JP2021036488A - Fuel battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池モジュールに関する。 The present invention relates to a fuel cell module.
従来より、燃料電池セルにより燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることで発電する燃料電池モジュールが知られている。このような燃料電池モジュールに関して、燃焼器において燃料電池セルスタックにおいて発電に使用されずに残った残余燃料ガスを燃焼させ、改質器において燃焼器の燃焼熱により原燃料ガスを改質して、水素を含む燃料ガスを生成するものが知られている。 Conventionally, a fuel cell module that generates electricity by reacting a fuel gas with an oxidant gas by a fuel cell has been known. Regarding such a fuel cell module, in the combustor, the residual fuel gas remaining not used for power generation is burned in the fuel cell stack, and the raw fuel gas is reformed by the combustion heat of the combustor in the reformer. Those that produce fuel gas containing hydrogen are known.
このような燃料電池モジュールとして、例えば、特許文献１には、ハウジング内に燃焼器と改質器を収容し、燃料電池セルスタックをハウジングとは独立して外部に配置した構成が開示されている。特許文献１に記載された燃料電池モジュールでは、ハウジングから燃料電池セルスタックに燃料供給配管及び酸化剤ガス供給配管を通じて燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、燃料電池セルスタックから燃料排出配管及び酸化剤ガス排出配管を通じて発電に使用されなかった残余燃料ガス及び残余酸化剤ガスがハウジングの燃焼器に供給される。
As such a fuel cell module, for example,
ここで、特許文献１に記載された燃料電池モジュールでは、燃料電池セルスタックは平板型燃料電池セルが高さ方向に積層されて構成されており、燃料電池セルスタックの上方に燃焼器を収容したハウジングが配置されていた。しかしながら、このような構成の燃料電池モジュールでは、上方の燃料電池セルはハウジングへの放熱により温度が低下してしまう。このため、上下の燃料電池セルの間で温度ムラが発生してしまい、燃料電池セルの間に熱応力が発生し、劣化、破損を招いてしまう。
Here, in the fuel cell module described in
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、燃料電池セルの間の熱応力を抑止できる燃料電池モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell module capable of suppressing thermal stress between fuel cell cells.
本発明の燃料電池モジュールは、供給された燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることにより発電する燃料電池モジュールであって、複数の平板型燃料電池セルが積層されて構成された燃料電池セルスタックと、燃料電池セルスタックにおいて発電に使用されずに残った残余燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、少なくとも燃焼器を収容する空間が内部に形成されたハウジングと、を有し、燃料電池セルスタックはハウジングとは独立して、ハウジングの外部に配置されており、複数の平板型燃料電池セルのうちの少なくとも何れか一つの延長平面上にハウジングが位置する、ことを特徴とする。 The fuel cell module of the present invention is a fuel cell module that generates electricity by reacting a supplied fuel gas with an oxidizing agent gas, and is a fuel cell stack composed of a plurality of flat plate type fuel cell cells stacked. The fuel cell stack has a combustor that burns the residual fuel gas that remains unused for power generation in the fuel cell stack, and a housing in which at least a space for accommodating the combustor is formed. It is characterized in that it is arranged outside the housing independently of the housing, and the housing is located on an extension plane of at least one of a plurality of flat fuel cell cells.
燃料電池セルスタックの温度が高くなると、燃料電池セルスタックのハウジングに近い側からハウジングへの放熱が起こる。これに対して、上記構成の本発明によれば、燃料電池セルスタックのハウジングに近い側の温度が低下してしまっても、平板型燃料電池セルの延長平面上にハウジングが位置しているため、それぞれの平板型燃料電池セルに同じ傾向の温度分布が発生し、平板型燃料電池セル間に熱応力が発生するのを抑止できる。また、平板型燃料電池セルが積層されて構成された燃料電池セルスタックは、平板型燃料電池セルの面方向に幅広くなってしまう。これに対して、本発明によれば、平板型燃料電池セルの延長平面上にハウジングが位置しているため、燃料電池モジュールを薄型に形成することができる。 When the temperature of the fuel cell stack becomes high, heat is dissipated from the side of the fuel cell stack near the housing to the housing. On the other hand, according to the present invention having the above configuration, even if the temperature on the side of the fuel cell stack near the housing drops, the housing is located on the extension plane of the flat fuel cell. , The temperature distribution of the same tendency occurs in each flat-plate fuel cell, and it is possible to suppress the generation of thermal stress between the flat-plate fuel cells. Further, the fuel cell stack formed by stacking the flat plate type fuel cell cells becomes wider in the plane direction of the flat plate type fuel cell. On the other hand, according to the present invention, since the housing is located on the extension plane of the flat plate type fuel cell, the fuel cell module can be formed thin.
本発明において、好ましくは、ハウジングを延長平面の方向に見た場合に、ハウジングの燃料電池セルスタックに対向する対向面以外の構成面が、燃料電池セルスタックの範囲内に、位置している。 In the present invention, preferably, when the housing is viewed in the direction of the extension plane, the constituent surfaces of the housing other than the facing surfaces facing the fuel cell stack are located within the range of the fuel cell stack.
上記構成の本発明によれば、発電時における燃料電池セルからの熱をハウジングに有効に伝達することができ、燃料電池モジュールの外部への放熱を抑制することができる。 According to the present invention having the above configuration, heat from the fuel cell during power generation can be effectively transferred to the housing, and heat dissipation to the outside of the fuel cell module can be suppressed.
