JP2019220370A - Fuel cell module - Google Patents

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Abstract

To provide a fuel cell module capable of uniformly heating the inside of a fuel cell stack and having excellent startability.SOLUTION: In a fuel cell module 10 comprising a fuel cell stack 12 having a stacked body in which a plurality of flat fuel cells 14 that generate power by electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas are stacked, and an induction heating coil 20 disposed opposite to the stacked body, the fuel cell stack 12 includes an oxidizing gas introduction passage 56 formed so as to surround a side portion of the fuel cell 14, flowing the oxidizing gas, and transferring heat of the fuel cell 14 to the oxidizing gas, and the induction heating coil 20 is wound on the side portion of the stacked body.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を複数積層した燃料電池モジュールに関する。   The present invention relates to a fuel cell module in which a plurality of fuel cells that generate electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas are stacked.

固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）は、例えば、安定化ジルコニアなどの酸化物イオン伝導体を固体電解質として用いる。固体電解質の両側には、アノード電極とカソード電極とが接合されている。このような、電解質・電極接合体（以下、ＭＥＡともいう）は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されている。燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。   A solid oxide fuel cell (SOFC) uses, for example, an oxide ion conductor such as stabilized zirconia as a solid electrolyte. An anode electrode and a cathode electrode are joined to both sides of the solid electrolyte. Such an electrolyte-electrode assembly (hereinafter also referred to as MEA) is sandwiched by separators (bipolar plates). A fuel cell is usually used as a fuel cell stack in which a predetermined number of electrolyte / electrode assemblies and separators are stacked.

ＳＯＦＣは、運転温度が比較的高温であるため、起動させる際には、積層された複数の燃料電池を、動作温度にまで昇温させる必要がある。   Since the operating temperature of the SOFC is relatively high, it is necessary to raise the temperature of the stacked fuel cells to the operating temperature when starting the SOFC.

特許文献１には、燃料電池スタックの容器の外部に燃焼器を設け、起動時に燃焼器で燃料を火炎燃焼させて燃料電池スタックを加熱する燃料電池発電システムが開示されている。   Patent Literature 1 discloses a fuel cell power generation system in which a combustor is provided outside a container of a fuel cell stack, and a fuel is burned by the combustor at startup to heat the fuel cell stack.

特開２０１７−２７７６６号公報JP 2017-27766 A

従来の燃料電池モジュールでは、燃焼器の輻射熱及び燃焼ガスの熱で燃料電池を加熱しているが、燃料電池の積層体を効率よく加熱できない。また、高温の燃焼ガスを燃料電池内に吹き込むと、温度勾配により燃料電池が破損するおそれがあるため、燃料電池を急速に加熱することが困難であり、起動までに時間がかかるといった問題がある。   In the conventional fuel cell module, the fuel cell is heated by radiant heat of the combustor and heat of the combustion gas, but the fuel cell stack cannot be efficiently heated. In addition, when a high-temperature combustion gas is blown into the fuel cell, the fuel cell may be damaged due to a temperature gradient. Therefore, it is difficult to rapidly heat the fuel cell and it takes time to start. .

本発明は、燃料電池スタック内を効率よく加熱でき、起動性に優れた燃料電池モジュールを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell module that can efficiently heat the inside of a fuel cell stack and is excellent in startability.

本発明の一観点は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池が複数積層された積層体を有する燃料電池スタックと、前記積層体に対向配置された誘導加熱用コイルと、を備えた燃料電池モジュールであって、前記燃料電池スタックは、前記燃料電池の側部を囲んで形成され、前記酸化剤ガスを流して前記燃料電池の熱を前記酸化剤ガスに伝える酸化剤ガス導入路を有し、前記誘導加熱用コイルは前記積層体の側部に巻き回されている燃料電池モジュールにある。   One aspect of the present invention is directed to a fuel cell stack having a stacked body in which a plurality of flat fuel cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas are provided, and an induction heating device arranged to face the stacked body. A fuel cell module comprising: a fuel cell stack, wherein the fuel cell stack is formed so as to surround a side portion of the fuel cell, and flows the oxidizing gas to transfer heat of the fuel cell to the oxidizing gas. The fuel cell module has an oxidizing gas introduction passage for transmitting the heat, and the induction heating coil is provided in a fuel cell module wound around a side portion of the laminate.

本発明の別の一観点は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池が複数積層された積層体を有する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの両端に対向配置された誘導加熱用コイルと、を備えた燃料電池モジュールであって、前記燃料電池スタックは、前記燃料電池を積層方向の両端から加圧する一対のエンドプレートを有し、前記誘導加熱用コイルは、一方の前記エンドプレートの外表面に沿って平面状に巻かれた第１の誘導加熱用コイルと、他方の前記エンドプレートの外表面に沿って平面状に巻かれた第２の誘導加熱用コイルとを有している燃料電池モジュールにある。   Another aspect of the present invention is directed to a fuel cell stack having a stacked body in which a plurality of flat fuel cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas are provided, and a fuel cell stack is provided at both ends of the fuel cell stack. And an induction heating coil disposed therein, wherein the fuel cell stack has a pair of end plates that press the fuel cell from both ends in the stacking direction, and the induction heating coil A first induction heating coil wound in a plane along the outer surface of one of the end plates, and a second induction heating coil wound in a plane along the outer surface of the other end plate A fuel cell module having a coil.

本発明のさらに別の一観点は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池が複数積層された積層体を有する燃料電池スタックと、前記積層体に対向配置された誘導加熱用コイルと、を備えた燃料電池モジュールであって、前記燃料電池スタックは、前記燃料電池を積層方向の両端から加圧する一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートに接続され前記燃料電池の外側方を封止する側壁と、を有し、前記誘導加熱用コイルは前記エンドプレートと前記側壁とに巻き回されている燃料電池モジュールにある。   Still another aspect of the present invention is a fuel cell stack having a stacked body in which a plurality of flat fuel cells that generate electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas are provided, and the fuel cell stack is disposed to face the stacked body. And a coil for induction heating, wherein the fuel cell stack includes a pair of end plates for pressing the fuel cell from both ends in a stacking direction, and the fuel cell connected to the pair of end plates. And a side wall for sealing the outside of the battery, wherein the induction heating coil is in a fuel cell module wound around the end plate and the side wall.

上記観点の燃料電池モジュールによれば、誘導加熱用コイルを設けることにより、燃料電池スタック内を効率よく加熱でき、素早く起動できる。   According to the fuel cell module of the above aspect, by providing the induction heating coil, the inside of the fuel cell stack can be efficiently heated and can be quickly started.

