、SOFCは、上記第1の方向に並べて配置された複数の単セルを備える燃料電池スタックの形態で利用される。   A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") is known as one of fuel cells that generate electric power using an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen. A unit cell, which is a constituent unit of SOFC, includes an electrolyte layer, and an air electrode and a fuel electrode which face each other in a predetermined direction (hereinafter, referred to as "first direction") with the electrolyte layer interposed therebetween. In general, the SOFC is utilized in the form of a fuel cell stack including a plurality of single cells arranged in the first direction.

燃料電池スタックには、各種のマニホールド(ガス流路)が形成されている。具体的には、燃料電池スタックには、各単セルの空気極に面する空気室へ酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給マニホールド、各空気室から排出された酸化剤オフガスを外部に排出するための酸化剤ガス排出マニホールド、各単セルの燃料極に面する燃料室へ燃料ガスを供給するための燃料ガス供給マニホールド、および、各燃料室から排出された燃料オフガスを外部に排出するための燃料ガス排出マニホールドが形成されている。   Various manifolds (gas flow paths) are formed in the fuel cell stack. Specifically, in the fuel cell stack, an oxidant gas supply manifold for supplying oxidant gas to the air chamber facing the air electrode of each unit cell, the oxidant off gas discharged from each air chamber to the outside An oxidant gas discharge manifold for discharging, a fuel gas supply manifold for supplying fuel gas to the fuel chamber facing the fuel electrode of each single cell, and a fuel off gas discharged from each fuel chamber are discharged to the outside A fuel gas discharge manifold is formed.

また、燃料電池スタックの近傍に、補助器が設置されることがある。補助器の内部には、例えば、燃料電池スタックから排出された排ガスを燃焼させる燃焼室や、原燃料ガスを改質して燃料電池スタックに供給する燃料ガスを生成する改質室が形成されている。補助器は、排ガスの燃焼に伴い熱を発する。なお、本明細書では、燃料電池スタックと補助器とを備える構成を、燃料電池発電モジュールという。   In addition, an auxiliary may be installed near the fuel cell stack. For example, a combustion chamber for burning the exhaust gas discharged from the fuel cell stack and a reforming chamber for reforming the raw fuel gas to generate the fuel gas to be supplied to the fuel cell stack are formed inside the auxiliary unit. There is. The auxiliaries generate heat as the exhaust gas burns. In the present specification, a configuration including a fuel cell stack and an auxiliary device is referred to as a fuel cell power generation module.

一般に、補助器は、第1の方向(複数の単セルの配列方向)において燃料電池スタックに対向する位置に配置される(例えば、特許文献1参照)。   Generally, the auxiliary unit is disposed at a position facing the fuel cell stack in a first direction (arrangement direction of a plurality of single cells) (see, for example, Patent Document 1).

特開2016−18751号公報JP, 2016-18751, A

燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスおよび燃料ガスは、燃料電池スタックの外部から導入されるため、比較的低温である。また、燃料電池スタックの運転の際には、燃料ガス中の水素の利用率を高めるために、燃料ガスの供給量と比較して、酸化剤ガスの供給量が大きい値に設定される。そのため、燃料電池スタックに含まれる各単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域は、多量の酸化剤ガスによって熱を奪われ、温度が低下しやすい。単セルにおける特定の領域の温度が低下すると、単セルの面内の温度分布の均一性が低下して(すなわち、単セルの各領域間での温度差が大きくなって)発電効率が低下し、その結果、燃料電池スタックの発電性能が低下する。   Since the oxidant gas and the fuel gas supplied to the fuel cell stack are introduced from the outside of the fuel cell stack, the temperature is relatively low. Further, at the time of operation of the fuel cell stack, in order to increase the utilization rate of hydrogen in the fuel gas, the amount of supply of the oxidant gas is set to a large value as compared with the amount of supply of the fuel gas. Therefore, the area near the oxidant gas supply manifold in each unit cell included in the fuel cell stack is easily deprived of heat by a large amount of oxidant gas, and the temperature is likely to be lowered. When the temperature of a specific area in a single cell decreases, the uniformity of the temperature distribution in the plane of the single cell decreases (that is, the temperature difference between each area of the single cell increases) and the power generation efficiency decreases. As a result, the power generation performance of the fuel cell stack is degraded.

上述した従来の構成の燃料電池発電モジュールでは、補助器が、第1の方向(複数の単セルの配列方向)において燃料電池スタックに対向する位置に配置されるため、補助器が発する熱は、単セルの面内の温度分布の均一性の改善にほとんど寄与しない。そのため、上記従来の構成の燃料電池発電モジュールでは、単セルの面内の温度分布の均一性の低下を原因として、燃料電池スタックの発電性能が低下する、という課題が存在する。なお、このような課題は、SOFCに限らず、他のタイプの燃料電池にも共通の課題である。   In the fuel cell power generation module of the conventional configuration described above, since the auxiliary is disposed at a position facing the fuel cell stack in the first direction (arrangement direction of a plurality of single cells), the heat generated by the auxiliary is It hardly contributes to the improvement of the uniformity of the temperature distribution in the plane of a single cell. Therefore, in the fuel cell power generation module of the conventional configuration, there is a problem that the power generation performance of the fuel cell stack is lowered due to the decrease in the uniformity of the temperature distribution in the plane of the single cell. In addition, such a subject is a subject common to not only SOFC but other types of fuel cells.

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。   The present specification discloses a technology that can solve the above-described problems.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。   The technology disclosed in the present specification can be realized, for example, as the following form.

(1)本明細書に開示される燃料電池発電モジュールは、電解質層と前記電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極とをそれぞれ含み、第1の方向に並べて配置された複数の単セルを有する燃料電池スタックと、熱源と、を備える燃料電池発電モジュールにおいて、前記燃料電池スタックには、各前記単セルの前記空気極に面する空気室へ酸化剤ガスを供給するためのガス流路である酸化剤ガス供給マニホールドが形成されており、前記熱源の少なくとも一部分は、前記第1の方向に直交する方向視で、少なくとも1つの前記単セルと重なっており、かつ、前記第1の方向視で、前記燃料電池スタックの外形に外接する最小の仮想矩形を構成する4つの仮想辺の内、前記酸化剤ガス供給マニホールドの図心に最も近い前記仮想辺である特定仮想辺の少なくとも一部分と、前記特定仮想辺に直交する方向に対向している。本燃料電池発電モジュールでは、熱源の少なくとも一部分が、第1の方向に直交する方向視で、少なくとも1つの単セルと重なっており、かつ、第1の方向視で、酸化剤ガス供給マニホールドの図心に近い特定仮想辺の少なくとも一部分と、特定仮想辺に直交する方向に対向しているため、熱源から発せられる熱により、第1の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を抑制することができる。従って、本燃料電池発電モジュールによれば、単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。 (1) The fuel cell power generation module disclosed in the present specification includes an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other with the electrolyte layer interposed therebetween, and a plurality of single fuel cells arranged in the first direction. In a fuel cell power generation module including a fuel cell stack having cells and a heat source, a gas flow for supplying an oxidant gas to an air chamber facing the air electrode of each unit cell in the fuel cell stack. An oxidant gas supply manifold, which is a channel, is formed, and at least a portion of the heat source overlaps with at least one of the unit cells in a direction orthogonal to the first direction, and the first Among the four virtual sides forming the smallest virtual rectangle circumscribing the outer shape of the fuel cell stack in the direction view, the virtual side closest to the centroid of the oxidant gas supply manifold At least a portion of a specific virtual edges that are opposed in a direction perpendicular to the specific virtual edge. In the fuel cell power generation module, at least a portion of the heat source overlaps the at least one unit cell in a direction orthogonal to the first direction, and a diagram of the oxidant gas supply manifold in the first direction. The oxidizing agent in a single cell overlapping with the heat source in a direction perpendicular to the first direction by heat emitted from the heat source because it faces at least a part of the specific imaginary side close to the heart in the direction orthogonal to the specific imaginary side The temperature drop in the area near the gas supply manifold can be suppressed. Therefore, according to the present fuel cell power generation module, it is possible to suppress the decrease in the uniformity of the temperature distribution in the surface of the single cell, and as a result, it is possible to suppress the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack.

(2)上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記第1の方向視で、前記燃料電池スタックの外形は、少なくとも一部分が前記酸化剤ガス供給マニホールドの図心を挟んで前記単セルと対向する直線状の辺を少なくとも1つ有する構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールによれば、熱源から発せられる熱により、第1の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を効果的に抑制することができる。従って、本燃料電池発電モジュールによれば、単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を効果的に抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を効果的に抑制することができる。 (2) In the fuel cell power generation module, in the first direction, the outer shape of the fuel cell stack has a linear shape in which at least a part thereof opposes the single cell across the center of the oxidant gas supply manifold. It may be configured to have at least one side. According to the fuel cell power generation module, the heat generated from the heat source effectively suppresses the temperature drop in the region near the oxidant gas supply manifold in the unit cell overlapping the heat source in the direction perpendicular to the first direction. be able to. Therefore, according to the present fuel cell power generation module, it is possible to effectively suppress the decrease in the uniformity of the in-plane temperature distribution in the unit cell, and as a result, the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack is effectively suppressed. can do.

(3)上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記仮想矩形は、長方形であり、前記特定仮想辺は、前記長方形の短辺である構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールでは、酸化剤ガス供給マニホールドの図心に近い特定仮想辺が、仮想矩形としての長方形の短辺であるため、単セルの面内の温度分布の均一性が低下しやすく、その結果、燃料電池スタックの発電性能が低下しやすい構成である。本燃料電池発電モジュールによれば、そのような燃料電池スタックの発電性能が低下しやすい構成においても、熱源から発せられる熱により、第1の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を抑制することによって単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。 (3) In the fuel cell power generation module, the virtual rectangle may be a rectangle, and the specific virtual side may be a short side of the rectangle. In this fuel cell power generation module, since the specific imaginary side close to the centroid of the oxidant gas supply manifold is the short side of the rectangle as an imaginary rectangle, the uniformity of the temperature distribution in the plane of the single cell is likely to deteriorate. As a result, the power generation performance of the fuel cell stack is easily reduced. According to the fuel cell power generation module, even in a configuration in which the power generation performance of the fuel cell stack tends to deteriorate, the heat generated from the heat source causes oxidation in a single cell overlapping the heat source in a direction perpendicular to the first direction. By suppressing the temperature decrease in the region near the agent gas supply manifold, it is possible to suppress the decrease in the uniformity of the temperature distribution in the surface of the single cell, and as a result, the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack be able to.

(4)上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記長方形の長辺の長さは、150mm以上である構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールでは、仮想矩形としての長方形の長辺がある程度長いため、単セルの面内の温度分布の均一性がさらに低下しやすく、その結果、燃料電池スタックの性能がさらに低下しやすい構成である。本燃料電池発電モジュールによれば、そのような燃料電池スタックの発電性能がさらに低下しやすい構成においても、熱源から発せられる熱により、第1の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を抑制することによって単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。 (4) In the fuel cell power generation module, the long side of the rectangle may have a length of 150 mm or more. In this fuel cell power generation module, since the long side of the rectangle as a virtual rectangle is long to some extent, the uniformity of the temperature distribution in the plane of the single cell tends to further deteriorate, and as a result, the performance of the fuel cell stack tends to further deteriorate. It is a structure. According to the present fuel cell power generation module, even in a configuration in which the power generation performance of such a fuel cell stack is further likely to be reduced, heat generated from the heat source causes the unit cell to overlap the heat source in a direction orthogonal to the first direction. By suppressing the temperature decrease in the region near the oxidant gas supply manifold, it is possible to suppress the decrease in the uniformity of the temperature distribution in the surface of the single cell, and as a result, suppress the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack. can do.

