JP2024049874A - Fuel Cell Module - Google Patents

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Abstract

【課題】ガスの流路の曲げ部分を、レイアウトや加工性の問題を回避しつつ部品数を抑えた構成とする。【解決手段】燃料電池モジュールは、アノードガスとカソードガスとに基づいて発電する燃料電池と、燃料電池からのオフガスを燃焼させる燃焼部と、アノードガスとカソードガスとオフガスのうち少なくともいずれかのガスの流路の一部を形成する流路形成部と、を備え、流路形成部は、いずれかのガスの流路をなすガス配管が接続可能に貫通した接続口と、合わせ面に対して凹状に窪んだ流路溝とが形成された二枚の板材を備え、流路溝が相手板材の接続口に連通すると共に流路溝同士の一部が互いに重なるように、二枚の板材の合わせ面同士を重ね合わせて構成されている。【選択図】図8[Problem] To provide a configuration in which the number of parts is reduced while avoiding layout and workability problems at the bent portion of the gas flow path. [Solution] A fuel cell module includes a fuel cell that generates electricity based on anode gas and cathode gas, a combustion section that combusts off-gas from the fuel cell, and a flow path forming section that forms a part of the flow path of at least one of the anode gas, cathode gas, and off-gas, the flow path forming section including a connection port through which a gas pipe that forms the flow path of one of the gases passes so as to be connectable, and two plate materials each having a flow path groove that is recessed into the mating surfaces, and the mating surfaces of the two plate materials are overlapped so that the flow path groove communicates with the connection port of the other plate material and the flow path grooves partially overlap each other. [Selected Figure] Figure 8

Description

本開示は、燃料電池モジュールに関する。 This disclosure relates to a fuel cell module.

従来、アノードガス(燃料ガス)とカソードガス(エア)とに基づいて発電する燃料電池と、原燃料ガスを水蒸気改質してアノードガスを生成する改質器と、燃料電池から排出されたアノードオフガスを燃焼させて改質器を加熱する燃焼部と、燃焼部から排出された燃焼排ガスと改質水との間で熱交換を行って水蒸気を生成する蒸発器と、を備える燃料電池モジュールが提案されている。例えば、特許文献1の燃料電池モジュールでは、蒸発器で生成された水蒸気と、原燃料ガスとの混合ガスを、改質器に供給するための混合ガス供給管が設けられている。混合ガス供給管は、一端が改質器に接続され、そこから略水平に延びてから直角に屈曲して鉛直方向に延びて、他端が蒸発器に接続されている。 Conventionally, a fuel cell module has been proposed that includes a fuel cell that generates electricity based on anode gas (fuel gas) and cathode gas (air), a reformer that generates anode gas by steam reforming raw fuel gas, a combustion section that heats the reformer by burning anode off-gas discharged from the fuel cell, and an evaporator that generates steam by performing heat exchange between the combustion exhaust gas discharged from the combustion section and reforming water. For example, the fuel cell module of Patent Document 1 is provided with a mixed gas supply pipe for supplying a mixed gas of the raw fuel gas and the steam generated in the evaporator to the reformer. One end of the mixed gas supply pipe is connected to the reformer, extends from there approximately horizontally, then bends at a right angle and extends vertically, and the other end is connected to the evaporator.

また、特許文献2は、ガスや液体などの流体を加熱または冷却する熱交換装置において、プレス加工で流路溝を形成した流路板同士を接合させることで流路を形成するものが記載されている。流路板には、流路溝に連通するパイプ状の入口や出口が設けられる。 Patent Document 2 describes a heat exchanger for heating or cooling fluids such as gases and liquids, in which flow channels are formed by joining flow channel plates, each of which has a flow channel groove formed by press processing. The flow channel plates are provided with pipe-shaped inlets and outlets that communicate with the flow channel grooves.

特開2016-51508号公報JP 2016-51508 A 特開2015-64132号公報JP 2015-64132 A

特許文献1のように、燃料電池モジュールでは、各種のガスの流路として配管で形成されるものがあるが、高温環境下で使用可能な配管材料は、延性が比較的小さいために配管の曲げ半径を大きくする必要がある。このため、直角に屈曲させるなどの曲げの必要がある部分では、レイアウトや加工性の問題が生じることがある。また、特許文献2のように流路板を用いて流路を形成するも考えられるが、パイプ状の入口や出口に配管を接続するための別部品が必要となるなど、部品数が増えてしまう。 As in Patent Document 1, in fuel cell modules, the flow paths for various gases are formed using pipes, but the ductility of pipe materials that can be used in high-temperature environments is relatively low, so the bending radius of the pipes needs to be large. For this reason, problems with layout and workability can arise in areas that require bending, such as at right angles. It is also possible to form the flow paths using flow path plates, as in Patent Document 2, but this increases the number of parts, such as requiring separate parts to connect the pipes to the pipe-shaped inlets and outlets.

本開示は、ガスの流路の曲げ部分を、レイアウトや加工性の問題を回避しつつ部品数を抑えた構成とすることを主目的とする。 The primary objective of this disclosure is to configure the bent portion of the gas flow path with a reduced number of parts while avoiding layout and workability issues.

本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 This disclosure takes the following steps to achieve the above-mentioned primary objective:

本開示の燃料電池モジュールは、
アノードガスとカソードガスとに基づいて発電する燃料電池と、
前記燃料電池からのオフガスを燃焼させる燃焼部と、
前記アノードガスと前記カソードガスと前記オフガスのうち少なくともいずれかのガスの流路の一部を形成する流路形成部と、
を備え、
前記流路形成部は、前記いずれかのガスの流路をなすガス配管が接続可能に貫通した接続口と、合わせ面に対して凹状に窪んだ流路溝とが形成された二枚の板材を備え、前記流路溝が相手板材の前記接続口に連通すると共に前記流路溝同士の一部が互いに重なるように、前記二枚の板材の前記合わせ面同士を重ね合わせて構成されている
ことを要旨とする。
The fuel cell module of the present disclosure comprises:
a fuel cell that generates electricity based on an anode gas and a cathode gas;
a combustion section that combusts off-gas from the fuel cell;
a flow passage forming portion that forms a part of a flow passage for at least one of the anode gas, the cathode gas, and the off-gas;
Equipped with
The flow path forming portion includes two plate materials each having a connection port through which a gas pipe forming a flow path of one of the gases can be connected and a flow path groove recessed into the mating surfaces, and the mating surfaces of the two plate materials are overlapped with each other so that the flow path groove communicates with the connection port of the other plate material and portions of the flow path grooves overlap each other.

本開示の燃料電池モジュールでは、流路形成部が、ガス配管が接続可能に貫通した接続口と、合わせ面に対して凹状に窪んだ流路溝とが形成された二枚の板材を備え、流路溝が相手板材の接続口に連通すると共に流路溝同士の一部が互いに重なるように、二枚の板材を重ね合わせて構成されている。これにより、一方の板材の接続口に接続されるガス配管と、他方の板材の接続口に接続されるガス配管とを、流路形成部でガスが流通可能に接続することができる。このため、流路溝同士の重なり部分のスペースを確保できればよいから、配管の曲げ加工を行う必要や配管の曲げ半径に要するスペースを考慮する必要がない。また、二枚の板材の重ね合わせにより、部品数を抑えつつ、接続口のフランジ部の強度を確保することができる。したがって、ガスの流路の曲げ部分を、レイアウトや加工性の問題を回避しつつ部品数を抑えた構成とすることができる。 In the fuel cell module of the present disclosure, the flow path forming section includes two plate materials each having a connection port through which a gas pipe can be connected and a flow path groove recessed in a concave shape relative to the mating surface, and the two plate materials are overlapped so that the flow path groove communicates with the connection port of the other plate material and the flow path grooves partially overlap each other. This allows the gas pipe connected to the connection port of one plate material and the gas pipe connected to the connection port of the other plate material to be connected so that gas can flow through the flow path forming section. Therefore, it is only necessary to secure the space for the overlapping portion of the flow path grooves, so there is no need to bend the pipe or to consider the space required for the bending radius of the pipe. In addition, by overlapping two plate materials, the strength of the flange portion of the connection port can be ensured while reducing the number of parts. Therefore, the bent portion of the gas flow path can be configured to reduce the number of parts while avoiding problems with layout and workability.

