JP3621849B2 - Fuel cell module - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モジュール出力密度の向上を図る円筒型固体電解質燃料電池モジュールに関する。
【0002】
【背景技術】
従来の円筒型固体電解質燃料電池モジュールの概略構造を図8に示す。
【0003】
図8に示すように、断熱材で包囲されたモジュール本体01の内には、天板02,上部管板03及び下部管板04が配設され、下部管板04の下方には、電池室01aが形成されている。
一方、モジュール本体01の天板02と上部管板03との間には、燃料供給室05が形成されている。また、上部管板03と下部管板04の間には、燃料排出室06が形成されている。
上記燃料供給室05の天板02には、当該燃料供給室05とモジュール本体01の外部とを連通する外側管07が当該モジュール本体01を貫通して連結されている。この外側管07の内側には、上記燃料排出室06と当該モジュール本体01の外部とを連通するように下部管板04を貫通する内側管08が配設されている。
なお、前記外側管07の下端部分には、Ni系の触媒を配設して、燃料ガスの改質をするようにしている。
【0004】
上記下部管板04には、外周面に単電池膜(図示せず)を成膜してなるセルチューブ010が、上端を燃料排出室06内に位置させると共に下方寄りをモジュール本体01の電池室01a内に位置させるようにして貫通支持されている。
セルチューブ010の内側には、当該セルチューブ010の内部下方側と燃料供給室05内とを連通させるように上部管板03を貫通する燃料注入管011が配設されている。
【0005】
前記案内管011の内側には、上端を燃料供給室05に位置させると共に下端をセルチューブ010の下端近傍に位置させた集電棒012が配設されている。該集電棒012の下端は、前記単電池膜と電気的に接続すると共にセルチューブ010の下端を閉塞する集電部材013に連結している。該集電棒012の上端は、ニッケル製の集電部材013および導電棒014を介してモジュール本体01の外部へ電気的に接続されている。
一方、セルチューブ010の上端には、前記単電池膜と電気的に接続する集電コネクタ015が取り付けられており、当該集電コネクタ015は、他のセルチューブ01と当該集電コネクタ(Niフェルト)015を介して並列に接続されている。また、セルチューブの上端及び下端の装着向きにより直列つなぎとしている。
【0006】
前記モジュール本体01の電池室01aの下部には、多孔質のセラミックス製の仕切板016が設けられている。該仕切板016の下方には、当該仕切板016を介して上記電池室01aと連通する空気予熱室017が設けられている。
該空気予熱室017には、モジュール本体01の外部と連通する空気供給管018が接続している。また、モジュール本体01の電池室01aの内部には、空気排出管019の一端側が位置している。この空気排出管019は、他端側がモジュール本体01の外側に位置し、中程部分が前記空気予熱室017の内部を通過するように配設されて、熱交換されている。
【0007】
このような構造をなす円筒型固体電解質燃料電池モジュールの作用を次に説明する。
【0008】
モジュール本体01の電池室01a内を作動温度(約900〜1000℃)に加熱し、外側管07から水素などの燃料ガス020を供給すると共に、空気供給管018から酸化剤ガスである空気021を供給する。
外側管07を介して供給された燃料ガス020は、燃料供給室05から注入管011を介してセルチューブ010下端側までに流入する。
一方、空気予熱室017を介して仕切板016を通過した空気021が電池室01a内に流入する。
【0009】
前記燃料020がセルチューブ010の多孔質性の基体管を透過して図示しない単電池膜に供給され、前記空気(酸素)021が単電池膜に接触すると、該単電池膜が水素と空気(酸素)とを電気化学的に反応させて電力を発生させ、当該電力が集電部材013,導電棒014を介して外部へ送り出されるようになっている。
【0010】
なお、発電に供された後の残燃料ガス022は、セルチューブ010の上端から燃料排出室06内に流入し、内側管08を介して外部に排出される一方、発電に供された後の残空気023は、空気排出管019を介して外部に排出される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような円筒型固体電解質燃料電池モジュールでは、作動温度が高温(900〜1100℃近傍)であるので、モジュール本体01内に配設された天板02,上部管板03及び下部管板04の材質は耐熱合金で作製する必要がある。これは注入管011等の燃料供給・排出管はセラミックス製であるので、脆弱であり、温度変化があっても割れやヒビが入らないように、長期間に亙って健全性を保持する必要があるからである。
【0012】
また、天板02,上部管板03及び下部管板04は歪み等が生じないように、耐久性を考慮して厚くせざるを得なかったので、さらに製造コストが向上することとなっている。
【0013】
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、モジュール構造を簡略化し、モジュール構成部材を減らすと共に、製造コストの低減化及び出力密度の向上を図った燃料電池モジュールを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する[請求項1]の発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、
断熱材で包囲されたモジュール本体と、
該モジュール本体内に配された天板及び管板と、
上記天板と管板との間を燃料室とし、
上記管板を貫通し、上記燃料室内に両端の開口部を臨むように設けた複数のセルチューブからなる反応管とを具備してなり、
