JP2019145238A - Fuel cell device module and fuel cell device - Google Patents

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Abstract

To provide a fuel cell module having high power generation efficiency, and a fuel cell device using the same.SOLUTION: In multiple second spacers (7A, 7C) located between the other side of cell stack (1A, 1B) and the wall part of a housing container, and including an oxygen-containing gas introduction member 4 for supplying oxygen-containing gas below the cell stack between the cell stack 1 and the wall part (adiabators 5A, 5B), the sum of lengths of the opposite surface to the cell stack in the vertical direction of the cell is larger than the sum of lengths of the opposite surface to the cell stack in the vertical direction of at least one of first spacers (6A, 6B) located between one side of the cell stack and the lateral face of the oxygen-containing gas introduction member 4.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、燃料電池装置モジュールおよびそれを用いた燃料電池装置に関するものである。   The present disclosure relates to a fuel cell device module and a fuel cell device using the same.

燃料電池の構成として、収納容器内に、水素含有ガス（燃料ガス）と酸素含有ガス（空気）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数積層したセルスタックを備える燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールおよびその動作に必要な補機類を外装ケース等の筐体に収容した燃料電池装置とが、種々提案されている。   A fuel cell module comprising a cell stack in which a plurality of fuel cells that can obtain electric power using a hydrogen-containing gas (fuel gas) and an oxygen-containing gas (air) are stacked in a storage container as a configuration of the fuel cell Various fuel cell devices have been proposed in which the fuel cell module and auxiliary equipment necessary for its operation are housed in a housing such as an outer case.

燃料電池モジュールは、特許文献１に記載のように、収納容器の収納室内に、少なくとも１つのセルスタック装置（セルスタック）が収容された構成をとる。セルスタックは、マニホールドと呼ばれる、各セルに燃料ガスを供給するための基台の上に、たとえば柱状等の燃料電池セルを複数個、列状に配列・固定して構成されている。   As described in Patent Document 1, the fuel cell module has a configuration in which at least one cell stack device (cell stack) is accommodated in the storage chamber of the storage container. The cell stack is configured by arranging and fixing a plurality of, for example, columnar fuel cell cells in a row on a base called a manifold for supplying fuel gas to each cell.

セルスタックの配列方向（長手方向）の側面（以下「第一側面」ともいう）に隣接して、セルスタックを構成する各燃料電池セルの下方である柱状の根元部または基部に酸素含有ガスを供給する、酸素含有ガス導入部材が配設されている。   Adjacent to the side surface (hereinafter also referred to as “first side surface”) of the cell stack in the arrangement direction (longitudinal direction), an oxygen-containing gas is applied to the columnar base or base below each fuel cell constituting the cell stack. An oxygen-containing gas introduction member to be supplied is disposed.

特許第６２３９１９８号公報Japanese Patent No. 6239198

ところで、酸素含有ガス（空気）は、加熱された状態で各セルの下部に供給されるが、加熱が不充分で、酸素含有ガスの温度が比較的低い場合、燃料電池セルの下部の発電効率が、比較的低くなるおそれがあった。また、酸素含有ガスの温度分布が不均一であったり、セルに対して均一に供給されていない場合にも、燃料電池モジュールの発電効率が低くなるおそれがあった。   By the way, the oxygen-containing gas (air) is supplied to the lower part of each cell in a heated state, but when the heating is insufficient and the temperature of the oxygen-containing gas is relatively low, the power generation efficiency at the lower part of the fuel cell However, there was a risk that it would be relatively low. Further, even when the temperature distribution of the oxygen-containing gas is not uniform or is not uniformly supplied to the cells, the power generation efficiency of the fuel cell module may be lowered.

本発明の目的は、発電効率の高い燃料電池モジュールおよびそれを用いた燃料電池装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a fuel cell module with high power generation efficiency and a fuel cell device using the same.

本開示の燃料電池モジュールは、
複数の燃料電池セルが列状に配列された少なくとも１つのセルスタックと、
前記セルスタックの配列方向に沿った前記セルスタックの一方の第一側面と対向して位置し、前記セルスタックの下方に酸素含有ガスを供給する供給孔を有する酸素含有ガス導入部材と、
前記第一側面と反対側に位置する前記セルスタックの第二側面と対向して位置する壁部と、
前記セルスタックの上下方向において、前記配列方向に延び、前記供給孔より上方で、かつ、前記第一側面と前記酸素含有ガス導入部材との間に位置する、少なくとも１つの第一スペーサと、
前記セルスタックの上下方向において、前記配列方向に延び、前記供給孔と同じ位置または前記供給孔より上方で、かつ、前記第二側面と前記壁部との間に位置する、少なくとも１つの第二スペーサと、を備え、
前記上下方向において、前記少なくとも１つの第二スペーサの、前記セルスタックとの対向面の長さの和は、前記少なくとも１つの第一スペーサの、前記セルスタックとの対向面の長さの和より大きいことを特徴とする。 The fuel cell module of the present disclosure includes:
At least one cell stack in which a plurality of fuel cells are arranged in a row;
An oxygen-containing gas introduction member positioned opposite to one first side surface of the cell stack along the arrangement direction of the cell stack, and having a supply hole for supplying an oxygen-containing gas below the cell stack;
A wall located opposite to the second side of the cell stack located on the opposite side of the first side;
At least one first spacer extending in the arrangement direction in the vertical direction of the cell stack, above the supply holes, and located between the first side surface and the oxygen-containing gas introduction member;
At least one second that extends in the arrangement direction in the vertical direction of the cell stack, is located at the same position as the supply holes or above the supply holes, and between the second side surface and the wall portion. A spacer, and
In the vertical direction, the sum of the lengths of the at least one second spacer facing the cell stack is greater than the sum of the lengths of the at least one first spacer facing the cell stack. It is large.

また、本開示の燃料電池モジュールは、
燃料電池セルが列状に配列された複数のセルスタックと、
前記セルスタックの配列方向に沿った前記セルスタックの一方の側面と対向して位置する酸素含有ガス導入部と、を備え、
前記複数のセルスタックは、第一セルスタックと、該第一セルスタックの前記配列方向に沿った側方に並列して位置する第二セルスタックと、を含み、
前記酸素含有ガス導入部は、前記第一セルスタックと前記第二セルスタックとの間に位置しており、該酸素含有ガス導入部は、前記第一セルスタックに対向する第一面と、第二セルスタックに対向する第二面と、を有し、
前記第一面は、酸素含有ガスを前記第一セルスタックに供給する第一供給孔を複数有し、前記第二面は、酸素含有ガスを前記第二セルスタックに供給する第二供給孔を複数有し、
前記第一面および前記第二面に直交する側から側面視した場合、
前記配列方向において、
前記第一面に位置する少なくとも１つの第一供給孔の開口位置と、該第一供給孔と対向する領域に最も近接して位置する、前記第二面の第二供給孔の開口位置とが異なることを特徴とする。 The fuel cell module of the present disclosure is
A plurality of cell stacks in which fuel cells are arranged in rows;
An oxygen-containing gas introduction portion located opposite to one side surface of the cell stack along the arrangement direction of the cell stack,
The plurality of cell stacks includes a first cell stack and a second cell stack positioned in parallel on a side of the first cell stack along the arrangement direction,
The oxygen-containing gas introduction part is located between the first cell stack and the second cell stack, the oxygen-containing gas introduction part has a first surface facing the first cell stack, A second surface facing the two-cell stack,
The first surface has a plurality of first supply holes for supplying oxygen-containing gas to the first cell stack, and the second surface has second supply holes for supplying oxygen-containing gas to the second cell stack. Have multiple
When viewed from the side perpendicular to the first surface and the second surface,
In the arrangement direction,
An opening position of at least one first supply hole located on the first surface, and an opening position of the second supply hole on the second surface located closest to a region facing the first supply hole. It is characterized by being different.

そして、本開示の燃料電池装置は、前述のいずれかの燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールの運転を行なうための補機と、前記燃料電池モジュールと前記補機とを収納する外装ケースと、を備える。   The fuel cell device of the present disclosure includes any one of the fuel cell modules described above, an auxiliary device for operating the fuel cell module, an outer case that houses the fuel cell module and the auxiliary device, Is provided.

本開示の燃料電池モジュールは、比較的高温となった酸素含有ガスを燃料電池セルの下部に供給できるため、燃料電池モジュールの発電効率を高くすることができる。または、酸素含有ガスの温度分布や供給量が不均一になることを抑制できるため、燃料電池モジュールの発電効率を高くすることができる。   Since the fuel cell module of the present disclosure can supply the oxygen-containing gas having a relatively high temperature to the lower portion of the fuel cell, the power generation efficiency of the fuel cell module can be increased. Alternatively, since the temperature distribution and supply amount of the oxygen-containing gas can be suppressed from becoming uneven, the power generation efficiency of the fuel cell module can be increased.

実施形態の燃料電池モジュールの構成を説明する分解斜視図である。It is a disassembled perspective view explaining the structure of the fuel cell module of embodiment. 図１に示すセルスタック装置の構造を説明する側面図である。It is a side view explaining the structure of the cell stack apparatus shown in FIG. 燃料電池セルの配列方向に沿った、セルスタックの上面図である。It is a top view of a cell stack along the arrangement direction of fuel cells. 第１の実施形態の燃料電池モジュールの構成を説明する上下方向の断面図であり、（ａ）はモジュールの全体図、（ｂ）は一方のセルスタック側の拡大図である。It is sectional drawing of the up-down direction explaining the structure of the fuel cell module of 1st Embodiment, (a) is a general view of a module, (b) is an enlarged view by the side of one cell stack. 第２の実施形態の燃料電池モジュールの構成を説明する上下方向の断面図であり、（ａ）はモジュールの全体図、（ｂ）は一方のセルスタック側の拡大図である。It is sectional drawing of the up-down direction explaining the structure of the fuel cell module of 2nd Embodiment, (a) is a general view of a module, (b) is an enlarged view by the side of one cell stack. 第１，第２の実施形態の燃料電池モジュールの酸素含有ガス導入部材の両面に設けられる、酸素含有ガス供給孔の形状と配置とを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shape and arrangement | positioning of an oxygen containing gas supply hole provided in both surfaces of the oxygen containing gas introduction member of the fuel cell module of 1st, 2nd embodiment. 第３の実施形態の燃料電池モジュールの構成を説明する上下方向の断面図であり、（ａ）はモジュールの全体図、（ｂ）は一方のセルスタック側の拡大図である。It is sectional drawing of the up-down direction explaining the structure of the fuel cell module of 3rd Embodiment, (a) is a general view of a module, (b) is an enlarged view by the side of one cell stack. 第３の実施形態の燃料電池モジュールの酸素含有ガス導入部材における、改質部（第二セルスタック）側の面に設けられる酸素含有ガス供給孔の形状と配置の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the shape and arrangement | positioning of the oxygen containing gas supply hole provided in the surface by the side of a reforming part (2nd cell stack) in the oxygen containing gas introduction member of the fuel cell module of 3rd Embodiment. is there. 酸素含有ガス導入部材の改質部（第二セルスタック）側の面に設けられる酸素含有ガス供給孔の形状と配置の他の例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the other example of the shape and arrangement | positioning of the oxygen containing gas supply hole provided in the surface by the side of the modification part (2nd cell stack) of an oxygen containing gas introduction member. 第３の実施形態の燃料電池モジュールの酸素含有ガス導入部材の両面に設けられる、酸素含有ガス供給孔の形状と配置の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は改質器の改質部（第二セルスタック）側の第一面を、（ｂ）は気化部（第一セルスタック）側の第二面を示す図である。It is a figure which shows typically an example of the shape and arrangement | positioning of an oxygen containing gas supply hole provided in both surfaces of the oxygen containing gas introduction member of the fuel cell module of 3rd Embodiment, (a) is modification of a reformer. (B) is a figure which shows the 2nd surface by the side of a vaporization part (1st cell stack), and the 1st surface by the side of a mass part (2nd cell stack). 実施形態の燃料電池装置の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the fuel cell apparatus of embodiment.