(5)上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記燃料電池スタックには、さらに、各前記単セルの前記燃料極に面する燃料室へ燃料ガスを供給するためのガス流路であり、前記第1の方向視で前記単セルを挟んで前記酸化剤ガス供給マニホールドと対向する位置に配置された燃料ガス供給マニホールドが形成されている構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールでは、空気室におけるガスの主たる流れ方向と燃料室におけるガスの主たる流れ方向とが互いに対向するカウンターフロータイプの構成が採用されているため、単セルの面内の温度分布の均一性がさらに低下しやすく、その結果、燃料電池スタックの発電性能がさらに低下しやすい構成である。本燃料電池発電モジュールによれば、そのような燃料電池スタックの発電性能がさらに低下しやすい構成においても、熱源から発せられる熱により、第1の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を抑制することによって単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。 (5) In the fuel cell power generation module, the fuel cell stack further includes a gas flow path for supplying a fuel gas to a fuel chamber facing the fuel electrode of each of the unit cells, A fuel gas supply manifold may be formed at a position facing the oxidant gas supply manifold across the unit cell in a direction view. In this fuel cell power generation module, the main flow direction of the gas in the air chamber and the main flow direction of the gas in the fuel chamber adopt a configuration of a counter flow type, so that the temperature distribution in the plane of the single cell is The uniformity is further likely to be reduced, and as a result, the power generation performance of the fuel cell stack is further likely to be reduced. According to the present fuel cell power generation module, even in a configuration in which the power generation performance of such a fuel cell stack is further likely to be reduced, heat generated from the heat source causes the unit cell to overlap the heat source in a direction orthogonal to the first direction. By suppressing the temperature decrease in the region near the oxidant gas supply manifold, it is possible to suppress the decrease in the uniformity of the temperature distribution in the surface of the single cell, and as a result, suppress the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack. can do.

(6)上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記第1の方向視で、前記熱源の少なくとも一部分は、前記特定仮想辺に直交する方向において、前記酸化剤ガス供給マニホールドの少なくとも一部分と対向している構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールによれば、熱源から発せられる熱により、第1の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を効果的に抑制することによって単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を効果的に抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を効果的に抑制することができる。 (6) In the fuel cell power generation module, at least a portion of the heat source is opposed to at least a portion of the oxidant gas supply manifold in a direction orthogonal to the specific imaginary side in the first direction view. It may be According to the fuel cell power generation module, the heat generated from the heat source effectively suppresses the temperature drop in the region near the oxidant gas supply manifold in the unit cell overlapping the heat source in the direction perpendicular to the first direction. Thus, it is possible to effectively suppress the decrease in the uniformity of the in-plane temperature distribution in the unit cell, and as a result, it is possible to effectively suppress the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack.

(7)上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記第1の方向視で、前記熱源の少なくとも一部分は、前記特定仮想辺に直交する方向において、前記酸化剤ガス供給マニホールドの全体と対向している構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールによれば、熱源から発せられる熱により、第1の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を極めて効果的に抑制することによって単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を極めて効果的に抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を極めて効果的に抑制することができる。 (7) In the fuel cell power generation module, at least a portion of the heat source is opposed to the entire oxidant gas supply manifold in the direction orthogonal to the specific imaginary side in the first direction view. It is also good. According to the fuel cell power generation module, the heat generated from the heat source extremely effectively suppresses the temperature drop of the region near the oxidant gas supply manifold in the unit cell overlapping the heat source in the direction perpendicular to the first direction. By doing this, it is possible to extremely effectively suppress the decrease in the uniformity of the in-plane temperature distribution in the unit cell, and as a result, it is possible to extremely effectively suppress the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack.

(8)上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記第1の方向に直交する方向視で、前記熱源の少なくとも一部分は、前記燃料電池スタックに含まれるすべての前記単セルと重なっている構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールによれば、熱源から発せられる熱により、燃料電池スタックに含まれるすべての単セルにおいて、酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を効果的に抑制することによって単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下をさらに効果的に抑制することができる。 (8) In the fuel cell power generation module, at least a part of the heat source may overlap all the single cells included in the fuel cell stack in a direction perpendicular to the first direction. According to the fuel cell power generation module, the heat generated from the heat source effectively suppresses the temperature decrease in the region near the oxidant gas supply manifold in all the single cells included in the fuel cell stack. It is possible to suppress the decrease in the uniformity of the in-plane temperature distribution, and as a result, the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack can be suppressed more effectively.

(9)上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記熱源は、前記燃料電池スタックから排出されたガスを燃焼させる燃焼室が形成された補助器を含むことを特徴とする構成としてもよい。本燃料電池発電モジュールによれば、補助器の燃焼室における燃焼熱により、第1の方向に直交する方向視で熱源と重なる単セルにおける酸化剤ガス供給マニホールドの近くの領域の温度低下を抑制することによって単セルにおける面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。 (9) In the fuel cell power generation module, the heat source may include an auxiliary device in which a combustion chamber for burning the gas discharged from the fuel cell stack is formed. According to the fuel cell power generation module, the heat of combustion in the combustion chamber of the auxiliary suppresses the temperature drop of the region near the oxidant gas supply manifold in the unit cell overlapping the heat source in the direction perpendicular to the first direction. As a result, it is possible to suppress the decrease in the uniformity of the temperature distribution in the surface of the single cell, and as a result, the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack can be suppressed.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池スタックと熱源とを備える燃料電池発電モジュールおよびその製造方法等の形態で実現することが可能である。   The technology disclosed in this specification can be realized in various forms, for example, a fuel cell power generation module including a fuel cell stack and a heat source, and a method of manufacturing the same. It is possible.

本実施形態における燃料電池発電モジュール20の外観構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance structure of the fuel cell power generation module 20 in this embodiment. 図1のII−IIの位置における燃料電池発電モジュール20のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell power generation module 20 in the position of II-II of FIG. 図1のIII−IIIの位置における燃料電池発電モジュール20のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell power generation module 20 in the position of III-III of FIG. 図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-section structure of the two adjacent electric power generation units 102 in the same position as the cross section shown in FIG. 図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-section structure of the two adjacent electric power generation units 102 in the same position as the cross section shown in FIG. 図4および図5のVI−VIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows XY sectional structure of the electric power generation unit 102 in the position of VI-VI of FIG. 4 and FIG. 図4および図5のVII−VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows XY sectional structure of the electric power generation unit 102 in the position of VII-VII of FIG. 4 and FIG. 変形例の発電モジュール20のXZ断面構成を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the XZ cross-section structure of the electric power generation module 20 of a modification. 他の変形例の発電モジュール20のXY断面構成を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the XY cross-section structure of the electric power generation module 20 of another modification. 他の変形例の発電モジュール20のXY断面構成を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the XY cross-section structure of the electric power generation module 20 of another modification. 他の変形例の発電モジュール20のXY断面構成を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the XY cross-section structure of the electric power generation module 20 of another modification. 他の変形例の発電モジュール20のXY断面構成を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the XY cross-section structure of the electric power generation module 20 of another modification.

A.実施形態:
A−1.装置構成:
(燃料電池発電モジュール20の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池発電モジュール(以下、単に「発電モジュール」という)20の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1(および後述する図6,7)のII−IIの位置における発電モジュール20のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1(および後述する図6,7)のIII−IIIの位置における発電モジュール20のXZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、発電モジュール20は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図4以降についても同様である。また、本明細書では、Z軸方向に直交する方向を、面方向と呼ぶものとする。
A. Embodiment:
A-1. Device configuration:
(Configuration of fuel cell power generation module 20)
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance configuration of a fuel cell power generation module (hereinafter simply referred to as “power generation module”) 20 in the present embodiment, and FIG. 2 is a view II of FIG. FIG. 3 is an explanatory view showing the XZ cross-sectional configuration of the power generation module 20 at the position −II, and FIG. 3 shows the XZ cross-sectional configuration of the power generation module 20 at the position III-III in FIG. 1 (and FIGS. FIG. In each figure, mutually orthogonal XYZ axes for specifying the direction are shown. In this specification, for convenience, the positive direction of the Z-axis is referred to as the upper direction, and the negative direction of the Z-axis is referred to as the downward direction. However, the power generation module 20 is actually installed in an orientation different from such an orientation. It may be done. The same applies to FIG. Further, in the present specification, a direction orthogonal to the Z-axis direction is referred to as a surface direction.

発電モジュール20は、燃料電池スタック100と、補助器200とを備える。   The power generation module 20 includes a fuel cell stack 100 and an auxiliary device 200.

(燃料電池スタック100の構成)
燃料電池スタック100は、複数の(本実施形態では7つの)燃料電池発電単位(以下、単に「発電単位」という)102と、一対のエンドプレート104,106とを備える。7つの発電単位102は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向)に並べて配置されている。一対のエンドプレート104,106は、7つの発電単位102から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。本実施形態では、Z軸方向視での燃料電池スタック100の形状は、X軸方向に平行な辺を長辺としY軸方向に平行な辺を短辺とする長方形であり、該長方形の長辺の長さは、150mm以上である。なお、上記配列方向(上下方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。
(Configuration of fuel cell stack 100)
The fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in the present embodiment) fuel cell power generation units (hereinafter simply referred to as “power generation units”) 102 and a pair of end plates 104 and 106. The seven power generation units 102 are arranged in a predetermined arrangement direction (vertical direction in the present embodiment). The pair of end plates 104 and 106 are arranged to sandwich an assembly composed of seven power generation units 102 from above and below. In the present embodiment, the shape of the fuel cell stack 100 as viewed in the Z-axis direction is a rectangle having a side parallel to the X-axis direction as a long side and a side parallel to the Y-axis direction as a short side. The length of the side is 150 mm or more. The arrangement direction (vertical direction) corresponds to the first direction in the claims.

図1に示すように、燃料電池スタック100を構成する各層(各発電単位102、エンドプレート104,106)のZ軸方向回りの外周の4つの角部周辺には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート104から他方のエンドプレート106にわたって上下方向に延びるボルト孔109を構成している。各ボルト孔109にはボルト22が挿入されており、各ボルト22および図示しないナットによって燃料電池スタック100は締結されている。   As shown in FIG. 1, the layers are vertically penetrated around four corners of the outer periphery around each Z-axis direction of each layer (each power generation unit 102 and end plates 104 and 106) constituting the fuel cell stack 100. Holes are formed, and the holes formed in the respective layers communicate with each other in the vertical direction to form bolt holes 109 extending in the vertical direction from one end plate 104 to the other end plate 106. A bolt 22 is inserted in each bolt hole 109, and the fuel cell stack 100 is fastened by each bolt 22 and a nut not shown.

また、図1から図3に示すように、各発電単位102のZ軸方向回りの外周辺の付近には、各発電単位102を上下方向に貫通する孔が形成されており、各発電単位102に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、複数の発電単位102にわたって上下方向に延びる連通孔108を構成している。以下の説明では、連通孔108を構成するために各発電単位102に形成された孔も、連通孔108と呼ぶ場合がある。   Further, as shown in FIGS. 1 to 3, a hole penetrating each power generation unit 102 in the vertical direction is formed in the vicinity of the outer periphery of each power generation unit 102 around the Z-axis direction. The corresponding holes communicate with each other in the vertical direction to form a communication hole 108 extending in the vertical direction across the plurality of power generation units 102. In the following description, a hole formed in each power generation unit 102 to form the communication hole 108 may also be referred to as the communication hole 108.

図1および図2に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周における1つの辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸正方向側の辺)の付近に位置する連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から酸化剤ガスOGが導入され、その酸化剤ガスOGを各発電単位102の後述する空気室166に供給するガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の付近に位置する連通孔108は、各発電単位102の空気室166から排出されたガスである酸化剤オフガスOOGを燃料電池スタック100の外部へと排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する。また、本実施形態では、酸化剤ガスOGとして、例えば空気が使用される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 100 is positioned near one side (the side on the X axis positive direction side of the two sides parallel to the Y axis) in the outer periphery around the Z axis direction of the fuel cell stack 100. An oxidant gas supply manifold 161 is a gas flow path through which the oxidant gas OG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100 and the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 described later. From the air chamber 166 of each of the power generation units 102. The communication hole 108 functions as the second side and is located in the vicinity of the side opposite to the side (the side of the two sides parallel to the Y axis in the negative X axis direction). It functions as an oxidant gas discharge manifold 162 which is a gas flow path for discharging an oxidant off gas OOG which is a discharged gas to the outside of the fuel cell stack 100. Further, in the present embodiment, for example, air is used as the oxidant gas OG.