本発明において、好ましくは、さらに、燃焼器の燃焼熱により原燃料ガスを改質して、水素を含む燃料ガスを生成し、燃料電池セルスタックに供給する改質器を含み、改質器はハウジング内の空間に収容されている。 In the present invention, preferably, the reformer further includes a reformer that reforms the raw fuel gas by the combustion heat of the combustor to generate a fuel gas containing hydrogen and supplies it to the fuel cell stack. It is housed in the space inside the housing.
上記構成の本発明によれば、燃焼器の燃焼熱により改質器を加熱する際に燃焼器の燃焼熱により燃料電池セルスタックが加熱されたとしても、それぞれの平板型燃料電池セルに同じ傾向の温度分布が発生するため、平板型燃料電池セル間に熱応力が発生するのを抑止できる。 According to the present invention having the above configuration, even if the fuel cell stack is heated by the combustion heat of the combustor when the reformer is heated by the combustion heat of the combustor, the tendency is the same for each flat fuel cell. Since the temperature distribution of the above is generated, it is possible to suppress the generation of thermal stress between the flat plate type fuel cell.
また、本発明において、好ましくは、さらに、ハウジングと、燃料電池セルスタックとを連結する配管を有し、配管の一端は、燃料電池セルスタックの平板型燃料電池セルの積層方向の端面に接続され、配管の他端は、ハウジングの平板型燃料電池セルスタックと対向する面に接続されている。 Further, in the present invention, it is preferable to further have a pipe connecting the housing and the fuel cell stack, and one end of the pipe is connected to the end face of the fuel cell stack in the stacking direction. The other end of the pipe is connected to the surface of the housing facing the flat fuel cell stack.
上記構成の本発明によれば、配管の他端がハウジングの平板型燃料電池セルスタックと対向する面に接続されているため、配管がハウジングの外形の外方に突出することがないため、燃料電池モジュールの外寸を小さくすることができる。 According to the present invention having the above configuration, since the other end of the pipe is connected to the surface of the housing facing the flat plate type fuel cell stack, the pipe does not protrude to the outside of the outer shape of the housing. The outer dimensions of the battery module can be reduced.
また、本発明において、好ましくは、さらに、ハウジングと、燃料電池セルスタックとを連結する配管と、燃料電池セルスタックは、端部の平板型燃料電池セルに取り付けられたエンドプレートと、を有し、配管の一端はエンドプレートの側部に接続されている。 Further, in the present invention, it is preferable that the fuel cell stack further includes a pipe connecting the housing and the fuel cell stack, and the fuel cell stack has an end plate attached to a flat plate type fuel cell at the end. , One end of the pipe is connected to the side of the end plate.
上記構成の本発明によれば、平板型燃料電池セルに取り付けられたエンドプレートの側部に配管が接続されているため、配管が燃料電池セルスタックの外形の外方に突出することがないため、燃料電池モジュールの外寸を小さくすることができる。 According to the present invention having the above configuration, since the piping is connected to the side of the end plate attached to the flat fuel cell, the piping does not protrude to the outside of the outer shape of the fuel cell stack. , The outer dimensions of the fuel cell module can be reduced.
本発明によれば、燃料電池セルの間の熱応力を抑止できる燃料電池モジュールが提供される。 According to the present invention, there is provided a fuel cell module capable of suppressing thermal stress between fuel cell cells.
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態による燃料電池モジュールの図面を参照しながら、詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池モジュールの概略構成を示す図である。なお、図１において、燃料ガス（原燃料ガス及び残余燃料ガスを含む）の流れを一点鎖線で示し、空気（残余酸化剤ガスを含む）の流れを実線で示し、排気ガスの流れを破線で示す。
<First Embodiment>
Hereinafter, the details will be described with reference to the drawings of the fuel cell module according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell module according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the flow of fuel gas (including raw fuel gas and residual fuel gas) is shown by a single point chain line, the flow of air (including residual oxidant gas) is shown by a solid line, and the flow of exhaust gas is shown by a broken line. Shown.