第１の実施形態に係る燃料電池モジュールのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of the fuel cell module according to the first embodiment. 図１の燃料電池モジュールの燃料電池スタックの構造を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a fuel cell stack of the fuel cell module of FIG. 1. 図２の燃料電池スタックの層方向の断面図である。FIG. 3 is a sectional view in a layer direction of the fuel cell stack of FIG. 2. 図２の燃料電池の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell of FIG. 図１の燃料電池モジュールの起動時の動作を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing an operation at the time of starting the fuel cell module of FIG. 1. 第２の実施形態に係る燃料電池スタックの構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the fuel cell stack which concerns on 2nd Embodiment. 図６の燃料電池スタックの平面図である。FIG. 7 is a plan view of the fuel cell stack of FIG. 第３の実施形態に係る燃料電池スタックの構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the fuel cell stack which concerns on 3rd Embodiment. 図８の燃料電池スタックの斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of the fuel cell stack of FIG.

以下、本発明の好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

（第１の実施形態）
図１に示す、第１実施形態に係る燃料電池モジュール１０は、定置用の他、車載用やポータブル発電機等の種々の用途に用いられる。なお、本明細書において、燃料電池の積層方向を厚み方向又は上下方向とも表記し、積層方向に直交する方向を平面方向、側方又は層方向とも表記するが、こられの表記が燃料電池モジュールの設置方向を限定するものではない。 (1st Embodiment)
The fuel cell module 10 according to the first embodiment shown in FIG. 1 is used not only for stationary use but also for various uses such as on-vehicle use and portable generators. In the present specification, the stacking direction of a fuel cell is also referred to as a thickness direction or a vertical direction, and a direction orthogonal to the stacking direction is also referred to as a planar direction, a side direction, or a layer direction. It is not intended to limit the installation direction.

図１に示す第１の実施形態に係る燃料電池モジュール１０は、平板積層型の燃料電池スタック１２と、排ガス燃焼器１６と、熱交換器１８と、誘導加熱用コイル２０と、燃料ガス供給手段２４と、電源２２とを備える。燃料電池スタック１２は、燃料ガス（主に、水素及び一酸化炭素が混合した気体）と、酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電する平板状の燃料電池１４（固体酸化物燃料電池）を備える。複数の燃料電池１４は、図２に示すように、厚み方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体を構成するとともに、燃料電池１４の積層方向の両端には、エンドプレート５０、５２が配置されている。   A fuel cell module 10 according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes a flat plate type fuel cell stack 12, an exhaust gas combustor 16, a heat exchanger 18, an induction heating coil 20, a fuel gas supply unit, 24 and a power supply 22. The fuel cell stack 12 is a flat fuel cell 14 (solid oxide fuel cell) that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas (mainly, a mixture of hydrogen and carbon monoxide) and an oxidant gas (air). ). As shown in FIG. 2, the plurality of fuel cells 14 form a stacked body that is stacked in the thickness direction (the direction of arrow A), and end plates 50 and 52 are disposed at both ends of the fuel cell 14 in the stacking direction. Have been.

図４に示すように、燃料電池１４は、例えば、金属よりなる支持板３８の上に、順にアノード電極４０、部分安定化ジルコニア等の酸化物イオン伝導体で構成される電解質層４２、及びカソード電極４４が積層された電解質・電極接合体（ＭＥＡ）４６を備える。   As shown in FIG. 4, the fuel cell 14 includes, for example, an anode electrode 40, an electrolyte layer 42 composed of an oxide ion conductor such as partially stabilized zirconia, and a cathode on a support plate 38 made of metal. An electrode-electrode assembly (MEA) 46 having electrodes 44 stacked thereon is provided.

支持板３８は、例えば多孔質金属や多数の貫通孔が形成された金属板により構成され、アノード電極４０に燃料ガスを流通させることができる。支持板３８を構成する金属には、燃料電池１４の動作環境に耐える耐熱性及び耐食性を有するとともに、電解質層４２の熱膨張率と同等の熱膨張率を有する材料を用いることができる。具体的に、支持板３８には、フェライト系ステンレス等を用いることができる。また、フェライト系ステンレスは、強磁性体であり、誘導加熱用コイル２０が発生する交流磁場により、効率よく発熱する。   The support plate 38 is made of, for example, a porous metal or a metal plate in which a large number of through holes are formed, and allows the fuel gas to flow through the anode electrode 40. As the metal forming the support plate 38, a material having heat resistance and corrosion resistance that can withstand the operating environment of the fuel cell 14 and having a coefficient of thermal expansion equivalent to the coefficient of thermal expansion of the electrolyte layer 42 can be used. Specifically, ferrite stainless steel or the like can be used for the support plate 38. Further, the ferritic stainless steel is a ferromagnetic material, and efficiently generates heat by the AC magnetic field generated by the induction heating coil 20.

電解質・電極接合体４６の両側には、カソード側セパレータ３４と、アノード側セパレータ３６とが配置される。カソード側セパレータ３４には、カソード電極４４に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路３０が形成されている。また、アノード側セパレータ３６には、アノード電極４０に燃料ガスを供給する燃料ガス流路３２が形成される。酸化剤ガス流路３０及び燃料ガス流路３２は、電解質・電極接合体４６を挟んで平行に形成されていてもよい。   On both sides of the electrolyte-electrode assembly 46, a cathode-side separator 34 and an anode-side separator 36 are arranged. An oxidizing gas passage 30 for supplying an oxidizing gas to the cathode electrode 44 is formed in the cathode-side separator 34. Further, a fuel gas flow path 32 for supplying a fuel gas to the anode electrode 40 is formed in the anode-side separator 36. The oxidizing gas passage 30 and the fuel gas passage 32 may be formed in parallel with the electrolyte electrode assembly 46 interposed therebetween.

燃料電池１４は、動作温度が数百℃と高温であり、アノード電極４０には、原燃料を改質して得られる、水素及び一酸化炭素を含んだ燃料ガスが供給される。また、カソード電極４４には、酸化剤ガスとして、熱交換器１８で昇温された空気が供給される。   The operating temperature of the fuel cell 14 is as high as several hundred degrees Celsius, and the anode electrode 40 is supplied with a fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide obtained by reforming the raw fuel. Further, the air heated at the heat exchanger 18 is supplied to the cathode electrode 44 as an oxidizing gas.

図３に示すように、燃料電池１４は略矩形状に形成されており、その一端部１４ａには、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと、燃料ガス入口連通孔３２ａとが形成されている。このうち、燃料ガス入口連通孔３２ａは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを挟んで２つ設けられている。また、燃料電池１４の他端部１４ｂには、燃料ガス出口連通孔３２ｂが形成されている。燃料ガス入口連通孔３２ａから燃料ガス流路３２（図３参照）に導入された燃料ガスは、図中の実線矢印Ｆのように流れて燃料ガス出口連通孔３２ｂから排出されるように構成されている。   As shown in FIG. 3, the fuel cell 14 is formed in a substantially rectangular shape, and an oxidant gas outlet communication hole 30b and a fuel gas inlet communication hole 32a are formed at one end 14a. Of these, two fuel gas inlet communication holes 32a are provided with the oxidant gas outlet communication hole 30b interposed therebetween. Further, a fuel gas outlet communication hole 32b is formed in the other end 14b of the fuel cell 14. The fuel gas introduced into the fuel gas flow path 32 (see FIG. 3) from the fuel gas inlet communication hole 32a flows as indicated by a solid line arrow F in the figure and is discharged from the fuel gas outlet communication hole 32b. ing.