また、図1および図3に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFGが導入され、その燃料ガスFGを各発電単位102の後述する燃料室176に供給するガス流路である燃料ガス供給マニホールド171として機能し、上述した酸化剤ガス供給マニホールド161として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔108は、各発電単位102の燃料室176から排出されたガスである燃料オフガスFOGを燃料電池スタック100の外部へと排出するガス流路である燃料ガス排出マニホールド172として機能する。また、本実施形態では、燃料ガスFGとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。   Further, as shown in FIGS. 1 and 3, among the sides constituting the outer periphery of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction, the vicinity of the side closest to the communication hole 108 functioning as the above-mentioned oxidant gas discharge manifold 162. In the other communication holes 108 located in the fuel cell stack 100, fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100, and the fuel gas is supplied to the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 described later. The other communication holes 108 located in the vicinity of the side closest to the communication holes 108 which function as the manifold 171 and function as the oxidant gas supply manifold 161 described above are gas discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102. As a fuel gas discharge manifold 172 which is a gas flow path for discharging a certain fuel off gas FOG to the outside of the fuel cell stack 100 To function. Further, in the present embodiment, a hydrogen rich gas obtained by reforming city gas, for example, is used as the fuel gas FG.

(エンドプレート104,106の構成)
一対のエンドプレート104,106は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート104は、最も上に位置する発電単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する発電単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の発電単位102が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート104は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。図2および図3に示すように、下側のエンドプレート106には、4つの流路用貫通孔107が形成されている。4つの流路用貫通孔107は、それぞれ、酸化剤ガス供給マニホールド161、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス供給マニホールド171、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。
(Configuration of end plates 104 and 106)
The pair of end plates 104 and 106 is a substantially rectangular flat conductive member and is made of, for example, stainless steel. One end plate 104 is disposed on the upper side of the uppermost power generation unit 102, and the other end plate 106 is disposed on the lower side of the lowermost power generation unit 102. The plurality of power generation units 102 are held in a pressed state by the pair of end plates 104 and 106. The upper end plate 104 functions as a positive output terminal of the fuel cell stack 100, and the lower end plate 106 functions as a negative output terminal of the fuel cell stack 100. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, four flow path through holes 107 are formed in the lower end plate 106. The four flow path through holes 107 are in communication with the oxidant gas supply manifold 161, the oxidant gas discharge manifold 162, the fuel gas supply manifold 171, and the fuel gas discharge manifold 172, respectively.

(ガス通路部材27等の構成)
図2および図3に示すように、燃料電池スタック100は、さらに、下側のエンドプレート106に対して複数の発電単位102とは反対側(すなわち、下側)に配置された4つのガス通路部材27を備える。各ガス通路部材27は、内部にガス流路が形成された筒状の部材である。4つのガス通路部材27は、それぞれ、酸化剤ガス供給マニホールド161、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス供給マニホールド171、燃料ガス排出マニホールド172と上下方向に重なる位置に配置されている。図2に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド161に重なる位置に配置されたガス通路部材27には、第1の配管231が接続されており、酸化剤ガス排出マニホールド162に重なる位置に配置されたガス通路部材27には、第2の配管232が接続されている。また、図3に示すように、燃料ガス供給マニホールド171に重なる位置に配置されたガス通路部材27には、第3の配管233が接続されており、燃料ガス排出マニホールド172に重なる位置に配置されたガス通路部材27には、第4の配管234が接続されている。なお、各ガス通路部材27とエンドプレート106との間には、絶縁シート26が配置されている。絶縁シート26は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。
(Configuration of gas passage member 27 etc.)
As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell stack 100 further includes four gas passages disposed on the opposite side (ie, the lower side) of the lower end plates 106 to the plurality of power generation units 102. A member 27 is provided. Each gas passage member 27 is a cylindrical member in which a gas flow passage is formed. The four gas passage members 27 are arranged at positions overlapping the oxidant gas supply manifold 161, the oxidant gas discharge manifold 162, the fuel gas supply manifold 171, and the fuel gas discharge manifold 172 in the vertical direction, respectively. As shown in FIG. 2, the first pipe 231 is connected to the gas passage member 27 disposed at a position overlapping the oxidant gas supply manifold 161, and disposed at a position overlapping the oxidant gas discharge manifold 162. The second pipe 232 is connected to the gas passage member 27. Further, as shown in FIG. 3, the third pipe 233 is connected to the gas passage member 27 disposed at a position overlapping the fuel gas supply manifold 171, and disposed at a position overlapping the fuel gas discharge manifold 172. The fourth pipe 234 is connected to the gas passage member 27. An insulating sheet 26 is disposed between each gas passage member 27 and the end plate 106. The insulating sheet 26 is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic dust sheet, a glass sheet, a glass ceramic composite agent, or the like.

(発電単位102の構成)
図4は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図5は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。また、図6は、図4および図5のVI−VIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図であり、図7は、図4および図5のVII−VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。なお、図6および図7には、補助器200のXY断面構成も示されている。
(Configuration of power generation unit 102)
4 is an explanatory view showing the XZ cross-sectional configuration of two adjacent power generation units 102 at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. 5 is adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. FIG. 6 is an explanatory view showing an XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102. 6 is an explanatory view showing an XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position of VI-VI in FIG. 4 and FIG. 5, and FIG. 7 is a power generation unit at the position of VII-VII in FIG. It is explanatory drawing which shows XY cross-section structure of 102. FIG. 6 and 7 also show the XY cross-sectional configuration of the auxiliary device 200. FIG.

図4および図5に示すように、発電単位102は、単セル110と、セパレータ120と、空気極側フレーム130と、空気極側集電体134と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電体144と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ150とを備えている。セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150におけるZ軸方向回りの周縁部には、上述した各マニホールド161,162,171,172として機能する連通孔108を構成する孔や、各ボルト孔109を構成する孔が形成されている。なお、上述したように、燃料電池スタック100はZ軸方向に並べて配置された複数の発電単位102を備えるため、燃料電池スタック100はZ軸方向に並べて配置された複数の単セル110を備えると言える。   As shown in FIGS. 4 and 5, the power generation unit 102 includes the unit cell 110, the separator 120, the air electrode side frame 130, the air electrode side current collector 134, the fuel electrode side frame 140, and the fuel electrode side. A current collector 144 and a pair of interconnectors 150 constituting the top layer and the bottom layer of the power generation unit 102 are provided. Holes constituting the communication holes 108 functioning as the above-described manifolds 161, 162, 171, 172 at the peripheral portion around the Z axis direction in the separator 120, the air electrode side frame 130, the fuel electrode side frame 140, and the interconnector 150 Also, holes forming the respective bolt holes 109 are formed. As described above, since the fuel cell stack 100 includes the plurality of power generation units 102 arranged in the Z-axis direction, the fuel cell stack 100 includes the plurality of single cells 110 arranged in the Z-axis direction. I can say that.

インターコネクタ150は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ150は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ150は、隣接する2つの発電単位102に共有されている。すなわち、ある発電単位102における上側のインターコネクタ150は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ150と同一部材である。また、燃料電池スタック100は一対のエンドプレート104,106を備えているため、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えておらず、最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていない(図2および図3参照)。   The interconnector 150 is a substantially rectangular flat conductive member and is made of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generation units 102 and prevents the mixing of reaction gases between the power generation units 102. In the present embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacent to each other, one interconnector 150 is shared by the two adjacent power generation units 102. That is, the upper interconnector 150 in a certain power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 150 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102. Further, since fuel cell stack 100 is provided with a pair of end plates 104 and 106, power generation unit 102 located at the top of fuel cell stack 100 does not have upper interconnector 150 and is located at the bottom. The power generation unit 102 does not have the lower interconnector 150 (see FIGS. 2 and 3).

単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んで上下方向(発電単位102が並ぶ配列方向)に互いに対向する空気極(カソード)114および燃料極(アノード)116とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で電解質層112および空気極114を支持する燃料極支持形の単セルである。   The unit cell 110 includes an electrolyte layer 112 and an air electrode (cathode) 114 and a fuel electrode (anode) 116 which face each other in the vertical direction (arrangement direction in which the power generation units 102 are arranged) sandwiching the electrolyte layer 112. The unit cell 110 of this embodiment is a unit cell of the fuel electrode support type in which the electrolyte layer 112 and the air electrode 114 are supported by the fuel electrode 116.

電解質層112は、Z方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層112は、例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、SDC(サマリウムドープセリア)、GDC(ガドリニウムドープセリア)、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極114は、Z方向視で電解質層112より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極114は、例えば、ペロブスカイト型酸化物(例えばLSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸化物)、LNF(ランタンニッケル鉄))により形成されている。燃料極116は、Z方向視で電解質層112と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極116は、例えば、Niと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子(例えば、YSZ)とからなるサーメットにより形成されている。このように、本実施形態の単セル110(発電単位102)は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。   The electrolyte layer 112 is a flat plate-shaped member that is substantially rectangular in the Z direction, and is a dense layer. The electrolyte layer 112 is formed of, for example, a solid oxide such as YSZ (yttria-stabilized zirconia), ScSZ (scandia-stabilized zirconia), SDC (samarium-doped ceria), GDC (gadolinium-doped ceria), or perovskite-type oxide. There is. The air electrode 114 is a substantially rectangular flat plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 in the Z direction, and is a porous layer. The air electrode 114 is made of, for example, a perovskite type oxide (for example, LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide), LSM (lanthanum strontium manganese oxide), LNF (lanthanum nickel iron)). The fuel electrode 116 is a substantially rectangular flat plate-like member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 in the Z direction, and is a porous layer. The fuel electrode 116 is formed of, for example, a cermet composed of Ni and oxide ion conductive ceramic particles (for example, YSZ). Thus, the unit cell 110 (power generation unit 102) of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid oxide as an electrolyte.

なお、図6および図7に破線で示すように、本実施形態では、Z軸方向視での単セル110の形状(より具体的には、燃料極116の形状)は、X軸方向に平行な辺を長辺としY軸方向に平行な辺を短辺とする略長方形である。   6 and 7, in the present embodiment, the shape of the unit cell 110 (more specifically, the shape of the fuel electrode 116) in the Z-axis direction is parallel to the X-axis direction in the present embodiment. The side is a long side, and the side parallel to the Y-axis direction is a short side.

セパレータ120は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔121が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ120における孔121の周囲部分は、電解質層112における空気極114の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ120は、その対向した部分に配置されたロウ材(例えばAgロウ)により形成された接合部124により、電解質層112(単セル110)と接合されている。セパレータ120により、空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とが区画され、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。   The separator 120 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 121 penetrating in the vertical direction is formed in the vicinity of the center, and is formed of, for example, metal. The peripheral portion of the hole 121 in the separator 120 faces the peripheral portion of the surface of the electrolyte layer 112 on the air electrode 114 side. The separator 120 is bonded to the electrolyte layer 112 (unit cell 110) by a bonding portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag wax) disposed in the facing portion. The air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116 are separated by the separator 120, and the gas leaks from the one electrode side to the other electrode side in the peripheral portion of the unit cell 110. Be suppressed.

空気極側フレーム130は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔131が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム130は、セパレータ120における電解質層112に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム130によって、発電単位102に含まれる一対のインターコネクタ150間が電気的に絶縁される。  The air electrode side frame 130 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 131 penetrating in the vertical direction is formed in the vicinity of the center, and is formed of, for example, an insulator such as mica. The air electrode side frame 130 is in contact with the peripheral portion of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral portion of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114. . Further, the air electrode side frame 130 electrically insulates between the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102.