本開示の燃料電池モジュールにおいて、前記流路形成部は、前記流路溝同士の一部として、溝底の平坦部が互いに対向して重なるように、前記流路溝が形成されているものとしてもよい。こうすれば、流路溝同士の連通部分の流路が狭くなるのを防止して、ガスが流通する際の圧力損失を低減させることができる。 In the fuel cell module of the present disclosure, the flow passage forming portion may be such that the flow passage grooves are formed as part of each other such that the flat portions of the groove bottoms face and overlap each other. This prevents the flow passages at the communicating portions between the flow passage grooves from narrowing, thereby reducing pressure loss when gas flows.

本開示の燃料電池モジュールにおいて、前記流路形成部は、前記二枚の板材の各々において前記接続口の周辺部および該接続口に連通する相手板材の前記流路溝の周辺部に、互いに連通するように貫通し締結部材で締結される締結孔が複数形成されており、前記接続口に対応する貫通孔が形成された環状のシール部材が前記ガス配管のフランジ部との間に挟まれるように配置されているものとしてもよい。こうすれば、二枚の板材により板厚を増してフランジ剛性を確保することができるから、シール性を高めることができる。 In the fuel cell module of the present disclosure, the flow path forming portion may be such that a plurality of fastening holes are formed in each of the two plate materials around the connection port and around the flow path groove of the mating plate material that communicates with the connection port, the fastening holes being fastened with fastening members so as to penetrate the plate material so as to communicate with each other, and an annular sealing member having a through hole corresponding to the connection port is disposed so as to be sandwiched between the flange portion of the gas pipe. In this way, the plate thickness can be increased by the two plate materials to ensure flange rigidity, thereby improving sealing performance.

本開示の燃料電池モジュールにおいて、前記流路形成部は、前記二枚の板材のうち一方に、一端が相手板材の前記接続口に連通する前記流路溝が形成されると共に前記接続口として少なくとも2つの接続口が形成され、前記二枚の板材のうち他方に、前記流路溝として、両端が相手板材の前記2つの接続口にそれぞれ連通すると共に流路の途中で相手板材の前記流路溝の他端に連通し、相手板材の前記流路溝を流通したガスを分岐させて前記2つの接続口のそれぞれから排出する分岐流路溝が形成されているものとしてもよい。こうすれば、流路の曲げ部分を形成するだけでなく、必要に応じて流路を分岐させることも可能となるから、省スペース化を図ることができる。 In the fuel cell module of the present disclosure, the flow path forming portion may be such that, in one of the two plate materials, the flow path groove is formed, one end of which is connected to the connection port of the mating plate material, and at least two connection ports are formed as the connection port, and in the other of the two plate materials, a branch flow path groove is formed, the both ends of which are connected to the two connection ports of the mating plate material, and the branch flow path groove is formed in the middle of the flow path, and the gas that has flowed through the flow path groove of the mating plate material is branched and discharged from each of the two connection ports. In this way, not only is it possible to form a bent portion of the flow path, but it is also possible to branch the flow path as necessary, thereby saving space.

本開示の燃料電池モジュールにおいて、前記燃焼部は、前記燃料電池の上方に配置されており、前記流路形成部は、前記燃料電池と前記燃焼部との間に、前記二枚の板材が上下に配置されており、下側の板材は、前記流路溝として、第1流路溝と第2流路溝とが形成され、前記接続口として、前記燃料電池から排出されるアノードオフガスの排出配管が接続される第1接続口と、前記燃料電池から排出されるカソードオフガスの排出配管が接続される第2接続口とが形成されており、上側の板材は、前記流路溝として、前記第1接続口に連通すると共に前記第1流路溝に一部が重なるように連通する第3流路溝と、前記第2接続口に連通すると共に前記第2流路溝に一部が重なるように連通する第4流路溝とが形成され、前記接続口として、前記燃焼部にアノードオフガスを供給する供給配管が接続されると共に前記第1流路溝に連通する第3接続口と、前記燃焼部にカソードオフガスを供給する供給配管が接続されると共に前記第2流路溝に連通する第4接続口とが形成されているものとしてもよい。こうすれば、1つの流路形成部で、アノードオフガスとカソードオフガスの流路を形成するから、部品数を抑えて省スペース化を図ることができる。また、流路形成部を、燃料電池と燃焼部との間に配置することで、燃料電池モジュールをコンパクトな構成とすることができる。 In the fuel cell module of the present disclosure, the combustion section may be disposed above the fuel cell, and the flow path forming section may include two plates disposed one above the other between the fuel cell and the combustion section. The lower plate may have a first flow path groove and a second flow path groove formed as the flow path grooves, and a first connection port to which an exhaust piping for anode offgas discharged from the fuel cell is connected and a second connection port to which an exhaust piping for cathode offgas discharged from the fuel cell is connected as the connection ports. The upper plate may have a third flow path groove communicating with the first connection port and communicating with the first flow path groove so as to overlap a portion thereof, and a fourth flow path groove communicating with the second connection port and communicating with the second flow path groove so as to overlap a portion thereof, and the connection ports may be a third connection port to which a supply piping for supplying anode offgas to the combustion section is connected and communicating with the first flow path groove, and a fourth connection port to which a supply piping for supplying cathode offgas to the combustion section is connected and communicating with the second flow path groove as the connection ports. In this way, a single flow path forming section forms the flow paths for the anode off-gas and the cathode off-gas, reducing the number of parts and saving space. In addition, by locating the flow path forming section between the fuel cell and the combustion section, the fuel cell module can be configured in a compact manner.

燃料電池モジュール10の外観斜視図である。1 is an external perspective view of a fuel cell module 10. FIG. 燃料電池モジュール10の側面図である。FIG. 2 is a side view of the fuel cell module 10. 燃料電池モジュール10の概略構成図である。1 is a schematic diagram of a fuel cell module 10. FIG. 流路形成部50の外観斜視図である。FIG. 2 is an external perspective view of a flow passage forming portion 50. 下板51の概略構成図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a lower plate 51. 上板61の概略構成図である。FIG. 4 is a schematic diagram of an upper plate 61. 流路形成部50の部分拡大図である。3 is a partial enlarged view of a flow path forming portion 50. FIG. 流路形成部50の部分断面図である。3 is a partial cross-sectional view of a flow path forming portion 50. FIG. 流路形成部50でガスが流れる様子を示す説明図である。5 is an explanatory diagram showing a state in which gas flows in a flow passage forming portion 50. FIG.

次に、本開示の実施形態を図面を用いて説明する。図1は、燃料電池モジュール10の外観斜視図である。図2は、燃料電池モジュール10の側面図である。図3は、燃料電池モジュール10の概略構成図である。図示するように、燃料電池モジュール10は、燃料電池スタック11と、蒸発部12と、改質ユニット20と、凝縮器40と、流路形成部50と、を備える。燃料電池スタック11は、アノードガス中の水素とカソードガス中の酸素との電気化学反応により発電する。蒸発部12は、改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。改質ユニット20は、水蒸気改質により原燃料ガス(例えば天然ガスやLPガス)を改質してアノードガスを生成する。燃料電池スタック11と蒸発部12と改質ユニット20と流路形成部50は、断熱性を有する箱形のモジュールケース15に収容されている。凝縮器40は、モジュールケース15外に設置されている。流路形成部50は、改質ユニット20と燃料電池スタック11との間に配置されている。 Next, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view of a fuel cell module 10. FIG. 2 is a side view of the fuel cell module 10. FIG. 3 is a schematic diagram of the fuel cell module 10. As shown in the figure, the fuel cell module 10 includes a fuel cell stack 11, an evaporation section 12, a reforming unit 20, a condenser 40, and a flow path forming section 50. The fuel cell stack 11 generates power by an electrochemical reaction between hydrogen in the anode gas and oxygen in the cathode gas. The evaporation section 12 evaporates reforming water to generate steam. The reforming unit 20 reforms raw fuel gas (e.g., natural gas or LP gas) by steam reforming to generate anode gas. The fuel cell stack 11, the evaporation section 12, the reforming unit 20, and the flow path forming section 50 are housed in a box-shaped module case 15 having thermal insulation properties. The condenser 40 is installed outside the module case 15. The flow path forming section 50 is disposed between the reforming unit 20 and the fuel cell stack 11.