図１に示すように、本発明の実施形態による燃料電池モジュール１は、発電反応を行う燃料電池セルスタック２と、この燃料電池セルスタック２に、原燃料ガスを改質した燃料ガス、及び加熱した酸化剤ガスである空気を供給する流体供給装置４と、を有する。流体供給装置４は、蒸発器４ａ及び改質・加熱器４ｂから構成されている。
As shown in FIG. 1, the
蒸発器４ａには、水を供給するための水供給用配管２０と、原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給配管２２と、排気ガスを排出するための排気ガス排出管２３が接続されている。また、蒸発器４ａには、改質・加熱器４ｂのハウジング６から蒸発器４ａへ排気ガスを供給する排気ガス配管２６と、蒸発器４ａから改質器１０へ混合ガスを供給する混合ガス導管２８とが接続されている。
The
蒸発器４ａは、排気ガス配管２６を通じて供給された排気ガスの熱により、水供給用配管２０から供給された水を蒸発させて水蒸気を生成すると共に、この水蒸気を原燃料ガス供給配管２２から供給された原燃料ガスと混合するように構成されている。蒸発器４ａにおいて水蒸気と混合された原燃料ガスは、混合ガス導管２８を通じて改質器１０に供給される。なお、水を加熱した排気ガスは排気ガス排出管２３を通じて外部に排出される。
The
改質・加熱器４ｂはハウジング６を備えており、このハウジング６が燃料電池セルスタック２の上方に鉛直方向に並べて配置されている。これらの燃料電池セルスタック２、及びハウジング６は、断熱材８によって包囲されているとともに、燃料電池セルスタック２とハウジング６との間にも断熱材８が設けられているため、燃料電池セルスタック２は、ハウジング６（流体供給装置４）から熱的に隔離されている。この燃料電池セルスタック２及びハウジング６を包囲している断熱材８は、燃料電池モジュール１の最表面を構成しており、断熱材８の外側を覆う金属製の容器等は設けられていてもよいが、設けられていなくてもよい。また、ハウジング６によって密閉された空間内には、改質器１０、燃焼器１２が収容されている。
The reformer /
ハウジング６は、二重壁構造となっており内壁と外壁の間に空気流路６Ａが形成されている。ハウジング６の天面には空気供給パイプ２４が接続されており、外部から空気供給パイプ２４を通じて酸化剤ガスとしての空気が供給される。空気流路６Ａに供給された空気（酸化剤ガス）は、空気流路６Ａを流れる間に、燃焼器１２の燃焼熱により加熱される。空気流路６Ａ内において加熱された空気は、酸化剤ガス供給通路３２を介して燃料電池セルスタック２に供給される。
The
改質・加熱器４ｂと燃料電池セルスタック２との間には、改質器１０から燃料電池セルスタック２の燃料ガスを供給する燃料供給通路３０が設けられ、ハウジング６の空気流路６Ａから加熱された空気を燃料電池セルスタック２に供給する酸化剤ガス供給通路３２が設けられている。また、改質・加熱器４ｂと燃料電池セルスタック２との間には、燃料電池セルスタック２において発電に使用されなかったオフガスである残燃料ガスを燃焼器１２に供給するための燃料排出通路３４と、燃料電池セルスタック２において発電に使用されなかった酸化剤ガスを燃焼器１２に供給するための酸化剤ガス排出通路３６が接続されている。
A
改質器１０には、改質触媒（図示せず）が充填されており、蒸発器４ａから混合ガス導管２８を通じて水蒸気が混合された原燃料ガスが供給され、燃焼器１２の燃焼熱により原燃料ガスを水蒸気改質して、水素を豊富に含む燃料ガスを生成するように構成されている。改質器１０において生成された燃料ガスは燃料電池セルスタック２に送られ、燃料電池セルスタック２において発電に使用される。この燃料ガスは、改質器１０と燃料電池セルスタック２の間に延びる燃料供給通路３０を介して燃料電池セルスタック２に供給される。ここで、改質器１０はハウジング６内に収容され、ハウジング６は断熱材８によって包囲されているので、燃料ガスを供給する燃料供給通路３０は、ハウジング６及び断熱材８を貫通して燃料電池セルスタック２へ延びている。
The
燃焼器１２は、燃料電池セルスタック２において発電に使用されずに残った残余燃料ガス及び残余空気を燃焼させるように構成されている。燃料電池セルスタック２において発電に使用されずに残った燃料は、燃焼器１２と燃料電池セルスタック２の間に延びる燃料排出通路３４を介して燃焼器１２へ排出される。この燃料排出通路３４も、ハウジング６及び断熱材８を貫通して燃料電池セルスタック２から燃焼器１２へ延びている。燃焼器１２へ排出された残余燃料は、燃焼器１２によって燃焼され、燃焼器１２の上方に配置された改質器１０を加熱する。これにより、改質器１０内の改質触媒（図示せず）が水蒸気改質可能な温度に加熱される。
The
一方、発電用の酸化剤ガスである空気も外部から空気供給パイプ２４を通じてハウジング６に供給され、空気流路６Ａを通る間に燃焼器１２の燃焼熱によって加熱され、高温になった状態で燃料電池セルスタック２へ供給される。流体供給装置４において加熱された発電用の空気は、ハウジング６から延びる酸化剤ガス供給通路３２を介して燃料電池セルスタック２に供給される。この酸化剤ガス供給通路３２も、ハウジング６を包囲する断熱材８を貫通してハウジング６から燃料電池セルスタック２へ延びている。
On the other hand, air, which is an oxidant gas for power generation, is also supplied from the outside to the