実施形態の燃料電池モジュールＭ（以下、単に「モジュール」という場合がある）は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の発電・発熱モジュールである。図１の分解斜視図に示すように、燃料電池モジュールＭは、内箱２１と外箱２２とからなる二重構造の収納容器２０の内側に、二列のセルスタック１（１Ａ，１Ｂ）とマニホールド２および改質器３からなるセルスタック装置Ｓと、酸素含有ガス導入部材４（４Ａ，４Ｂ等）、および、内部断熱部材５（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ等）を収容して、収納容器２０（収容空間２７）の開口を蓋体等で密閉した構成をとる。なお、収納容器２０の側面には、該側面より小形の、モジュールの熱交換器Ｅが取り付けられている。   The fuel cell module M according to the embodiment (hereinafter sometimes simply referred to as “module”) is a power generation / heat generation module of a solid oxide fuel cell (SOFC). As shown in the exploded perspective view of FIG. 1, the fuel cell module M includes two rows of cell stacks 1 (1 </ b> A and 1 </ b> B) inside a double-structured storage container 20 including an inner box 21 and an outer box 22. A cell stack device S composed of a manifold 2 and a reformer 3, an oxygen-containing gas introduction member 4 (4A, 4B, etc.), and an internal heat insulating member 5 (5A, 5B, 5C, etc.) are accommodated, and a storage container 20 The opening of the (accommodating space 27) is sealed with a lid or the like. A module heat exchanger E smaller than the side surface is attached to the side surface of the storage container 20.

セルスタック１は、図示右方の第一セルスタック１Ａ（以下、右列）と、図示左方の第二セルスタック１Ｂ（以下、左列）とからなる。なお、先にも述べたように、セルスタック１（１Ａ，１Ｂ）における燃料電池セルの配列（積層固定）方向を、単に「配列方向」、この配列方向に直交する、セルおよびセルスタックを含む各機器における天地（鉛直）方向を「上下方向」という。また、右列の第一セルスタック１Ａと左列の第二セルスタック１Ｂとの間に、構成上の差異はないが、改質器３における上流側の気化部３Ａの下方に位置するセルスタックを第一セルスタック１Ａと呼び、改質器３における下流側の改質部３Ｂの下方に位置するセルスタックを第二セルスタック１Ｂと呼ぶ。   The cell stack 1 includes a first cell stack 1A on the right side of the figure (hereinafter, right column) and a second cell stack 1B on the left side of the figure (hereinafter, left column). As described above, the fuel cell arrangement (stacking and fixing) direction in the cell stack 1 (1A, 1B) is simply “the arrangement direction”, including cells and cell stacks orthogonal to the arrangement direction. The top-and-bottom (vertical) direction of each device is referred to as the “vertical direction”. Further, there is no structural difference between the first cell stack 1A in the right column and the second cell stack 1B in the left column, but the cell stack positioned below the vaporization section 3A on the upstream side in the reformer 3 Is called the first cell stack 1A, and the cell stack located below the reforming section 3B on the downstream side in the reformer 3 is called the second cell stack 1B.

さらに、図１においてセルスタックどうしが対向する、右列の第一セルスタック１Ａの左側の側面（対向面）および左列の第二セルスタック１Ｂの右側の側面（対向面）を、共に、セルスタックの「第一側面」（符号１ｘ）と呼ぶ。また、反対側の、右列の第一セルスタック１Ａの外側の側面（図示右側）および左列の第二セルスタック１Ｂの外側の側面（図示左側）を、共に、セルスタックの「第二側面」（符号１ｙ）と呼ぶ。   Furthermore, the left side surface (opposite surface) of the first cell stack 1A in the right column and the right side surface (opposite surface) of the second cell stack 1B in the left column both facing each other in FIG. Called the “first side” (reference 1x) of the stack. In addition, both the outer side surface (right side in the figure) of the first cell stack 1A in the right column and the outer side surface (left side in the figure) of the second cell stack 1B in the left column are both on the “second side surface” "(Reference numeral 1y).

なお、本発開示における「対向」面とは、面と面とが直接に当接する場合は勿論、面どうしがすき間（空間）を空けて向き合う、対面や対峙等を含む概念である。そのため、物の表面の形状や粗さ（凹凸）等は考慮しない。   The “opposite surface” in the present disclosure is a concept including a facing surface, a facing surface, and the like that face each other with a space (space) between the surfaces as well as the surfaces directly contacting each other. Therefore, the shape and roughness (unevenness) of the surface of the object are not considered.

そして、セルスタック装置Ｓが収納容器２０内に収容された、後記の第１の実施形態（図４），第２の実施形態（図５）および第３の実施形態（図７）の場合、各セルスタック１Ａおよび１Ｂの第一側面は、それぞれ、第一セルスタック１Ａと第二セルスタック１Ｂとの間に位置する、酸素含有ガス導入部材４の「第一面」（符号４ｘ：第一セルスタック１Ａ側）および「第二面」（符号４ｙ：第二セルスタック１Ｂ側）と対向する。また、各セルスタック１Ａおよび１Ｂの第二側面は、それぞれ、モジュール側方の壁部を構成する、断熱材５Ａの内側壁面（符号５ｘ：第一セルスタック１Ａ側）および断熱材５Ｂの内側壁面（符号５ｙ：第二セルスタック１Ｂ側）と対向することとなる。   In the case of the first embodiment (FIG. 4), the second embodiment (FIG. 5) and the third embodiment (FIG. 7) described later, the cell stack device S is accommodated in the storage container 20. The first side surface of each of the cell stacks 1A and 1B is the “first surface” (reference numeral 4x: first) of the oxygen-containing gas introduction member 4 positioned between the first cell stack 1A and the second cell stack 1B, respectively. It faces the cell stack 1A) and the “second surface” (reference numeral 4y: the second cell stack 1B side). The second side surfaces of the cell stacks 1A and 1B are the inner wall surface of the heat insulating material 5A (reference numeral 5x: the first cell stack 1A side) and the inner wall surface of the heat insulating material 5B, which constitute the wall portion on the module side. (Reference numeral 5y: second cell stack 1B side).

セルスタック装置Ｓは、酸素含有ガス導入部材４との間に配設された第一スペーサ６、および、モジュール側方の壁部を構成する各断熱材５Ａ，５Ｂとの間に配設された第二スペーサ７、をそれぞれ介して、収容空間２７の所定位置に載置・固定されている。この点については、後記の各実施形態において詳細に説明する。   The cell stack apparatus S is disposed between the first spacer 6 disposed between the oxygen-containing gas introduction member 4 and the heat insulating materials 5A and 5B constituting the wall portion on the side of the module. It is placed and fixed at a predetermined position in the accommodation space 27 through the second spacer 7. This will be described in detail in each embodiment described later.

第一セルスタック１Ａおよび第二セルスタック１Ｂの基本的な構造を説明する。各セルスタック１Ａ，１Ｂは、図２の側面図に示すように、内部を燃料ガスが上下方向（この例では上方向）に流過する燃料ガス流路を複数有する中空平板型の燃料電池セル１０の複数個を、それぞれの燃料電池セル１０間に集電部材１７を介して立設させた状態で配列し、電気的に直列に接続して、セルスタックとしている。   The basic structure of the first cell stack 1A and the second cell stack 1B will be described. As shown in the side view of FIG. 2, each cell stack 1A, 1B has a hollow plate type fuel cell having a plurality of fuel gas passages through which fuel gas flows in the vertical direction (upward in this example). A plurality of 10 are arranged in a state of being erected between the respective fuel cells 10 via the current collecting member 17, and are electrically connected in series to form a cell stack.

セルスタック１Ａ，１Ｂは、各燃料電池セル１０の下端部が、燃料電池セル１０に燃料ガスを供給するマニホールド２に固定されている。なお、マニホールド２は、セルスタックには含まれない。また、セルスタックの配列方向の両端には、発電により生じる電流を引出すための電流引出し部１８が設けられている。さらに、セルスタックの上方には、燃料電池セル１０に供給する燃料ガスを生成するための改質器３（図２では図示省略）が配置されている。   In the cell stacks 1 </ b> A and 1 </ b> B, the lower end portion of each fuel cell 10 is fixed to a manifold 2 that supplies fuel gas to the fuel cell 10. The manifold 2 is not included in the cell stack. In addition, at both ends of the cell stack in the arrangement direction, current drawing portions 18 for drawing current generated by power generation are provided. Further, a reformer 3 (not shown in FIG. 2) for generating fuel gas to be supplied to the fuel cell 10 is disposed above the cell stack.

各燃料電池セル１０は、図３の上面図に示すように、一対の対向する平坦面（幅広面）を有する柱状の導電性支持体１１の一方側の平坦面上（図示左側）に、燃料極層１２と、固体電解質層１３と、酸素極層１４とが順に積層されている。また、導電性支持体１１の他方側の平坦面上（図示右側）には、インターコネクタ１５と、Ｐ型半導体層１６とが順に積層されている。なお、導電性支持体１１の内部には、燃料ガスを流すための、孔状の燃料ガス流路１１ａが、複数設けられている。   As shown in the top view of FIG. 3, each fuel cell 10 has a fuel on one flat surface (left side in the drawing) of a columnar conductive support 11 having a pair of opposed flat surfaces (wide surfaces). The electrode layer 12, the solid electrolyte layer 13, and the oxygen electrode layer 14 are laminated in order. An interconnector 15 and a P-type semiconductor layer 16 are sequentially stacked on the other flat surface (right side in the drawing) of the conductive support 11. Note that a plurality of hole-shaped fuel gas passages 11 a for flowing fuel gas are provided inside the conductive support 11.

なお、燃料電池セル１０間を接続する集電部材１７は、立体的に見た場合、網目状になっており、図３の点線矢印に示すように、後記する酸素含有ガス導入部材４（４Ａ，４Ｂ等）から供給された酸素含有ガスは、セルスタックと酸素含有ガス導入部材４との間のすき間、または、セルスタックと壁部との間のすき間を、自由に行き来できるようになっている。そのため、各燃料電池セル１０の下部に供給された酸素含有ガスは、隣り合う燃料電池セル１０との間（すき間）を出入りしながら、燃料電池セル１０の上部（図３においては紙面の裏面から表面）に向かって流過する〔後記の第１の実施形態（図４），第２の実施形態（図５）および第３の実施形態（図７）の二点鎖線を参照〕。   Note that the current collecting member 17 that connects the fuel cells 10 has a mesh shape when viewed three-dimensionally, and, as shown by a dotted arrow in FIG. 3, an oxygen-containing gas introduction member 4 (4A) described later. , 4B, etc.), the oxygen-containing gas supplied from the cell stack and the oxygen-containing gas introduction member 4 or the gap between the cell stack and the wall can be freely moved back and forth. Yes. Therefore, the oxygen-containing gas supplied to the lower part of each fuel battery cell 10 enters and exits between the adjacent fuel battery cells 10 (gap), while the upper part of the fuel battery cell 10 (in FIG. 3, from the back side of the paper surface). [Refer to the two-dot chain lines of the first embodiment (FIG. 4), the second embodiment (FIG. 5), and the third embodiment (FIG. 7) described later].

一方、孔状の燃料ガス流路１１ａ内を流れる燃料ガス（水素含有ガスであり、改質ガス）は、先に述べた改質器３において、原燃料供給管３ｃを介して供給される天然ガス等の原燃料を水蒸気改質して、生成される。すなわち、改質器３は、水を気化させるための気化部３Ａと、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部３Ｂと、先述の原燃料供給管３ｃと、改質・生成された燃料ガスをマニホールド２に輸送するための燃料ガス流通管３ｄと、を備えている。   On the other hand, the fuel gas (hydrogen-containing gas, reformed gas) flowing in the hole-shaped fuel gas flow passage 11a is naturally supplied through the raw fuel supply pipe 3c in the reformer 3 described above. It is produced by steam reforming raw fuel such as gas. That is, the reformer 3 includes a vaporization unit 3A for vaporizing water, a reforming unit 3B in which a reforming catalyst (not shown) for reforming raw fuel into fuel gas is disposed, A raw fuel supply pipe 3c and a fuel gas distribution pipe 3d for transporting the reformed and generated fuel gas to the manifold 2 are provided.