図4〜図6に示すように、空気極側フレーム130の孔131は、空気極114に面する空気室166を構成する孔である。図6に示すように、Z軸方向視で、孔131の外形線は略矩形である。また、図4および図6に示すように、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス供給マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通流路132と、空気室166と酸化剤ガス排出マニホールド162とを連通する酸化剤ガス排出連通流路133とが形成されている。   As shown in FIGS. 4 to 6, the hole 131 of the air electrode side frame 130 is a hole forming an air chamber 166 facing the air electrode 114. As shown in FIG. 6, the outline of the hole 131 is substantially rectangular when viewed in the Z-axis direction. Further, as shown in FIG. 4 and FIG. 6, in the air electrode side frame 130, an oxidant gas supply communication channel 132 for connecting the oxidant gas supply manifold 161 and the air chamber 166, an air chamber 166 and an oxidant An oxidant gas discharge communication channel 133 communicating with the gas discharge manifold 162 is formed.

燃料極側フレーム140は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔141が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム140は、セパレータ120における電解質層112に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面の周縁部とに接触している。   The fuel electrode side frame 140 is a frame-like member in which a substantially rectangular hole 141 penetrating in the vertical direction is formed in the vicinity of the center, and is made of, for example, metal. The fuel electrode side frame 140 is in contact with the peripheral portion of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the peripheral portion of the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116.

図4,図5および図7に示すように、燃料極側フレーム140の孔141は、燃料極116に面する燃料室176を構成する孔である。図7に示すように、Z軸方向視で、孔141の外形線は略矩形である。また、図5および図7に示すように、燃料極側フレーム140には、燃料ガス供給マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通流路142と、燃料室176と燃料ガス排出マニホールド172とを連通する燃料ガス排出連通流路143とが形成されている。   As shown in FIGS. 4, 5 and 7, the hole 141 of the fuel electrode side frame 140 is a hole that constitutes the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116. As shown in FIG. 7, the outline of the hole 141 is substantially rectangular when viewed in the Z-axis direction. Further, as shown in FIGS. 5 and 7, the fuel electrode side frame 140 includes a fuel gas supply communication channel 142 for communicating the fuel gas supply manifold 171 with the fuel chamber 176, a fuel chamber 176 and a fuel gas discharge manifold. A fuel gas discharge communication channel 143 communicating with the fuel cell 172 is formed.

図4〜図6に示すように、空気極側集電体134は、空気室166内に配置されている。空気極側集電体134は、複数の略四角柱状の集電体要素135から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体134は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102における空気極側集電体134は、上側のエンドプレート104に接触している。空気極側集電体134は、このような構成であるため、空気極114とインターコネクタ150(またはエンドプレート104)とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電体134とインターコネクタ150とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向(Z軸方向)に直交する平板形の部分がインターコネクタ150として機能し、該平板形の部分から空気極114に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電体要素135が空気極側集電体134として機能する。また、空気極側集電体134とインターコネクタ150との一体部材は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極114と空気極側集電体134との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。   As shown in FIGS. 4 to 6, the air electrode side current collector 134 is disposed in the air chamber 166. The air electrode side current collector 134 is composed of a plurality of substantially square pole shaped current collector elements 135, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The air electrode side current collector 134 is in contact with the surface of the air electrode 114 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 opposite to the air electrode 114. However, as described above, since the power generation unit 102 positioned at the top in the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, the air electrode side current collector 134 in the power generation unit 102 is the upper end plate It is in contact with 104. Because of such a configuration, the air electrode side current collector 134 electrically connects the air electrode 114 and the interconnector 150 (or the end plate 104). In the present embodiment, the air electrode side current collector 134 and the interconnector 150 are formed as an integral member. That is, a flat plate-shaped portion of the integral member which is orthogonal to the vertical direction (Z-axis direction) functions as the interconnector 150 and is formed so as to project from the flat-plate portion toward the air electrode 114 The plurality of convex portions, ie, the current collector elements 135 function as the air electrode side current collector 134. In addition, the integral member of the air electrode side current collector 134 and the interconnector 150 may be covered with a conductive coat, and between the air electrode 114 and the air electrode side current collector 134 A conductive bonding layer to be bonded may be interposed.

図4,5,7に示すように、燃料極側集電体144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電体144は、インターコネクタ対向部146と、電極対向部145と、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ連接部147とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部145は、燃料極116における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部146は、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102におけるインターコネクタ対向部146は、下側のエンドプレート106に接触している。燃料極側集電体144は、このような構成であるため、燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)とを電気的に接続する。なお、電極対向部145とインターコネクタ対向部146との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー149が配置されている。そのため、燃料極側集電体144が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、燃料極側集電体144を介した燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)との電気的接続が良好に維持される。   As shown in FIGS. 4, 5 and 7, the fuel electrode side current collector 144 is disposed in the fuel chamber 176. The fuel electrode side current collector 144 is provided with an interconnector facing portion 146, an electrode facing portion 145, and a connecting portion 147 connecting the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146, for example, nickel or nickel alloy , Stainless steel or the like. The electrode facing portion 145 is in contact with the surface of the fuel electrode 116 opposite to the surface facing the electrolyte layer 112, and the interconnector facing portion 146 is on the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116. It is in contact. However, as described above, since the lowermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not have the lower interconnector 150, the interconnector facing portion 146 in the power generation unit 102 is the lower end plate Contact 106. The fuel electrode side current collector 144 electrically connects the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106) because of such a configuration. A spacer 149 made of mica, for example, is disposed between the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146. Therefore, the fuel electrode side current collector 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to the temperature cycle and reaction gas pressure fluctuation, and the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or end plate 106) via the fuel electrode side current collector 144 The electrical connection with is well maintained.

(補助器200の構成)
図1〜図3、図6および図7に示すように、補助器200は、内部に空間が形成された略直方体状の箱形部材であり、例えばステンレス材やアルミ添加ステンレス材により形成されている。補助器200は、例えば、図示しない固定用部材(例えばボルト)によって燃料電池スタック100に固定されている。
(Configuration of auxiliary device 200)
As shown in FIGS. 1 to 3 and FIGS. 6 and 7, the auxiliary device 200 is a substantially rectangular box-shaped member having a space formed therein, and is formed of, for example, stainless steel or aluminum-added stainless steel. There is. The auxiliary device 200 is fixed to the fuel cell stack 100 by, for example, a fixing member (for example, a bolt) not shown.

補助器200の内部空間は、2つの隔壁222によって、一次燃焼室212と、改質室214と、二次燃焼室216とに区切られている。本実施形態では、これらの3つの室の内、一次燃焼室212が燃料電池スタック100に最も近い位置に配置され、二次燃焼室216が燃料電池スタック100から最も離れた位置に配置され、改質室214が一次燃焼室212と二次燃焼室216との間に配置されている。   The internal space of the auxiliary device 200 is divided into a primary combustion chamber 212, a reforming chamber 214, and a secondary combustion chamber 216 by two partition walls 222. In the present embodiment, among these three chambers, the primary combustion chamber 212 is disposed closest to the fuel cell stack 100, and the secondary combustion chamber 216 is disposed farthest from the fuel cell stack 100. A chamber 214 is disposed between the primary combustion chamber 212 and the secondary combustion chamber 216.

一次燃焼室212は、燃料電池スタック100から排出される酸化剤オフガスOOGと燃料オフガスFOGとを混合して燃焼させるための室である。図2および図3に示すように、一次燃焼室212は、第2の配管232を介して、酸化剤ガス排出マニホールド162に重なる位置に配置されたガス通路部材27と連通しており、かつ、第4の配管234を介して、燃料ガス排出マニホールド172に重なる位置に配置されたガス通路部材27と連通している。また、二次燃焼室216は、一次燃焼室212で混合・燃焼させた酸化剤オフガスOOGおよび燃料オフガスFOGをさらに燃焼させるための室である。二次燃焼室216は、改質室214を貫通するガス流路218を介して、一次燃焼室212と連通している。また、二次燃焼室216には、外部に排ガスEGを排出するための第5の配管235が接続されている。なお、本実施形態では、一次燃焼室212および二次燃焼室216の一方または両方に、酸化剤オフガスOOGおよび燃料オフガスFOGの燃焼を促進させる触媒が配置されている。   The primary combustion chamber 212 is a chamber for mixing and burning the oxidant off gas OOG discharged from the fuel cell stack 100 and the fuel off gas FOG. As shown in FIGS. 2 and 3, the primary combustion chamber 212 is in communication with the gas passage member 27 disposed at a position overlapping the oxidant gas discharge manifold 162 via the second pipe 232, and The fourth pipe 234 is in communication with the gas passage member 27 disposed at a position overlapping the fuel gas discharge manifold 172. Further, the secondary combustion chamber 216 is a chamber for further burning the oxidant off gas OOG and the fuel off gas FOG mixed and burned in the primary combustion chamber 212. The secondary combustion chamber 216 is in communication with the primary combustion chamber 212 via a gas flow passage 218 penetrating the reforming chamber 214. Further, a fifth pipe 235 for discharging the exhaust gas EG to the outside is connected to the secondary combustion chamber 216. In the present embodiment, a catalyst that promotes the combustion of the oxidant off gas OOG and the fuel off gas FOG is disposed in one or both of the primary combustion chamber 212 and the secondary combustion chamber 216.

改質室214は、原燃料ガスRFGを改質して水素リッチな燃料ガスFGを生成するための室である。図2および図3に示すように、改質室214には、外部から原燃料ガスRFGを導入するための第6の配管236と、外部から改質水RWを導入するための第7の配管237とが接続されている。また、改質室214は、第3の配管233を介して、燃料ガス供給マニホールド171に重なる位置に配置されたガス通路部材27と連通している。なお、本実施径形態では、改質室214に、改質反応を促進させる触媒が配置されている。   The reforming chamber 214 is a chamber for reforming the raw fuel gas RFG to generate a hydrogen-rich fuel gas FG. As shown in FIGS. 2 and 3, the sixth pipe 236 for introducing the raw fuel gas RFG from the outside into the reforming chamber 214 and the seventh pipe for introducing the reforming water RW from the outside 237 are connected. Further, the reforming chamber 214 is in communication with the gas passage member 27 disposed at a position overlapping the fuel gas supply manifold 171 via the third pipe 233. In the present embodiment, the reforming chamber 214 is provided with a catalyst for promoting the reforming reaction.

A−2.燃料電池スタック100の動作:
図2に示すように、酸化剤ガスOGは、第1の配管231からガス通路部材27を介して酸化剤ガス供給マニホールド161に導入され、酸化剤ガス供給マニホールド161から各発電単位102の空気室166に供給される。また、図3に示すように、原燃料ガスRFG(例えば都市ガス)および改質水RWは、それぞれ、第6の配管236および第7の配管237から補助器200の改質室214に導入され、改質反応に供される。改質室214における改質反応に伴い生成された燃料ガスFGは、第3の配管233およびガス通路部材27を介して燃料ガス供給マニホールド171に導入され、燃料ガス供給マニホールド171から各発電単位102の燃料室176に供給される。
A-2. Operation of Fuel Cell Stack 100:
As shown in FIG. 2, the oxidant gas OG is introduced into the oxidant gas supply manifold 161 from the first pipe 231 via the gas passage member 27, and the air chamber of each power generation unit 102 from the oxidant gas supply manifold 161. It is supplied to 166. In addition, as shown in FIG. 3, the raw fuel gas RFG (for example, city gas) and the reforming water RW are introduced into the reforming chamber 214 of the auxiliary device 200 from the sixth pipe 236 and the seventh pipe 237, respectively. , Subjected to the reforming reaction. The fuel gas FG generated along with the reforming reaction in the reforming chamber 214 is introduced into the fuel gas supply manifold 171 through the third pipe 233 and the gas passage member 27, and each power generation unit 102 is supplied from the fuel gas supply manifold 171. Is supplied to the fuel chamber 176 of FIG.