上記燃料室内において上記セルチューブの燃料ガスの供給側と排出側とを一本又は複数本ごとに仕切る仕切り部材を有し、一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端から燃料を供給すると共に、該一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの出口端から排出された燃料ガスを、次の一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端へ供給して、順次、上記各セルチューブへ燃料ガスを連続的に供給しつつ発電することを特徴とする。
【0016】
[請求項2]の発明は、請求項1において、上記セルチューブがU字型であり、上記反応管は上記電池室内で連続的に折り返した構造を有することを特徴とする。
また、[請求項3]の発明は、請求項2において、上記セルチューブにおけるU字管部分にも上記単電池膜が形成されていることを特徴とする。
【0017】
[請求項4]の発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、
断熱材で包囲されたモジュール本体と、
該モジュール本体内に配された天板及び管板と、
上記天板と管板との間を燃料室とし、
上記管板を貫通し、上記燃料室内に一端の開口部を臨むように複数のセルチューブを設けると共に、該複数のセルチューブの他端の開口部を連通部材で連結し、
上記燃料室内において上記セルチューブの燃料ガスの供給側と排出側とを一本又は複数本ごとに仕切る仕切り部材を有し、一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端から燃料を供給し、上記連通部材を介して連結された一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの出口端から排出された燃料ガスを、次の一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端へ供給して、順次、上記各セルチューブへ燃料ガスを連続的に供給しつつ発電することを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明による燃料電池モジュールの実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【0019】
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態を図1及び図2を用いて説明する。
図1は燃料電池モジュールの概略図であり、図2は該モジュール内に配されるU字型セルチューブの概略図である。
図1に示すように、本実施の形態にかかる燃料電池モジュールは、燃料ガス(例えば水素)と酸化剤ガス(例えば空気)とを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、断熱材で包囲されたモジュール本体10と、該モジュール本体10内に配された天板11及び管板12と、上記天板11と管板12との間に構成される燃料室13と、上記管板12を貫通し、上記燃料室13内に両端の開口部15a,15bを臨むように設けた複数のセルチューブ15からなる反応管と、上記モジュール本体10の一端側から燃料20を導入する燃料導入管16と、他端側から未反応の燃料21を排出する燃料排出管17と、供給する燃料ガス20の供給側と排出側とを仕切る仕切り部材18と、上記モジュール本体10の下端側に設けられ一端側から空気22を導入する空気導入管19と、他端側から排空気23を排出する空気排出管20とを具備してなるものである。
本発明では、従来のようにセルチューブ内に燃料を供給する燃料注入管を用いることなく、供給された燃料を連続して供給するようにしたものである。
【0020】
なお、図1においては、説明のために、セルチューブは2本としているが、所定の発電レベルまで達するように、モジュール本体11内に複数のセルチューブを適宜配している。
【0021】
ここで、上記燃料室13はセルチューブ内に燃料を供給する機能とセルチューブから燃料を排出する機能とを併用している。
なお、本発明で燃料供給側とは燃料室13に上方から燃料を流通させて反応管で反応させる側をいい、燃料排出側とは燃料室13に下方から燃料を流通させて反応管で反応させる側をいう。
【0022】
上記燃料室13内には、当該燃料室13とモジュール本体10の外部とを連通する燃料導入管16が連結されている。この燃料導入管16の内側には、上記連続して形成された反応管の最終端からから未反応の燃料21を排出する燃料排出管17が内側管として配設されている。
なお、燃料ガスの水素を改質反応により供給する場合には、上記燃料導入管16内に触媒(例えばNi系の触媒等)を内設するようにすればよい。
【0023】
以下、本実施の形態のモジュール構造を詳細に説明する。
上記管板12には、外周面に単電池膜(図示せず)を成膜してなるセルチューブ15が、両端開口15a,15bを上記燃料室13内に臨むように位置させると共に、下方側のU字管15cを電池室11a内に位置させるようにして貫通支持されている。
【0024】
上記セルチューブ15の燃料供給端側の最初の開口15aは、前記単電池膜と電気的に接続するニッケル製の集電フェルト25aおよび導電棒25bを介してモジュール本体10の外部へ電気的(正極側)に接続されている。
一方、上記燃料が排出・供給されるセルチューブ15の開口部には、前記単電池膜と電気的に接続する集電コネクタ26が取り付けられており、当該集電コネクタ26は、隣接する他のセルチューブ15と当該集電コネクタ26を介して直列に接続されている。