改質器３は、セルスタック上端から排出される未反応の酸素含有ガスおよび燃料ガス（以下、オフガスという場合がある。）の燃焼熱により、暖められる。なお、本開示において、改質器を有する実施形態を示したが、改質器を有していない形態でもよい。   The reformer 3 is warmed by the combustion heat of unreacted oxygen-containing gas and fuel gas (hereinafter sometimes referred to as off-gas) discharged from the upper end of the cell stack. In addition, in this indication, although embodiment which has a reformer was shown, the form which does not have a reformer may be sufficient.

以下、前述の構成のセルスタック装置Ｓを収納容器２０内に収容した、具体的な実施形態について説明する。   Hereinafter, a specific embodiment in which the cell stack apparatus S having the above-described configuration is accommodated in the storage container 20 will be described.

図４は第１の実施形態、図５は第２の実施形態、図７は第３の実施形態の燃料電池モジュール（それぞれＭ１，Ｍ２，Ｍ３とする）の構造を示す、セル配列に直交する方向の模式的断面図である。なお、これらの図においては、説明を容易にするために、セルスタックに酸素含有ガス（空気）を供給するための酸素含有ガス流路２５と、オフガスを燃焼させた後の排ガスを排出するための排ガス流路２６とを、強調・拡大して描いている。また、酸素含有ガス導入部材の中には、流下する空気の温度を測定するための熱電対が挿通されている場合もあるが、その図示を省略している。   4 shows the structure of the fuel cell module (referred to as M1, M2, and M3, respectively) of the first embodiment, FIG. 5 shows the second embodiment, and FIG. 7 shows the structure of the third embodiment. It is a typical sectional view of a direction. In these drawings, for ease of explanation, an oxygen-containing gas passage 25 for supplying an oxygen-containing gas (air) to the cell stack and an exhaust gas after burning off-gas are discharged. The exhaust gas flow path 26 is drawn with emphasis and expansion. Further, in some cases, a thermocouple for measuring the temperature of the flowing-down air is inserted in the oxygen-containing gas introduction member, but the illustration thereof is omitted.

まず、図４，図６に示す、第１の実施形態について説明する。なお、以降の第２，第３の実施形態においても同様の構成部材については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する場合がある。また、各図中の実線矢印は、酸素含有ガスおよび排ガスの流れ（気体流）を示すものとする。   First, the first embodiment shown in FIGS. 4 and 6 will be described. In the following second and third embodiments, similar constituent members may be given the same reference numerals and detailed description thereof may be omitted. Moreover, the solid line arrow in each figure shall show the flow (gas flow) of oxygen-containing gas and waste gas.

図４（ａ）に示すように、燃料電池モジュールＭ１を構成する収納容器２０は、内箱２１の側壁から構成される内壁２３と、外箱２２の側壁からなる外壁２４とを有する二重構造であり、内壁２３により、セルスタック装置Ｓを収容する収容空間２７が設けられている。また、収納容器２０の底部には、酸素含有ガス流入管２５ａが接続されており、内壁２３と外壁２４との間に形成された酸素含有ガス流路２５に、各セルスタック１Ａ，１Ｂに供給される酸素含有ガス（空気）が導入される。   As shown in FIG. 4A, the storage container 20 constituting the fuel cell module M1 has a double structure having an inner wall 23 constituted by the side wall of the inner box 21 and an outer wall 24 constituted by the side wall of the outer box 22. A storage space 27 for storing the cell stack device S is provided by the inner wall 23. In addition, an oxygen-containing gas inflow pipe 25a is connected to the bottom of the storage container 20, and is supplied to the cell stacks 1A and 1B through an oxygen-containing gas flow path 25 formed between the inner wall 23 and the outer wall 24. Oxygen-containing gas (air) is introduced.

前述の内壁２３を挟んだ、酸素含有ガス流路２５の容器内側には、燃焼排ガスを排出するための排ガス流路２６が、セルスタックの配列方向に沿って並行に設けられている。この構成により、酸素含有ガス流路２５内を上に向かって流過する低温の空気と、排ガス流路２６内を下に向かって流過する高温の排ガスとの間で熱交換が行われ、酸素含有ガス流路２５内の空気が暖められる。なお、図示左下の排ガス流路２６の終端には、排ガス流出管２６ａが接続されており、上述の熱交換後の排ガスが、図示しない熱交換器Ｅ（図１参照）へ導出されるようになっている。   Inside the container of the oxygen-containing gas flow path 25 with the inner wall 23 interposed therebetween, an exhaust gas flow path 26 for discharging combustion exhaust gas is provided in parallel along the cell stack arrangement direction. With this configuration, heat exchange is performed between the low-temperature air flowing upward in the oxygen-containing gas flow channel 25 and the high-temperature exhaust gas flowing downward in the exhaust gas flow channel 26, The air in the oxygen-containing gas channel 25 is warmed. Note that an exhaust gas outlet pipe 26a is connected to the end of the exhaust gas passage 26 at the lower left in the figure so that the exhaust gas after the heat exchange described above is led to a heat exchanger E (see FIG. 1) (not shown). It has become.

収納容器２０上部の中央には、酸素含有ガス導入部材４Ａが、内壁２３を貫通して、右列の第一セルスタック１Ａと左列の第二セルスタック１Ｂとの間の下方まで垂下するよう配設されている。これにより、先の排ガスとの熱交換により暖められた酸素含有ガスを、これら各セルスタック１Ａ，１Ｂの下部まで流下させ、それぞれ柱状の燃料電池セル１０の根元部または基部に、直接的に供給することができる。   In the center of the upper portion of the storage container 20, the oxygen-containing gas introduction member 4A passes through the inner wall 23 and hangs down to a lower position between the first cell stack 1A in the right row and the second cell stack 1B in the left row. It is arranged. As a result, the oxygen-containing gas heated by the heat exchange with the exhaust gas is allowed to flow down to the lower part of each of the cell stacks 1A and 1B and directly supplied to the base or base of the columnar fuel cell 10 respectively. can do.

酸素含有ガス導入部材４Ａの下端近傍には、図６に示すような、暖められた空気の流出孔または噴気孔である供給孔４１が複数個設けられている。なお、この図６は、図４（ｂ）の拡大断面図の白抜き矢印に示すように、酸素含有ガス導入部材４Ａを、左列の第二セルスタック１Ｂ側から見たものであり、先に述べた、酸素含有ガス導入部材の「第二面」（符号４ｙ）に相当するものである。したがって、図６では見えないが、紙面裏側の酸素含有ガス導入部材４Ａの「第一面」（符号４ｘ）側にも、供給孔４１と同仕様の供給孔が、これら供給孔４１と対向・対称となる位置に、それぞれ形成されている。   In the vicinity of the lower end of the oxygen-containing gas introduction member 4A, a plurality of supply holes 41 which are outflow holes or fumaroles of warmed air as shown in FIG. 6 are provided. FIG. 6 shows the oxygen-containing gas introduction member 4A as viewed from the second cell stack 1B side in the left column, as indicated by the white arrow in the enlarged sectional view of FIG. This corresponds to the “second surface” (reference numeral 4 y) of the oxygen-containing gas introduction member described in (1). Therefore, although not visible in FIG. 6, the supply holes of the same specifications as the supply holes 41 are also provided on the “first surface” (reference numeral 4 x) side of the oxygen-containing gas introduction member 4 </ b> A on the back side of the paper. Each is formed at a symmetrical position.

また、収納容器２０の内箱２１の中には、複数の内部断熱部材５、すなわち側部断熱材５Ａ，５Ｂおよび底部断熱材５Ｃにより、前述の収容空間２７が形成されている。なお、セルスタック１Ａ，１Ｂおよびマニホールド２を収容する、収容空間２７の下部を発電室２７Ａと呼び、改質器３を含む、オフガスを燃焼させる収容空間２７の上部を燃焼室２７Ｂと呼ぶ場合がある。   In the inner box 21 of the storage container 20, the above-described storage space 27 is formed by a plurality of internal heat insulating members 5, that is, the side heat insulating materials 5 </ b> A and 5 </ b> B and the bottom heat insulating material 5 </ b> C. The lower part of the accommodation space 27 that accommodates the cell stacks 1A and 1B and the manifold 2 may be referred to as a power generation chamber 27A, and the upper part of the accommodation space 27 that includes the reformer 3 and burns off gas may be referred to as a combustion chamber 27B. is there.

そして、図４（ａ）に示すように、各セルスタック１Ａ，１Ｂとこれらの間に位置する酸素含有ガス導入部材４Ａとの間、および、各セルスタック１Ａ，１Ｂと発電室２７Ａの壁部（側壁）を構成する側部断熱材５Ａ，５Ｂとの間には、スペーサ（第一スペーサ６，第二スペーサ７）が、上下方向において複数個設けられている。各スペーサは、セルの配列方向に延びている。スペーサは、酸素含有ガス導入部材、セルスタックおよび側部断熱材の間隙を調整して、各セルスタックの位置を固定するとともに、これらの部材間のすき間を流れる、酸素含有ガスの流れを制御するために設けられている。   And as shown to Fig.4 (a), between each cell stack 1A, 1B and the oxygen-containing gas introduction member 4A located between these, and each cell stack 1A, 1B and the wall part of 27 A of electric power generation chambers A plurality of spacers (first spacer 6 and second spacer 7) are provided in the vertical direction between the side heat insulating materials 5A and 5B constituting the (side wall). Each spacer extends in the cell arrangement direction. The spacer adjusts the gap between the oxygen-containing gas introduction member, the cell stack, and the side heat insulating material to fix the position of each cell stack, and controls the flow of the oxygen-containing gas flowing through the gap between these members. It is provided for.

なお、スペーサとは、上下方向における酸素含有ガス導入部材の供給孔と同じ位置または供給孔より上方で、かつ、セルスタックと酸素含有ガス導入部材または壁部との間に設けられた部材のうち、セルスタックと対向するものをいう。また、スペーサの対向面（対向部位）とは、酸素含有ガス導入部材または側部断熱材からセルスタックに向かって突出しており、かつ、上下方向における酸素含有ガス導入部材の供給孔と同じ位置または供給孔より上方で、セルスタックと対向している部分をいう。これにより、酸素含有ガス導入部材、セルスタックおよび側部断熱材のすき間を流れる酸素含有ガスを、セルスタック側に促すことができる。さらに、スペーサは、図４で示すように、酸素含有ガス導入部材または側部断熱材とセルスタックとに当接することで、酸素含有ガス導入部材、セルスタックおよび側部断熱材のすき間を流れる酸素含有ガスを、セルスタックにより促すことができる。   The spacer is a member provided at the same position or above the supply hole of the oxygen-containing gas introduction member in the vertical direction and between the cell stack and the oxygen-containing gas introduction member or the wall portion. The one facing the cell stack. Further, the opposed surface (opposed portion) of the spacer protrudes from the oxygen-containing gas introduction member or the side heat insulating material toward the cell stack, and is located at the same position as the supply hole of the oxygen-containing gas introduction member in the vertical direction or The part above the supply hole and facing the cell stack. Thereby, the oxygen-containing gas flowing through the gap between the oxygen-containing gas introducing member, the cell stack, and the side heat insulating material can be promoted to the cell stack side. Further, as shown in FIG. 4, the spacer is in contact with the oxygen-containing gas introduction member or the side heat insulating material and the cell stack, so that the oxygen flowing through the gap between the oxygen-containing gas introduction member, the cell stack and the side heat insulating material. The contained gas can be promoted by the cell stack.

すなわち、第１の実施形態の燃料電池モジュールＭ１は、供給孔４１より上方に設けられ、各セルスタック１Ａ，１Ｂと酸素含有ガス導入部材４Ａとの間にそれぞれ配設された、２つの第一スペーサ６（上端部６Ａ，下部６Ｂ）を有する。また、供給孔４１より上方に設けられ、各セルスタック１Ａ，１Ｂと各側部断熱材５Ａ，５Ｂとの間にそれぞれ配設された、２つの第二スペーサ７（上端部７Ａ，中央部７Ｃ）を有する。   That is, the fuel cell module M1 of the first embodiment is provided above the supply hole 41 and is provided between the two first cells disposed between the cell stacks 1A and 1B and the oxygen-containing gas introduction member 4A. It has a spacer 6 (upper end 6A, lower part 6B). Further, two second spacers 7 (upper end portion 7A and central portion 7C) provided above the supply hole 41 and disposed between the cell stacks 1A and 1B and the side heat insulating materials 5A and 5B, respectively. ).