燃料電池セルスタック２は、平板型セルスタックであり、複数の長方形の平板型燃料電池セル２ａ（図３）を積層して構成されている。燃料電池セルスタック２は、ハウジング６の外部に独立して設けられている。各燃料電池セル２ａは、酸化物イオン導電体で構成された平板状の電解質の両面に、燃料極及び空気極（酸化剤ガス極）の電極を夫々設けることにより構成され、各燃料電池セル２ａの間にはセパレータ２ｂが配置されている。また、積層された複数の燃料電池セル２ａの上端にはトップエンドプレート２ｃが配置され、下端にはボトムエンドプレート２ｄが配置されている。このように複数の燃料電池セル２ａを積層して得られた燃料電池セルスタック２の内部には、各燃料電池セル２ａに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給通路（図示せず）と、酸化剤ガスである空気を供給するための酸化剤ガス供給通路（図示せず）が形成されている。ボトムエンドプレート２ｄに、燃料供給通路３０及び酸化剤ガス供給通路３２と、燃料排出通路３４及び酸化剤ガス排出通路３６と、が接続されている。ボトムエンドプレート２ｄにおいて、燃料供給通路３０及び燃料排出通路３４は各燃料電池セル２ａに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給通路に接続されており、酸化剤ガス供給通路３２及び酸化剤ガス排出通路３６が、各燃料電池セル２ａに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給通路に接続されている。各燃料電池セル２ａには、燃料供給通路３０及び酸化剤ガス供給通路３２を通じて燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、燃料電池セルによる発電が行われる。燃料電池セルスタック２において発電に使用されなかった残余燃料ガス及び残余酸化剤ガスは、燃料排出通路３４及び酸化剤ガス排出通路３６に排出される。
The
燃料電池セルスタック２に供給され、発電に使用されずに残った残余の燃料ガスは、上述の通り、燃料排出通路３４を介して燃焼器１２へ排出される。また、燃料電池セルスタック２に供給され、発電に使用されずに残った残余の空気は、酸化剤ガス排出通路３６を介して燃焼器１２へ排出される。この酸化剤ガス排出通路３６も、ハウジング６を包囲する断熱材８を貫通して燃料電池セルスタック２から燃焼器１２へ延びている。燃焼器１２へ排出された残余空気は、燃焼器１２における燃焼に使用される。燃焼により生成された燃焼ガスは、排気ガスとして排気ガス配管２６を通じて蒸発器４ａに排出される。蒸発器４ａに排出された排気ガスは、水を蒸発するのに用いられた後に、排気ガス排出管２３から外部に排出される。
The remaining fuel gas supplied to the
次に、第１実施形態における燃料電池セルスタック２と、改質・加熱器４ｂとの位置関係について説明する。
図２〜図４は、本発明の第１実施形態における燃料電池セルスタックと改質・加熱器との位置関係を示す図であり、図２は上面図、図３は立面図、図４は側面図である。図２〜図４に示すように、本実施形態では、燃料電池セルスタック２は、平板型燃料電池セル２ａが水平になるように配置されている。また、改質・加熱器４ｂは、改質・加熱器４ｂの底面と、燃料電池セルスタック２の底面とが同じ高さになるように、燃料電池セルスタック２の側方に配置されている。そして、平板型燃料電池セル２ａの側面と、改質・加熱器４ｂの側面とが対向している。これにより、全ての平板型燃料電池セル２ａの延長平面上に改質・加熱器４ｂのハウジング６が位置している。なお、平板型燃料電池セル２ａの延長平面上に位置するとは、平板型燃料電池セル２ａの表面又は裏面を延長した場合に、延長面と交差するこという。
Next, the positional relationship between the
2 to 4 are views showing the positional relationship between the fuel cell stack and the reformer / heater according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a top view, FIG. 3 is an elevation view, and FIG. Is a side view. As shown in FIGS. 2 to 4, in the present embodiment, the
また、改質・加熱器４ｂのハウジング６と、燃料電池セルスタック２とを結ぶように直線状に延びる第１〜第４の配管（流路）４０、４２、４４、４６が設けられている。第１〜第４の配管４０、４２、４４、４６は、ハウジング６の側面の底部と、燃料電池セルスタック２のボトムエンドプレート２ｄの側面との間に設けられている。本実施形態では、水平方向に第１の配管４０、第３の配管４４、第２の配管４２、第４の配管４６の順序で並んでいる。
Further, first to fourth pipes (flow paths) 40, 42, 44, 46 extending linearly so as to connect the
第１の配管４０内には、改質器１０において生成された燃料ガスを燃料電池セルスタック２に供給するための燃料供給通路３０が形成されている。
A
第２の配管４２内には、ハウジング６の空気流路６Ａを流通した酸化剤ガスを燃料電池セルスタック２に供給するための酸化剤ガス供給通路３２が形成されている。
In the second pipe 42, an oxidant
第３の配管４４内には、燃料電池セル２ａにおける発電で使用されなかった残余燃料ガスをハウジング６内の燃焼器１２に排出するための燃料排出通路３４が形成されている。
In the
第４の配管４６内には、燃料電池セル２ａにおける発電で使用されなかった残余酸化剤ガスをハウジング６内の燃焼器１２に排出するための酸化剤ガス排出通路３６が形成されている。
In the