燃料電池モジュール10は、図示しない原燃料ガス供給装置や改質水供給装置、エア供給装置、貯湯タンクと共に燃料電池システムを構成する。原燃料ガス供給装置は、原燃料ガス供給管31aにより蒸発部12に原燃料ガスを供給する。改質水供給装置は、改質水供給管31bにより蒸発部12に原燃料ガスからアノードガスへの改質(水蒸気改質)に必要な改質水を供給する。エア供給装置は、エア供給管34により燃料電池スタック11にカソードガスとしてのエアを供給する。また、貯湯タンクは、燃料電池モジュール10で発生した熱を回収して貯湯する。 The fuel cell module 10, together with a raw fuel gas supply device, a reforming water supply device, an air supply device, and a hot water storage tank (not shown), constitutes a fuel cell system. The raw fuel gas supply device supplies raw fuel gas to the evaporation section 12 through a raw fuel gas supply pipe 31a. The reforming water supply device supplies reforming water required for reforming the raw fuel gas into anode gas (steam reforming) to the evaporation section 12 through a reforming water supply pipe 31b. The air supply device supplies air as cathode gas to the fuel cell stack 11 through an air supply pipe 34. The hot water storage tank recovers heat generated by the fuel cell module 10 and stores it in hot water.

燃料電池スタック11は、酸化ジルコニウム等の電解質と当該電解質を挟持するアノードおよびカソードとをそれぞれ有する固体酸化物形の単セルを複数備える。各単セルのアノードには、アノードガス流路が接続されている。また、各単セルのカソードには、カソードガス流路が接続されている。 The fuel cell stack 11 includes multiple solid oxide type single cells, each of which has an electrolyte such as zirconium oxide and an anode and a cathode that sandwich the electrolyte. An anode gas flow path is connected to the anode of each single cell. A cathode gas flow path is connected to the cathode of each single cell.

蒸発部12には、原燃料ガス供給管31aと改質水供給管31bとに接続された供給管31が接続されている。蒸発部12には、原燃料ガス供給装置から原燃料ガス供給管31aに供給された原燃料ガスと、改質水供給装置から改質水供給管31bに供給された改質水とが、供給管31から導入される。蒸発部12は、その内部に熱伝導率の高い球状の蓄熱部材が複数充填されており、当該蓄熱部材が加熱された状態で改質水が流入されることにより、改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。なお、蓄熱部材は、アルミナやステンレス(例えばフェライト系ステンレス)などの材料が用いられる。また、蒸発部12は、原燃料ガスが導入されることにより、原燃料ガスを予熱する。蒸発部12で生成された水蒸気と予熱された原燃料ガスとの混合ガスは、混合ガス供給管32を通って改質ユニット20(改質部22)に供給される。 The evaporator 12 is connected to a supply pipe 31 connected to a raw fuel gas supply pipe 31a and a reforming water supply pipe 31b. The raw fuel gas supplied from the raw fuel gas supply device to the raw fuel gas supply pipe 31a and the reforming water supplied from the reforming water supply device to the reforming water supply pipe 31b are introduced from the supply pipe 31 to the evaporator 12. The evaporator 12 is filled with a plurality of spherical heat storage members having high thermal conductivity, and when the reforming water flows into the heat storage member in a heated state, the reforming water is evaporated to generate water vapor. The heat storage member is made of a material such as alumina or stainless steel (e.g., ferritic stainless steel). The evaporator 12 preheats the raw fuel gas by introducing the raw fuel gas. The mixed gas of the water vapor and the preheated raw fuel gas generated in the evaporator 12 is supplied to the reforming unit 20 (reformer 22) through the mixed gas supply pipe 32.

改質ユニット20は、図1,図2に示すように、略円筒状に形成されており、図3に示すように、改質部22と燃焼部23とエア熱交換部24とを一体に収容する。燃焼部23、改質部22、エア熱交換部24(燃焼排ガス流通部24a、エア流通部24b)は、有底円筒状に形成されて、同心円状に配置されている。改質ユニット20の上壁の中央には、燃焼部23内まで延在し、燃焼部23内で着火するための着火器25が設けられている。なお、蒸発部12は、改質ユニット20とは別体に形成されている。図3では蒸発部12を改質ユニット20の側方に配置したが、改質ユニット20の上方に配置してもよい。 The reforming unit 20 is formed in a substantially cylindrical shape as shown in Figs. 1 and 2, and as shown in Fig. 3, the reforming section 22, the combustion section 23, and the air heat exchange section 24 are integrally housed. The combustion section 23, the reforming section 22, and the air heat exchange section 24 (combustion exhaust gas flow section 24a, air flow section 24b) are formed in a cylindrical shape with a bottom and are arranged concentrically. An igniter 25 is provided in the center of the upper wall of the reforming unit 20, which extends into the combustion section 23 and serves to ignite the combustion section 23. The evaporation section 12 is formed separately from the reforming unit 20. In Fig. 3, the evaporation section 12 is arranged to the side of the reforming unit 20, but it may be arranged above the reforming unit 20.

燃焼部23は、燃料としてのアノードオフガスと酸素を含むカソードオフガスとが下部から供給される。燃焼部23は、図示は省略するが、アノードオフガスを噴射する燃料ノズルと、燃料ノズルの周囲を囲むように筒状に形成されカソードオフガスを供給する供給筒とを有する。 The combustion section 23 is supplied with anode off-gas as fuel and cathode off-gas containing oxygen from the bottom. Although not shown, the combustion section 23 has a fuel nozzle that injects the anode off-gas and a supply tube that is cylindrically shaped to surround the fuel nozzle and supplies the cathode off-gas.

改質部22は、有底円筒状に形成されており、燃焼部23の外壁を内壁とする内部空間に、例えばRu系またはNi系の改質触媒(図示略)が配設されている。また、改質部22は、混合ガス供給管32が接続された供給口が上壁部に設けられており、混合ガス供給管32を通った混合ガス(原燃料ガスおよび水蒸気)が供給口から内部空間に供給される。改質部22は、燃焼部23からの熱の存在下で、改質触媒による混合ガスの反応(水蒸気改質反応)によって水素ガスと一酸化炭素とを生成する。さらに、改質部22は、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気との反応(一酸化炭素シフト反応)によって水素ガスと二酸化炭素とを生成する。これにより、改質部22によって、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の原燃料ガス等を含むアノードガスが生成されることになる。改質部22は、アノードガス配管33が接続された排出口が底壁部に設けられており、生成されたアノードガスは、排出口からアノードガス配管33を通って燃料電池スタック11の各単セルのアノードガス流路へ流入し、アノードに供給される。 The reforming section 22 is formed in a cylindrical shape with a bottom, and a Ru-based or Ni-based reforming catalyst (not shown) is disposed in the internal space with the outer wall of the combustion section 23 as the inner wall. The reforming section 22 also has a supply port connected to the mixed gas supply pipe 32 provided in the upper wall, and the mixed gas (raw fuel gas and steam) passing through the mixed gas supply pipe 32 is supplied from the supply port to the internal space. In the presence of heat from the combustion section 23, the reforming section 22 generates hydrogen gas and carbon monoxide by a reaction (steam reforming reaction) of the mixed gas by the reforming catalyst. Furthermore, the reforming section 22 generates hydrogen gas and carbon dioxide by a reaction (carbon monoxide shift reaction) between the carbon monoxide generated in the steam reforming reaction and the steam. As a result, the reforming section 22 generates an anode gas containing hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, steam, unreformed raw fuel gas, etc. The reforming section 22 has an exhaust port connected to the anode gas pipe 33 provided in the bottom wall, and the generated anode gas flows from the exhaust port through the anode gas pipe 33 into the anode gas flow path of each unit cell of the fuel cell stack 11 and is supplied to the anode.