そして、各セルスタックの上下方向において、第二スペーサ７である上端部第二スペーサ７Ａ、中央部第二スペーサ７Ｃの、各セルスタック１Ａ，１Ｂとの対向面の長さの和は、第一スペーサ６である上端部第一スペーサ６Ａ，下部第一スペーサ６Ｂの、各セルスタック１Ａ，１Ｂとの対向面の長さの和より大きくなっている。   In the vertical direction of each cell stack, the sum of the lengths of the opposing surfaces of the upper end second spacer 7A and the central second spacer 7C, which are the second spacers 7, facing the cell stacks 1A and 1B is The upper end first spacer 6A and the lower first spacer 6B, which are the spacers 6, are larger than the sum of the lengths of the facing surfaces of the cell stacks 1A and 1B.

この構成により、各セルの間を流れる高温の酸素含有ガスを、セルの間から、セルスタック１Ａ，１Ｂと酸素含有ガス導入部材４Ａとの間へと促すことができ、当該酸素含有ガス導入部材４Ａとその内部を流れる酸素含有ガスとを、効率良く加熱できる。すなわち、燃料電池セルの下部に、比較的高温の酸素含有ガスを供給できることで、上下方向における、燃料電池セルの不均一な温度分布が緩和され、燃料電池モジュールＭ１の発電効率を向上させることができる。   With this configuration, a high-temperature oxygen-containing gas flowing between the cells can be promoted from between the cells to between the cell stacks 1A and 1B and the oxygen-containing gas introduction member 4A. The oxygen-containing gas introduction member 4A and the oxygen-containing gas flowing through it can be efficiently heated. That is, by supplying a relatively high-temperature oxygen-containing gas to the lower part of the fuel cell, the uneven temperature distribution of the fuel cell in the vertical direction is relaxed, and the power generation efficiency of the fuel cell module M1 can be improved. it can.

また、図４に示すように、第１の実施形態の燃料電池モジュールＭ１では、中央部第二スペーサ７Ｃの下端は、上下方向における、供給孔４１とセルスタック１Ａの上端との間の中央位置（図示中央線：一点鎖線）または中央位置よりも下方に位置しており、中央部第二スペーサ７Ｃの上端は、上下方向における、中央位置よりも上方に位置している。   Further, as shown in FIG. 4, in the fuel cell module M1 of the first embodiment, the lower end of the central second spacer 7C is the central position between the supply hole 41 and the upper end of the cell stack 1A in the vertical direction. (The center line in the figure: a one-dot chain line) or a position lower than the center position, and the upper end of the center second spacer 7C is positioned above the center position in the vertical direction.

さらに、当該燃料電池モジュールＭにおいて、各セルスタック１Ａ，１Ｂと各側部断熱材５Ａ，５Ｂとの間にそれぞれ配設された、２つの第二スペーサ７（上端部７Ａ，中央部７Ｃ）について、それぞれのセルスタック上下方向の長さを比べれば、中央部第二スペーサ７Ｃの上下方向長さは、端部に位置する上端部第二スペーサ７Ａの上下方向長さより、長くなっている。   Further, in the fuel cell module M, two second spacers 7 (upper end portion 7A and central portion 7C) disposed between the cell stacks 1A and 1B and the side heat insulating materials 5A and 5B, respectively. If the lengths of the cell stacks in the vertical direction are compared, the vertical length of the central second spacer 7C is longer than the vertical length of the upper end second spacer 7A located at the end.

これらの構成により、セル内の反応による熱やジュール熱等によって比較的温度が高い、上下方向における中央部において、温度が高い酸素含有ガスを、セルスタック１Ａ，１Ｂと酸素含有ガス導入部材４Ａとの間へと、促すことができる。このため、さらに当該酸素含有ガス導入部材４Ａとその内部を流れる酸素含有ガスとを、効率良く加熱できる。すなわち、燃料電池セルの下部に、比較的高温の酸素含有ガスを供給することで、上下方向における、燃料電池セルの不均一な温度分布を緩和できるため、その結果、燃料電池モジュールＭ１の発電効率を向上させることができる。   With these configurations, the oxygen-containing gas having a high temperature at the center in the vertical direction, which is relatively high due to heat from reaction in the cell, Joule heat, etc. You can urge between. Therefore, the oxygen-containing gas introduction member 4A and the oxygen-containing gas flowing through the oxygen-containing gas introduction member 4A can be efficiently heated. That is, by supplying a relatively high-temperature oxygen-containing gas to the lower part of the fuel cell, the uneven temperature distribution of the fuel cell in the vertical direction can be alleviated. As a result, the power generation efficiency of the fuel cell module M1 is reduced. Can be improved.

前述のような、セルスタック装置Ｓ収容後の収容空間２７内における、セルスタック１Ａ，１Ｂと周囲の壁部（側部断熱材５Ａ，５Ｂ）との関係、および、セルスタック１Ａ，１Ｂと酸素含有ガス導入部材４Ａとの関係について、以下により詳しく説明する。   The relationship between the cell stacks 1A and 1B and the surrounding wall portions (side heat insulating materials 5A and 5B), and the cell stacks 1A and 1B and oxygen in the accommodation space 27 after accommodating the cell stack device S as described above. The relationship with the contained gas introduction member 4A will be described in more detail below.

なお、これらセルスタックと、壁部および酸素含有ガス導入部との関係は、実施形態のような２列のセルスタックを有する燃料電池モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３の場合、セルスタック列の中心を挟んで左右対称に現れるため、後記の詳細な説明では、一方のセルスタック（今回は右列の第一セルスタック１Ａ）側についてのみ説明する。   Note that the relationship between these cell stacks, the wall portion, and the oxygen-containing gas introduction portion is such that the center of the cell stack row is sandwiched in the case of the fuel cell modules M1, M2, M3 having two rows of cell stacks as in the embodiment. Therefore, in the detailed description below, only one cell stack (this time, the first cell stack 1A in the right column) side will be described.

図４（ｂ）は、図４（ａ）の一部である、収容空間２７内の第一セルスタック１Ａ（右列）側を抜粋して拡大表示したものである。   FIG. 4B is an enlarged view of the first cell stack 1A (right column) side in the accommodation space 27, which is a part of FIG. 4A.

先にも述べたように、第一セルスタック１Ａにおける酸素含有ガス導入部材側の側面である第一側面１ｘと、酸素含有ガス導入部材４Ａにおけるセルスタック側の側面である第一面４ｘとの間には、第一スペーサである上端部第一スペーサ６Ａと下部第一スペーサ６Ｂとが、セルスタックの上下方向に離間した状態で配設されている。   As described above, the first side surface 1x that is the side surface on the oxygen-containing gas introduction member side in the first cell stack 1A and the first surface 4x that is the side surface on the cell stack side in the oxygen-containing gas introduction member 4A. Between them, an upper end first spacer 6A and a lower first spacer 6B, which are first spacers, are arranged in a state of being separated in the vertical direction of the cell stack.

また、第一セルスタック１Ａにおける壁部側の側面である第二側面１ｙと、側部断熱材５Ａにおけるセルスタック側の側面である内側壁面５ｘの間には、第二スペーサである上端部第二スペーサ７Ａと中央部第二スペーサ７Ｃとが、それぞれ、セルスタックの上下方向に離間した状態で配設されている。   In addition, between the second side surface 1y that is the side surface on the wall portion side in the first cell stack 1A and the inner wall surface 5x that is the side surface on the cell stack side in the side heat insulating material 5A, The two spacers 7A and the central second spacer 7C are disposed in a state of being separated from each other in the vertical direction of the cell stack.

ここで、第二スペーサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃとセルスタック１Ａ（第二側面１ｙ）の対向面の上下方向長さの和は、第一スペーサ６Ａ，６Ｂとセルスタック１Ａ（第一側面１ｘ）との対向面の上下方向長さの和より大きい点は、先にも述べたとおりである。   Here, the sum of the vertical lengths of the opposing surfaces of the second spacers 7A, 7B, 7C and the cell stack 1A (second side surface 1y) is the same as that of the first spacers 6A, 6B and the cell stack 1A (first side surface 1x). The point larger than the sum of the vertical lengths of the opposing surfaces is as described above.

さらに、セルスタック装置Ｓにおいて、各部材の間の空間（セルスタック上下方向のすき間）に着目すると、セルスタックの左右方向（図示左右方向）において、図４（ｂ）に示すように、セルスタック１Ａの第一側面１ｘと酸素含有ガス導入部材４Ａの第一面４ｘとの間の、第一間隙の距離Ｌ１は、第一セルスタック１Ａの第二側面１ｙと側部断熱材５Ａの内側壁面５ｘとの間の、第二間隙の距離Ｌ２より短い。これにより、酸素含有ガス導入部材４Ａは、セルスタックからの輻射熱を受けやすくなり、その内部を流過する酸素含有ガスを、より高温にすることができる。   Further, in the cell stack device S, when attention is paid to the space between the members (the gap in the vertical direction of the cell stack), as shown in FIG. The distance L1 of the first gap between the first side surface 1x of 1A and the first surface 4x of the oxygen-containing gas introduction member 4A is the inner wall surface of the second side surface 1y of the first cell stack 1A and the side heat insulating material 5A. It is shorter than the distance L2 of the second gap between 5x. As a result, the oxygen-containing gas introduction member 4A can easily receive radiant heat from the cell stack, and the oxygen-containing gas flowing through the inside can be heated to a higher temperature.

これらの構成によって、図４に記載の第１の実施形態の燃料電池モジュールＭ１は、酸素含有ガス導入部材の内部を流下し、燃料電池セルに導入される酸素含有ガスの温度が、従来より上昇する。したがって、本実施形態の燃料電池モジュールＭ１は、燃料電池セルの上部と下部との間で発生する温度差が低減され、その結果、セルスタック全体の発電効率を向上させることができる。   With these configurations, the fuel cell module M1 of the first embodiment shown in FIG. 4 flows down inside the oxygen-containing gas introduction member, and the temperature of the oxygen-containing gas introduced into the fuel cell rises from the conventional level. To do. Therefore, in the fuel cell module M1 of this embodiment, the temperature difference generated between the upper part and the lower part of the fuel cell is reduced, and as a result, the power generation efficiency of the entire cell stack can be improved.

なお、第一スペーサ６および第二スペーサ７を含む各スペーサは、各断熱材５と同様の材料でもよい。具体的には耐熱性であるセラミックファイバー等を用いることができる。   The spacers including the first spacer 6 and the second spacer 7 may be made of the same material as that of each heat insulating material 5. Specifically, a heat-resistant ceramic fiber or the like can be used.

各スペーサおよび各断熱材は、燃料電池セル１０の配列方向に沿って、セルスタック１Ａ，１Ｂの側面側に配置すればよく、セルスタック１Ａ，１Ｂの側面におけるセル配列方向に沿った幅（長さ）と同等、または、それ以上の幅（長さ）を有するものを配置することができる。なお、各スペーサと各セルスタックとの間は、必ずしも当接している必要はなく、若干のすき間があってもよい。   Each spacer and each heat insulating material may be arranged on the side surface side of the cell stacks 1A and 1B along the arrangement direction of the fuel cells 10, and the width (long) along the cell arrangement direction on the side surface of the cell stacks 1A and 1B. And the like having a width (length) equal to or greater than that. Note that the spacers and the cell stacks are not necessarily in contact with each other, and may have a slight gap.

つぎに、第１の実施形態（図４）の変形例である、第２の実施形態（図５）について説明する。なお、この実施形態においても、前出と同様の構成部材については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する場合がある。   Next, a second embodiment (FIG. 5), which is a modification of the first embodiment (FIG. 4), will be described. In this embodiment as well, the same components as those described above may be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof may be omitted.