図２に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂは、複数の燃料電池１４を積層方向（矢印Ａ方向）に貫通しており、燃料電池１４の積層方向に延在している。燃料ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂは、複数の燃料電池１４の燃料ガス流路３２に連通しており、酸化剤ガス流路３０とは第１のシール部材４８ａによって隔離されている。また、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂは、複数の燃料電池１４を積層方向に貫通しており、積層方向に延在している。酸化剤ガス出口連通孔３０ｂは、複数の燃料電池１４の酸化剤ガス流路３０に連通しており、燃料ガス流路３２とは第２のシール部材４８ｂによって隔離されている。   As shown in FIG. 2, the fuel gas inlet communication hole 32a and the fuel gas outlet communication hole 32b penetrate the plurality of fuel cells 14 in the stacking direction (the direction of arrow A) and extend in the stacking direction of the fuel cells 14. are doing. The fuel gas inlet communication hole 32a and the fuel gas outlet communication hole 32b communicate with the fuel gas flow paths 32 of the plurality of fuel cells 14, and are separated from the oxidizing gas flow path 30 by the first seal member 48a. I have. The oxidant gas outlet communication hole 30b penetrates the plurality of fuel cells 14 in the stacking direction and extends in the stacking direction. The oxidizing gas outlet communication hole 30b communicates with the oxidizing gas flow paths 30 of the plurality of fuel cells 14, and is isolated from the fuel gas flow paths 32 by a second seal member 48b.

燃料電池１４の酸化剤ガス流路３０の周縁部は、第２のシール部材４８ｂによって封止される。また、燃料ガス流路３２の周縁部は、第１のシール部材４８ａによって封止される。第２のシール部材４８ｂは、カソード側セパレータ３４に形成され、第１のシール部材４８ａはアノード側セパレータ３６に形成されていてもよい。   The peripheral portion of the oxidizing gas passage 30 of the fuel cell 14 is sealed by a second seal member 48b. Further, the peripheral edge of the fuel gas flow path 32 is sealed by the first seal member 48a. The second seal member 48b may be formed on the cathode separator 34, and the first seal member 48a may be formed on the anode separator 36.

また、図３に示すように、燃料電池１４の他端部１４ｂにおいて、各酸化剤ガス流路３０の周縁部を封止する第２のシール部材４８ｂには、層方向に貫通して形成された、酸化剤ガス導入口３０ａが形成されている。酸化剤ガス流路３０は、酸化剤ガス導入口３０ａを介して、燃料電池スタック１２内の酸化剤ガス導入路５６と連通している。酸化剤ガス流路３０には、酸化剤ガス導入口３０ａから酸化剤ガスが流入する。酸化剤ガス導入口３０ａから導入された酸化剤ガスは、図中の破線矢印Ｏのように酸化剤ガス流路３０を流れて酸化剤ガス出口連通孔３０ｂから排出されるように構成されている。   As shown in FIG. 3, at the other end 14 b of the fuel cell 14, a second seal member 48 b that seals the peripheral portion of each oxidizing gas channel 30 is formed so as to penetrate in the layer direction. Further, an oxidant gas inlet 30a is formed. The oxidizing gas passage 30 communicates with an oxidizing gas introducing passage 56 in the fuel cell stack 12 via an oxidizing gas inlet 30a. The oxidizing gas flows into the oxidizing gas passage 30 from the oxidizing gas inlet 30a. The oxidizing gas introduced from the oxidizing gas inlet 30a flows through the oxidizing gas passage 30 as indicated by a broken arrow O in the figure and is discharged from the oxidizing gas outlet communication hole 30b. .

図２に示すように、積層された複数の燃料電池１４は、上端側のエンドプレート５０及び下端側のエンドプレート５２との間に配置され、止めねじ５８によって固定される。止めねじ５８及びエンドプレート５０、５２によって、複数の燃料電池１４には積層方向に所定の締め付け荷重が付与される。エンドプレート５０、５２は、燃料電池１４よりも層方向（平面方向）のサイズが大きく形成されている。エンドプレート５０の外周部と、エンドプレート５２の外周部との間に側壁５４が設けられている。   As shown in FIG. 2, the stacked fuel cells 14 are arranged between an upper end plate 50 and a lower end plate 52, and are fixed by set screws 58. A predetermined tightening load is applied to the plurality of fuel cells 14 in the stacking direction by the set screw 58 and the end plates 50 and 52. The size of the end plates 50 and 52 in the layer direction (plane direction) is larger than that of the fuel cell 14. A side wall 54 is provided between the outer peripheral portion of the end plate 50 and the outer peripheral portion of the end plate 52.

図３に示すように、側壁５４は、エンドプレート５０、５２の外周部の全周に亘って形成されており、燃料電池１４の周囲を密封している。この燃料電池１４と側壁５４との間の空間が、酸化剤ガス導入路５６を構成する。なお、側壁５４及びエンドプレート５０、５２には、燃料電池１４を保温するための断熱材が設けられていてもよい。   As shown in FIG. 3, the side wall 54 is formed over the entire outer periphery of the end plates 50 and 52, and seals the periphery of the fuel cell 14. The space between the fuel cell 14 and the side wall 54 forms an oxidizing gas introduction path 56. Note that a heat insulating material for keeping the fuel cell 14 warm may be provided on the side wall 54 and the end plates 50 and 52.

酸化剤ガス導入路５６には、酸化剤ガス入口６０と、誘導加熱用コイル２０とが設けられている。酸化剤ガス入口６０は、燃料電池１４の中で最も高温となる酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが形成された一端部１４ａの近傍に設けられている。酸化剤ガス導入路５６は、酸化剤ガス入口６０から、燃料電池１４の側方を経て、燃料電池１４の他端部１４ｂ側に延在している。酸化剤ガス導入路５６は、その内部を流れる酸化剤ガスが燃料電池１４と熱交換を行うことで昇温するように構成されている。   The oxidizing gas introduction path 56 is provided with an oxidizing gas inlet 60 and the induction heating coil 20. The oxidizing gas inlet 60 is provided near the one end 14a where the oxidizing gas outlet communication hole 30b having the highest temperature in the fuel cell 14 is formed. The oxidizing gas introduction path 56 extends from the oxidizing gas inlet 60 to the other end 14 b of the fuel cell 14 via the side of the fuel cell 14. The oxidizing gas introduction passage 56 is configured so that the temperature of the oxidizing gas flowing therethrough is increased by performing heat exchange with the fuel cell 14.

誘導加熱用コイル２０は、燃料電池モジュール１０の起動時に電源２２から供給される交流電流によって、積層された燃料電池１４に交流磁界を印加する。そして、金属製の燃料電池１４のセパレータ３４、３６及び支持板３８に誘導電流を発生させて加熱する。   The induction heating coil 20 applies an AC magnetic field to the stacked fuel cells 14 by an AC current supplied from the power supply 22 when the fuel cell module 10 is started. Then, an induced current is generated in the separators 34 and 36 and the support plate 38 of the metal fuel cell 14 to heat them.