エア熱交換部24は、有底円筒状に形成され、燃焼部23で生成された燃焼排ガスが流通する燃焼排ガス流通部24aと、有底円筒状に形成され、エア供給管34から供給されたエアが流通するエア流通部24bとを有する。燃焼排ガス流通部24aは、改質部22の外壁を内壁とする内部空間を形成し、燃焼排ガス配管39が接続された排出口が上壁部に形成されている。燃焼排ガス流通部24aを流通して排出口から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス配管39を通って蒸発部12に供給され、蒸発部12で改質水や原燃料ガスと熱交換されてから凝縮器40に供給される。 The air heat exchanger 24 has a combustion exhaust gas flow section 24a formed in a cylindrical shape with a bottom, through which the combustion exhaust gas generated in the combustion section 23 flows, and an air flow section 24b formed in a cylindrical shape with a bottom, through which air supplied from the air supply pipe 34 flows. The combustion exhaust gas flow section 24a forms an internal space with the outer wall of the reforming section 22 as its inner wall, and an exhaust port to which the combustion exhaust gas piping 39 is connected is formed in the upper wall. The combustion exhaust gas that flows through the combustion exhaust gas flow section 24a and is discharged from the exhaust port is supplied to the evaporation section 12 through the combustion exhaust gas piping 39, and is heat exchanged with the reforming water and raw fuel gas in the evaporation section 12 before being supplied to the condenser 40.

エア流通部24bは、エア供給装置のエア供給管34が接続された供給口が上壁部に形成され、カソードガス配管35が接続された排出口が側壁部に形成されており、燃焼排ガス流通部24aの外壁を内壁とする内部空間を形成する。エア流通部24bを流通するエアは、燃焼排ガス流通部24aを流通する燃焼排ガスとの熱交換により昇温させられる。そして、エア熱交換部24を流通して排出口から排出されたエアは、カソードガスとしてカソードガス配管35を通って燃料電池スタック11の各単セルのカソードガス流路へ流入し、カソードに供給される。 The air flow section 24b has a supply port formed in the upper wall to which the air supply pipe 34 of the air supply device is connected, and an exhaust port formed in the side wall to which the cathode gas pipe 35 is connected, forming an internal space with the outer wall of the combustion exhaust gas flow section 24a as the inner wall. The air flowing through the air flow section 24b is heated by heat exchange with the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas flow section 24a. The air that flows through the air heat exchange section 24 and is discharged from the exhaust port flows as cathode gas through the cathode gas pipe 35 into the cathode gas flow path of each single cell of the fuel cell stack 11 and is supplied to the cathode.

各単セルのカソードでは、酸化物イオン(O2-)が生成され、当該酸化物イオンが電解質を透過してアノードで水素や一酸化炭素と反応することにより電気エネルギが得られる。燃料電池スタック11の出力端子には、パワーコンディショナの入力端子が接続されており、燃料電池スタック11の発電電力は、パワーコンディショナにより交流電力に変換されて電気負荷に供給される。 Oxide ions (O 2- ) are generated at the cathode of each unit cell, and these oxide ions pass through the electrolyte and react with hydrogen and carbon monoxide at the anode to generate electrical energy. An input terminal of a power conditioner is connected to the output terminal of the fuel cell stack 11, and the power generated by the fuel cell stack 11 is converted to AC power by the power conditioner and supplied to an electrical load.

各単セルにおいて電気化学反応(発電)に使用されなかったアノードガス(以下、「アノードオフガス」という)は、アノードオフガス流路36を通って燃焼部23に供給される。また、各単セルにおいて電気化学反応(発電)に使用されなかったカソードガス(以下、「カソードオフガス」という)は、カソードオフガス流路37を通って燃焼部23に供給される。なお、アノードオフガス流路36とカソードオフガス流路37は、流路形成部50により流路の一部が形成されており、詳細は後述する。アノードオフガスは、水素や一酸化炭素等の燃料成分を含む可燃性ガスであり、燃焼部23において、酸素を含むカソードオフガスと混合される。そして、着火器25により、アノードオフガスとカソードオフガスとの混合ガスに着火して当該混合ガスを燃焼させる。混合ガスが燃焼することにより、燃料電池スタック11の作動や、蒸発部12での原燃料ガスの予熱や水蒸気の生成、改質部22での水蒸気改質反応等に必要な熱が発生することになる。 The anode gas (hereinafter referred to as "anode off-gas") that was not used in the electrochemical reaction (power generation) in each unit cell is supplied to the combustion section 23 through the anode off-gas flow passage 36. The cathode gas (hereinafter referred to as "cathode off-gas") that was not used in the electrochemical reaction (power generation) in each unit cell is supplied to the combustion section 23 through the cathode off-gas flow passage 37. The anode off-gas flow passage 36 and the cathode off-gas flow passage 37 are partially formed by the flow passage forming section 50, and will be described in detail later. The anode off-gas is a combustible gas containing fuel components such as hydrogen and carbon monoxide, and is mixed with the cathode off-gas containing oxygen in the combustion section 23. The igniter 25 then ignites the mixed gas of the anode off-gas and the cathode off-gas to burn the mixed gas. The mixed gas is burned to generate heat necessary for the operation of the fuel cell stack 11, preheating the raw fuel gas and generating steam in the evaporation section 12, and the steam reforming reaction in the reforming section 22.

燃焼部23において混合ガスの燃焼により生成された燃焼排ガスは、改質ユニット20のエア熱交換部24(燃焼排ガス流通部24a)を通過してから、燃焼排ガス配管39を通って蒸発部12を通過する。燃焼排ガスは、それぞれ、水蒸気改質に必要な熱、カソードガス(エア)の昇温に必要な熱、水蒸気の生成に必要な熱を供給した後、凝縮器40に供給される。そして、凝縮器40へ供給された燃焼排ガスは、貯湯タンクからの湯水との熱交換により冷却させられて燃焼排ガス中に含まれる水蒸気の少なくとも一部が除去された後、大気中に排出される。また、燃焼排ガスに含まれる水蒸気が凝縮されることで得られた水は、改質水タンクに貯留されて改質水として用いられる。 The combustion exhaust gas generated by the combustion of the mixed gas in the combustion section 23 passes through the air heat exchange section 24 (combustion exhaust gas flow section 24a) of the reforming unit 20, and then passes through the combustion exhaust gas piping 39 and the evaporation section 12. The combustion exhaust gas is supplied with the heat required for steam reforming, the heat required for raising the temperature of the cathode gas (air), and the heat required for generating water vapor, and is then supplied to the condenser 40. The combustion exhaust gas supplied to the condenser 40 is then cooled by heat exchange with hot water from the hot water storage tank, and at least a portion of the water vapor contained in the combustion exhaust gas is removed, and the gas is then discharged into the atmosphere. The water obtained by condensing the water vapor contained in the combustion exhaust gas is stored in a reforming water tank and used as reforming water.

以下、流路形成部50の構成を説明する。図4は、流路形成部50の外観斜視図である。図5は、下板51の概略構成図である。図6は、上板61の概略構成図である。図7は、流路形成部50の部分拡大図である。図8は、流路形成部50の部分断面図である。流路形成部50は、アノードオフガス流路36およびカソードオフガス流路37の曲げ部分として、例えばクランク状に曲がる部分を形成するものである。なお、図8では、流路形成部50が形成するカソードオフガス流路37の部分断面図を例示する。この流路形成部50は、例えばフェライト系ステンレスなどの金属板をプレス加工した二枚の板材を重ね合わせて構成されており、二枚の板材を溶接(例えばレーザ溶接)等で貼り合わせることで気密性を確保している。流路形成部50は、燃料電池スタック11と燃焼部23との間に、例えば合わせ面が水平になるように二枚の板材が上下に配置されている。 The configuration of the flow path forming unit 50 will be described below. FIG. 4 is an external perspective view of the flow path forming unit 50. FIG. 5 is a schematic diagram of the lower plate 51. FIG. 6 is a schematic diagram of the upper plate 61. FIG. 7 is a partial enlarged view of the flow path forming unit 50. FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the flow path forming unit 50. The flow path forming unit 50 forms, for example, a crank-shaped bent portion as a bending portion of the anode off-gas flow path 36 and the cathode off-gas flow path 37. Note that FIG. 8 illustrates a partial cross-sectional view of the cathode off-gas flow path 37 formed by the flow path forming unit 50. The flow path forming unit 50 is configured by overlapping two plates formed by pressing metal plates such as ferritic stainless steel, and the two plates are bonded together by welding (for example, laser welding) or the like to ensure airtightness. The flow path forming unit 50 is arranged between the fuel cell stack 11 and the combustion unit 23, with the two plates arranged vertically so that, for example, the mating surfaces are horizontal.