図５（ａ）に示す、第２の実施形態の燃料電池モジュールＭ２も、収納容器２０の収容空間２７内にセルスタック装置Ｓを収容したものである。この実施形態のセルスタック装置Ｓが、第１の実施形態のものと異なる点は、各セルスタック１Ａ，１Ｂとこれらの間に位置する酸素含有ガス導入部材４Ａとの間の間隙（距離）と、このすき間に配設された第一スペーサ６の配置・構成が異なる点である。この点について以下で説明する。   The fuel cell module M2 of the second embodiment shown in FIG. 5A is also one in which the cell stack device S is accommodated in the accommodating space 27 of the accommodating container 20. The cell stack apparatus S of this embodiment is different from that of the first embodiment in that there is a gap (distance) between each cell stack 1A, 1B and the oxygen-containing gas introduction member 4A located therebetween. The arrangement and configuration of the first spacers 6 disposed in the gaps are different. This will be described below.

第１の実施形態と同様、一方のセルスタック（右列の第一セルスタック１Ａ）側についてのみ見ると、図５（ｂ）の拡大図に示すように、第一セルスタック１Ａにおける酸素含有ガス導入部材側の側面である第一側面１ｘと、酸素含有ガス導入部材４Ａにおけるセルスタック側の側面である第一面４ｘとの間には、第一スペーサである上端部第一スペーサ６Ａと下部第一スペーサ６Ｂに加え、すき間の上下方向中央寄りに、中央部第一スペーサ６Ｃが、それぞれ、セルスタックの上下方向に離間した状態で配設されている。   As in the first embodiment, when only one cell stack (the first cell stack 1A in the right column) is viewed, the oxygen-containing gas in the first cell stack 1A is shown in the enlarged view of FIG. 5B. Between the first side surface 1x which is the side surface on the introduction member side and the first surface 4x which is the side surface on the cell stack side in the oxygen-containing gas introduction member 4A, there is an upper end first spacer 6A and a lower portion. In addition to the first spacer 6B, central first spacers 6C are arranged in the state of being spaced apart from each other in the vertical direction of the cell stack.

また、第一セルスタック１Ａにおける壁部側の側面である第二側面１ｙと、側部断熱材５Ａにおけるセルスタック側の側面である内側壁面５ｘの間には、第二スペーサである上端部第二スペーサ７Ａと下部第二スペーサ７Ｂおよび中央部第二スペーサ７Ｃが、それぞれ、セルスタックの上下方向に離間した状態で配設されている。すなわち、第２の実施形態の燃料電池モジュールＭ２は、セルスタック１Ａの左右方向両側のすき間に、それぞれ３個ずつのスペーサを備える。なお、下部第二スペーサ７Ｂは、供給孔４１より上側に位置している。   In addition, between the second side surface 1y that is the side surface on the wall portion side in the first cell stack 1A and the inner wall surface 5x that is the side surface on the cell stack side in the side heat insulating material 5A, The two spacers 7A, the lower second spacer 7B, and the central second spacer 7C are arranged in a state of being separated from each other in the vertical direction of the cell stack. That is, the fuel cell module M2 of the second embodiment includes three spacers each in the gaps on the left and right sides of the cell stack 1A. The lower second spacer 7B is positioned above the supply hole 41.

ここで、第２の実施形態の燃料電池モジュールＭ２は、図５（ｂ）に示すように、セルスタック１Ａと酸素含有ガス導入部材４Ａの間の上下方向中央寄りに、中央部第一スペーサ６Ｃが配設されている。このため、仮に、酸素含有ガス導入部材４Ａが、高温により変形を起こした場合でも、この中央部第一スペーサ６Ｃが緩衝材となって、セルスタック１Ａと酸素含有ガス導入部材４Ａとが接触することを抑制できる。   Here, as shown in FIG. 5 (b), the fuel cell module M2 of the second embodiment has a central first spacer 6C near the center in the vertical direction between the cell stack 1A and the oxygen-containing gas introduction member 4A. Is arranged. For this reason, even if the oxygen-containing gas introduction member 4A is deformed due to a high temperature, the central first spacer 6C serves as a buffer material, and the cell stack 1A and the oxygen-containing gas introduction member 4A come into contact with each other. This can be suppressed.

さらに、各スペーサの大きさ（上下方向の長さ：矢印で表示）に着目すると、上記の中央部第一スペーサ６Ｃに関し、この中央部第一スペーサ６Ｃの上下方向長さが、セルスタックと壁部の間の、中央部第二スペーサ７Ｃの上下方向の長さより、短い。これにより、温度が高い、上下方向における中央部のガスを、酸素含有ガス導入部材４Ａ側へと促すことができる。   Further, when attention is paid to the size of each spacer (vertical length: indicated by an arrow), the vertical length of the central first spacer 6C is the cell stack and the wall. It is shorter than the length in the vertical direction of the central second spacer 7C between the two portions. Thereby, the gas of the center part in the up-down direction with high temperature can be promoted to the oxygen-containing gas introduction member 4A side.

また、第２の実施形態の燃料電池モジュールＭ２は、セルスタックと酸素含有ガス導入部材の間のすき間において、上述の中央部第一スペーサ６Ｃの上下方向長さが、上端部第一スペーサ６Ａの上下方向長さおよび下部第一スペーサ６Ｂの上下方向長さのいずれより短い。この構成により、温度が高い上下方向における中央部のガスを導入部材側へと促すことができる。   Further, in the fuel cell module M2 of the second embodiment, in the gap between the cell stack and the oxygen-containing gas introduction member, the length in the vertical direction of the center first spacer 6C is the same as that of the upper end first spacer 6A. It is shorter than any of the vertical length and the vertical length of the lower first spacer 6B. With this configuration, it is possible to urge the gas at the center in the vertical direction where the temperature is high toward the introduction member.

そして、第２の実施形態の燃料電池モジュールＭ２は、上端部第一スペーサ６Ａと中央部第一スペーサ６Ｃとに囲まれた空間Ｊ１（容積Ｊ１ＶＯＬ）と、中央部第一スペーサ６Ｃと下部第一スペーサ６Ｂとに囲まれた空間Ｊ２（容積Ｊ２ＶＯＬ）とからなる「第１の空間」の空間容積の総和が、上端部第二スペーサ７Ａと中央部第二スペーサ７Ｃとに囲まれた空間Ｋ１（容積Ｋ１ＶＯＬ）と、中央部第二スペーサ７Ｃと下部第一スペーサ７Ｂとに囲まれた空間Ｋ２（容積Ｋ２ＶＯＬ）とからなる「第２の空間」の空間容積の総和より、大きくなっている〔図５（ｂ）参照〕。 The fuel cell module M2 of the second embodiment includes a space J1 (volume J1 VOL ) surrounded by an upper end first spacer 6A and a central first spacer 6C, a central first spacer 6C and a lower first spacer. A space surrounded by the upper end second spacer 7A and the central second spacer 7C is the sum of the spatial volumes of the “first space” composed of the space J2 (volume J2 VOL ) surrounded by one spacer 6B. It becomes larger than the sum of the spatial volumes of the “second space” composed of K1 (volume K1 VOL ) and the space K2 (volume K2 VOL ) surrounded by the central second spacer 7C and the lower first spacer 7B. [See FIG. 5 (b)].

すなわち、言い換えれば、セルスタックと酸素含有ガス導入部材の間における〔スペーサのない空間の容積の総和（Ｊ１ＶＯＬ＋Ｊ２ＶＯＬ）〕が、セルスタックと側部断熱材の間における〔スペーサのない空間の容積の総和（Ｋ１ＶＯＬ＋Ｋ２ＶＯＬ）〕より、大きくなっている。この構成により、酸素含有ガス導入部材４Ａにより近い、セルスタック１Ａと酸素含有ガス導入部材４Ａとの間の空間（Ｊ１，Ｊ２）に、セルスタック１Ａと側部断熱材５Ａとの間の空間（Ｋ１，Ｋ２）より多くの、セル内で加温された酸素含有ガスを、セルスタックと酸素含有ガス導入部材の間の前記「第１の空間」に促すことで、酸素含有ガス導入部材４Ａの中を流下する酸素含有ガスを、より効率良く暖めることができる。なお、図では、第１間隙の距離Ｌ１と第２間隙の距離Ｌ２は等距離であるが、空間の容積の総和が上述の関係にあれば、Ｌ１とＬ２は異なっていてもよい。 That is, in other words, the [total volume of the space without spacers (J1 VOL + J2 VOL )] between the cell stack and the oxygen-containing gas introduction member is the same as the [space-free space between the cell stack and the side heat insulating material. It is larger than the total volume (K1 VOL + K2 VOL )]. With this configuration, the space (J1, J2) between the cell stack 1A and the oxygen-containing gas introduction member 4A that is closer to the oxygen-containing gas introduction member 4A, and the space between the cell stack 1A and the side heat insulating material 5A ( K1, K2) More oxygen-containing gas heated in the cell is urged to the “first space” between the cell stack and the oxygen-containing gas introduction member, so that the oxygen-containing gas introduction member 4A The oxygen-containing gas flowing down can be warmed more efficiently. In the figure, the distance L1 between the first gap and the distance L2 between the second gaps are equal, but L1 and L2 may be different if the total volume of the space is in the above relationship.

これらの構成によっても、図５に記載の第２の実施形態の燃料電池モジュールＭ２は、酸素含有ガス導入部材の内部を流下し、燃料電池セルに導入される酸素含有ガスを、より効率良く暖めることができる。したがって、本実施形態の燃料電池モジュールＭ２の発電効率を、向上させることができる。   Also with these configurations, the fuel cell module M2 of the second embodiment shown in FIG. 5 flows down inside the oxygen-containing gas introduction member and warms the oxygen-containing gas introduced into the fuel cell more efficiently. be able to. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell module M2 of this embodiment can be improved.

なお、第１，第２の実施形態の燃料電池モジュールＭ１，Ｍ２においては、２列のセルスタックを有する燃料電池モジュールとしたが、収納容器２０内に、１列のセルスタックを１つ収容してもよく、この場合において、燃料電池モジュールの内壁が、酸素含有ガス導入部材を兼ねていてもよい。   In the fuel cell modules M1 and M2 of the first and second embodiments, the fuel cell module has two rows of cell stacks, but one row of cell stacks is accommodated in the storage container 20. In this case, the inner wall of the fuel cell module may also serve as the oxygen-containing gas introduction member.

また、第２の実施形態の燃料電池モジュールＭにおいて、セルスタックと壁部の間のすき間の下部に位置する、下部第二スペーサ７Ｂを配設しない構成とすることもできる。   In the fuel cell module M of the second embodiment, the lower second spacer 7B located in the lower portion of the gap between the cell stack and the wall portion may be omitted.

図７は、第３の実施形態の燃料電池モジュールＭ３の構造を示す模式的断面図である。また、図８〜図１０は、この燃料電池モジュールＭ３に用いられている酸素含有ガス導入部材に形成されている、酸素含有ガス供給孔の種々の形状例を示す平面図である。なお、図８，図９と、図１０（ａ）の平面図は、酸素含有ガス導入部材を、図７（ｂ）の拡大断面図における白抜き矢印方向から見た図であり、先に述べた、酸素含有ガス導入部材の「第二面」（符号４ｙ）に相当する。また、図１０（ｂ）の平面図は、酸素含有ガス導入部材の「第一面」（符号４ｘ）に相当するものである。さらに、前述の第１，第２の実施形態と同様の構成部材については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する場合がある。   FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the fuel cell module M3 of the third embodiment. 8 to 10 are plan views showing various shape examples of the oxygen-containing gas supply hole formed in the oxygen-containing gas introduction member used in the fuel cell module M3. 8, 9, and 10 (a) are plan views of the oxygen-containing gas introduction member as seen from the direction of the white arrow in the enlarged cross-sectional view of FIG. 7 (b). Further, it corresponds to the “second surface” (reference numeral 4y) of the oxygen-containing gas introduction member. 10B corresponds to the “first surface” (reference numeral 4x) of the oxygen-containing gas introduction member. Furthermore, the same components as those in the first and second embodiments described above may be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof may be omitted.

図７（ａ）の断面模式図に示すように、この第３の実施形態の燃料電池モジュールＭ３においても、第１，第２の実施形態と同様、複数個のスペーサ（第一スペーサ６，第二スペーサ７）が、それぞれの部材間に配設されている。   As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 7A, also in the fuel cell module M3 of the third embodiment, a plurality of spacers (first spacer 6, first spacer, as in the first and second embodiments). Two spacers 7) are arranged between the respective members.