誘導加熱用コイル２０は、酸化剤ガス導入路５６に設けられている。誘導加熱用コイル２０は、燃料電池１４の外側部に沿って、一方のエンドプレート５０から他方のエンドプレート５２にかけて一定のピッチで螺旋状に巻かれている。誘導加熱用コイル２０は、例えば、耐熱銅合金等よりなるパイプ状の導体とすることができる。なお、誘導加熱用コイル２０を燃料電池１４から離間させておくことで、酸化剤ガスが誘導加熱用コイル２０の周りを流通できるように構成してもよい。   The induction heating coil 20 is provided in the oxidizing gas introduction path 56. The induction heating coil 20 is spirally wound at a constant pitch from one end plate 50 to the other end plate 52 along the outside of the fuel cell 14. The induction heating coil 20 may be, for example, a pipe-shaped conductor made of a heat-resistant copper alloy or the like. The induction heating coil 20 may be separated from the fuel cell 14 so that the oxidizing gas can flow around the induction heating coil 20.

図２に示すように、下端側のエンドプレート５２には、酸化剤ガス導入路５６と連通した酸化剤ガス入口６０と、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと連通した酸化剤ガス排出口６２と、燃料ガス入口連通孔３２ａと連通した燃料ガス導入口６４と、燃料ガス出口連通孔３２ｂと連通した燃料ガス排出口６６と、が形成されている。   As shown in FIG. 2, the end plate 52 on the lower end side has an oxidizing gas inlet 60 communicating with the oxidizing gas introduction passage 56, an oxidizing gas outlet 62 communicating with the oxidizing gas outlet communication hole 30 b, A fuel gas inlet 64 communicating with the fuel gas inlet communication hole 32a and a fuel gas outlet 66 communicating with the fuel gas outlet communication hole 32b are formed.

燃料ガス排出口６６は、図１の燃料排ガス流路１２ｃを介して排ガス燃焼器１６に連通している。酸化剤ガス排出口６２は、図１の酸化剤排ガス流路１２ｄを介して排ガス燃焼器１６に連通している。また、酸化剤ガス入口６０は、図１の酸化剤ガス供給路１８ａを介して熱交換器１８と連通している。   The fuel gas outlet 66 communicates with the exhaust gas combustor 16 via the fuel exhaust gas channel 12c in FIG. The oxidant gas discharge port 62 communicates with the exhaust gas combustor 16 via the oxidant exhaust gas channel 12d in FIG. In addition, the oxidizing gas inlet 60 communicates with the heat exchanger 18 via the oxidizing gas supply passage 18a in FIG.

図１に示すように、熱交換器１８は、燃焼ガスとの熱交換により、酸化剤ガス（空気）を昇温させる。熱交換器１８と燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口６０（図２参照）とは、酸化剤ガス供給路１８ａを介して接続されている。熱交換器１８で昇温された酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給路１８ａを介して燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口６０に供給される。   As shown in FIG. 1, the heat exchanger 18 raises the temperature of the oxidizing gas (air) by heat exchange with the combustion gas. The heat exchanger 18 and the oxidizing gas inlet 60 (see FIG. 2) of the fuel cell stack 12 are connected via an oxidizing gas supply passage 18a. The oxidizing gas heated in the heat exchanger 18 is supplied to the oxidizing gas inlet 60 of the fuel cell stack 12 via the oxidizing gas supply passage 18a.

燃料電池モジュール１０には、原燃料として、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素を含むガス又は液体を供給することができる。燃料ガス供給手段２４は、例えば水蒸気改質器及び部分酸化改質器を備えており、炭化水素を含む原燃料を改質して、主に水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスに変換して燃料電池スタック１２に供給する。   A gas or liquid containing hydrocarbons such as methane, ethane, propane, and butane can be supplied to the fuel cell module 10 as raw fuel. The fuel gas supply means 24 includes, for example, a steam reformer and a partial oxidation reformer, and reforms a raw fuel containing hydrocarbons to convert it into a fuel gas mainly containing hydrogen and carbon monoxide. The fuel is supplied to the fuel cell stack 12.

燃料ガス供給手段２４を部分酸化改質器とする場合には、発熱反応によって生じた高温（例えば、５００℃〜１０００℃）の燃料ガスを燃料電池１４に供給することができるため、起動時に燃料ガス流路３２側からも燃料電池１４の加熱を行うことができて好適である。   When the fuel gas supply unit 24 is a partial oxidation reformer, a high-temperature (for example, 500 ° C. to 1000 ° C.) fuel gas generated by an exothermic reaction can be supplied to the fuel cell 14, so that the fuel It is preferable that the fuel cell 14 can be heated also from the gas flow path 32 side.

電源２２は、誘導加熱用コイル２０に、燃料電池１４を誘導加熱するための高周波電力（交流電流）を供給する。   The power supply 22 supplies the induction heating coil 20 with high-frequency power (alternating current) for induction heating the fuel cell 14.

このように構成される燃料電池モジュール１０の作用について、その動作とともに、以下に説明する。   The operation of the fuel cell module 10 configured as described above will be described below together with its operation.

図５のステップＳ１０に示すように、起動時には、燃料電池モジュール１０の電源２２が、誘導加熱用コイル２０に対して高周波電力の供給を開始する。電源２２は、燃料電池モジュール１０に接続されたバッテリ又は商用電源などの電力を高周波電力に変換して、誘導加熱用コイル２０に供給する。誘導加熱用コイル２０は、図２の上下方向に磁極の向きが変化する高周波磁場を発生させる。この高周波磁場により、セパレータ３４、３６及び支持板３８に誘導電流が発生して発熱することで、燃料電池１４が加熱される。   As shown in step S10 of FIG. 5, at the time of startup, the power supply 22 of the fuel cell module 10 starts supplying high frequency power to the induction heating coil 20. The power supply 22 converts power from a battery or a commercial power supply connected to the fuel cell module 10 into high-frequency power and supplies the high-frequency power to the induction heating coil 20. The induction heating coil 20 generates a high-frequency magnetic field in which the direction of the magnetic pole changes in the vertical direction in FIG. The high-frequency magnetic field generates an induced current in the separators 34 and 36 and the support plate 38 to generate heat, thereby heating the fuel cell 14.