各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給され、燃料室176に燃料ガスFGが供給されると、単セル110において酸化剤ガスOGに含まれる酸素と燃料ガスFGに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位102において、単セル110の空気極114は空気極側集電体134を介して一方のインターコネクタ150に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電体144を介して他方のインターコネクタ150に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック100の出力端子として機能するエンドプレート104,106から、各発電単位102において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、SOFCは、比較的高温(例えば700℃から1000℃)で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック100が加熱器(図示せず)により加熱されてもよい。   When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, oxygen contained in the oxidant gas OG and hydrogen contained in the fuel gas FG in the single cell 110 Power generation is performed by electrochemical reaction with the This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air electrode 114 of the unit cell 110 is electrically connected to one of the interconnectors 150 through the air electrode side current collector 134, and the fuel electrode 116 is through the fuel electrode side current collector 144. The other interconnector 150 is electrically connected. Also, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, the electrical energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the end plates 104 and 106 functioning as the output terminals of the fuel cell stack 100. Since the SOFC generates power at a relatively high temperature (eg, 700 ° C. to 1000 ° C.), the fuel cell stack 100 is heated (after start-up, until the heat can be maintained by the heat generated by the power generation). (Not shown).

各発電単位102の空気室166から排出されたガスである酸化剤オフガスOOGは、図2に示すように、酸化剤ガス排出マニホールド162、ガス通路部材27および第2の配管232を介して、補助器200の一次燃焼室212に導入される。また、各発電単位102の燃料室176から排出されたガスである燃料オフガスFOGは、図3に示すように、燃料ガス排出マニホールド172、ガス通路部材27および第4の配管234を介して、補助器200の一次燃焼室212に導入される。一次燃焼室212に導入された酸化剤オフガスOOGおよび燃料オフガスFOGは、一次燃焼室212において混合されて燃焼し、ガス流路218を介して二次燃焼室216に導かれてさらに燃焼し、その後、第5の配管235を介して排ガスEGとして発電モジュール20の外部に排出される。なお、一次燃焼室212および二次燃焼室216において発生する熱により、改質室214における改質反応が促進されると共に、燃料電池スタック100が加熱される。補助器200は、特許請求の範囲における熱源に相当する。   The oxidant off gas OOG, which is a gas exhausted from the air chamber 166 of each power generation unit 102, is assisted via the oxidant gas exhaust manifold 162, the gas passage member 27 and the second pipe 232 as shown in FIG. Is introduced into the primary combustion chamber 212 of the vessel 200. Further, as shown in FIG. 3, the fuel off gas FOG which is the gas discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 is assisted via the fuel gas discharge manifold 172, the gas passage member 27 and the fourth pipe 234. Is introduced into the primary combustion chamber 212 of the vessel 200. The oxidant offgas OOG and the fuel offgas FOG introduced into the primary combustion chamber 212 are mixed and burned in the primary combustion chamber 212, are led to the secondary combustion chamber 216 via the gas flow path 218, and are further combusted, and then The exhaust gas is discharged to the outside of the power generation module 20 as an exhaust gas EG through the fifth pipe 235. The heat generated in the primary combustion chamber 212 and the secondary combustion chamber 216 promotes the reforming reaction in the reforming chamber 214 and heats the fuel cell stack 100. The auxiliary device 200 corresponds to the heat source in the claims.

なお、上述したように(図1,6,7参照)、本実施形態では、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周における1つの辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸正方向側の辺)の付近に位置する2つの連通孔108の内の一方が、酸化剤ガス供給マニホールド161として機能し、該2つの連通孔108の内の他方が、燃料ガス排出マニホールド172として機能する。また、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の付近に位置する2つの連通孔108の内の一方が、酸化剤ガス排出マニホールド162として機能し、該2つの連通孔108の内の他方が、燃料ガス供給マニホールド171として機能する。すなわち、Z軸方向視で、酸化剤ガス供給マニホールド161および燃料ガス排出マニホールド172は、燃料電池スタック100の外形の長方形における一方の短辺付近に位置し、酸化剤ガス排出マニホールド162および燃料ガス供給マニホールド171は、該長方形における他方の短辺付近に位置する。換言すれば、Z軸方向視で、燃料ガス供給マニホールド171は、単セル110を挟んで酸化剤ガス供給マニホールド161と対向する位置に配置されており、燃料ガス排出マニホールド172は、単セル110を挟んで酸化剤ガス排出マニホールド162と対向する位置に配置されている。そのため、各発電単位102の空気室166における酸化剤ガスOGの主たる流れ方向は、図6に示すようにX軸正方向側からX軸負方向側に向かう方向となり、燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向は、図7に示すようにX軸負方向側からX軸正方向側に向かう方向となる。このように、本実施形態の燃料電池スタック100は、酸化剤ガスOGの主たる流れ方向と燃料ガスFGの主たる流れ方向とが互いに対向する方向となるいわゆるカウンターフロータイプのSOFCである。   As described above (see FIGS. 1, 6 and 7), in the present embodiment, one side of the outer periphery of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction (X-axis of two sides parallel to the Y-axis) One of the two communication holes 108 located in the vicinity of the side in the forward direction functions as an oxidant gas supply manifold 161, and the other of the two communication holes 108 serves as a fuel gas discharge manifold 172. Function. In addition, one of the two communication holes 108 located in the vicinity of the side opposite to the side (the side on the X-axis negative direction side of the two sides parallel to the Y axis) is an oxidant gas discharge manifold The other of the two communication holes 108 functions as a fuel gas supply manifold 171. That is, as viewed in the Z-axis direction, the oxidant gas supply manifold 161 and the fuel gas discharge manifold 172 are positioned near one short side of the rectangular shape of the fuel cell stack 100, and the oxidant gas discharge manifold 162 and the fuel gas supply The manifold 171 is located near the other short side of the rectangle. In other words, as viewed in the Z-axis direction, the fuel gas supply manifold 171 is disposed at a position facing the oxidant gas supply manifold 161 across the unit cell 110, and the fuel gas discharge manifold 172 It is disposed at a position opposed to the oxidant gas discharge manifold 162 with the spacer interposed therebetween. Therefore, the main flow direction of the oxidant gas OG in the air chamber 166 of each power generation unit 102 is a direction from the X-axis positive direction to the X-axis negative direction as shown in FIG. As shown in FIG. 7, the main flow direction of is the direction from the X-axis negative direction side to the X-axis positive direction side. As described above, the fuel cell stack 100 according to the present embodiment is a so-called counterflow type SOFC in which the main flow direction of the oxidant gas OG and the main flow direction of the fuel gas FG face each other.

A−3.燃料電池スタック100と補助器200との位置関係:
本実施形態の発電モジュール20は、燃料電池スタック100と補助器200との位置関係に特徴がある。具体的には、図1〜図3に示すように、補助器200は、Z軸に直交する方向視(面方向視)で、燃料電池スタック100に含まれるすべての単セル110と重なるように配置されている。
A-3. Positional relationship between fuel cell stack 100 and auxiliary device 200:
The power generation module 20 of the present embodiment is characterized in the positional relationship between the fuel cell stack 100 and the auxiliary device 200. Specifically, as shown in FIGS. 1 to 3, the auxiliary device 200 overlaps with all the unit cells 110 included in the fuel cell stack 100 in a direction view (a plane direction view) orthogonal to the Z axis. It is arranged.

また、図6には、Z軸方向視で、燃料電池スタック100の外形に外接する最小の仮想矩形VRが示されている。本実施形態の発電モジュール20では、燃料電池スタック100の外形が矩形であるため、仮想矩形VRは、燃料電池スタック100の外形に一致する。すなわち、仮想矩形VRは、X軸方向に平行な辺を長辺としY軸方向に平行な辺を短辺とする長方形であり、該長方形の長辺の長さは150mm以上である。   Further, FIG. 6 shows the smallest virtual rectangle VR circumscribing the outer shape of the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction. In the power generation module 20 of the present embodiment, since the outer shape of the fuel cell stack 100 is a rectangle, the virtual rectangle VR matches the outer shape of the fuel cell stack 100. That is, the virtual rectangle VR is a rectangle having a side parallel to the X-axis direction as a long side and a side parallel to the Y-axis direction as a short side, and the length of the long side of the rectangle is 150 mm or more.

また、仮想矩形VRを構成する4つの仮想辺VS(VS1〜VS4)の内、酸化剤ガス供給マニホールド161の図心P1に最も近い仮想辺VSを、特定仮想辺SVSというものとする。本実施形態の発電モジュール20では、Y軸に平行な2つの仮想辺VSの内のX軸正方向側に位置する仮想辺VS2が、特定仮想辺SVSとなる。すなわち、特定仮想辺SVSは、長方形である仮想矩形VRの短辺である。なお、酸化剤ガス供給マニホールド161が複数存在する場合には、上述した図心P1とは、各酸化剤ガス供給マニホールド161の図心間を線分で結んで形成される図形の図心を意味する。例えば、酸化剤ガス供給マニホールド161が2つ存在する場合には、上述した図心P1とは、一方の酸化剤ガス供給マニホールド161の図心と他方の酸化剤ガス供給マニホールド161の図心とを結ぶ線分の中点である。   Further, among the four virtual sides VS (VS1 to VS4) constituting the virtual rectangle VR, the virtual side VS closest to the centroid P1 of the oxidant gas supply manifold 161 is referred to as a specific virtual side SVS. In the power generation module 20 of the present embodiment, the virtual side VS2 located on the positive side in the X-axis direction of the two virtual sides VS parallel to the Y-axis becomes the specific virtual side SVS. That is, the specific virtual side SVS is a short side of the virtual rectangle VR which is a rectangle. When a plurality of oxidant gas supply manifolds 161 exist, the above-mentioned centroid P1 means the centroid of the figure formed by connecting the centroids of the respective oxidant gas supply manifolds 161 by line segments. Do. For example, when there are two oxidant gas supply manifolds 161, the aforementioned centroid P1 is the centroid of one oxidant gas supply manifold 161 and the centroid of the other oxidant gas supply manifold 161. It is the middle point of the connecting line segment.

図6に示すように、本実施形態の発電モジュール20では、Z軸方向視で、補助器200が、特定仮想辺SVSの一部分と、特定仮想辺SVSに直交する方向(本実施形態ではX軸方向)に対向している。また、本実施形態の発電モジュール20では、Z軸方向視で、補助器200が、特定仮想辺SVSに直交する方向において、酸化剤ガス供給マニホールド161の全体と対向している。   As shown in FIG. 6, in the power generation module 20 of the present embodiment, in the Z-axis direction, the auxiliary device 200 is in a direction orthogonal to a part of the specific virtual side SVS and the specific virtual side SVS (in the present embodiment, the X axis Facing the direction). Further, in the power generation module 20 according to the present embodiment, the auxiliary device 200 faces the entire oxidant gas supply manifold 161 in the direction orthogonal to the specific imaginary side SVS in the Z-axis direction.

A−4.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態の発電モジュール20は、電解質層112と電解質層112を挟んで互いに対向する空気極114および燃料極116とをそれぞれ含み、Z軸方向に並べて配置された複数の単セル110を有する燃料電池スタック100と、補助器200とを備える。燃料電池スタック100には、各単セル110の空気極114に面する空気室166へ酸化剤ガスOGを供給するためのガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド161が形成されている。補助器200は、Z軸方向に直交する方向視(面方向視)で、燃料電池スタック100に含まれるすべて単セル110と重なっている。また、補助器200は、Z軸方向視で、燃料電池スタック100の外形に外接する最小の仮想矩形VRを構成する4つの仮想辺VSの内、酸化剤ガス供給マニホールド161の図心P1に最も近い仮想辺VSである特定仮想辺SVSの一部分と、特定仮想辺SVSに直交する方向に対向している。
A-4. Effects of the present embodiment:
As described above, the power generation module 20 according to the present embodiment includes the electrolyte layer 112 and the air electrode 114 and the fuel electrode 116 facing each other with the electrolyte layer 112 interposed therebetween, and the plurality of power generation modules 20 are arranged in the Z-axis direction. A fuel cell stack 100 having single cells 110 and an auxiliary device 200 are provided. In the fuel cell stack 100, an oxidant gas supply manifold 161 which is a gas flow path for supplying the oxidant gas OG to the air chamber 166 facing the air electrode 114 of each unit cell 110 is formed. The auxiliary device 200 overlaps all the single cells 110 included in the fuel cell stack 100 in a direction view (plane direction view) orthogonal to the Z-axis direction. In addition, the auxiliary device 200 is the most at the center P1 of the oxidant gas supply manifold 161 among the four virtual sides VS that form the smallest virtual rectangle VR circumscribing the outer shape of the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction. A part of the specific virtual side SVS, which is the near virtual side VS, faces the direction perpendicular to the specific virtual side SVS.