そして、第３の実施形態の燃料電池モジュールＭ３においては、図７（ａ）に示すように、酸素含有ガス導入部材４Ｂの先端に相当する最下端に、この酸素含有ガス導入部材４Ｂを支持する第三スペーサ８が配設されている。なお、第三スペーサ８は、「第１の部材」の一例である。   In the fuel cell module M3 of the third embodiment, as shown in FIG. 7A, the oxygen-containing gas introduction member 4B is supported at the lowermost end corresponding to the tip of the oxygen-containing gas introduction member 4B. A third spacer 8 is provided. The third spacer 8 is an example of a “first member”.

この第三スペーサ８は、酸素含有ガス導入部材４Ｂおよびマニホールド２の両者に接触しつつ、セル配列方向に延びる形状であり、これにより、酸素含有ガス導入部とマニホールドとの間に形成された左右方向のすき間を経由して、セルスタック１Ａ側（図示右側）に供給された酸素含有ガスと、セルスタック１Ｂ側（図示左側）に供給された酸素含有ガスとが、左右に行き来することを、抑制している。したがって、セルスタック１Ａ側（図示右側）およびセルスタック１Ｂ側（図示左側）の供給される酸素含有ガスの、時間あたりの量が安定し、その結果、セルスタック全体の発電効率を、向上させることができる。なお第三スペーサ８は、左右方向における中央部から端部へと向かうにつれて、上向きに傾いていてもよい。   The third spacer 8 has a shape extending in the cell arrangement direction while being in contact with both the oxygen-containing gas introduction member 4B and the manifold 2, whereby the left and right sides formed between the oxygen-containing gas introduction portion and the manifold. The oxygen-containing gas supplied to the cell stack 1A side (the right side in the figure) and the oxygen-containing gas supplied to the cell stack 1B side (the left side in the figure) go back and forth through the gap in the direction. Suppressed. Therefore, the amount of oxygen-containing gas supplied on the cell stack 1A side (the right side in the figure) and the cell stack 1B side (the left side in the figure) is stabilized per hour, and as a result, the power generation efficiency of the entire cell stack is improved. Can do. In addition, the 3rd spacer 8 may incline upwards as it goes to the edge part from the center part in the left-right direction.

つぎに、図８〜図１０を用いて、右列（気化部３Ａ側）の第一セルスタック１Ａと、左列（改質部３Ｂ側）の第二セルスタック１Ｂとの間に配設された酸素含有ガス導入部材４Ｂ〜４Ｄについて説明する。   Next, using FIGS. 8 to 10, the first cell stack 1 </ b> A in the right column (vaporization unit 3 </ b> A side) and the second cell stack 1 </ b> B in the left column (reforming unit 3 </ b> B side) are disposed. Next, the oxygen-containing gas introduction members 4B to 4D will be described.

先にも述べたように、酸素含有ガス導入部材の下端には、複数の燃料電池セル１０に、加温された酸素含有ガスを、セル配列方向であるセルスタック長手方向に、できるだけ供給量を揃えて均一に空気を供給するために、空気の流出孔または噴気孔である供給孔（４２〜４７等）が設けられている。   As described above, at the lower end of the oxygen-containing gas introduction member, the oxygen-containing gas heated to the plurality of fuel cells 10 is supplied as much as possible in the cell stack longitudinal direction which is the cell arrangement direction. In order to uniformly and uniformly supply air, supply holes (42 to 47, etc.) that are air outflow holes or fumaroles are provided.

なお、供給孔の従来公知の構造としては、先の図６に示した、供給孔を、酸素含有ガス導入部材の「第二面」（符号４ｙ）側から見ても、「第一面」（符号４ｘ）側から見ても同じ配置に見える、酸素含有ガス導入部材の中心を挟んで対向・対称な形状と位置に形成されたもの、すなわち、酸素含有ガス導入部材の幅広面のどちらから見ても、同じ形状・配置に見える（反対側が見通せる）供給孔配置のものが、知られている。   In addition, as a conventionally well-known structure of the supply hole, even when the supply hole shown in FIG. 6 is viewed from the “second surface” (reference numeral 4y) side of the oxygen-containing gas introduction member, the “first surface” (Symbol 4x) Seen in the same arrangement when viewed from the side, formed oppositely and symmetrically with respect to the center of the oxygen-containing gas introduction member, that is, from the wide surface of the oxygen-containing gas introduction member Even if it sees, the thing of the supply hole arrangement | positioning which looks the same shape and arrangement | positioning (the other side can be seen through) is known.

ところで、比較的高温の酸素含有ガスが供給孔から導出される構造において、当該供給孔に酸素含有ガスが集まるため、供給孔の周囲の酸素含有ガス導入部材の温度が、局所的に上昇する可能性がある。そして、従来の構造のように、酸素含有ガス導入部材の第一面および第二面に、供給孔がそれぞれ対称に位置する場合には、上述する現象がさらに顕著に現れるため、酸素含有ガス導入部材の変形を引き起こすおそれがある。酸素含有ガス導入部材が変形すると、内部を流下する酸素含有ガスの温度分布が不均一になったり、燃料電池セルに対する酸素含有ガスの導入量を、均一にすることができなくなったりするため、燃料電池モジュールの発電効率が低くなるおそれがあった。   By the way, in a structure in which a relatively high-temperature oxygen-containing gas is led out from the supply hole, the oxygen-containing gas collects in the supply hole, so that the temperature of the oxygen-containing gas introduction member around the supply hole can locally rise. There is sex. When the supply holes are symmetrically positioned on the first surface and the second surface of the oxygen-containing gas introduction member as in the conventional structure, the phenomenon described above appears more remarkably. There is a risk of causing deformation of the member. If the oxygen-containing gas introduction member is deformed, the temperature distribution of the oxygen-containing gas flowing through the inside becomes non-uniform or the amount of oxygen-containing gas introduced into the fuel cell cannot be made uniform. There is a possibility that the power generation efficiency of the battery module may be lowered.

図８〜図１０に示す、実施形態の燃料電池モジュールＭ３の酸素含有ガス導入部材４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、上記したような、酸素含有ガス導入部材内を流下してセルスタックに供給される空気に生じる、種々の問題を軽減することを目的としたものである。その具体的形状や配置について、以下に説明する。   The oxygen-containing gas introduction member 4B, 4C, 4D of the fuel cell module M3 of the embodiment shown in FIGS. 8 to 10 flows through the oxygen-containing gas introduction member as described above and is supplied to the cell stack. This is intended to alleviate various problems that occur in The specific shape and arrangement will be described below.

図８は、図７（ａ）における酸素含有ガス導入部材４Ｂを、第一面および第二面に直交する側から側面視した図である。言い換えれば、上述の、第３の実施形態（図７）で用いられていた酸素含有ガス導入部材４Ｂの、第二面４ｙ側〔第二セルスタック１Ｂ側でかつ図７（ｂ）における白抜き矢印側〕から見た平面図である。   FIG. 8 is a side view of the oxygen-containing gas introduction member 4B in FIG. 7A viewed from the side orthogonal to the first surface and the second surface. In other words, the second surface 4y side of the oxygen-containing gas introduction member 4B used in the above-described third embodiment (FIG. 7) [the white cell stack 1B side and the white in FIG. 7B] It is the top view seen from the arrow side.

図８の酸素含有ガス導入部材４Ｂは、配列方向において、第一面４ｘに位置する少なくとも１つの第一供給孔４２（点線）の開口位置と、第一供給孔４２と対向する領域に最も近接して位置する、第二面４ｙの第二供給孔４３（実線）の開口位置とが異なっている。   The oxygen-containing gas introduction member 4B in FIG. 8 is closest to the opening position of at least one first supply hole 42 (dotted line) located on the first surface 4x and the region facing the first supply hole 42 in the arrangement direction. The opening position of the second supply hole 43 (solid line) on the second surface 4y is different.

すなわち、酸素含有ガス導入部材４Ｂにおいて、局所的な温度上昇を誘発するおそれがある、第一面４ｘおよび第二面４ｙにそれぞれ設けられた供給孔４２および供給孔４３を、配列方向にそれぞれずらして設けたため、酸素含有ガス導入部材４Ｂの局所的温度上昇による変形を抑制することができる。これにより、酸素含有ガス導入部材４Ｂの内部を流下する酸素含有ガスの温度分布や、酸素含有ガスの導入量が不均一になることが抑制されるので、燃料電池モジュールＭ３の発電効率を向上させることができる。   That is, in the oxygen-containing gas introduction member 4B, the supply holes 42 and the supply holes 43 provided in the first surface 4x and the second surface 4y, respectively, which may induce a local temperature increase, are shifted in the arrangement direction. Therefore, deformation due to a local temperature rise of the oxygen-containing gas introduction member 4B can be suppressed. As a result, the temperature distribution of the oxygen-containing gas flowing down inside the oxygen-containing gas introduction member 4B and the introduction amount of the oxygen-containing gas are suppressed from becoming uneven, so that the power generation efficiency of the fuel cell module M3 is improved. be able to.

なお、「開口位置が異なる」とは、図８で示すように、第一供給孔４２と第二供給孔４３との開口部分の一部が重複する場合も含む。また、図８で示す実施形態においては、全ての第一供給孔４２と当該第一供給孔４２に対応する第二供給孔４３との開口位置が異なるが、局所的に温度上昇がするおそれがある一部分についてのみ、第一供給孔４２と第二供給孔４３との開口位置とが異なる構成であってもよい。   Note that “the opening positions are different” includes a case where part of the opening portions of the first supply hole 42 and the second supply hole 43 overlap as shown in FIG. Further, in the embodiment shown in FIG. 8, the opening positions of all the first supply holes 42 and the second supply holes 43 corresponding to the first supply holes 42 are different, but there is a possibility that the temperature rises locally. Only a certain part may have a configuration in which the opening positions of the first supply hole 42 and the second supply hole 43 are different.

酸素含有ガス導入部材４Ｂでは、図８に示すように、第二面４ｙ側〔第二セルスタック１Ｂ側〕を平面視した場合、配列方向の中央部で隣接する第二供給孔４３（実線）どうしの中心間距離（ピッチ）Ｐ３は、配列方向の端部で隣接する第二供給孔４３どうしの中心間距離（ピッチ）Ｐ４より、長くなっていてもよい。 In the oxygen-containing gas introduction member 4B, as shown in FIG. 8, when the second surface 4y side [second cell stack 1B side] is viewed in plan, the second supply holes 43 (solid lines) adjacent at the center in the arrangement direction. How to center distance between (pitch) P 3 are the center distance (pitch) P 4 of to what the second supply hole 43 adjacent the end portion in the array direction may be longer.

なお、点線で示す第一面４ｘ側〔第一セルスタック１Ａ側〕も同様に、配列方向の中央部で隣接する第一供給孔４２（点線）のどうしの中心間距離（ピッチ）Ｐ１は、配列方向の端部で隣接する第一供給孔４２どうしの中心間距離（ピッチ）Ｐ２より長くなっていてもよい。また、ここでの中心間距離は、各領域の平均の中心間距離をいう。 Incidentally, also the first surface 4x side [First cell stack 1A side] indicated by the dotted line, distance between centers (pitch) P 1 of each other in the first supply hole 42 adjacent the central portion in the array direction (dotted line) it may be longer than the distance between the centers (pitch) P 2 of and what first supply hole 42 adjacent the end portions in the arrangement direction. Further, the center-to-center distance here refers to the average center-to-center distance of each region.

これにより、セルスタックからの熱の影響を受けて比較的高温になり易い、配列方向における中央部の強度を上げることができるため、酸素含有ガス導入部材４Ｂの変形を、抑制することができる。   Thereby, since the intensity | strength of the center part in the sequence direction which is easy to become comparatively high temperature under the influence of the heat | fever from a cell stack can be raised, a deformation | transformation of the oxygen containing gas introduction member 4B can be suppressed.