次に、図５のステップＳ１２において、燃料電池モジュール１０は、燃料電池スタック１２に対して燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を開始する。ここでは、例えば空気が酸化剤ガスとして、不図示の送風ポンプ等により、図１に示す熱交換器１８に送り込まれる。熱交換器１８を流通した空気は、酸化剤ガス供給路１８ａを経て、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス導入路５６に導入される。また、燃料ガスは燃料ガス供給手段２４から燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔３２ａを介して燃料電池１４に供給される。燃料ガス供給手段２４からは、発熱反応である部分酸化反応により改質された、高温の燃料ガスを燃料電池１４に供給してもよい。この場合には、高温の燃料ガスが燃料ガス流路３２（図２参照）に流れ込み、熱伝導により燃料電池１４が加熱される。   Next, in step S12 of FIG. 5, the fuel cell module 10 starts supplying the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cell stack 12. Here, for example, air is sent into the heat exchanger 18 shown in FIG. 1 as an oxidant gas by a blower pump (not shown) or the like. The air flowing through the heat exchanger 18 is introduced into the oxidizing gas introduction passage 56 of the fuel cell stack 12 via the oxidizing gas supply passage 18a. The fuel gas is supplied from the fuel gas supply means 24 to the fuel cell 14 via the fuel gas inlet communication hole 32a of the fuel cell stack 12. From the fuel gas supply means 24, a high-temperature fuel gas reformed by a partial oxidation reaction that is an exothermic reaction may be supplied to the fuel cell 14. In this case, the high-temperature fuel gas flows into the fuel gas passage 32 (see FIG. 2), and the fuel cell 14 is heated by heat conduction.

なお、燃料電池１４が起動するまでは、電解質層４２が活性化していないため、燃料ガス及び酸化剤ガスは電気化学反応をほとんど起こすことなく、燃料電池スタック１２から排出される。図１に示すように、燃料ガスは燃料排ガス流路１２ｃを介して排ガス燃焼器１６に送られる。酸化剤ガスは、酸化剤排ガス流路１２ｄを介して排ガス燃焼器１６に送られる。   Since the electrolyte layer 42 is not activated until the fuel cell 14 is started, the fuel gas and the oxidizing gas are discharged from the fuel cell stack 12 with almost no electrochemical reaction. As shown in FIG. 1, the fuel gas is sent to the exhaust gas combustor 16 via the fuel exhaust gas channel 12c. The oxidizing gas is sent to the exhaust gas combustor 16 via the oxidizing exhaust gas passage 12d.

排ガス燃焼器１６では、燃料ガスと酸化剤ガスとが燃焼し、高温の燃焼排ガスを生成する。その燃焼排ガスは、熱交換器１８において酸化剤ガスと熱交換を行って酸化剤ガスを昇温させた後、排気される。以後、燃料電池スタック１２には、熱交換器１８によって昇温された酸化剤ガスが供給される。   In the exhaust gas combustor 16, the fuel gas and the oxidizing gas burn to generate high-temperature combustion exhaust gas. The combustion exhaust gas is heat-exchanged with the oxidizing gas in the heat exchanger 18 to raise the temperature of the oxidizing gas, and then exhausted. Thereafter, the oxidizing gas heated by the heat exchanger 18 is supplied to the fuel cell stack 12.

次に、図５のステップＳ１４において、燃料電池１４の起動を検出する。燃料電池１４の起動の検出は、例えば燃料電池スタック１２内に設けられた不図示の温度センサの温度が所定値に達したか否かにより検出できる。ステップＳ１４において、燃料電池１４の起動が検出されない場合（ＮＯ）には、電源２２が誘導加熱用コイル２０への高周波電力の供給を継続する。   Next, in step S14 of FIG. 5, the activation of the fuel cell 14 is detected. The activation of the fuel cell 14 can be detected, for example, based on whether or not the temperature of a temperature sensor (not shown) provided in the fuel cell stack 12 has reached a predetermined value. In step S14, when the activation of the fuel cell 14 is not detected (NO), the power supply 22 continues to supply the high-frequency power to the induction heating coil 20.

図５のステップＳ１４において、燃料電池１４の起動が検出された場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６において、電源２２が誘導加熱用コイル２０への高周波電力の供給を停止する。   If the activation of the fuel cell 14 is detected in step S14 of FIG. 5 (YES), the process proceeds to step S16. In step S16, the power supply 22 stops supplying high frequency power to the induction heating coil 20.

以上により、燃料電池モジュール１０の起動が完了する。以後、燃料電池モジュール１０は、定常運転に移行する。定常運転では燃料電池モジュール１０において燃料電池スタック１２は、燃料電池１４の電気化学反応に伴う発熱及び排ガス燃焼器１６の燃焼熱を利用して、自律的に動作して発電を行う。   Thus, the activation of the fuel cell module 10 is completed. Thereafter, the fuel cell module 10 shifts to a steady operation. In the steady operation, the fuel cell stack 12 in the fuel cell module 10 operates autonomously to generate electric power by utilizing the heat generated by the electrochemical reaction of the fuel cell 14 and the combustion heat of the exhaust gas combustor 16.

すなわち、図１に示すように、燃料ガス供給手段２４から供給された燃料ガスは、燃料電池スタック１２の燃料ガス流路３２を流れる。燃料ガス流路３２を流れた燃料ガスは燃料ガス出口連通孔３２ｂ（図２参照）を経て燃料ガス排出口６６から燃料排ガスとして排出される。燃料排ガスは、燃料排ガス流路１２ｃを経て排ガス燃焼器１６に導入される。   That is, as shown in FIG. 1, the fuel gas supplied from the fuel gas supply means 24 flows through the fuel gas flow path 32 of the fuel cell stack 12. The fuel gas flowing through the fuel gas flow path 32 is discharged as fuel exhaust gas from a fuel gas outlet 66 through a fuel gas outlet communication hole 32b (see FIG. 2). The fuel exhaust gas is introduced into the exhaust gas combustor 16 through the fuel exhaust gas channel 12c.

酸化剤ガスは、熱交換器１８及び酸化剤ガス供給路１８ａを経て、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス導入路５６（図３参照）に導入される。図３に示すように酸化剤ガス導入路５６において、酸化剤ガスは、誘導加熱用コイル２０の周囲を流れることで誘導加熱用コイル２０を冷却するとともに、燃料電池１４と熱交換して昇温される。その後、酸化剤ガスは酸化剤ガス導入口３０ａから燃料電池１４に導入される。   The oxidizing gas is introduced into the oxidizing gas introduction passage 56 (see FIG. 3) of the fuel cell stack 12 via the heat exchanger 18 and the oxidizing gas supply passage 18a. As shown in FIG. 3, in the oxidizing gas introduction passage 56, the oxidizing gas flows around the induction heating coil 20 to cool the induction heating coil 20 and exchange heat with the fuel cell 14 to increase the temperature. Is done. Thereafter, the oxidizing gas is introduced into the fuel cell 14 from the oxidizing gas inlet 30a.

図２に示すように、燃料電池１４の燃料ガス流路３２を燃料ガスが流通し、酸化剤ガス流路３０を酸化剤ガスが流通することで、燃料電池１４のアノード電極４０とカソード電極４４とで電気化学反応が発生し、発電が行われる。   As shown in FIG. 2, the fuel gas flows through the fuel gas flow path 32 of the fuel cell 14, and the oxidizing gas flows through the oxidizing gas flow path 30, whereby the anode electrode 40 and the cathode electrode 44 of the fuel cell 14 are formed. Then, an electrochemical reaction occurs, and power is generated.