下側の板材である下板51は、図4,図5に示すように、第1流路溝52と、第2流路溝53と、第1接続口54と、第2接続口55と、複数の締結孔58とが形成されている。第1流路溝52と第2流路溝53は、下板51の合わせ面(図5の上面)に対して凹状に窪んだ流路溝である。第1流路溝52は、一端52a側から他端52b側まで上面視で略クランク状に屈曲するように形成されている。第2流路溝53は、一端53a側から他端53b側まで直線状に形成されている。 As shown in Figs. 4 and 5, the lower plate 51, which is the lower plate material, is formed with a first flow groove 52, a second flow groove 53, a first connection port 54, a second connection port 55, and a plurality of fastening holes 58. The first flow groove 52 and the second flow groove 53 are flow grooves that are recessed in a concave shape with respect to the mating surface of the lower plate 51 (the upper surface in Fig. 5). The first flow groove 52 is formed so as to bend in a substantially crank shape in a top view from one end 52a side to the other end 52b side. The second flow groove 53 is formed in a straight line from one end 53a side to the other end 53b side.

第1接続口54と第2接続口55は、下板51を貫通する円形状の貫通口である。第1接続口54には、燃料電池スタック11からアノードオフガスが排出されるアノードオフガス排出管36a(排出配管)がフランジ接続されている。なお、図4では各配管のフランジの図示は省略する。また、第1接続口54は、フランジ接続によりアノードオフガス排出管36aに連通するため、第1連通口ともいう。同様に、第2接続口55や後述する第3接続口64、第4接続口65も、第2連通口や第3連通口、第4連通口ともいう。第2接続口55には、燃料電池スタック11からカソードオフガスが排出されるカソードオフガス排出管37a(排出配管)がフランジ接続されている。締結孔58は、下板51を貫通する円形状の貫通口であり、第1接続口54や第2接続口55、第1流路溝52の一端52a、第2流路溝53の一端53aの周辺部に形成されている。 The first connection port 54 and the second connection port 55 are circular through-holes that penetrate the lower plate 51. The first connection port 54 is flange-connected to the anode off-gas exhaust pipe 36a (exhaust pipe) through which the anode off-gas is exhausted from the fuel cell stack 11. Note that the flanges of each pipe are omitted in FIG. 4. The first connection port 54 is also called the first communication port because it is connected to the anode off-gas exhaust pipe 36a by flange connection. Similarly, the second connection port 55 and the third and fourth connection ports 64 and 65 described later are also called the second communication port, the third communication port, and the fourth communication port. The second connection port 55 is flange-connected to the cathode off-gas exhaust pipe 37a (exhaust pipe) through which the cathode off-gas is exhausted from the fuel cell stack 11. The fastening holes 58 are circular through-holes that penetrate the lower plate 51 and are formed around the first connection port 54, the second connection port 55, one end 52a of the first flow channel 52, and one end 53a of the second flow channel 53.

上側の板材である上板61は、図4,図6に示すように、第3流路溝62と、第4流路溝63と、第3接続口64と、第4接続口65と、第5接続口66と、取付口67と、複数の締結孔68とが形成されている。第3流路溝62と第4流路溝63は、上板61の合わせ面(図6の下面)に対して凹状に窪んだ流路溝である。第3流路溝62は、一端62a側から他端62b側まで直線状に形成されており、下板51の第1接続口54に連通すると共に第1流路溝52の途中に一部が重なるように連通する。第4流路溝63は、一端63a側から他端63b側まで直線状に形成されており、下板51の第2接続口55に連通すると共に第2流路溝53の他端53b側に一部が重なるように連通する。 As shown in Figs. 4 and 6, the upper plate 61, which is the upper plate material, is formed with a third flow groove 62, a fourth flow groove 63, a third connection port 64, a fourth connection port 65, a fifth connection port 66, an attachment port 67, and a plurality of fastening holes 68. The third flow groove 62 and the fourth flow groove 63 are flow grooves that are recessed in a concave shape with respect to the mating surface of the upper plate 61 (the lower surface in Fig. 6). The third flow groove 62 is formed in a straight line from one end 62a to the other end 62b, and communicates with the first connection port 54 of the lower plate 51 and communicates with the first flow groove 52 so as to overlap a part of it in the middle. The fourth flow groove 63 is formed in a straight line from one end 63a to the other end 63b, and communicates with the second connection port 55 of the lower plate 51 and communicates with the other end 53b of the second flow groove 53 so as to overlap a part of it.

第3接続口64と第4接続口65は、上板61を貫通する円形状の貫通口である。第3接続口64には、燃焼部23にアノードオフガスを供給するアノードオフガス供給管36b(供給配管)がフランジ接続されている。また、第3接続口64は、下板51の第1流路溝52の一端52a側に連通する。第4接続口65には、燃焼部23にカソードオフガスを供給するカソードオフガス供給管37b(供給配管)がフランジ接続されている。また、第4接続口65は、下板51の第2流路溝53の一端53a側に連通する。第5接続口66には、アノードオフガスの一部を原燃料ガス供給管31aに還流するための還流配管38が接続されている。また、第5接続口66は、下板51の第2流路溝53の他端53b側に連通する。取付口67は、第4流路溝63の一端側の溝底面を貫通して形成されており、カソードオフガスの温度を測定するための温度センサの保護管18が取り付けられている。 The third connection port 64 and the fourth connection port 65 are circular through-holes that penetrate the upper plate 61. The third connection port 64 is flange-connected to the anode off-gas supply pipe 36b (supply pipe) that supplies the anode off-gas to the combustion section 23. The third connection port 64 is also connected to one end 52a of the first flow groove 52 of the lower plate 51. The fourth connection port 65 is flange-connected to the cathode off-gas supply pipe 37b (supply pipe) that supplies the cathode off-gas to the combustion section 23. The fourth connection port 65 is also connected to one end 53a of the second flow groove 53 of the lower plate 51. The fifth connection port 66 is connected to the return pipe 38 for returning a portion of the anode off-gas to the raw fuel gas supply pipe 31a. The fifth connection port 66 is also connected to the other end 53b of the second flow groove 53 of the lower plate 51. The mounting port 67 is formed through the bottom surface of one end of the fourth flow channel 63, and a protective tube 18 for a temperature sensor for measuring the temperature of the cathode off-gas is attached to it.

締結孔68は、上板61を貫通する円形状の貫通口であり、第3接続口64や第4接続口65、第3流路溝62の一端62a、第4流路溝63の一端63aの周辺部に形成されている。各締結孔68は、下板51と上板61とを重ね合わせた際に各締結孔58と互いに連通する位置に形成されている。なお、各締結孔58,68は、下板51と上板61とを重ね合わせた状態で貫通させることで形成されればよい。 The fastening holes 68 are circular through-holes that penetrate the upper plate 61, and are formed around the third connection port 64, the fourth connection port 65, one end 62a of the third flow groove 62, and one end 63a of the fourth flow groove 63. Each fastening hole 68 is formed at a position that communicates with each fastening hole 58 when the lower plate 51 and the upper plate 61 are overlapped. Note that each fastening hole 58, 68 may be formed by penetrating the lower plate 51 and the upper plate 61 in a state where they are overlapped.