また、酸素含有ガス導入部材４Ｂを流下する酸素含有ガスの流速は、中央部より端部が遅いため、セルスタックの配列方向の端部に導入される酸素含有ガスの量が少なくなるおそれがある。しかしながら、上述の構成にすることで、セルスタックの配列方向に対して、均一に酸素含有ガスを導入することができるため、発電効率を向上させることができる。   Further, the flow rate of the oxygen-containing gas flowing down the oxygen-containing gas introduction member 4B is slower at the end than at the center, so that the amount of oxygen-containing gas introduced into the end of the cell stack in the arrangement direction may be reduced. . However, with the above-described configuration, the oxygen-containing gas can be introduced uniformly with respect to the cell stack arrangement direction, so that power generation efficiency can be improved.

なお、配列方向の中央部とは、酸素含有ガス導入部材を配列方向に三等分した場合の中央の領域をいう。中心間距離とは、隣接する開口部におけるそれぞれの中心間の距離である。中心間距離（ピッチ）は、中央部における平均の中心間距離と、端部における平均の中心間距離と、を比較することで評価することができる。   The central portion in the arrangement direction refers to a central area when the oxygen-containing gas introduction member is divided into three equal parts in the arrangement direction. The center-to-center distance is a distance between the centers of adjacent openings. The center-to-center distance (pitch) can be evaluated by comparing the average center-to-center distance at the central part with the average center-to-center distance at the end part.

つぎに、図９および図１０に記載の酸素含有ガス導入部材４Ｃおよび４Ｄは、各供給孔の個々の形状や大きさを変えることにより、セル配列方向の中央部と端部との間で空気供給量に差を生じることを企図したものである。なお、これらの実施形態においては、収納容器２０内にセルスタックを１つ収容し、１つのセルスタックに対向する酸素含有ガス導入部材の一方側面にのみ供給孔を設けることもできる。   Next, the oxygen-containing gas introduction members 4C and 4D shown in FIG. 9 and FIG. 10 change the shape and size of each supply hole so that the air is introduced between the central portion and the end portion in the cell arrangement direction. It is intended to make a difference in supply amount. In these embodiments, one cell stack can be accommodated in the storage container 20, and a supply hole can be provided only on one side surface of the oxygen-containing gas introduction member facing one cell stack.

図９に記載の酸素含有ガス導入部材４Ｃにおける、第二面４ｙ側に位置する第二供給孔４５（実線）は、端部近傍の供給孔が、ほぼ円形の中央部に比べ、図に示すように、配列方向に径の延びた楕円形に形成されている。また、第一面４ｘ側に位置する第一供給孔４４（点線：隠れ線）も、ほぼ円形の中央部の供給孔に比べ、端部近傍の供給孔が、配列方向に径の延びた楕円形に形成されている。   The second supply hole 45 (solid line) located on the second surface 4y side in the oxygen-containing gas introduction member 4C shown in FIG. 9 has a supply hole in the vicinity of the end portion as shown in the figure. Thus, it is formed in an ellipse having a diameter extending in the arrangement direction. Further, the first supply hole 44 (dotted line: hidden line) located on the first surface 4x side also has an elliptical shape in which the supply holes near the ends are extended in the arrangement direction in comparison with the substantially circular central supply hole. Is formed.

この構成により、酸素含有ガスは、流速の遅い配列方向の端部の供給孔からも導出されやすくなるため、セルスタックの配列方向に対して、均一に酸素含有ガスを導出することができ、発電効率を向上することができる。   With this configuration, the oxygen-containing gas can be easily led out from the supply holes at the end in the arrangement direction where the flow velocity is low, so that the oxygen-containing gas can be led out uniformly in the arrangement direction of the cell stack. Efficiency can be improved.

同様に、図１０に記載の酸素含有ガス導入部材４Ｄも、図１０（ａ）に記載の第二面４ｙ側に位置する第二供給孔４７（実線）のうち、端部近傍の供給孔の開口径が、中央部に比べ大きくなるよう形成されている。また、図１０（ｂ）に記載の第一面４ｘ側に位置する第一供給孔４６（点線：隠れ線）についても同様である。   Similarly, the oxygen-containing gas introduction member 4D illustrated in FIG. 10 also has a supply hole near the end of the second supply hole 47 (solid line) positioned on the second surface 4y side illustrated in FIG. The opening diameter is formed to be larger than that of the central portion. The same applies to the first supply hole 46 (dotted line: hidden line) located on the first surface 4x side illustrated in FIG.

これらの構成により、配列方向における中央部から集中して酸素含有ガスが導出され、中央部の温度が局所的に高くなるため、当該酸素含有ガス導入部材４Ｄの耐久性が低下することを抑制することができる。   With these configurations, the oxygen-containing gas is led out from the central portion in the arrangement direction and the temperature of the central portion is locally increased, so that the durability of the oxygen-containing gas introduction member 4D is prevented from being lowered. be able to.

ここで、図１０に記載の、第二面４ｙ側に位置する第二供給孔４７〔図１０（ａ）の実線〕と、第一面４ｘ側に位置する第一供給孔４６〔図１０（ｂ）の実線〕とを比べると、酸素含有ガス導入部材４Ｄは、第二面４ｙ側の第二供給孔４７〔図１０（ａ）〕の個数が、第一面４ｘ側の第一供給孔４６〔図１０（ｂ）〕の個数より多くなっていることがわかる。   Here, the second supply hole 47 (solid line in FIG. 10A) located on the second surface 4y side and the first supply hole 46 [FIG. b), the oxygen-containing gas introduction member 4D has a second supply hole 47 [FIG. 10 (a)] on the second surface 4y side that has a first supply hole on the first surface 4x side. It turns out that it is more than the number of 46 [FIG.10 (b)].

すなわち、酸素含有ガス導入部材４Ｅは、改質器３の気化部３Ａ側に位置する第一セルスタック１Ａに対応する、第一面４ｘの第一供給孔４６の開口面積の総和が、改質器３の改質部３Ｂ側に位置する第二セルスタック１Ｂに対応する、第二面４ｙの第二供給孔４７の開口面積の総和より小さくなっている。   In other words, the oxygen-containing gas introduction member 4E has the total opening area of the first supply holes 46 of the first surface 4x corresponding to the first cell stack 1A located on the vaporization section 3A side of the reformer 3 being reformed. The sum of the opening areas of the second supply holes 47 of the second surface 4y corresponding to the second cell stack 1B located on the reforming unit 3B side of the vessel 3 is smaller.

この構成により、水の気化（吸熱反応）により比較的低温となる改質器３の気化部３Ａ側に供給される酸素含有ガスの量を低減することで、第一セルスタック１Ａの上端から排出されるガスにおける燃料ガスの濃度を高くできるため、第一セルスタック１Ａ上端から排出される混合ガスの燃焼状態を安定化できる。   With this configuration, the amount of oxygen-containing gas supplied to the vaporizer 3A side of the reformer 3 that becomes relatively low temperature due to vaporization of water (endothermic reaction) is reduced, and discharged from the upper end of the first cell stack 1A. Since the concentration of the fuel gas in the generated gas can be increased, the combustion state of the mixed gas discharged from the upper end of the first cell stack 1A can be stabilized.

つぎに、図１１は、実施形態の燃料電池装置１００の一例を示す透過斜視図である。
燃料電池装置１００は、前述の燃料電池モジュールＭと、熱交換器Ｅと、燃料電池モジュールＭを動作させるための補機と、燃料電池モジュールＭおよび補機を収納する外装ケース３０とを備えている。なお、図１１においては、補機および一部構成の図示を省略している。 Next, FIG. 11 is a transparent perspective view showing an example of the fuel cell device 100 of the embodiment.
The fuel cell device 100 includes the above-described fuel cell module M, a heat exchanger E, an auxiliary machine for operating the fuel cell module M, and an exterior case 30 that houses the fuel cell module M and the auxiliary machine. Yes. In addition, in FIG. 11, illustration of an auxiliary machine and a part structure is abbreviate | omitted.

支柱３１と外装板３２から構成される外装ケース３０は、その内部が仕切板３３により上下に区画されている。上方側は、上述した燃料電池モジュールＭおよび熱交換器Ｅ等を収容するモジュール収納室３４とされ、下方側は、モジュールＭを動作させるための補機を収容する補機収納室３５として構成されている。   The exterior case 30 composed of the support column 31 and the exterior plate 32 is partitioned vertically by a partition plate 33. The upper side is configured as a module storage chamber 34 that accommodates the fuel cell module M and the heat exchanger E described above, and the lower side is configured as an auxiliary machine storage chamber 35 that stores auxiliary equipment for operating the module M. ing.

実施形態の燃料電池装置１００によれば、燃料電池モジュールＭを備えることにより、発電効率を向上させることができる。   According to the fuel cell device 100 of the embodiment, the power generation efficiency can be improved by providing the fuel cell module M.

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

１ セルスタック
１Ａ 第一セルスタック
１Ｂ 第二セルスタック
１ｘ 第一側面
１ｙ 第二側面
３ 改質器
３Ａ 気化器
３Ｂ 改質器
４ 酸素含有ガス導入部材
４Ａ 酸素含有ガス導入部材
４１ 第一供給孔
４Ｂ 酸素含有ガス導入部材
４２ 第一供給孔
４３ 第二供給孔
４Ｃ 酸素含有ガス導入部材
４４ 第一供給孔
４５ 第二供給孔
４Ｄ 酸素含有ガス導入部材
４６ 第一供給孔
４７ 第二供給孔
４ｘ 第一面
４ｙ 第二面
５ 内部断熱部材
５Ａ 側部断熱材
５Ｂ 側部断熱材
５ｘ 内側壁面
５ｙ 内側壁面
６ 第一スペーサ
６Ａ 上端部第一スペーサ
６Ｂ 下部第一スペーサ
６Ｃ 中央部第一スペーサ
７ 第二スペーサ
７Ａ 上端部第二スペーサ
７Ｂ 下部第二スペーサ
７Ｃ 中央部第二スペーサ
８ 第三スペーサ
１０ 燃料電池セル
２０ 収納容器
１００ 燃料電池装置
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 燃料電池モジュール
Ｓ セルスタック装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cell stack 1A 1st cell stack 1B 2nd cell stack 1x 1st side surface 1y 2nd side surface 3 Reformer 3A Vaporizer 3B Reformer 4 Oxygen containing gas introduction member 4A Oxygen containing gas introduction member 41 1st supply hole 4B Oxygen-containing gas introduction member 42 First supply hole 43 Second supply hole 4C Oxygen-containing gas introduction member 44 First supply hole 45 Second supply hole 4D Oxygen-containing gas introduction member 46 First supply hole 47 Second supply hole 4x First Surface 4y Second surface 5 Internal heat insulating member 5A Side heat insulating material 5B Side heat insulating material 5x Inner wall surface 5y Inner wall surface 6 First spacer 6A Upper end first spacer 6B Lower first spacer 6C Central portion first spacer 7 Second spacer 7A Upper end second spacer 7B Lower second spacer 7C Center second spacer 8 Third spacer 10 Fuel cell 20 Storage container 100 Fuel Cell apparatus M, M1, M2, M3 fuel cell module S cell stack device

Claims (14)