ここで、燃料電池スタック100に供給される酸化剤ガスOGおよび燃料ガスFGは、燃料電池スタック100の外部から導入されるため、比較的低温である。また、燃料電池スタック100の運転の際には、燃料ガスFG中の水素の利用率を高めるために、燃料ガスFGの供給量と比較して、酸化剤ガスOGの供給量が大きい値に設定される。そのため、燃料電池スタック100に含まれる各単セル110における酸化剤ガス供給マニホールド161の近くの領域(例えば、図6の領域X1)は、多量の酸化剤ガスOGによって熱を奪われ、温度が低下しやすい。単セル110における特定の領域の温度が低下すると、単セル110の面内の温度分布の均一性が低下して(すなわち、単セル110の各領域間での温度差が大きくなって)発電効率が低下し、その結果、燃料電池スタック100の発電性能が低下する。   Here, since the oxidant gas OG and the fuel gas FG supplied to the fuel cell stack 100 are introduced from the outside of the fuel cell stack 100, the temperature is relatively low. In addition, when the fuel cell stack 100 is operated, the supply amount of the oxidant gas OG is set to a value larger than the supply amount of the fuel gas FG in order to enhance the utilization of hydrogen in the fuel gas FG. Be done. Therefore, the area (for example, the area X1 in FIG. 6) near the oxidant gas supply manifold 161 in each unit cell 110 included in the fuel cell stack 100 is deprived of heat by a large amount of the oxidant gas OG, and the temperature decreases. It's easy to do. When the temperature of a specific area in the single cell 110 decreases, the uniformity of the temperature distribution in the plane of the single cell 110 decreases (that is, the temperature difference between the individual areas of the single cell 110 increases). As a result, the power generation performance of the fuel cell stack 100 is reduced.

本実施形態の発電モジュール20では、上述したように、補助器200が、面方向視で、燃料電池スタック100に含まれるすべて単セル110と重なっており、かつ、Z軸方向視で、酸化剤ガス供給マニホールド161の図心P1に近い特定仮想辺SVSの一部分と、特定仮想辺SVSに直交する方向に対向している。そのため、本実施形態の発電モジュール20によれば、補助器200から発せられる熱により、燃料電池スタック100に含まれるすべて単セル110における酸化剤ガス供給マニホールド161の近くの領域の温度低下を抑制することができる。従って、本実施形態の発電モジュール20によれば、燃料電池スタック100に含まれるすべて単セル110において、面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック100の発電性能の低下を抑制することができる。   In the power generation module 20 according to the present embodiment, as described above, the auxiliary device 200 overlaps all the unit cells 110 included in the fuel cell stack 100 in a plane direction view, and an oxidant in the Z axis direction view. A portion of the specific imaginary side SVS close to the center P1 of the gas supply manifold 161 is opposed in the direction orthogonal to the specific imaginary side SVS. Therefore, according to the power generation module 20 of the present embodiment, the heat generated from the auxiliary device 200 suppresses the temperature drop of the region near the oxidant gas supply manifold 161 in all the single cells 110 included in the fuel cell stack 100. be able to. Therefore, according to the power generation module 20 of the present embodiment, it is possible to suppress the decrease in the uniformity of the temperature distribution in the plane in all the single cells 110 included in the fuel cell stack 100, and as a result, the fuel cell stack 100 It is possible to suppress the decrease in the power generation performance of

なお、本実施形態の発電モジュール20では、Z軸方向視で、燃料電池スタック100の外形は、少なくとも一部分が酸化剤ガス供給マニホールド161の図心P1を挟んで単セル110と対向する直線状の辺を少なくとも1つ有している。そのため、補助器200が、該直線状の辺の内の酸化剤ガス供給マニホールド161の図心P1に最も近い辺の少なくとも一部分と、該辺に直交する方向に対向することとなる。従って、本実施形態の発電モジュール20によれば、補助器200から発せられる熱により、燃料電池スタック100に含まれる各単セル110における酸化剤ガス供給マニホールド161の近くの領域の温度低下を効果的に抑制することによって面内の温度分布の均一性の低下をより効果的に抑制することができ、その結果、燃料電池スタック100の発電性能の低下をより効果的に抑制することができる。   In the power generation module 20 according to the present embodiment, the outer shape of the fuel cell stack 100 is a linear shape in which at least a part thereof faces the single cell 110 across the center P1 of the oxidant gas supply manifold 161 in the Z-axis direction. It has at least one side. Therefore, the auxiliary device 200 opposes at least a part of the side closest to the center P1 of the oxidant gas supply manifold 161 in the straight side in the direction orthogonal to the side. Therefore, according to the power generation module 20 of the present embodiment, it is possible to effectively reduce the temperature of the region near the oxidant gas supply manifold 161 in each unit cell 110 included in the fuel cell stack 100 by the heat generated from the auxiliary device 200. By suppressing this, it is possible to more effectively suppress the decrease in the uniformity of the in-plane temperature distribution, and as a result, the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack 100 can be suppressed more effectively.

また、本実施形態の発電モジュール20では、Z軸方向視での燃料電池スタック100の形状は、X軸方向に平行な辺を長辺としY軸方向に平行な辺を短辺とする長方形である。そのため、仮想矩形VRも長方形である。また、本実施形態の発電モジュール20では、酸化剤ガス供給マニホールド161の図心P1に最も近い仮想辺VSである特定仮想辺SVSは、長方形である仮想矩形VRの短辺である。そのため、本実施形態の発電モジュール20は、単セル110の面内の温度分布の均一性が低下しやすく、その結果、燃料電池スタック100の発電性能が低下しやすい構成であると言える。本実施形態の発電モジュール20によれば、そのような燃料電池スタック100の発電性能が低下しやすい構成においても、補助器200から発せられる熱により、各単セル110における酸化剤ガス供給マニホールド161の近くの領域の温度低下を抑制することによって面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック100の発電性能の低下を抑制することができる。   Further, in the power generation module 20 according to the present embodiment, the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction has a rectangular shape having a side parallel to the X-axis direction as a long side and a side parallel to the Y-axis direction as a short side. is there. Therefore, the virtual rectangle VR is also a rectangle. Further, in the power generation module 20 of the present embodiment, the specific virtual side SVS that is the virtual side VS closest to the center P1 of the oxidant gas supply manifold 161 is the short side of the virtual rectangle VR that is rectangular. Therefore, in the power generation module 20 of the present embodiment, the uniformity of the temperature distribution in the plane of the unit cell 110 is likely to be degraded, and as a result, it can be said that the power generation performance of the fuel cell stack 100 is likely to be degraded. According to the power generation module 20 of the present embodiment, even in the configuration in which the power generation performance of the fuel cell stack 100 tends to decrease, the heat generated from the auxiliary device 200 causes the oxidant gas supply manifold 161 in each unit cell 110 to By suppressing the temperature decrease in the near region, it is possible to suppress the decrease in the uniformity of the in-plane temperature distribution, and as a result, the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack 100 can be suppressed.

また、本実施形態の発電モジュール20では、Z軸方向視での燃料電池スタック100の形状である長方形の長辺の長さは、150mm以上である。そのため、長方形の仮想矩形VRの長辺の長さも、150mm以上である。このように、本実施形態の発電モジュール20は、仮想矩形VRの長辺がある程度長いため、単セル110の面内の温度分布の均一性がさらに低下しやすく、その結果、燃料電池スタック100の発電性能がさらに低下しやすい構成であると言える。本実施形態の発電モジュール20によれば、そのような燃料電池スタック100の発電性能がさらに低下しやすい構成においても、補助器200から発せられる熱により、各単セル110における酸化剤ガス供給マニホールド161の近くの領域の温度低下を抑制することによって面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック100の発電性能の低下を抑制することができる。なお、単セル110の面内の温度分布の均一性が低下しやすいという点で、本発明は、仮想矩形VRの長辺の長さが160mm以上である構成においてより好適であり、仮想矩形VRの長辺の長さが170mm以上である構成においてさらに好適であり、仮想矩形VRの長辺の長さが180mm以上である構成において一層好適であり、仮想矩形VRの長辺の長さが190mm以上である構成において極めて好適であり、仮想矩形VRの長辺の長さが200mm以上である構成において最も好適である。また、本発明は、仮想矩形VRの長辺の長さが500mm以下である構成において好適である。   Further, in the power generation module 20 of the present embodiment, the length of the long side of the rectangle which is the shape of the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction is 150 mm or more. Therefore, the length of the long side of the rectangular virtual rectangle VR is also 150 mm or more. As described above, in the power generation module 20 according to the present embodiment, the long side of the virtual rectangle VR is long to some extent, so the uniformity of the temperature distribution in the plane of the unit cell 110 is further easily degraded. It can be said that the power generation performance is likely to be further reduced. According to the power generation module 20 of the present embodiment, the oxidant gas supply manifold 161 in each unit cell 110 is generated by the heat generated from the auxiliary unit 200 even in the configuration in which the power generation performance of the fuel cell stack 100 is easily reduced. By suppressing the temperature decrease in the region near the point, it is possible to suppress the decrease in the uniformity of the in-plane temperature distribution, and as a result, the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack 100 can be suppressed. Note that the present invention is more preferable in a configuration in which the long side of the virtual rectangle VR is 160 mm or more in that the uniformity of the temperature distribution in the plane of the single cell 110 is likely to be reduced. The long side of the virtual rectangle VR is more preferably 170 mm or more, and the long side of the virtual rectangle VR is more preferably 180 mm or more, and the long side of the virtual rectangle VR is 190 mm. It is extremely preferable in the above configuration, and most preferable in a configuration in which the long side of the virtual rectangle VR is 200 mm or more. Further, the present invention is suitable in a configuration in which the length of the long side of the virtual rectangle VR is 500 mm or less.

また、本実施形態の発電モジュール20では、燃料電池スタック100にはさらに、各単セル110の燃料極116に面する燃料室176へ燃料ガスFGを供給するためのガス流路である燃料ガス供給マニホールド171が形成されている。燃料ガス供給マニホールド171は、Z軸方向視で、単セル110を挟んで酸化剤ガス供給マニホールド161と対向する位置に配置されている。このように、本実施形態の発電モジュール20では、空気室166における酸化剤ガスOGの主たる流れ方向と燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向とが互いに対向するカウンターフロータイプの構成が採用されている。カウンターフロータイプの構成では、各単セル110における燃料ガス供給マニホールド171の近くの領域(例えば、図6の領域X2)において、発電が集中して温度が上昇しやすいため、単セル110の面内の温度分布の均一性がさらに低下しやすい構成であると言える。本実施形態の発電モジュール20によれば、そのような燃料電池スタック100の発電性能がさらに低下しやすい構成においても、補助器200から発せられる熱により、各単セル110における酸化剤ガス供給マニホールド161の近くの領域の温度低下を抑制することによって面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック100の発電性能の低下を抑制することができる。   Further, in the power generation module 20 of the present embodiment, the fuel cell stack 100 further includes a fuel gas supply that is a gas flow path for supplying the fuel gas FG to the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116 of each unit cell 110. A manifold 171 is formed. The fuel gas supply manifold 171 is disposed at a position facing the oxidant gas supply manifold 161 across the unit cell 110 as viewed in the Z-axis direction. As described above, in the power generation module 20 of the present embodiment, the configuration of the counter flow type is adopted in which the main flow direction of the oxidant gas OG in the air chamber 166 and the main flow direction of the fuel gas FG in the fuel chamber 176 face each other. ing. In the configuration of the counter flow type, power generation tends to be concentrated and the temperature is likely to rise in a region near the fuel gas supply manifold 171 in each unit cell 110 (for example, region X2 in FIG. 6). It can be said that the uniformity of the temperature distribution of is more likely to be degraded. According to the power generation module 20 of the present embodiment, the oxidant gas supply manifold 161 in each unit cell 110 is generated by the heat generated from the auxiliary unit 200 even in the configuration in which the power generation performance of the fuel cell stack 100 is easily reduced. By suppressing the temperature decrease in the region near the point, it is possible to suppress the decrease in the uniformity of the in-plane temperature distribution, and as a result, the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack 100 can be suppressed.