また、流路形成部50には、円環状のシール部材であるガスケット70が、各接続口(54,55,64,65)に対応する位置に配置されている。図7に示すガスケット70は、中心の貫通孔が下板51の第2接続口55に対応する位置に配置され、カソードオフガス排出管37aのフランジ部37f(図8参照)と、第2接続口55の周辺のフランジ状部(周辺部)との間に挟持される。なお、図8では、カソードオフガス排出管37aのフランジ部37fと、流路形成部50(下板51)とが離れた状態を示すが、締結孔58,68とフランジ部37fの締結孔37hとに挿入される図示しないボルトなどの締結部材を用いて締結することで、ガスケット70が挟持される。また、図8に示すように、貫通孔が上板61の第4接続口65に対応する位置に配置されたガスケット70は、カソードオフガス供給管37bのフランジ部37fと、第4接続口65の周辺のフランジ状部(周辺部)との間に挟持される。また、他の第1接続口54,第3接続口64に対応する位置にもガスケット70がそれぞれ配置されており、同様に挟持される。このように、各接続口(54,55,64,65)に対応する位置に配置された各ガスケット70は、下板51および上板61のフランジ状の周辺部と、各配管のフランジ部との間に挟持されている。このため、流路形成部50は、二枚の板材の重ね合わせで2倍の板厚としてフランジ剛性を確保することができるから、シール性を高めることができる。 In addition, the flow path forming part 50 is provided with a gasket 70, which is an annular sealing member, at a position corresponding to each connection port (54, 55, 64, 65). The gasket 70 shown in FIG. 7 is arranged at a position where the central through hole corresponds to the second connection port 55 of the lower plate 51, and is sandwiched between the flange portion 37f (see FIG. 8) of the cathode off-gas exhaust pipe 37a and the flange-shaped portion (peripheral portion) around the second connection port 55. Note that FIG. 8 shows a state where the flange portion 37f of the cathode off-gas exhaust pipe 37a and the flow path forming part 50 (lower plate 51) are separated, but the gasket 70 is sandwiched by fastening using a fastening member such as a bolt (not shown) inserted into the fastening holes 58, 68 and the fastening hole 37h of the flange portion 37f. As shown in FIG. 8, the gasket 70, whose through hole is disposed at a position corresponding to the fourth connection port 65 of the upper plate 61, is sandwiched between the flange portion 37f of the cathode off-gas supply pipe 37b and the flange-shaped portion (peripheral portion) around the fourth connection port 65. Gaskets 70 are also disposed at positions corresponding to the other first connection port 54 and the third connection port 64, and are similarly sandwiched. In this way, each gasket 70 disposed at a position corresponding to each connection port (54, 55, 64, 65) is sandwiched between the flange-shaped peripheral portion of the lower plate 51 and the upper plate 61 and the flange portion of each pipe. Therefore, the flow path forming portion 50 can ensure flange rigidity by overlapping two plates, which doubles the plate thickness, thereby improving sealing performance.

ここで、図9は、流路形成部50でガスが流れる様子を示す説明図である。この図9や、上述した図8では、ガスの流れを点線矢印で示す。カソードオフガスは、カソードオフガス排出管37aから第4流路溝63に流入し、第4流路溝63と第2流路溝53とを流通して、カソードオフガス供給管37bに排出され、カソードオフガス供給管37bを流通して燃焼部23に供給される。第2流路溝53と第4流路溝63とは、一部が重なるように連通しており、図8に示すように、溝底の平坦部分が互いに対向して重なるように形成されている(図8の範囲A)。なお、第2流路溝53と第4流路溝63とは、同じ方向に延在すると共に、長手方向(延在方向)における長さの半分以上の部分が互いに重なり合うようにしてもよい。このように、流路形成部50の第2流路溝53と第4流路溝63とは、上下方向(鉛直方向)に平行に延在するカソードオフガス排出管37aとカソードオフガス供給管37bとを水平方向に繋ぐものとなる。このように流路の曲げ部分を、第2流路溝53と第4流路溝63との高さ(厚み)分のスペースで形成するから、配管の曲げ加工により形成するものに比して省スペース化が可能となる。また、溝底の平坦部分が互いに対向して重なるため、平坦部分が互いに対向しないものに比して、連通部分の流路が狭くなるのを防止してカソードオフガスが流通する際の圧力損失を低減させることができる。 Here, FIG. 9 is an explanatory diagram showing the state of gas flow in the flow path forming section 50. In this FIG. 9 and the above-mentioned FIG. 8, the gas flow is indicated by dotted arrows. The cathode off-gas flows from the cathode off-gas exhaust pipe 37a into the fourth flow path groove 63, flows through the fourth flow path groove 63 and the second flow path groove 53, is discharged to the cathode off-gas supply pipe 37b, and is supplied to the combustion section 23 through the cathode off-gas supply pipe 37b. The second flow path groove 53 and the fourth flow path groove 63 are connected to each other so as to overlap in part, and as shown in FIG. 8, the flat parts of the groove bottoms are formed to face each other and overlap each other (range A in FIG. 8). The second flow path groove 53 and the fourth flow path groove 63 may extend in the same direction and overlap each other by half or more of their lengths in the longitudinal direction (extension direction). In this way, the second flow groove 53 and the fourth flow groove 63 of the flow path forming part 50 horizontally connect the cathode off-gas exhaust pipe 37a and the cathode off-gas supply pipe 37b that extend parallel to each other in the up-down direction (vertical direction). In this way, the bent part of the flow path is formed in a space equivalent to the height (thickness) of the second flow groove 53 and the fourth flow groove 63, so it is possible to save space compared to forming it by bending the pipe. In addition, since the flat parts of the groove bottoms face each other and overlap each other, it is possible to prevent the flow path of the communication part from narrowing compared to when the flat parts do not face each other, and to reduce the pressure loss when the cathode off-gas flows.

また、図9に示すように、アノードオフガスは、アノードオフガス排出管36aから第3流路溝62に流入して、第3流路溝62から第1流路溝52に流入する。上述したように、下板51の第1流路溝52は、略クランク状に屈曲するように形成され、上板61の第3流路溝62は、第1流路溝52の途中(屈曲部分)に重なるように形成されている。このため、第1流路溝52に流入したアノードオフガスは、一端52a側と、他端52b側とに分岐する。一端52a側に流れたアノードオフガスは、アノードオフガス供給管36bに排出され、アノードオフガス供給管36bを流通して燃焼部23に供給される。アノードオフガス流路36の断面図の図示は省略するが、第1流路溝52および第3流路溝62の溝底の平坦部分が互いに対向して重なるように形成されている。このため、第1流路溝52および第3流路溝62の連通部分をアノードオフガスが流通する際の圧力損失を低減させることができる。一方、他端52b側に流れたアノードオフガスは、還流配管38を流通して原燃料ガス供給管31aに還流される。このように、流路を分岐させて、アノードオフガス供給管36bと還流配管38の2つの配管に排出させることができる。また、流路を分岐させるものとしても、第1流路溝52と第3流路溝62との高さ(厚み)分のスペースで形成することができ、分岐用の継手などの別部品も不要である。このため、省スペース化や部品数の削減などが可能となる。 9, the anode off-gas flows from the anode off-gas discharge pipe 36a into the third flow groove 62, and then flows from the third flow groove 62 into the first flow groove 52. As described above, the first flow groove 52 of the lower plate 51 is formed to be bent in an approximately crank shape, and the third flow groove 62 of the upper plate 61 is formed to overlap the middle (bent portion) of the first flow groove 52. Therefore, the anode off-gas that flows into the first flow groove 52 branches into one end 52a and the other end 52b. The anode off-gas that flows to the one end 52a is discharged to the anode off-gas supply pipe 36b, and is supplied to the combustion section 23 through the anode off-gas supply pipe 36b. Although the cross-sectional view of the anode off-gas flow path 36 is omitted, the flat portions of the groove bottoms of the first flow groove 52 and the third flow groove 62 are formed to face each other and overlap each other. This reduces the pressure loss when the anode off-gas flows through the communication portion between the first flow groove 52 and the third flow groove 62. Meanwhile, the anode off-gas that flows to the other end 52b flows through the reflux pipe 38 and is returned to the raw fuel gas supply pipe 31a. In this way, the flow path can be branched and discharged to two pipes, the anode off-gas supply pipe 36b and the reflux pipe 38. In addition, even if the flow path is branched, it can be formed in a space equivalent to the height (thickness) of the first flow groove 52 and the third flow groove 62, and separate parts such as joints for branching are not required. This makes it possible to save space and reduce the number of parts.

以上説明した本実施形態の燃料電池モジュール10では、流路形成部50が、第1流路溝52と第3流路溝62との一部が互いに重なると共に第2流路溝53と第4流路溝63との一部が互いに重なるように、下板51と上板61とを重ね合わせて構成されている。このため、各流路溝同士の重なり部分のスペースを確保すればよく、配管の曲げ加工を行う必要や配管の曲げ半径に要するスペースを考慮する必要がなく、部品数を抑えることができる。したがって、アノードオフガスとカソードオフガスの流路の曲げ部分をレイアウトや加工性の問題を回避しつつ部品数を抑えた構成とすることができるから、コストを抑えたコンパクトな構成が可能となる。 In the fuel cell module 10 of this embodiment described above, the flow path forming portion 50 is configured by overlapping the lower plate 51 and the upper plate 61 so that the first flow path groove 52 and the third flow path groove 62 partially overlap each other and the second flow path groove 53 and the fourth flow path groove 63 partially overlap each other. Therefore, it is only necessary to secure space for the overlapping parts of each flow path groove, and there is no need to bend the piping or to consider the space required for the bending radius of the piping, and the number of parts can be reduced. Therefore, the bending parts of the flow paths for the anode off-gas and cathode off-gas can be configured with a reduced number of parts while avoiding layout and workability problems, making it possible to achieve a compact configuration with reduced costs.