複数の燃料電池セルが列状に配列された少なくとも１つのセルスタックと、
前記セルスタックの配列方向に沿った前記セルスタックの一方の第一側面と対向して位置し、前記セルスタックの下方に酸素含有ガスを供給する供給孔を有する酸素含有ガス導入部材と、
前記第一側面と反対側に位置する前記セルスタックの第二側面と対向して位置する壁部と、
前記セルスタックの上下方向において、前記配列方向に延び、前記供給孔より上方で、かつ、前記第一側面と前記酸素含有ガス導入部材との間に位置する、少なくとも１つの第一スペーサと、
前記セルスタックの上下方向において、前記配列方向に延び、前記供給孔と同じ位置または前記供給孔より上方で、かつ、前記第二側面と前記壁部との間に位置する、少なくとも１つの第二スペーサと、を備え、
前記上下方向において、前記少なくとも１つの第二スペーサの、前記セルスタックとの対向面の長さの和は、前記少なくとも１つの第一スペーサの、前記セルスタックとの対向面の長さの和より大きい、燃料電池モジュール。 At least one cell stack in which a plurality of fuel cells are arranged in a row;
An oxygen-containing gas introduction member positioned opposite to one first side surface of the cell stack along the arrangement direction of the cell stack, and having a supply hole for supplying an oxygen-containing gas below the cell stack;
A wall located opposite to the second side of the cell stack located on the opposite side of the first side;
At least one first spacer extending in the arrangement direction in the vertical direction of the cell stack, above the supply holes, and located between the first side surface and the oxygen-containing gas introduction member;
At least one second that extends in the arrangement direction in the vertical direction of the cell stack, is located at the same position as the supply holes or above the supply holes, and between the second side surface and the wall portion. A spacer, and
In the vertical direction, the sum of the lengths of the at least one second spacer facing the cell stack is greater than the sum of the lengths of the at least one first spacer facing the cell stack. Large fuel cell module. 複数の前記第二スペーサを有し、
前記複数の第二スペーサのそれぞれは、前記上下方向に離間して位置しており、
前記複数の第二スペーサは、
前記上下方向における前記セルスタックの中央部に位置する中央部第二スペーサと、
前記中央部より前記セルスタックの前記上下方向の端部に位置する、少なくとも１つの端部第二スペーサと、を含み、
前記中央部第二スペーサの下端は、前記上下方向における、前記供給孔と前記セルスタックの上端との間の中央位置または該中央位置よりも下方に位置し、
前記中央部第二スペーサの上端は、前記上下方向における、前記中央位置よりも上方に位置する、請求項１に記載の燃料電池モジュール。 A plurality of the second spacers;
Each of the plurality of second spacers is spaced apart in the vertical direction,
The plurality of second spacers are:
A central second spacer located in the central part of the cell stack in the vertical direction;
Including at least one end second spacer located at an end in the vertical direction of the cell stack from the center,
The lower end of the central second spacer is located at a central position between the supply hole and the upper end of the cell stack in the vertical direction or below the central position.
2. The fuel cell module according to claim 1, wherein an upper end of the central second spacer is positioned above the central position in the vertical direction. 前記中央部第二スペーサの前記上下方向の長さは、前記端部第二スペーサの前記上下方向の長さより長い、請求項２に記載の燃料電池モジュール。   3. The fuel cell module according to claim 2, wherein the vertical length of the central second spacer is longer than the vertical length of the end second spacer. 前記少なくとも１つの第一スペーサは、前記上下方向の中央部に位置する中央部第一スペーサを含み、
該中央部第一スペーサの前記上下方向の長さは前記中央部第二スペーサの前記上下方向の長さより短い、請求項２または３に記載の燃料電池モジュール。 The at least one first spacer includes a central first spacer located at a central part in the vertical direction,
4. The fuel cell module according to claim 2, wherein the vertical length of the central first spacer is shorter than the vertical length of the central second spacer. 5. 複数の前記第一スペーサを備え、
該複数の前記第一スペーサは、
前記上下方向の中央部に位置する中央部第一スペーサと、
前記上下方向における前記セルスタックの上端部に位置する上端部第一スペーサと、
前記上下方向における前記中央部第一スペーサの下方に離間して位置する下部第一スペーサと、を含み、
前記中央部第一スペーサの前記上下方向の長さは、前記上端部第一スペーサの前記上下方向の長さおよび前記下部第一スペーサの前記上下方向の長さのいずれより短い、請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。 A plurality of the first spacers;
The plurality of first spacers are:
A central first spacer located at the central part in the vertical direction;
An upper end first spacer located at the upper end of the cell stack in the vertical direction;
A lower first spacer that is spaced apart below the central first spacer in the vertical direction,
The vertical length of the central first spacer is shorter than either the vertical length of the upper end first spacer or the vertical length of the lower first spacer. 4. The fuel cell module according to claim 1. 前記配列方向に直交する、前記セルスタックの左右方向において、
前記セルスタックの前記第一側面と前記酸素含有ガス導入部材との間の、前記左右方向の第一間隙の距離は、
前記セルスタックの第二側面と前記壁部との間の、前記左右方向の第二間隙の距離より短い、請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。 In the left-right direction of the cell stack perpendicular to the arrangement direction,
The distance of the first gap in the left-right direction between the first side surface of the cell stack and the oxygen-containing gas introduction member is:
6. The fuel cell module according to claim 1, wherein the fuel cell module is shorter than a distance of the second gap in the left-right direction between the second side surface of the cell stack and the wall portion. 複数の前記第一スペーサを備え、
該複数の第一スペーサのそれぞれは、前記上下方向に離間して位置しており、
前記第一スペーサのそれぞれと、前記酸素含有ガス導入部材と、前記セルスタックの前記第一側面と、に囲まれた第１の空間と、
前記第二スペーサのそれぞれと、前記壁部と、前記セルスタックの前記第二側面と、に囲まれた第２の空間と、を備え、
前記第１の空間の容積の総和は、前記第２の空間の容積の総和より大きい、請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。 A plurality of the first spacers;
Each of the plurality of first spacers is spaced apart in the vertical direction,
A first space surrounded by each of the first spacers, the oxygen-containing gas introduction member, and the first side surface of the cell stack;
A second space surrounded by each of the second spacers, the wall portion, and the second side surface of the cell stack,
The fuel cell module according to any one of claims 1 to 5, wherein a total sum of volumes of the first spaces is larger than a sum of volumes of the second spaces. 複数の前記供給孔を有し、
前記複数の供給孔は、前記配列方向における前記酸素含有ガス導入部材の中央部に位置する１以上の中央部供給孔と、前記配列方向における前記酸素含有ガス導入部材の端部に位置する２以上の端部供給孔と、を含み、
前記２以上の端部供給孔のうち、前記配列方向両端部に位置する少なくとも１つの端部供給孔は、前記配列方向の開口径が、前記中央部供給孔の前記配列方向の開口径より大きい、請求項１〜７のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。 A plurality of the supply holes;
The plurality of supply holes are one or more central part supply holes located in the central part of the oxygen-containing gas introduction member in the arrangement direction, and two or more located in end parts of the oxygen-containing gas introduction member in the arrangement direction. An end supply hole, and
Among the two or more end supply holes, at least one end supply hole located at both ends in the arrangement direction has an opening diameter in the arrangement direction larger than an opening diameter in the arrangement direction of the central supply hole. The fuel cell module according to any one of claims 1 to 7. 複数のセルスタックを備え、
該複数のセルスタックは、
第一セルスタックと、
該第一セルスタックの前記配列方向に沿った側方に並列して位置する第二セルスタックと、を含み、
前記酸素含有ガス導入部材は、前記第一セルスタックと前記第二セルスタックとの間に位置しており、
前記酸素含有ガス導入部材は、前記第一セルスタックに対向する第一面と、第二セルスタックに対向する第二面と、を有しており、
前記第一面および前記第二面は、酸素含有ガスを前記第一および第二セルスタックに供給する前記供給孔を、それぞれ複数個ずつ有しており、
前記第一面および前記第二面に直交する側から側面視した場合、前記配列方向において、
前記第一面に位置する少なくとも１つの第一供給孔の開口位置と、
前記第一供給孔と対向する領域に最も近接して位置する、前記第二面の第二供給孔の開口位置とが異なる、請求項１〜８のうちいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。 With multiple cell stacks,
The plurality of cell stacks are
The first cell stack,
A second cell stack positioned in parallel on the side of the first cell stack along the arrangement direction,
The oxygen-containing gas introduction member is located between the first cell stack and the second cell stack,
The oxygen-containing gas introduction member has a first surface facing the first cell stack and a second surface facing the second cell stack,
The first surface and the second surface have a plurality of supply holes for supplying oxygen-containing gas to the first and second cell stacks, respectively.
When viewed from the side perpendicular to the first surface and the second surface, in the arrangement direction,
An opening position of at least one first supply hole located on the first surface;
The fuel cell module according to any one of claims 1 to 8, wherein an opening position of the second supply hole on the second surface located closest to a region facing the first supply hole is different. . 前記配列方向の中央部において、前記配列方向に隣接する複数の前記第一供給孔または前記第二供給孔どうしの中心間距離は、前記配列方向の端部において、前記配列方向に隣接する複数の前記第一供給孔または前記第二供給孔子どうしの中心間距離より長い、請求項９に記載の燃料電池モジュール。   The center distance between the plurality of first supply holes or the second supply holes adjacent to each other in the arrangement direction at the center portion in the arrangement direction is a plurality of adjacent distances between the arrangement directions in the end portion in the arrangement direction. The fuel cell module according to claim 9, wherein the fuel cell module is longer than a center-to-center distance between the first supply holes or the second supply holes. 前記複数のセルスタックの上方に位置し、気化部および改質部を有する改質器を備え、
前記気化部は前記第一セルスタックの上方に位置しており、
前記第一面に位置する複数の前記第一供給孔の開口面積の総和が、前記第二面に位置する複数の前記第二供給孔の開口面積の総和より小さい、請求項９または１０に記載の燃料電池モジュール。 The reformer is located above the plurality of cell stacks, and includes a vaporizer and a reformer,
The vaporizer is located above the first cell stack;
11. The sum total of the opening areas of the plurality of first supply holes located on the first surface is smaller than the sum of the opening areas of the plurality of second supply holes located on the second surface. Fuel cell module. 前記第一セルスタックおよび前記第二セルスタックのそれぞれの下端を固定するマニホールドを備える燃料電池モジュールであって、
前記酸素含有ガス導入部材の下端は、前記マニホールドから離間しており、
前記酸素含有ガス導入部材の下端と前記マニホールドとの間に、両者に接触しかつ前記配列方向に延びる第１の部材を備える、請求項９〜１１のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。 A fuel cell module comprising a manifold for fixing lower ends of the first cell stack and the second cell stack,
The lower end of the oxygen-containing gas introduction member is separated from the manifold,
The fuel cell module according to any one of claims 9 to 11, further comprising a first member that contacts between the lower end of the oxygen-containing gas introduction member and the manifold and extends in the arrangement direction. 燃料電池セルが列状に配列された複数のセルスタックと、
前記セルスタックの配列方向に沿った前記セルスタックの一方の側面と対向して位置する酸素含有ガス導入部と、を備え、
前記複数のセルスタックは、第一セルスタックと、該第一セルスタックの前記配列方向に沿った側方に並列して位置する第二セルスタックと、を含み、
前記酸素含有ガス導入部は、前記第一セルスタックと前記第二セルスタックとの間に位置しており、該酸素含有ガス導入部は、前記第一セルスタックに対向する第一面と、第二セルスタックに対向する第二面と、を有し、
前記第一面は、酸素含有ガスを前記第一セルスタックに供給する第一供給孔を複数有し、前記第二面は、酸素含有ガスを前記第二セルスタックに供給する第二供給孔を複数有し、
前記第一面および前記第二面に直交する側から側面視した場合、
前記配列方向において、
前記第一面に位置する少なくとも１つの第一供給孔の開口位置と、該第一供給孔と対向する領域に最も近接して位置する、前記第二面の第二供給孔の開口位置とが異なる、燃料電池モジュール。 A plurality of cell stacks in which fuel cells are arranged in rows;
An oxygen-containing gas introduction portion located opposite to one side surface of the cell stack along the arrangement direction of the cell stack,
The plurality of cell stacks includes a first cell stack and a second cell stack positioned in parallel on a side of the first cell stack along the arrangement direction,
The oxygen-containing gas introduction part is located between the first cell stack and the second cell stack, the oxygen-containing gas introduction part has a first surface facing the first cell stack, A second surface facing the two-cell stack,
The first surface has a plurality of first supply holes for supplying oxygen-containing gas to the first cell stack, and the second surface has second supply holes for supplying oxygen-containing gas to the second cell stack. Have multiple
When viewed from the side perpendicular to the first surface and the second surface,
In the arrangement direction,
An opening position of at least one first supply hole located on the first surface, and an opening position of the second supply hole on the second surface located closest to a region facing the first supply hole. Different, fuel cell module. 請求項１〜１３のいずれか１つに記載の燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールの運転を行なうための補機と、
前記燃料電池モジュールと前記補機とを収納する外装ケースと、
を備える燃料電池装置。 A fuel cell module according to any one of claims 1 to 13,
An auxiliary machine for operating the fuel cell module;
An outer case for housing the fuel cell module and the auxiliary machine;
A fuel cell device comprising:
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