燃料電池スタック１２から排出された燃料排ガス及び酸化剤排ガスは、燃料排ガス流路１２ｃ及び酸化剤排ガス流路１２ｄを経て排ガス燃焼器１６に導かれて燃焼する。このとき、排ガス燃焼器１６で発生した燃焼熱の一部は、輻射又は熱伝導により、燃料電池スタック１２の動作温度維持に用いられる。また、排ガス燃焼器１６で発生した高温の燃焼排ガスは、熱交換器１８で酸化剤ガスの昇温に用いられた後、燃料電池モジュール１０から排出される。   The fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell stack 12 are guided to the exhaust gas combustor 16 through the fuel exhaust gas channel 12c and the oxidant exhaust gas channel 12d and burn. At this time, part of the combustion heat generated in the exhaust gas combustor 16 is used for maintaining the operating temperature of the fuel cell stack 12 by radiation or heat conduction. The high-temperature combustion exhaust gas generated in the exhaust gas combustor 16 is discharged from the fuel cell module 10 after being used in the heat exchanger 18 to raise the temperature of the oxidizing gas.

この燃料電池モジュール１０は、以下の効果を奏する。   The fuel cell module 10 has the following effects.

燃料電池モジュール１０において、燃料電池スタック１２は、燃料電池１４の側部を囲んで形成され、酸化剤ガスを流して燃料電池１４の熱を酸化剤ガスに伝える酸化剤ガス導入路５６を有しており、誘導加熱用コイル２０は酸化剤ガス導入路５６内に設けられるとともに燃料電池１４の側部に巻き回されている。これにより、誘導加熱用コイル２０で積層された燃料電池１４を効率よく加熱することができる。その結果、燃料電池１４を従来よりも急速に加熱することができ、素早く起動させることができる。また、誘導加熱用コイル２０を酸化剤ガス導入路５６に設けることで、誘導加熱用コイル２０を酸化剤ガスで冷却でき、起動後の定常運転時において誘導加熱用コイル２０の温度上昇を抑制できる。   In the fuel cell module 10, the fuel cell stack 12 is formed so as to surround a side portion of the fuel cell 14, and has an oxidizing gas introduction passage 56 for flowing an oxidizing gas and transmitting heat of the fuel cell 14 to the oxidizing gas. The induction heating coil 20 is provided in the oxidizing gas introduction passage 56 and wound around the side of the fuel cell 14. Thereby, the fuel cells 14 stacked by the induction heating coil 20 can be efficiently heated. As a result, the fuel cell 14 can be heated more rapidly than in the past, and can be started quickly. Further, by providing the induction heating coil 20 in the oxidizing gas introduction passage 56, the induction heating coil 20 can be cooled by the oxidizing gas, and the temperature rise of the induction heating coil 20 can be suppressed during a steady operation after startup. .

燃料電池モジュール１０において、燃料電池１４は、支持板３８と、支持板３８の上に積層されたアノード電極４０、電解質層４２、及びカソード電極４４と、よりなる電解質・電極接合体４６と、電解質・電極接合体４６を挟む一対のセパレータ３４、３６とを有し、支持板３８及びセパレータ３４、３６が金属により形成されている。これにより、誘導加熱用コイル２０からの磁力によって効率よく誘導加熱を行うことができる。   In the fuel cell module 10, the fuel cell 14 includes an electrolyte-electrode assembly 46 including a support plate 38, an anode electrode 40, an electrolyte layer 42, and a cathode electrode 44 laminated on the support plate 38; -It has a pair of separators 34 and 36 sandwiching the electrode assembly 46, and the support plate 38 and the separators 34 and 36 are formed of metal. Thereby, induction heating can be efficiently performed by the magnetic force from the induction heating coil 20.

燃料電池モジュール１０において、燃料電池スタック１２から排出された燃料排ガスと酸化剤排ガスとを燃焼させる排ガス燃焼器１６と、排ガス燃焼器１６で生成される燃焼排ガスの熱を酸化剤ガスに与える熱交換器１８と、をさらに備え、燃料電池スタック１２には、熱交換器１８で昇温された酸化剤ガスが供給される。これにより、起動時における誘導加熱用コイル２０からの加熱に加えて、昇温された酸化剤ガスから加熱が行われるので、起動時間を短縮できる。   In the fuel cell module 10, an exhaust gas combustor 16 that burns the fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell stack 12, and heat exchange that gives heat of the combustion exhaust gas generated by the exhaust gas combustor 16 to the oxidant gas The fuel cell stack 12 is supplied with the oxidizing gas heated by the heat exchanger 18. Thereby, in addition to the heating from the induction heating coil 20 at the time of startup, the heating is performed from the heated oxidizing gas, so that the startup time can be reduced.

燃料電池モジュール１０において、燃料ガス供給手段２４に部分酸化改質器を設けることで、原燃料を部分酸化反応により燃料ガスに改質し、燃料電池スタック１２に部分酸化反応により昇温された燃料ガスを供給するようにしてもよい。これにより、誘導加熱に加えて高温の燃料ガスで燃料電池１４を加熱することができるため、起動時間をさらに短縮できる。   In the fuel cell module 10, by providing a partial oxidation reformer in the fuel gas supply means 24, the raw fuel is reformed into a fuel gas by a partial oxidation reaction, and the fuel whose temperature is raised by the partial oxidation reaction in the fuel cell stack 12. A gas may be supplied. Accordingly, the fuel cell 14 can be heated with the high-temperature fuel gas in addition to the induction heating, so that the startup time can be further reduced.

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る燃料電池モジュール１０Ａは、図６に示すように、燃料電池スタック１２Ａのエンドプレート５０、５２の外表面に平面状に巻き回された一対の誘導加熱用コイル２０Ａ、２０Ｂを備えている。なお、第２の実施形態に係る燃料電池モジュール１０Ａにおいて、誘導加熱用コイル２０Ａ、２０Ｂ以外の構成は、図１〜図４を参照しつつ説明した燃料電池モジュール１０と同様であり、その説明は省略する。 (Second embodiment)
As shown in FIG. 6, a fuel cell module 10A according to the second embodiment has a pair of induction heating coils 20A and 20B wound flat on the outer surfaces of end plates 50 and 52 of a fuel cell stack 12A. It has. In the fuel cell module 10A according to the second embodiment, the configuration other than the induction heating coils 20A and 20B is the same as that of the fuel cell module 10 described with reference to FIGS. Omitted.

図７に示すように、エンドプレート５０の外表面に形成された第１の誘導加熱用コイル２０Ａは、内部の燃料電池１４の電解質・電極接合体４６に対応した、矩形状の渦巻形状に巻き回されている。第１の誘導加熱用コイル２０Ａの最外周部は、電解質・電極接合体４６よりも外側に広がって形成されていてもよく、電解質・電極接合体４６及びその周辺の範囲に磁場を発生させることができる。また、エンドプレート５２側に形成される第２の誘導加熱用コイル２０Ｂも第１の誘導加熱用コイル２０Ａと同様の渦巻形状に形成される。   As shown in FIG. 7, the first induction heating coil 20A formed on the outer surface of the end plate 50 is wound into a rectangular spiral shape corresponding to the electrolyte / electrode assembly 46 of the fuel cell 14 inside. Has been turned. The outermost peripheral portion of the first induction heating coil 20A may be formed to extend outside the electrolyte-electrode assembly 46 to generate a magnetic field in the electrolyte-electrode assembly 46 and its surrounding area. Can be. Also, the second induction heating coil 20B formed on the end plate 52 side is formed in the same spiral shape as the first induction heating coil 20A.