次に、本発明の実施例による燃料電池モジュール１の作用を説明する。
まず、燃料電池モジュール１の起動時においては、原燃料ガス供給配管２２を介して蒸発器４ａに原燃料ガスが供給されると共に、空気供給パイプ２４を介して発電用の空気が改質器１０に供給される。図１に示すように、供給された原燃料ガスは、蒸発器を通って混合ガス導管２８に流入し、さらに、改質器１０の中に流入する。なお、燃料電池モジュール１の起動初期においては、改質器１０の温度が低いため、原燃料ガスを改質する反応は発生しない。改質器１０に流入した原燃料ガスは、燃料供給通路３０を通って燃料電池セルスタック２の内部に流入する。
Next, the operation of the
First, when the
一方、空気供給パイプ２４を介してハウジング６に供給された空気は、ハウジング６の空気流路６Ａを通り、さらに、酸化剤ガス供給通路３２を通って燃料電池セルスタック２の内部に流入する。燃料電池セルスタック２内に流入した原燃料ガス及び空気は、内部の通路を通り、燃料排出通路３４及び酸化剤ガス排出通路３６を介して燃焼器１２に排出される。なお、燃料電池モジュール１の起動初期においては、燃料電池セルスタック２の温度が低いため、燃料電池セルスタック２において発電反応は発生しない。
On the other hand, the air supplied to the
燃料排出通路３４を通って燃焼器１２に流入した原燃料ガスは、酸化剤ガス排出通路３６を介して燃焼器１２に流入した酸化剤ガスとともに燃焼器３８において燃焼され、燃焼熱を生成するようになる。
The raw fuel gas that has flowed into the
燃焼器１２が点火されると、その上方に配置された改質器１０が加熱され、内部の改質触媒の温度が上昇する。また、燃焼により生成される燃焼ガスにより、ハウジング６の空気流路６Ａが加熱され、内部を流れる空気が加熱される。改質器１０及び空気流路６Ａにおいて急加熱された燃料ガス及び酸化剤ガスは、燃料供給通路３０及び酸化剤ガス供給通路３２をそれぞれ通過する。
When the
このように、燃焼器１２において残余燃料ガスと残余酸化剤ガスによる燃焼が開始されると、ハウジング６の底面が加熱され、ハウジング６の底面からの放熱により燃料電池セルスタック２の上面が加熱される。これに対して、本実施形態では、平板型燃料電池セル２ａの延長平面上にハウジング６が位置しているため、各平板型燃料電池セル２ａには温度分布が発生したとしても、それぞれの平板型燃料電池セル２ａに同じ傾向の温度分布が発生するため、平板型燃料電池セル２ａ間に熱応力が発生するのを防止できる。
In this way, when combustion by the residual fuel gas and the residual oxidant gas is started in the
また、ハウジング６内で生成された燃焼ガスは、排気ガス配管２６を通って排気ガスとして蒸発器４ａに流入する。蒸発器４ａ内に流入した排気ガスは、水供給用配管２０を通じて蒸発器４ａに供給された水を蒸発させて水蒸気を発生させた後、排気ガス排出管２３から排出される。
Further, the combustion gas generated in the
蒸発器４ａにおいて水蒸気が生成されるようになると、原燃料ガスと水蒸気の混合ガスが、改質器１０に供給されるようになる。また、改質器１０の温度が十分に上昇すると、改質触媒により水蒸気改質反応が誘発されて、原燃料ガスから水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料電池セルスタック２に供給される。燃料電池セルスタック２の温度が十分に上昇すると、燃料ガスと、改質・加熱器４ｂにおいて加熱された空気により発電反応が発生するようになる。燃料電池セルスタック２の温度が発電可能な温度まで上昇した状態において、燃料電池セルスタック２から電力が取り出され、発電が開始される。
When steam is generated in the
このように燃料電池セルスタック２における発電が開始されると燃料電池セルスタック２における温度が上昇する。これに対して、燃料電池セルスタック２における温度が上昇すると、燃料電池セルスタック２のハウジング６に近い側の側面からハウジングへの放熱が起こり、燃料電池セルスタック２のハウジング６に近い側の温度が低下してしまう。これに対して、本実施形態では、平板型燃料電池セル２ａの延長平面上にハウジング６が位置しているため、各平板型燃料電池セル２ａには温度分布が発生したとしても、それぞれの平板型燃料電池セル２ａに同じ傾向の温度分布が発生するため、平板型燃料電池セル２ａ間に熱応力が発生するのを防止できる。
When the power generation in the
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
燃料電池セルスタック２の温度が高くなると、燃料電池セルスタック２のハウジング６に近い側からハウジング６への放熱が起こる。しかしながら、本実施形態では、平板型燃料電池セル２ａの延長平面上にハウジング６が位置しているため、燃料電池セルスタック２のハウジング６に近い側の温度が低下してしまっても、それぞれの平板型燃料電池セル２ａに同じ傾向の温度分布が発生するため、平板型燃料電池セル２ａ間に熱応力が発生するのを抑止できる。また、平板型燃料電池セル２ａが積層されて構成された燃料電池セルスタック２は、平板型燃料電池セル２ａの面方向に幅広くなってしまう。これに対して、本実施形態によれば、平板型燃料電池セル２ａの延長平面上にハウジング６が位置しているため、燃料電池モジュール１を薄型に形成することができる。
According to this embodiment, the following effects are achieved.