また、流路形成部50は、各流路溝同士の一部として、溝底の平坦部が互いに対向して重なるように形成されているから、連通部分の流路が狭くなるのを防止して、オフガスが流通する際の圧力損失を低減させることができる。 In addition, the flow path forming section 50 is formed as part of each flow path groove so that the flat portions of the groove bottoms face each other and overlap, preventing the flow path in the communicating portion from narrowing and reducing the pressure loss when the off-gas flows.

また、流路形成部50は、各接続口(54,55,64,65)に対応する位置に、ガスケット70が配置されている。各ガスケット70は、下板51および上板61のフランジ状の周辺部と、各配管のフランジ部との間に挟持されている。このため、下板51と上板61との重ね合わせでフランジ剛性を確保してシール性を高めることができる。 In addition, gaskets 70 are arranged in the flow path forming section 50 at positions corresponding to each connection port (54, 55, 64, 65). Each gasket 70 is sandwiched between the flange-shaped peripheral portion of the lower plate 51 and the upper plate 61 and the flange portion of each pipe. Therefore, by overlapping the lower plate 51 and the upper plate 61, flange rigidity can be ensured and sealing performance can be improved.

また、流路形成部50は、第1流路溝52の途中に第3流路溝62を連通させて、第3流路溝62を流通したアノードオフガスを第1流路溝52の一端52a側と他端52b側とに分岐させるように形成されている。このため、アノードオフガス流路の曲げ部分だけでなく流路の分岐も形成して、省スペース化や部品数の削減を図ることができる。また、1つの流路形成部50で、アノードオフガス流路36の一部とカソードオフガス流路37の一部とを形成するから、部品数を抑えて省スペース化を図ることができる。また、流路形成部50を、燃料電池スタック11と燃焼部23との間に配置することで、燃料電池モジュール10をコンパクトな構成とすることができる。また、流路形成部50は、各種センサの保護管(温度センサの保護管18)や還流配管38などを接続することができるから、接続の自由度が高い構成とすることができる。 The flow passage forming section 50 is formed so that the third flow passage groove 62 is connected to the middle of the first flow passage groove 52, and the anode off-gas flowing through the third flow passage groove 62 is branched to one end 52a side and the other end 52b side of the first flow passage groove 52. Therefore, not only the bent portion of the anode off-gas flow passage but also the branching of the flow passage can be formed, thereby saving space and reducing the number of parts. In addition, since a part of the anode off-gas flow passage 36 and a part of the cathode off-gas flow passage 37 are formed by one flow passage forming section 50, the number of parts can be reduced and space can be saved. In addition, by arranging the flow passage forming section 50 between the fuel cell stack 11 and the combustion section 23, the fuel cell module 10 can be made compact. In addition, the flow passage forming section 50 can be connected to various sensor protection tubes (temperature sensor protection tube 18) and return pipe 38, etc., so that the configuration can be made with a high degree of freedom in connection.

実施形態では、1つの流路形成部50で、アノードオフガス流路36の一部とカソードオフガス流路37の一部とを形成したが、これに限られない。即ち、アノードオフガス流路36の一部を形成する流路形成部と、カソードオフガス流路37の一部を形成する流路形成部とを、別々に構成してもよい。また、流路形成部が、オフガスの流路の一部を形成したが、これに限られず、アノードガスやカソードガスなど他のガスの流路を形成してもよい。燃料電池モジュールは、このような流路形成部を複数備えてもよい。また、流路形成部50が燃料電池スタック11と燃焼部23との間に配置されるものに限られず、別の場所に配置されてもよい。 In the embodiment, a single flow path forming section 50 forms a part of the anode off-gas flow path 36 and a part of the cathode off-gas flow path 37, but this is not limited to the above. That is, the flow path forming section that forms a part of the anode off-gas flow path 36 and the flow path forming section that forms a part of the cathode off-gas flow path 37 may be configured separately. In addition, the flow path forming section forms a part of the off-gas flow path, but this is not limited to the above, and the flow path forming section may form a flow path for other gases such as anode gas and cathode gas. The fuel cell module may include multiple such flow path forming sections. In addition, the flow path forming section 50 is not limited to being disposed between the fuel cell stack 11 and the combustion section 23, and may be disposed in another location.

実施形態では、第1流路溝52を分岐流路溝として形成したが、これに限られず、分岐流路溝が形成されなくてもよい。即ち、第1流路溝52の他端52b側と第3流路溝62の他端62b側とを連通させて、第1流路溝52を流通したアノードオフガスは、分岐されることなくアノードオフガス供給管36bに排出されるものでもよい。また、各流路溝同士の一部として、溝底の平坦部が互いに対向して重なるものを例示したが、これに限られない。各流路溝同士は、ガスが流通可能となるように少なくとも一部が重なって連通していればよい。 In the embodiment, the first flow groove 52 is formed as a branch flow groove, but this is not limited thereto, and a branch flow groove may not be formed. In other words, the other end 52b side of the first flow groove 52 and the other end 62b side of the third flow groove 62 may be connected to each other, and the anode off-gas that flows through the first flow groove 52 may be discharged to the anode off-gas supply pipe 36b without being branched. In addition, although an example in which the flat portions of the groove bottoms face each other and overlap as part of each flow groove has been shown, this is not limited thereto. It is sufficient that each flow groove is connected to each other by overlapping at least a portion so that gas can flow.

実施形態では、ガスケット70などのシール部材が配置されたが、これに限られず、シール部材が配置されなくてもよい。また、各接続口(54,55,64,65)は、フランジ接続により各配管と接続されたが、溶接等の他の方法により接続されてもよい。 In the embodiment, a sealing member such as a gasket 70 is provided, but this is not limited, and a sealing member may not be provided. Also, each connection port (54, 55, 64, 65) is connected to each pipe by a flange connection, but may be connected by other methods such as welding.

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した本開示の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態の燃料電池スタック11が本開示の「燃料電池」に相当し、燃焼部23が「燃焼部」に相当し、流路形成部50が「流路形成部」に相当し、下板51と上板61とが「二枚の板材」に相当する。ガスケット70が「シール部材」に相当する。第1流路溝52が「分岐流路溝」に相当する。なお、下板51に対して上板61を相手板材、上板61に対して下板51を相手板材という。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the present disclosure described in the section on means for solving the problems will be explained. The fuel cell stack 11 of the embodiment corresponds to the "fuel cell" of the present disclosure, the combustion section 23 corresponds to the "combustion section", the flow path forming section 50 corresponds to the "flow path forming section", and the lower plate 51 and the upper plate 61 correspond to the "two plate materials". The gasket 70 corresponds to the "sealing member". The first flow path groove 52 corresponds to the "branch flow path groove". The upper plate 61 is referred to as the mating plate material relative to the lower plate 51, and the lower plate 51 is referred to as the mating plate material relative to the upper plate 61.

本明細書では、出願当初の請求項4において「請求項1または2に記載の燃料電池モジュール」を「請求項1ないし3のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール」に変更した技術思想や、出願当初の請求項5において「請求項1または2に記載の燃料電池モジュール」を「請求項1ないし4のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール」に変更した技術思想も開示されている。 This specification also discloses the technical idea of changing "the fuel cell module according to claim 1 or 2" in claim 4 originally filed to "the fuel cell module according to any one of claims 1 to 3" and the technical idea of changing "the fuel cell module according to claim 1 or 2" in claim 5 originally filed to "the fuel cell module according to any one of claims 1 to 4".

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した本開示の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した本開示を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した本開示の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した本開示についての解釈はその欄の記載に基づいて行われるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した本開示の具体的な一例に過ぎないものである。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the present disclosure described in the Means for Solving the Problem column does not limit the elements of the present disclosure described in the Means for Solving the Problem column, since the embodiment is an example for specifically explaining the form for implementing the present disclosure described in the Means for Solving the Problem column. In other words, the interpretation of the present disclosure described in the Means for Solving the Problem column should be made based on the description in that column, and the embodiment is merely a specific example of the present disclosure described in the Means for Solving the Problem column.