エンドプレート５０に形成された第１の誘導加熱用コイル２０Ａとエンドプレート５２に形成された第２の誘導加熱用コイル２０Ｂとは、図６の上下方向に向きが変化する交流磁場を発生させることができる。第１の誘導加熱用コイル２０Ａの一端は、第２の誘導加熱用コイル２０Ｂの一端に接続されており、一連のコイルとなっている。この場合、第１の誘導加熱用コイル２０Ａと第２の誘導加熱用コイル２０Ｂとは、同じ向きの磁場を発生するように接続されている。なお、第１の誘導加熱用コイル２０Ａ及び第２の誘導加熱用コイル２０Ｂは、並列に電源２２と接続されていてもよい。   The first induction heating coil 20A formed on the end plate 50 and the second induction heating coil 20B formed on the end plate 52 generate an AC magnetic field whose direction changes in the vertical direction in FIG. Can be. One end of the first induction heating coil 20A is connected to one end of the second induction heating coil 20B to form a series of coils. In this case, the first induction heating coil 20A and the second induction heating coil 20B are connected so as to generate magnetic fields in the same direction. The first induction heating coil 20A and the second induction heating coil 20B may be connected to the power supply 22 in parallel.

本実施形態の燃料電池モジュール１０Ａにおいて、誘導加熱用コイル２０Ａ、２０Ｂには、燃料電池１４の起動時にのみ高周波電力が供給される。その動作は図５を参照しつつ説明した燃料電池モジュール１０の動作と同様である。   In the fuel cell module 10A of this embodiment, high-frequency power is supplied to the induction heating coils 20A and 20B only when the fuel cell 14 is started. The operation is the same as the operation of the fuel cell module 10 described with reference to FIG.

本実施形態の燃料電池モジュール１０Ａは以下の効果を奏する。   The fuel cell module 10A of the present embodiment has the following effects.

燃料電池モジュール１０Ａにおいて、燃料電池スタック１２Ａは、燃料電池１４を積層方向の両端から加圧する一対のエンドプレート５０、５２を有しており、誘導加熱用コイル２０Ａ、２０Ｂは、一方のエンドプレート５０の外表面に沿って平面状に巻かれた第１の誘導加熱用コイル２０Ａと、他方のエンドプレート５２の外表面に沿って平面状に巻かれた第２の誘導加熱用コイル２０Ｂとを有している。このように、対向して配置された第１の誘導加熱用コイル２０Ａと第２の誘導加熱用コイル２０Ｂとを用い、且つ、同一方向の磁界を発生させると、エンドプレート５０、５２に金属を用いた場合であっても、燃料電池１４の積層体の中央部にまで誘導磁場が到達するため、燃料電池１４の積層体を効率よく加熱できる。   In the fuel cell module 10A, the fuel cell stack 12A has a pair of end plates 50 and 52 for pressing the fuel cell 14 from both ends in the stacking direction. The induction heating coils 20A and 20B are connected to one end plate 50A. A first induction heating coil 20A wound in a plane along the outer surface of the first end plate 52, and a second induction heating coil 20B wound in a plane along the outer surface of the other end plate 52. are doing. As described above, when the first induction heating coil 20A and the second induction heating coil 20B which are arranged to face each other and a magnetic field in the same direction is generated, metal is applied to the end plates 50 and 52. Even when the fuel cell 14 is used, the induction magnetic field reaches the center of the fuel cell 14 stack, so that the fuel cell 14 stack can be efficiently heated.

また、燃料電池モジュール１０Ａでは、第１の誘導加熱用コイル２０Ａ及び第２の誘導加熱用コイル２０Ｂが燃料電池スタック１２Ａの外側に配置されるため、起動後の定常運転時において、誘導加熱用コイル２０Ａ、２０Ｂが燃料電池１４の高温にさらされるのを防ぐことができる。   Further, in the fuel cell module 10A, the first induction heating coil 20A and the second induction heating coil 20B are arranged outside the fuel cell stack 12A. The exposure of the fuel cells 20A and 20B to the high temperature of the fuel cell 14 can be prevented.

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る燃料電池モジュール１０Ｂは、図８及び図９に示すように、燃料電池スタック１２Ｂのエンドプレート５０、５２及び側壁５４に巻き回された誘導加熱用コイル２０Ｃを備えている。なお、第３の実施形態に係る燃料電池モジュール１０Ｂの誘導加熱用コイル２０Ｃ以外の構成は、図１〜図４を参照しつつ説明した燃料電池モジュール１０と同様であり、その説明は省略する。 (Third embodiment)
As shown in FIGS. 8 and 9, the fuel cell module 10B according to the third embodiment includes an induction heating coil 20C wound around the end plates 50 and 52 and the side wall 54 of the fuel cell stack 12B. . The configuration of the fuel cell module 10B according to the third embodiment other than the induction heating coil 20C is the same as that of the fuel cell module 10 described with reference to FIGS. 1 to 4, and a description thereof will be omitted.

図９に示すように、本実施形態の誘導加熱用コイル２０Ｃは、エンドプレート５０、側壁５４、エンドプレート５２及び側壁５４に螺旋状に巻き回されており、燃料電池１４の層方向に略平行な矢印Ｃ1、Ｃ2方向の磁界を発生させる。誘導加熱用コイル２０Ｃは、燃料電池スタック１２Ｂの内部に積層された複数の燃料電池１４（図４参照）の全体に略均等の強さの磁場を発生させるべく、燃料電池１４の一端部１４ａから他端部１４ｂまでの範囲の外方に巻き回されている。 As shown in FIG. 9, the induction heating coil 20C of the present embodiment is spirally wound around the end plate 50, the side wall 54, the end plate 52, and the side wall 54, and is substantially parallel to the layer direction of the fuel cell 14. A magnetic field in the directions indicated by the arrows C 1 and C 2 is generated. The induction heating coil 20C is connected to one end 14a of the fuel cell 14 so as to generate a magnetic field of substantially equal intensity over the entire plurality of fuel cells 14 (see FIG. 4) stacked inside the fuel cell stack 12B. It is wound outside the range up to the other end 14b.

本実施形態の燃料電池モジュール１０Ｂにおいて、誘導加熱用コイル２０Ｃには、燃料電池１４の起動時にのみ高周波電力が供給される。その動作は図５を参照しつつ説明した燃料電池モジュール１０の動作と同様である。   In the fuel cell module 10B of the present embodiment, high-frequency power is supplied to the induction heating coil 20C only when the fuel cell 14 is started. The operation is the same as the operation of the fuel cell module 10 described with reference to FIG.

本実施形態の燃料電池モジュール１０Ｂは以下の効果を奏する。   The fuel cell module 10B of the present embodiment has the following effects.