When the temperature of the
また、本実施形態では、改質器１０がハウジング６内の空間に収容されている。このような構成の本実施形態によれば、燃焼器１２の燃焼熱により改質器１０を加熱する際に燃焼器１２の燃焼熱により燃料電池セルスタック２が加熱されたとしても、それぞれの平板型燃料電池セル２ａに同じ傾向の温度分布が発生するため、平板型燃料電池セル２ａ間に熱応力が発生するのを抑止できる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、第１〜第４の配管４０、４２、４４、４６の一端はエンドプレート２ｄの側部に接続されているため、第１〜第４の配管４０、４２、４４、４６が燃料電池セルスタック２の高さ方向の外形の外方に突出することがないため、燃料電池モジュール１の外寸を小さくすることができる。
Further, in the present embodiment, since one end of the first to
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態による燃料電池モジュールについて説明する。第２実施形態の燃料電池モジュールは第１〜第４の配管の構成のみが第１実施形態と異なる。以下の説明では、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
<Second Embodiment>
Hereinafter, the fuel cell module according to the second embodiment of the present invention will be described. The fuel cell module of the second embodiment differs from the first embodiment only in the configuration of the first to fourth pipes. In the following description, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
以下、第２実施形態における燃料電池セルスタック２と、改質・加熱器４ｂとの位置関係について説明する。
図５〜図７は、本発明の第２実施形態における燃料電池セルスタックと改質・加熱器との位置関係を示す図であり、図５は上面図、図６は立面図、図７は側面図である。図５〜図７に示すように、本実施形態では、燃料電池セルスタック２は、平板型燃料電池セル２ａが水平になるように配置されている。また、改質・加熱器４ｂは、改質・加熱器４ｂの底面と、燃料電池セルスタック２の底面とが同じ高さになるように、燃料電池セルスタック２の側方に配置されている。そして、平板型燃料電池セル２ａの側面と、改質・加熱器４ｂの側面とが対向している。本実施形態では、ハウジング６の上面の高さが、積層された平板型燃料電池セル２ａのうちの最上段の平板型燃料電池セル２ａよりも下方に位置している。
これにより、一部の平板型燃料電池セル２ａの延長平面上に改質・加熱器４ｂのハウジング６が位置している。なお、平板型燃料電池セル２ａの延長平面上に位置するとは、平板型燃料電池セル２ａの表面又は裏面を延長した場合に、延長面と交差するこという。また、本実施形態では、ハウジング６を延長平面の方向に見た場合に、ハウジング６の天井面が、燃料電池セル２ａが積層された部分の高さの範囲内（すなわち、燃料電池セルスタック２の高さの範囲内）に位置している。すなわち、ハウジング６の天井面は、最下層の燃料電池セル２ａよりも高く、最上層の燃料電池セル２ａよりも低い高さに位置している。なお、本実施形態のみならず、他の実施形態においてもハウジング６の上面の高さが、積層された平板型燃料電池セル２ａのうちの最上段の平板型燃料電池セル２ａよりも下方に位置する構成としてもよい。
Hereinafter, the positional relationship between the
5 to 7 are views showing the positional relationship between the fuel cell stack and the reformer / heater according to the second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a top view, FIG. 6 is an elevation view, and FIG. 7 Is a side view. As shown in FIGS. 5 to 7, in the present embodiment, the
As a result, the
また、改質・加熱器４ｂのハウジング６と、燃料電池セルスタック２とを結ぶように第１〜第４の配管（流路）１４０、１４２、１４４、１４６が設けられている。第１〜第４の配管１４０、１４２、１４４、１４６は中間部が直線状に延び、両端が上方に向かって屈曲されている。第１〜第４の配管１４０、１４２、１４４、１４６は、一端部がハウジング６の底面に接続され、他端部が燃料電池セルスタック２のボトムエンドプレート２ｄの底面（すなわち、燃料電池セルスタック２における燃料電池セル２ａの積層方向の端面）に接続されている。本実施形態では、水平方向に第１の配管１４０、第３の配管１４４、第２の配管１４２、第４の配管１４６の順序で並んでいる。
Further, first to fourth pipes (flow paths) 140, 142, 144, 146 are provided so as to connect the
第１の配管１４０内には、改質器１０において生成された燃料ガスを燃料電池セルスタック２に供給するための燃料供給通路３０が形成されている。
A
第２の配管１４２内には、ハウジング６の空気流路６Ａを流通した酸化剤ガスを燃料電池セルスタック２に供給するための酸化剤ガス供給通路３２が形成されている。
In the
第３の配管１４４内には、燃料電池セル２ａにおける発電で使用されなかった残余燃料ガスをハウジング６内の燃焼器１２に排出するための燃料排出通路３４が形成されている。
In the
第４の配管１４６内には、燃料電池セル２ａにおける発電で使用されなかった残余酸化剤ガスをハウジング６内の燃焼器１２に排出するための酸化剤ガス排出通路３６が形成されている。
In the
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、平板型燃料電池セル２ａの延長平面上にハウジング６が位置しているため、燃料電池セルスタック２のハウジング６に近い側の温度が低下してしまっても、それぞれの平板型燃料電池セル２ａに同じ傾向の温度分布が発生するため、平板型燃料電池セル２ａ間に熱応力が発生するのを抑止できる。また、平板型燃料電池セル２ａが積層されて構成された燃料電池セルスタック２は、平板型燃料電池セル２ａの面方向に幅広くなってしまう。これに対して、本実施形態によれば、平板型燃料電池セル２ａの延長平面上にハウジング６が位置しているため、燃料電池モジュール１を薄型に形成することができる。
According to this embodiment, the following effects are achieved.