また、本実施形態の発電モジュール20では、Z軸方向視で、補助器200は、特定仮想辺SVSに直交する方向において、酸化剤ガス供給マニホールド161の全体と対向している。そのため、本実施形態の発電モジュール20では、補助器200から発せられる熱により、各単セル110における酸化剤ガス供給マニホールド161の近くの領域の温度低下を極めて効果的に抑制することによって、面内の温度分布の均一性の低下を極めて効果的に抑制することができる。従って、本実施形態の発電モジュール20によれば、燃料電池スタック100の発電性能の低下を極めて効果的に抑制することができる。   Further, in the power generation module 20 according to the present embodiment, the auxiliary device 200 is opposed to the entire oxidant gas supply manifold 161 in the direction orthogonal to the specific imaginary side SVS in the Z-axis direction. Therefore, in the power generation module 20 of the present embodiment, the heat generated from the auxiliary device 200 extremely effectively suppresses the temperature decrease of the region near the oxidant gas supply manifold 161 in each unit cell 110, thereby achieving the in-plane. It is possible to extremely effectively suppress the decrease in the uniformity of the temperature distribution of Therefore, according to the power generation module 20 of the present embodiment, the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack 100 can be extremely effectively suppressed.

B.変形例:
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Modification:
The technology disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be modified into various forms without departing from the scope of the present invention. For example, the following modifications are also possible.

上記実施形態の発電モジュール20の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、補助器200が、Z軸に直交する方向視(面方向視)で、燃料電池スタック100に含まれるすべての単セル110と重なるように配置されているが、図8に示す変形例の発電モジュール20のように、補助器200が、面方向視で、燃料電池スタック100に含まれる一部の発電単位102(単セル110)のみと重なるように配置されてもよい。このような構成の発電モジュール20においても、上記実施形態と同様に、Z軸方向視で、補助器200が、特定仮想辺SVSに直交する方向において特定仮想辺SVSと対向していれば、補助器200から発せられる熱により、主として面方向視で補助器200と重なる各単セル110における酸化剤ガス供給マニホールド161の近くの領域の温度低下を抑制することができ、面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック100の発電性能の低下を抑制することができる。このように、補助器200の少なくとも一部分が、面方向視で、少なくとも1つの単セル110と重なっていれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。   The configuration of the power generation module 20 according to the above-described embodiment is merely an example, and can be variously modified. For example, in the above embodiment, the auxiliary device 200 is disposed so as to overlap all the single cells 110 included in the fuel cell stack 100 in a direction view (plane direction view) orthogonal to the Z axis. As in the power generation module 20 of the modified example, the auxiliary device 200 may be disposed so as to overlap only with some of the power generation units 102 (single cells 110) included in the fuel cell stack 100 in a plane direction view. . Also in the power generation module 20 having such a configuration, as in the above embodiment, if the auxiliary device 200 faces the specific virtual side SVS in the direction orthogonal to the specific virtual side SVS in the Z-axis direction, The heat generated from the heater 200 can suppress a temperature drop in a region near the oxidant gas supply manifold 161 in each unit cell 110 overlapping the auxiliary device 200 mainly in a plane direction, and the in-plane temperature distribution is uniform. It is possible to suppress the decrease in the conductivity, and as a result, it is possible to suppress the decrease in the power generation performance of the fuel cell stack 100. As described above, when at least a part of the auxiliary device 200 overlaps the at least one single cell 110 in a plane direction view, the same effect as the above embodiment can be obtained.

また、上記実施形態では、Z軸方向視で、補助器200が、特定仮想辺SVSに直交する方向において、酸化剤ガス供給マニホールド161の全体と対向しているが、図9に示す変形例の発電モジュール20のように、Z軸方向視で、補助器200が、特定仮想辺SVSに直交する方向において、酸化剤ガス供給マニホールド161の一部分のみと対向しているとしてもよい。また、図10に示す変形例の発電モジュール20のように、Z軸方向視で、補助器200が、特定仮想辺SVSに直交する方向において、酸化剤ガス供給マニホールド161と対向していなくてもよい。これらの構成の発電モジュール20においても、上記実施形態と同様に、Z軸方向視で、補助器200が、特定仮想辺SVSに直交する方向において特定仮想辺SVSと対向していれば、補助器200から発せられる熱により、単セル110における酸化剤ガス供給マニホールド161の近くの領域の温度低下を抑制することができ、面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック100の発電性能の低下を抑制することができる。このように、補助器200の少なくとも一部分が、Z軸方向視で、特定仮想辺SVSの少なくとも一部分と、特定仮想辺SVSに直交する方向に対向していれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。   Further, in the above embodiment, the auxiliary device 200 is opposed to the entire oxidant gas supply manifold 161 in the direction orthogonal to the specific virtual side SVS in the Z-axis direction, but in the modification shown in FIG. As in the power generation module 20, the auxiliary device 200 may face only a part of the oxidant gas supply manifold 161 in the direction orthogonal to the specific imaginary side SVS in the Z-axis direction. Further, as in the power generation module 20 of the modified example shown in FIG. 10, even if the auxiliary device 200 does not face the oxidant gas supply manifold 161 in the direction orthogonal to the specific imaginary side SVS in the Z-axis direction. Good. Also in the power generation module 20 of these configurations, as in the above embodiment, if the auxiliary device 200 faces the specific virtual side SVS in the direction orthogonal to the specific virtual side SVS in the Z-axis direction, the auxiliary device The heat generated from 200 can suppress the temperature decrease of the region near the oxidant gas supply manifold 161 in the single cell 110, and can suppress the decrease in the uniformity of the in-plane temperature distribution, as a result. The deterioration of the power generation performance of the fuel cell stack 100 can be suppressed. As described above, when at least a part of the assisting device 200 faces at least a part of the specific virtual side SVS in a direction orthogonal to the specific virtual side SVS in the Z-axis direction, the same effect as the above embodiment is obtained. can get.

また、上記実施形態では、Z軸方向視での燃料電池スタック100の形状が、X軸方向に平行な辺を長辺としY軸方向に平行な辺を短辺とする長方形であるとしているが、必ずしもそのような形状である必要はない。例えば、Z軸方向視での燃料電池スタック100の形状は、X軸方向に平行な辺を短辺としY軸方向に平行な辺を長辺とする長方形であってもよいし、正方形であってもよい。また、Z軸方向視での燃料電池スタック100の形状は、長方形または正方形の角部が面取り(R面取りやC面取り)された形状であってもよい。また、Z軸方向視での燃料電池スタック100の形状は、矩形に限られず、略楕円形や辺の数が5以上の多角形等の他の形状であってもよい。図11には、Z軸方向視での燃料電池スタック100の形状が略楕円形である変形例の発電モジュール20が示されている。また、図12には、Z軸方向視での燃料電池スタック100の形状が12角形である変形例の発電モジュール20が示されている。これらの構成の発電モジュール20においても、上記実施形態と同様に、Z軸方向視で、補助器200が、特定仮想辺SVSに直交する方向において特定仮想辺SVSと対向していれば、補助器200から発せられる熱により、単セル110における酸化剤ガス供給マニホールド161の近くの領域の温度低下を抑制することができ、面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック100の発電性能の低下を抑制することができる。   In the above embodiment, the shape of the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction is a rectangle having a side parallel to the X-axis direction as a long side and a side parallel to the Y-axis direction as a short side. It does not necessarily have to be such a shape. For example, the shape of the fuel cell stack 100 as viewed in the Z-axis direction may be a rectangle having a side parallel to the X-axis direction as a short side and a side parallel to the Y-axis direction as a long side. May be Further, the shape of the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction may be a shape in which corner portions of a rectangle or a square are chamfered (R-chamfered or C-chamfered). Further, the shape of the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction is not limited to a rectangle, and may be another shape such as a substantially elliptical shape or a polygon having five or more sides. FIG. 11 shows a modified power generation module 20 in which the shape of the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction is substantially elliptical. Further, FIG. 12 shows a modified power generation module 20 in which the shape of the fuel cell stack 100 in a Z-axis direction is a dodecagon. Also in the power generation module 20 of these configurations, as in the above embodiment, if the auxiliary device 200 faces the specific virtual side SVS in the direction orthogonal to the specific virtual side SVS in the Z-axis direction, the auxiliary device The heat generated from 200 can suppress the temperature decrease of the region near the oxidant gas supply manifold 161 in the single cell 110, and can suppress the decrease in the uniformity of the in-plane temperature distribution, as a result. The deterioration of the power generation performance of the fuel cell stack 100 can be suppressed.

また、上記実施形態では、Z軸方向視での燃料電池スタック100の形状の長方形の長辺の長さが150mm以上であるとしているが、Z軸方向視での燃料電池スタック100の大きさは任意に変更可能である。   In the above embodiment, the long side of the long side of the rectangular shape of the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction is 150 mm or more, but the size of the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction is It can be changed arbitrarily.

また、上記実施形態では、燃料電池スタック100のガス流れに関する構成として、酸化剤ガスOGの主たる流れ方向と燃料ガスFGの主たる流れ方向とが互いに対向する方向となるカウンターフロータイプの構成が採用されているが、本発明は、酸化剤ガスOGの主たる流れ方向と燃料ガスFGの主たる流れ方向とが略同一方向となるコフロータイプの構成や、酸化剤ガスOGの主たる流れ方向と燃料ガスFGの主たる流れ方向とが互いに略直交する方向となるクロスフロータイプの構成にも同様に適用することができる。   Further, in the above embodiment, as the configuration relating to the gas flow of the fuel cell stack 100, a configuration of a counterflow type is adopted in which the main flow direction of the oxidant gas OG and the main flow direction of the fuel gas FG face each other. However, in the present invention, the main flow direction of the oxidant gas OG and the main flow direction of the fuel gas FG are substantially the same, or the main flow direction of the oxidant gas OG and the fuel gas FG The present invention can be similarly applied to a cross flow type configuration in which the main flow directions of and are substantially orthogonal to each other.

また、上記実施形態では、補助器200に、一次燃焼室212と、改質室214と、二次燃焼室216とが形成されているが、補助器200に形成される燃焼室の数は1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。また、補助器200に改質室214が形成されていなくてもよい。   Further, in the above embodiment, the primary combustion chamber 212, the reforming chamber 214 and the secondary combustion chamber 216 are formed in the auxiliary device 200, but the number of combustion chambers formed in the auxiliary device 200 is one. There may be one or three or more. Further, the reforming chamber 214 may not be formed in the auxiliary device 200.

また、上記実施形態では、発電モジュール20が、熱源としての補助器200を備えるとしているが、発電モジュール20が、補助器200に代えて、または、補助器200に加えて、他の熱源を備えるとしてもよい。そのような構成においても、燃料電池スタック100と熱源との関係が、上記実施形態における燃料電池スタック100と補助器200との関係と同様であれば、熱源から発せられる熱により、各単セル110における酸化剤ガス供給マニホールド161の近くの領域の温度低下を抑制することができ、面内の温度分布の均一性の低下を抑制することができ、その結果、燃料電池スタック100の発電性能の低下を抑制することができる。   In the above embodiment, although the power generation module 20 includes the auxiliary 200 as a heat source, the power generation module 20 includes another heat source instead of or in addition to the auxiliary 200. It may be Even in such a configuration, if the relationship between the fuel cell stack 100 and the heat source is similar to the relationship between the fuel cell stack 100 and the auxiliary device 200 in the above embodiment, each single cell 110 is generated by the heat generated from the heat source. The temperature decrease of the region near the oxidant gas supply manifold 161 in the case can be suppressed, and the decrease in the uniformity of the in-plane temperature distribution can be suppressed, and as a result, the power generation performance of the fuel cell stack 100 decreases. Can be suppressed.