燃料電池モジュール１０Ｂにおいて、燃料電池スタック１２Ｂは、燃料電池１４を積層方向の両端から加圧する一対のエンドプレート５０、５２と、一対のエンドプレート５０、５２に接続され燃料電池１４の外側方を封止する側壁５４と、を有し、誘導加熱用コイル２０Ｃはエンドプレート５０、５２と側壁５４とに巻き回されている。これにより、燃料電池１４の積層体を効率よく加熱することができる。また、誘導加熱用コイル２０Ｃは、燃料電池スタック１２Ｂのエンドプレート５０、５２及び側壁５４の外側に巻き回されているため、起動後の定常運転時において、誘導加熱用コイル２０Ｃが燃料電池１４の高温にさらされるのを防止できる。   In the fuel cell module 10B, the fuel cell stack 12B includes a pair of end plates 50 and 52 for pressing the fuel cell 14 from both ends in the stacking direction, and seals the outside of the fuel cell 14 connected to the pair of end plates 50 and 52. The induction heating coil 20 </ b> C is wound around the end plates 50 and 52 and the side wall 54. Thereby, the stack of the fuel cell 14 can be efficiently heated. In addition, since the induction heating coil 20C is wound around the end plates 50 and 52 and the side wall 54 of the fuel cell stack 12B, during normal operation after startup, the induction heating coil 20C Exposure to high temperatures can be prevented.

上記において、本発明について好適な諸実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。   In the above, the present invention has been described with reference to preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say.

１０…燃料電池モジュール １２…燃料電池スタック
１４…燃料電池 １６…排ガス燃焼器
１８…熱交換器 ２０…誘導加熱用コイル
２２…電源 ２４…燃料ガス供給手段
５０、５２…エンドプレート ５４…側壁
５６…酸化剤ガス導入路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell module 12 ... Fuel cell stack 14 ... Fuel cell 16 ... Exhaust gas combustor 18 ... Heat exchanger 20 ... Induction heating coil 22 ... Power supply 24 ... Fuel gas supply means 50, 52 ... End plate 54 ... Side wall 56 ... Oxidant gas introduction path

Claims (8)

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池が複数積層された積層体を有する燃料電池スタックと、
前記積層体に対向配置された誘導加熱用コイルと、を備えた燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池スタックは、前記燃料電池の側部を囲んで形成され、前記酸化剤ガスを流して前記燃料電池の熱を前記酸化剤ガスに伝える酸化剤ガス導入路を有し、
前記誘導加熱用コイルは前記積層体の側部に巻き回されている燃料電池モジュール。 A fuel cell stack having a stacked body in which a plurality of flat fuel cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas are stacked,
An induction heating coil disposed opposite to the laminate, and a fuel cell module comprising:
The fuel cell stack is formed so as to surround a side portion of the fuel cell, and has an oxidizing gas introduction passage for flowing the oxidizing gas and transferring heat of the fuel cell to the oxidizing gas,
The fuel cell module, wherein the induction heating coil is wound around a side of the laminate. 請求項１記載の燃料電池モジュールであって、
前記誘導加熱用コイルは前記酸化剤ガス導入路内に設けられている燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to claim 1, wherein
The fuel cell module wherein the induction heating coil is provided in the oxidizing gas introduction passage. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池が複数積層された積層体を有する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの両端に対向配置された誘導加熱用コイルと、を備えた燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池スタックは、前記燃料電池を積層方向の両端から加圧する一対のエンドプレートを有し、
前記誘導加熱用コイルは、一方の前記エンドプレートの外表面に沿って平面状に巻かれた第１の誘導加熱用コイルと、他方の前記エンドプレートの外表面に沿って平面状に巻かれた第２の誘導加熱用コイルとを有している燃料電池モジュール。 A fuel cell stack having a stacked body in which a plurality of flat fuel cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas are stacked,
An induction heating coil disposed opposite to both ends of the fuel cell stack, and a fuel cell module comprising:
The fuel cell stack has a pair of end plates that press the fuel cell from both ends in the stacking direction,
The induction heating coil is wound in a plane along the outer surface of one end plate, and the first induction heating coil is wound in a plane along the outer surface of the other end plate. A fuel cell module comprising: a second induction heating coil. 請求項３記載の燃料電池モジュールであって、
前記第１の誘導加熱用コイルと、前記第２の誘導加熱用コイルは同一方向の磁界を発生させる向きに配置されている燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to claim 3, wherein
The fuel cell module, wherein the first induction heating coil and the second induction heating coil are arranged so as to generate a magnetic field in the same direction. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池が複数積層された積層体を有する燃料電池スタックと、
前記積層体に対向配置された誘導加熱用コイルと、を備えた燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池スタックは、前記燃料電池を積層方向の両端から加圧する一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートに接続され前記燃料電池の外側方を封止する側壁と、を有し、
前記誘導加熱用コイルは前記エンドプレートと前記側壁とに巻き回されている燃料電池モジュール。 A fuel cell stack having a stacked body in which a plurality of flat fuel cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas are stacked,
An induction heating coil disposed opposite to the laminate, and a fuel cell module comprising:
The fuel cell stack has a pair of end plates that press the fuel cell from both ends in the stacking direction, and sidewalls that are connected to the pair of end plates and seal the outside of the fuel cell,
The fuel cell module, wherein the induction heating coil is wound around the end plate and the side wall. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池は、支持板と、前記支持板の上に積層されたアノード電極、電解質層、及びカソード電極と、よりなる電解質・電極接合体と、前記電解質・電極接合体を挟む一対のセパレータとを有し、
前記支持板及びセパレータが金属よりなる燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to claim 1, wherein:
The fuel cell has a support plate, an anode electrode, an electrolyte layer, and a cathode electrode stacked on the support plate, an electrolyte-electrode assembly, and a pair of separators sandwiching the electrolyte-electrode assembly. Has,
A fuel cell module wherein the support plate and the separator are made of metal. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池スタックから排出された燃料排ガスと酸化剤排ガスとを燃焼させる排ガス燃焼器と、
前記排ガス燃焼器で生成される燃焼ガスの熱を酸化剤ガスに与える熱交換器と、をさらに備え、
前記燃料電池スタックには、前記熱交換器で昇温された酸化剤ガスが供給される燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to claim 1, wherein:
An exhaust gas combustor that burns fuel exhaust gas and oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell stack,
A heat exchanger that gives heat of the combustion gas generated by the exhaust gas combustor to the oxidizing gas,
A fuel cell module to which the oxidant gas heated in the heat exchanger is supplied to the fuel cell stack. 請求項７記載の燃料電池モジュールであって、
原燃料を部分酸化反応により燃料ガスに改質する燃料ガス供給手段をさらに備え、前記燃料電池スタックには、部分酸化反応により昇温された燃料ガスが供給される燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to claim 7, wherein
A fuel cell module further comprising fuel gas supply means for reforming a raw fuel into a fuel gas by a partial oxidation reaction, wherein the fuel cell stack is supplied with a fuel gas heated by the partial oxidation reaction.
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