In the present embodiment, since the
本実施形態では、ハウジング６を延長平面の方向に見た場合に、ハウジング６の天井面が、燃料電池セルスタック２の高さの範囲内に位置している。これにより、発電時における燃料電池セル２ａからの熱をハウジング６に有効に伝達することができ、燃料電池モジュール１の外部への放熱を抑制することができる。
In the present embodiment, when the
また、本実施形態では、改質器１０がハウジング６内の空間に収容されている。このような構成の本実施形態によれば、燃焼器１２の燃焼熱により改質器１０を加熱する際に燃焼器１２の燃焼熱により燃料電池セルスタック２が加熱されたとしても、それぞれの平板型燃料電池セル２ａに同じ傾向の温度分布が発生するため、平板型燃料電池セル２ａ間に熱応力が発生するのを抑止できる。
Further, in the present embodiment, the
＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態による燃料電池モジュールについて説明する。第３実施形態の燃料電池モジュールは、燃料電池セルスタックに対する改質・加熱器のハウジングの位置、及び、第１〜第４の配管の構成が第１実施形態と異なる。以下の説明では、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
<Third Embodiment>
Hereinafter, the fuel cell module according to the third embodiment of the present invention will be described. The fuel cell module of the third embodiment is different from the first embodiment in the position of the reformer / heater housing with respect to the fuel cell stack and the configurations of the first to fourth pipes. In the following description, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
以下、第２実施形態における燃料電池セルスタック２と、改質・加熱器４ｂとの位置関係について説明する。
図８〜図１０は、本発明の第３実施形態における燃料電池セルスタックと改質・加熱器との位置関係を示す図であり、図８は上面図、図９は立面図、図１０は側面図である。図８〜図１０に示すように、本実施形態では、燃料電池セルスタック２は、平板型燃料電池セル２ａが水平になるように配置されている。また、改質・加熱器４ｂは、改質・加熱器４ｂのハウジング６の底面が、燃料電池セルスタック２の底面よりも下方に位置するように、燃料電池セルスタック２の側方に配置されている。そして、平板型燃料電池セル２ａの側面と、改質・加熱器４ｂの側面とが対向している。また、燃料電池セルスタック２は、全ての平板型燃料電池セル２ａの延長平面上に改質・加熱器４ｂのハウジング６が位置するように配置されている。なお、平板型燃料電池セル２ａの延長平面上に位置するとは、平板型燃料電池セル２ａの表面又は裏面を延長した場合に、延長面と交差するこという。
Hereinafter, the positional relationship between the
8 to 10 are views showing the positional relationship between the fuel cell stack and the reformer / heater according to the third embodiment of the present invention, FIG. 8 is a top view, FIG. 9 is an elevation view, and FIG. Is a side view. As shown in FIGS. 8 to 10, in the present embodiment, the
また、改質・加熱器４ｂのハウジング６と、燃料電池セルスタック２とを結ぶように第１〜第４の配管（流路）２４０、２４２、２４４、２４６が設けられている。第１〜第４の配管２４０、２４２、２４４、２４６は一端部から中間部にわたって直線状に延び、他端部が上方に向かって屈曲されている。第１〜第４の配管２４０、２４２、２４４、２４６は、一端部がハウジング６の側面の底部に接続され、他端部が燃料電池セルスタック２のボトムエンドプレート２ｄの底面（すなわち、燃料電池セルスタック２における燃料電池セル２ａの積層方向の端面）に接続されている。本実施形態では、水平方向に第１の配管２４０、第３の配管２４４、第２の配管２４２、第４の配管２４６の順序で並んでいる。
Further, first to fourth pipes (flow paths) 240, 242, 244, and 246 are provided so as to connect the
第１の配管２４０内には、改質器１０において生成された燃料ガスを燃料電池セルスタック２に供給するための燃料供給通路３０が形成されている。
A
第２の配管２４２内には、ハウジング６の空気流路６Ａを流通した酸化剤ガスを燃料電池セルスタック２に供給するための酸化剤ガス供給通路３２が形成されている。
In the
第３の配管２４４内には、燃料電池セル２ａにおける発電で使用されなかった残余燃料ガスをハウジング６内の燃焼器１２に排出するための燃料排出通路３４が形成されている。
In the
第４の配管２４６内には、燃料電池セル２ａにおける発電で使用されなかった残余酸化剤ガスをハウジング６内の燃焼器１２に排出するための酸化剤ガス排出通路３６が形成されている。
In the
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、平板型燃料電池セル２ａの延長平面上にハウジング６が位置しているため、燃料電池セルスタック２のハウジング６に近い側の温度が低下してしまっても、それぞれの平板型燃料電池セル２ａに同じ傾向の温度分布が発生するため、平板型燃料電池セル２ａ間に熱応力が発生するのを抑止できる。また、平板型燃料電池セル２ａが積層されて構成された燃料電池セルスタック２は、平板型燃料電池セル２ａの面方向に幅広くなってしまう。これに対して、本実施形態によれば、平板型燃料電池セル２ａの延長平面上にハウジング６が位置しているため、燃料電池モジュール１を薄型に形成することができる。
According to this embodiment, the following effects are achieved.
In the present embodiment, since the
また、本実施形態では、改質器１０がハウジング６内の空間に収容されている。このような構成の本実施形態によれば、燃焼器１２の燃焼熱により改質器１０を加熱する際に燃焼器１２の燃焼熱により燃料電池セルスタック２が加熱されたとしても、それぞれの平板型燃料電池セル２ａに同じ傾向の温度分布が発生するため、平板型燃料電池セル２ａ間に熱応力が発生するのを抑止できる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、第１〜第４の配管２４０、２４２、２４４、２４６の一端は、燃料電池セルスタック２の平板型燃料電池セル２ａの積層方向の端面に接続され、第１〜第４の配管２４０、２４２、２４４、２４６の他端は、ハウジング６の平板型燃料電池セルスタック２と対向する面に接続されている。このため、第１〜第４の配管２４０、２４２、２４４、２４６がハウジング６の外形の外方に突出することがないため、燃料電池モジュール１の外寸を小さくすることができる。
Further, in the present embodiment, one ends of the first to
なお、上記の各実施形態では、平板型燃料電池セルが水平になるように燃料電池セルスタックを配置し、燃料電池セルスタックに対して水平方向に改質・加熱器のハウジングが位置する場合について説明したが、本発明はこれに限られない。すなわち、平板型燃料電池セルが垂直になるように燃料電池セルスタックを配置し、燃料電池セルスタックに対して上下方向や水平方向に改質・加熱器のハウジングが位置する場合も本発明に含まれる。 In each of the above embodiments, the fuel cell stack is arranged so that the flat plate fuel cell is horizontal, and the reformer / heater housing is located horizontally with respect to the fuel cell stack. As described above, the present invention is not limited to this. That is, the present invention also includes a case where the fuel cell stack is arranged so that the flat plate type fuel cell is vertical and the housing of the reformer / heater is located in the vertical direction or the horizontal direction with respect to the fuel cell stack. Is done.