また、上記実施形態では、ボルト孔109が、各マニホールド用の連通孔108とは独立して設けられているが、独立したボルト孔109を設けず、各マニホールド用の連通孔108の一部または全部がボルト孔としても用いられるとしてもよい。また、上記実施形態において、空気極114と電解質層112との間に中間層が配置されていてもよい。また、上記実施形態において、燃料電池スタック100に含まれる発電単位102(単セル110)の個数は、あくまで一例であり、発電単位102の個数は燃料電池スタック100に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。   Further, in the above embodiment, although the bolt holes 109 are provided independently of the communication holes 108 for each manifold, the bolt holes 109 are not provided independently, and a part of the communication holes 108 for each manifold or The whole may be used as a bolt hole. In the above embodiment, an intermediate layer may be disposed between the air electrode 114 and the electrolyte layer 112. Further, in the above embodiment, the number of power generation units 102 (unit cells 110) included in the fuel cell stack 100 is merely an example, and the number of power generation units 102 is in accordance with the output voltage etc. required of the fuel cell stack 100. Are determined accordingly. Moreover, the material which comprises each member in the said embodiment is an illustration to the last, and each member may be comprised with another material.

また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を例に説明したが、本発明は、他のタイプの燃料電池にも適用可能である。なお、本発明は、SOFCや溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)といった高温型の燃料電池に好適である。  Moreover, in the said embodiment, although the solid oxide fuel cell (SOFC) was demonstrated to the example, this invention is applicable also to the fuel cell of another type. The present invention is suitable for a high temperature fuel cell such as SOFC or a molten carbonate fuel cell (MCFC).

20:燃料電池発電モジュール 22:ボルト 26:絶縁シート 27:ガス通路部材 100:燃料電池スタック 102:燃料電池発電単位 104:エンドプレート 106:エンドプレート 107:流路用貫通孔 108:連通孔 109:ボルト孔 110:単セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 120:セパレータ 121:孔 124:接合部 130:空気極側フレーム 131:孔 132:酸化剤ガス供給連通流路 133:酸化剤ガス排出連通流路 134:空気極側集電体 135:集電体要素 140:燃料極側フレーム 141:孔 142:燃料ガス供給連通流路 143:燃料ガス排出連通流路 144:燃料極側集電体 145:電極対向部 146:インターコネクタ対向部 147:連接部 149:スペーサー 150:インターコネクタ 161:酸化剤ガス供給マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス供給マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 200:補助器 212:一次燃焼室 214:改質室 216:二次燃焼室 218:ガス流路 222:隔壁 231:第1の配管 232:第2の配管 233:第3の配管 234:第4の配管 235:第5の配管 236:第6の配管 237:第7の配管 20: fuel cell power generation module 22: bolt 26: insulation sheet 27: gas passage member 100: fuel cell stack 102: fuel cell power generation unit 104: end plate 106: end plate 107: passage through hole 108: communication hole 109: communication hole Bolt hole 110: single cell 112: electrolyte layer 114: air electrode 116: fuel electrode 120: separator 121: hole 124: joint portion 130: air electrode side frame 131: hole 132: oxidant gas supply communication flow path 133: oxidant Gas discharge communication channel 134: Air electrode side current collector 135: Current collector element 140: Fuel electrode side frame 141: Hole 142: Fuel gas supply communication channel 143: Fuel gas discharge communication channel 144: Fuel electrode side collector Current collector 145: electrode facing portion 146: interconnector facing portion 147: connection portion 149: Spacer 150: Interconnector 161: Oxidant gas supply manifold 162: Oxidant gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas supply manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber 200: Auxiliary device 212: Primary combustion chamber 214: reforming chamber 216: secondary combustion chamber 218: gas flow path 222: partition 231: first pipe 232: second pipe 233: third pipe 234: fourth pipe 235: fifth pipe 236 : Sixth piping 237: Seventh piping

Claims (9)

電解質層と前記電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極とをそれぞれ含み、第1の方向に並べて配置された複数の単セルを有する燃料電池スタックと、
熱源と、
を備える燃料電池発電モジュールにおいて、
前記燃料電池スタックには、各前記単セルの前記空気極に面する空気室へ酸化剤ガスを供給するためのガス流路である酸化剤ガス供給マニホールドが形成されており、
前記熱源の少なくとも一部分は、
前記第1の方向に直交する方向視で、少なくとも1つの前記単セルと重なっており、かつ、
前記第1の方向視で、前記燃料電池スタックの外形に外接する最小の仮想矩形を構成する4つの仮想辺の内、前記酸化剤ガス供給マニホールドの図心に最も近い前記仮想辺である特定仮想辺の少なくとも一部分と、前記特定仮想辺に直交する方向に対向していることを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
A fuel cell stack including a plurality of unit cells, each including an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other with the electrolyte layer interposed therebetween, and arranged in a first direction;
A heat source,
In a fuel cell power generation module comprising
The fuel cell stack is formed with an oxidant gas supply manifold which is a gas flow path for supplying oxidant gas to an air chamber facing the air electrode of each unit cell,
At least a portion of the heat source is
Overlap with at least one of the single cells in a direction orthogonal to the first direction, and
Of the four virtual sides forming the smallest virtual rectangle circumscribing the outer shape of the fuel cell stack in the first direction, a specific virtual that is the virtual side closest to the center of the oxidant gas supply manifold. A fuel cell power generation module, characterized in that at least a part of the side faces in a direction orthogonal to the specific virtual side.
請求項1に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記第1の方向視で、前記燃料電池スタックの外形は、少なくとも一部分が前記酸化剤ガス供給マニホールドの図心を挟んで前記単セルと対向する直線状の辺を少なくとも1つ有することを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
In the fuel cell power generation module according to claim 1,
As viewed in the first direction, the outer shape of the fuel cell stack is characterized in that at least a portion has at least one linear side facing the single cell across the center of the oxidant gas supply manifold. A fuel cell power generation module.
請求項1または請求項2に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記仮想矩形は、長方形であり、
前記特定仮想辺は、前記長方形の短辺であることを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
The fuel cell power generation module according to claim 1 or 2,
The virtual rectangle is a rectangle,
The fuel cell power generation module according to claim 1, wherein the specific imaginary side is a short side of the rectangle.
請求項3に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記長方形の長辺の長さは、150mm以上であることを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
In the fuel cell power generation module according to claim 3,
The fuel cell power generation module, wherein a length of a long side of the rectangle is 150 mm or more.
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記燃料電池スタックには、さらに、各前記単セルの前記燃料極に面する燃料室へ燃料ガスを供給するためのガス流路であり、前記第1の方向視で前記単セルを挟んで前記酸化剤ガス供給マニホールドと対向する位置に配置された燃料ガス供給マニホールドが形成されていることを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
The fuel cell power generation module according to any one of claims 1 to 4.
The fuel cell stack further includes a gas flow path for supplying a fuel gas to a fuel chamber facing the fuel electrode of each unit cell, and the unit cell is interposed between the unit cells in the first direction view. What is claimed is: 1. A fuel cell power generation module comprising: a fuel gas supply manifold disposed at a position opposite to an oxidant gas supply manifold.
請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記第1の方向視で、前記熱源の少なくとも一部分は、前記特定仮想辺に直交する方向において、前記酸化剤ガス供給マニホールドの少なくとも一部分と対向していることを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
The fuel cell power generation module according to any one of claims 1 to 5,
A fuel cell power generation module, wherein at least a portion of the heat source is opposed to at least a portion of the oxidant gas supply manifold in a direction orthogonal to the specific imaginary side in the first direction.
請求項6に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記第1の方向視で、前記熱源の少なくとも一部分は、前記特定仮想辺に直交する方向において、前記酸化剤ガス供給マニホールドの全体と対向していることを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
In the fuel cell power generation module according to claim 6,
A fuel cell power generation module, wherein at least a part of the heat source faces the whole of the oxidant gas supply manifold in a direction orthogonal to the specific imaginary side in the first direction.
請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記第1の方向に直交する方向視で、前記熱源の少なくとも一部分は、前記燃料電池スタックに含まれるすべての前記単セルと重なっていることを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
The fuel cell power generation module according to any one of claims 1 to 7.
A fuel cell power generation module, wherein at least a part of the heat source overlaps all the unit cells included in the fuel cell stack in a direction perpendicular to the first direction.
請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記熱源は、前記燃料電池スタックから排出されたガスを燃焼させる燃焼室が形成された補助器を含むことを特徴とする、燃料電池発電モジュール。
The fuel cell power generation module according to any one of claims 1 to 8.
The fuel cell power generation module according to claim 1, wherein the heat source includes an auxiliary unit having a combustion chamber configured to burn the gas discharged from the fuel cell stack.
JP2017073440A 2017-04-03 2017-04-03 Fuel cell power generation module Pending JP2018181405A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017073440A JP2018181405A (en) 2017-04-03 2017-04-03 Fuel cell power generation module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017073440A JP2018181405A (en) 2017-04-03 2017-04-03 Fuel cell power generation module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018181405A true JP2018181405A (en) 2018-11-15

Family

ID=64276923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017073440A Pending JP2018181405A (en) 2017-04-03 2017-04-03 Fuel cell power generation module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2018181405A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7386057B2 (en) 2019-11-19 2023-11-24 森村Sofcテクノロジー株式会社 fuel cell module

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0589890A (en) * 1991-09-27 1993-04-09 Ngk Insulators Ltd Cell of solid electrolyte type fuel battery and power generating device using it
JP2006269419A (en) * 2005-02-22 2006-10-05 Mitsubishi Materials Corp Solid oxide type fuel cell and operation method thereof
JP2007157480A (en) * 2005-12-05 2007-06-21 Mitsubishi Materials Corp Fuel cell
JP2009272117A (en) * 2008-05-07 2009-11-19 Ngk Spark Plug Co Ltd Solid oxide fuel cell
JP2012003941A (en) * 2010-06-17 2012-01-05 Ngk Spark Plug Co Ltd Fuel cell
WO2015174386A1 (en) * 2014-05-13 2015-11-19 住友精密工業株式会社 Fuel cell
JP2016139470A (en) * 2015-01-26 2016-08-04 本田技研工業株式会社 Fuel cell module

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0589890A (en) * 1991-09-27 1993-04-09 Ngk Insulators Ltd Cell of solid electrolyte type fuel battery and power generating device using it
JP2006269419A (en) * 2005-02-22 2006-10-05 Mitsubishi Materials Corp Solid oxide type fuel cell and operation method thereof
JP2007157480A (en) * 2005-12-05 2007-06-21 Mitsubishi Materials Corp Fuel cell
US20090130533A1 (en) * 2005-12-05 2009-05-21 Katsuya Hirata Fuel cell
JP2009272117A (en) * 2008-05-07 2009-11-19 Ngk Spark Plug Co Ltd Solid oxide fuel cell
JP2012003941A (en) * 2010-06-17 2012-01-05 Ngk Spark Plug Co Ltd Fuel cell
WO2015174386A1 (en) * 2014-05-13 2015-11-19 住友精密工業株式会社 Fuel cell
JP2016139470A (en) * 2015-01-26 2016-08-04 本田技研工業株式会社 Fuel cell module

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7386057B2 (en) 2019-11-19 2023-11-24 森村Sofcテクノロジー株式会社 fuel cell module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6868051B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6835768B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6873944B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7194242B1 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6945035B1 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6917416B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7082954B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP2018206475A (en) Electrochemical reaction cell stack
JP2018181405A (en) Fuel cell power generation module
JP6690996B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP2017010682A (en) Interconnector fuel battery single cell composite body and fuel battery stack
JP7210508B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7261210B2 (en) Gas passage member and electrochemical reaction cell stack structure
JP7232224B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7249981B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7132287B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7112443B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7186208B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7159126B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7237043B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7210509B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6797153B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6827672B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6861074B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
KR102167205B1 (en) Electrochemical reaction unit and stack of electrochemical reaction cells

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191108

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20191224

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200916

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201006

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201111

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20201215