以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 Although the above describes the forms for implementing this disclosure, this disclosure is in no way limited to these embodiments, and it goes without saying that this disclosure can be implemented in various forms without departing from the spirit of this disclosure.

本開示は、燃料電池モジュールの製造産業などに利用可能である。 This disclosure can be used in the fuel cell module manufacturing industry, etc.

10 燃料電池モジュール、11 燃料電池スタック、12 蒸発部、15 モジュールケース、18 保護管、20 改質ユニット、22 改質部、23 燃焼部、24 エア熱交換部、24a 燃焼排ガス流通部、24b エア流通部、31 供給管、31a 原燃料ガス供給管、31b 改質水供給管、32 混合ガス供給管、33 アノードガス配管、34 エア供給管、35 カソードガス配管、36 アノードオフガス流路、36a アノードオフガス排出管、36b アノードオフガス供給管、37 カソードオフガス流路、37a カソードオフガス排出管、37b カソードオフガス供給管、37f フランジ部、37h 締結孔、38 還流配管、39 燃焼排ガス配管、40 凝縮器、50 流路形成部、51 下板、52 第1流路溝、53 第2流路溝、54 第1接続口、55 第2接続口、58 締結孔、61 上板、62 第3流路溝、63 第4流路溝、64 第3接続口、65 第4接続口、66 第5接続口、67 取付口、68 締結孔、70 ガスケット。 10 fuel cell module, 11 fuel cell stack, 12 evaporation section, 15 module case, 18 protective tube, 20 reforming unit, 22 reforming section, 23 combustion section, 24 air heat exchange section, 24a combustion exhaust gas flow section, 24b air flow section, 31 supply pipe, 31a raw fuel gas supply pipe, 31b reforming water supply pipe, 32 mixed gas supply pipe, 33 anode gas pipe, 34 air supply pipe, 35 cathode gas pipe, 36 anode off gas flow path, 36a anode off gas exhaust pipe, 36b anode off gas supply pipe, 37 cathode off gas flow path, 37a cathode off gas exhaust pipe, 37b cathode off gas supply pipe, 37f flange section, 37h fastening hole, 38 return pipe, 39 combustion exhaust gas pipe, 40 condenser, 50 flow path forming section, 51 lower plate, 52 first flow path groove, 53 Second flow groove, 54 first connection port, 55 second connection port, 58 fastening hole, 61 upper plate, 62 third flow groove, 63 fourth flow groove, 64 third connection port, 65 fourth connection port, 66 fifth connection port, 67 mounting port, 68 fastening hole, 70 gasket.

Claims (5)

アノードガスとカソードガスとに基づいて発電する燃料電池と、
前記燃料電池からのオフガスを燃焼させる燃焼部と、
前記アノードガスと前記カソードガスと前記オフガスのうち少なくともいずれかのガスの流路の一部を形成する流路形成部と、
を備え、
前記流路形成部は、前記いずれかのガスの流路をなすガス配管が接続可能に貫通した接続口と、合わせ面に対して凹状に窪んだ流路溝とが形成された二枚の板材を備え、前記流路溝が相手板材の前記接続口に連通すると共に前記流路溝同士の一部が互いに重なるように、前記二枚の板材の前記合わせ面同士を重ね合わせて構成されている、
燃料電池モジュール。
a fuel cell that generates electricity based on an anode gas and a cathode gas;
a combustion section that combusts off-gas from the fuel cell;
a flow passage forming portion that forms a part of a flow passage for at least one of the anode gas, the cathode gas, and the off-gas;
Equipped with
The flow path forming portion includes two plate materials each having a connection port through which a gas pipe forming a flow path of any one of the gases can be connected and a flow path groove recessed into a mating surface, and the mating surfaces of the two plate materials are overlapped with each other so that the flow path groove communicates with the connection port of the other plate material and parts of the flow path grooves overlap with each other.
Fuel cell module.
前記流路形成部は、前記流路溝同士の一部として、溝底の平坦部が互いに対向して重なるように、前記流路溝が形成されている、
請求項1に記載の燃料電池モジュール。
The flow path forming portion is formed such that flat portions of the groove bottoms face each other and overlap each other as parts of the flow path grooves.
The fuel cell module of claim 1 .
前記流路形成部は、前記二枚の板材の各々において前記接続口の周辺部および該接続口に連通する相手板材の前記流路溝の周辺部に、互いに連通するように貫通し締結部材で締結される締結孔が複数形成されており、前記接続口に対応する貫通孔が形成された環状のシール部材が前記ガス配管のフランジ部との間に挟まれるように配置されている、
請求項1または2に記載の燃料電池モジュール。
The flow path forming portion has a plurality of fastening holes formed in the peripheral portion of the connection port of each of the two plate materials and in the peripheral portion of the flow path groove of the mating plate material communicating with the connection port, the fastening holes penetrating the connection port so as to communicate with each other and fastening with a fastening member, and an annular seal member having a through hole corresponding to the connection port is disposed so as to be sandwiched between the flange portion of the gas pipe.
3. The fuel cell module according to claim 1 or 2.
前記流路形成部は、
前記二枚の板材のうち一方に、一端が相手板材の前記接続口に連通する前記流路溝が形成されると共に前記接続口として少なくとも2つの接続口が形成され、
前記二枚の板材のうち他方に、前記流路溝として、両端が相手板材の前記2つの接続口にそれぞれ連通すると共に流路の途中で相手板材の前記流路溝の他端に連通し、相手板材の前記流路溝を流通したガスを分岐させて前記2つの接続口のそれぞれから排出する分岐流路溝が形成されている、
請求項1または2に記載の燃料電池モジュール。
The flow path forming portion is
One of the two plate materials has the flow channel formed therein, one end of which is connected to the connection port of the other plate material, and at least two connection ports are formed as the connection ports;
In the other of the two plate materials, a branch flow channel is formed as the flow channel, the both ends of which are connected to the two connection ports of the mating plate material, respectively, and the branch flow channel is connected to the other end of the flow channel of the mating plate material in the middle of the flow channel, and the gas that has flowed through the flow channel of the mating plate material is branched and discharged from each of the two connection ports.
3. The fuel cell module according to claim 1 or 2.
前記燃焼部は、前記燃料電池の上方に配置されており、
前記流路形成部は、前記燃料電池と前記燃焼部との間に、前記二枚の板材が上下に配置されており、
下側の板材は、前記流路溝として、第1流路溝と第2流路溝とが形成され、前記接続口として、前記燃料電池から排出されるアノードオフガスの排出配管が接続される第1接続口と、前記燃料電池から排出されるカソードオフガスの排出配管が接続される第2接続口とが形成されており、
上側の板材は、前記流路溝として、前記第1接続口に連通すると共に前記第1流路溝に一部が重なるように連通する第3流路溝と、前記第2接続口に連通すると共に前記第2流路溝に一部が重なるように連通する第4流路溝とが形成され、前記接続口として、前記燃焼部にアノードオフガスを供給する供給配管が接続されると共に前記第1流路溝に連通する第3接続口と、前記燃焼部にカソードオフガスを供給する供給配管が接続されると共に前記第2流路溝に連通する第4接続口とが形成されている、
請求項1または2に記載の燃料電池モジュール。
the combustion section is disposed above the fuel cell,
the flow passage forming section is disposed between the fuel cell and the combustion section, and the two plates are disposed one above the other;
the lower plate member has a first flow path groove and a second flow path groove formed as the flow path grooves, and a first connection port to which an exhaust pipe for an anode off-gas discharged from the fuel cell is connected and a second connection port to which an exhaust pipe for a cathode off-gas discharged from the fuel cell is connected as the connection ports;
The upper plate member is formed with the flow grooves including a third flow groove communicating with the first connection port and communicating with a portion of the first flow groove so as to overlap therewith, and a fourth flow groove communicating with the second connection port and communicating with a portion of the second flow groove so as to overlap therewith, and the connection ports include a third connection port to which a supply pipe for supplying anode off-gas to the combustion section is connected and which communicates with the first flow groove, and a fourth connection port to which a supply pipe for supplying cathode off-gas to the combustion section is connected and which communicates with the second flow groove.
3. The fuel cell module according to claim 1 or 2.
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