また、上記の各実施形態では、燃料電池セルスタック２が、全ての平板型燃料電池セル２ａの延長平面上に改質・加熱器４ｂのハウジング６が位置するように配置されているが、これに限らず、一部の平板型燃料電池セル２ａの延長平面上に改質・加熱器４ｂのハウジング６が位置するように配置されていればよい。
Further, in each of the above embodiments, the
なお、上記各実施形態では配管内に燃料供給通路３０、酸化剤ガス供給通路３２、燃料排出通路３４、及び、酸化剤ガス排出通路３６などの流路が形成されている場合について説明したが、これに限らず、例えば、板材を組み合わせてなる流路形成部材などに流路が形成されていてもよい。
In each of the above embodiments, a case where a flow path such as a
１ 燃料電池モジュール
２ 燃料電池セルスタック
２ａ 燃料電池セル
２ｂ セパレータ
２ｃ トップエンドプレート
２ｄ ボトムエンドプレート
４ 流体供給装置
４ａ 蒸発器
４ｂ 改質・加熱器
６ ハウジング
６Ａ 空気流路
８ 断熱材
１０ 改質器
１２ 燃焼器
２０ 水供給用配管
２２ 原燃料ガス供給配管
２３ 排気ガス排出管
２４ 空気供給パイプ
２６ 排気ガス配管
２８ 混合ガス導管
３０ 燃料供給通路
３２ 酸化剤ガス供給通路
３４ 燃料排出通路
３６ 酸化剤ガス排出通路
３８ 燃焼器
４０ 第１の配管
４２ 第２の配管
４４ 第３の配管
４６ 第４の配管
１４０ 第１の配管
１４２ 第２の配管
１４４ 第３の配管
１４６ 第４の配管
２４０ 第１の配管
２４２ 第２の配管
２４４ 第３の配管
２４６ 第４の配管
1
Claims (5)
複数の平板型燃料電池セルが積層されて構成された燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルスタックにおいて発電に使用されずに残った残余燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、
少なくとも前記燃焼器を収容する空間が内部に形成されたハウジングと、を有し、
前記燃料電池セルスタックは前記ハウジングとは独立して、前記ハウジングの外部に配置されており、
前記複数の平板型燃料電池セルのうちの少なくとも何れか一つの延長平面上に前記ハウジングが位置する、ことを特徴とする燃料電池モジュール。 A fuel cell module that generates electricity by reacting the supplied fuel gas with an oxidant gas.
A fuel cell stack composed of a stack of multiple flat fuel cell cells,
A combustor that burns residual fuel gas that remains unused for power generation in the fuel cell stack.
It has at least a housing in which a space for accommodating the combustor is formed.
The fuel cell stack is arranged outside the housing independently of the housing.
A fuel cell module characterized in that the housing is located on an extension plane of at least one of the plurality of flat plate fuel cell cells.
請求項１に記載の燃料電池モジュール。 When the housing is viewed in the direction of the extension plane, the constituent surfaces of the housing other than the facing surface facing the fuel cell stack are located within the range of the fuel cell stack.
The fuel cell module according to claim 1.
前記改質器は前記ハウジング内の前記空間に収容されている、
請求項１又は２に記載の燃料電池モジュール。 Further, the combustor includes a reformer that reforms the raw fuel gas by the combustion heat of the combustor to generate a fuel gas containing hydrogen and supplies the fuel gas to the fuel cell stack.
The reformer is housed in the space within the housing.
The fuel cell module according to claim 1 or 2.
前記流路の一端は、前記燃料電池セルスタックの前記平板型燃料電池セルの積層方向の端面に接続され、
前記流路の他端は、前記ハウジングの前記平板型燃料電池セルスタックと対向する面に接続されている、
請求項１から３の何れか１項に記載の燃料電池モジュール。 Further, it has a flow path for connecting the housing and the fuel cell stack.
One end of the flow path is connected to the end face of the fuel cell stack in the stacking direction of the flat fuel cell.
The other end of the flow path is connected to a surface of the housing facing the flat fuel cell stack.
The fuel cell module according to any one of claims 1 to 3.
前記燃料電池セルスタックは、端部の平板型燃料電池セルに取り付けられたエンドプレートと、を有し、
前記流路の一端は前記エンドプレートの側部に接続されている、
請求項１から３の何れか１項記載の燃料電池モジュール。 Further, a flow path connecting the housing and the fuel cell stack,
The fuel cell stack has an end plate attached to a flat plate fuel cell at the end.
One end of the flow path is connected to the side of the end plate,
The fuel cell module according to any one of claims 1 to 3.
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