また、上記セルチューブ15の燃料排出端側の最後の開口15bは、前記単電池膜と電気的に接続するニッケル製の集電フェルト25aおよび導電棒25bを介してモジュール本体10の外部へ電気的(負極側)に接続されている。
【0025】
前記モジュール本体10の電池室10aの下部には、多孔質のセラミックス製の仕切板27が設けられている。該仕切板27の下方には、当該仕切板27を介して上記電池室10aと連通する空気予熱室28が設けられている。
該空気予熱室28には、モジュール本体10の外部と連通する空気供給管19が接続している。また、モジュール本体10の電池室10aの内部には、空気排出管20の一端側が位置している。この空気排出管20は、他端側がモジュール本体10の外側に位置し、中程部分が前記空気予熱室28の内部を通過するように配設されて、熱交換されている。
【0026】
上記供給する燃料ガス20の供給側と排出側とを仕切る仕切り部材18は、連続的に形成された反応管内に供給する燃料20を連続的に供給するためのものであり、排出された燃料が次のセルチューブ内に順次供給するようにしている。
【0027】
図2はセルチューブ15の概略図である。
図2に示すように、セルチューブ15は、基体管31と該基体管31の表面に設けた燃料極32と、該燃料極32の表面に設けた酸素イオン電動製の電解質33と、該電解質33の表面に設けた空気極34とを単電池膜35とし、これらをインタコネクタ36を介在させつつ成膜してなるものである。
セルチューブ15の下端側の最終端のインタコネクタ36にはリード膜37が設けられている。また該リード膜37の外側には機密性の気密膜39が成膜されている。
また、基体管31の他端部にはU字管40が接合部41で接合されている。
該U字管40は上記基体管同材質又は集電性を付与した材質とし、その外側にインタコネクタ36と同材質の集電膜42及び気密性を保持する気密膜43が成膜されている。
【0028】
なお、U字管にも単電池膜35を形成して、発電密度を向上させるようにしてもよい。
【0029】
このような構造をなす円筒型固体電解質燃料電池モジュールの作用を次に説明する。
【0030】
モジュール本体10の電池室10a内を作動温度(約900〜1000℃)に加熱し、燃料導入管16から水素などの燃料ガス20を供給すると共に、空気供給管19から酸化剤ガスである空気22を供給する。
燃料導入管16を介して供給された燃料ガス20は、燃料室13に開口する開口部15aからセルチューブ15内に流入する。
セルチューブ15内に流入した燃料ガスは反応に供され他端の開口部15bから排出し、隣接する開口部15aからセルチューブ15内に流入する。
最終セルチューブまで供給された燃料ガスは排出管17から外部へ排出される。
なお、この二重管構造により、供給される燃料ガス20は予熱がなされる。
【0031】
なお、燃料導入管16内に触媒を配して燃料ガスを改質して水素を発生させる場合には、導入するガスとして、メタン,プロパン等のガスを用いることができる。
【0032】
前記燃料20がセルチューブ15の多孔質性の基体管を透過して図示しない単電池膜に供給され、前記空気(酸素)22が単電池膜に接触すると、該単電池膜が水素と空気(酸素)とを電気化学的に反応させて電力を発生させ、当該電力が集電部材25a,導電棒25bを介して外部へ送り出されるようになっている。
【0033】
なお、発電に供された後の排空気23は、空気排出管24を介して外部に排出される。
【0034】
本実施の形態によれば、従来のような円筒型燃料電池のセルチューブでは必須であった燃料あるいは空気の注入管が不要となり、モジュール構成部材の省力化を図ることができる。
また、この省力化の結果、シール部品及び集電部品の点数が半減する。
また、燃料又は空気の注入管を支持するための耐高温性の高価な支持管板が不要となり、モジュールの制作費が低減する。
また、従来は注入管とセルチューブとの二重構造であったので、管板を厚くして歪みの発生による接触等を防止していたが、本発明では注入管が不要となる結果、単に管板にセルチューブを支持することでよいので、管板の厚さを従来よりも薄くすることができる。
さらに、セルチューブの装着密度も向上させることができるので、モジュール全体の出力密度の向上を図ることができる。
【0035】
[第2の実施の形態]
本発明の第2の実施の形態を図3乃至図6を用いて説明する。
図3は燃料電池モジュールの概略斜視図であり、図4はそのA矢視図、図5はそのB矢視図及び図6は図5のC−C断面図、図7は該モジュール内に配されるセルチューブの概略図である。
上述した第1の実施の形態ではセルチューブの下端側をU字管で連結して連続した反応管を構成したが、本実施の形態ではU字管を用いる代わりに燃料連通部材を設けて燃料ガスを連続的に供給するようにしたものである。なお、本実施の形態ではモジュール構造は省略する。
【0036】
図3乃至図5に示すように、本実施の形態においては、図示しないモジュール本体内には天板11及び管板12が配設されており、上記天板11と管板12との間を燃料室13としている。
上記管板12には、該管板12を貫通し、上記燃料室13内に両端の開口部50a,50bを臨むように設けた複数のセルチューブ50が押さえリング51a及びナット51b等の締結手段51を介して設けられている。
なお、上記セルチューブ50の周囲には気密性の接合膜52を介してジルコニア等の緻密体のシール部材53が設けられている。
【0037】
本実施の形態では、燃料を下方に供給しつつ反応させる供給側のセルチューブ50を3本及び、燃料を上方に供給しつつ反応させる排出側のセルチューブ50を3本を1単位としてユニットを構成し、これらを複数ユニットがモジュール本体内に設置しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0038】
また、上記天板11と管板12との間を燃料室13内に、供給する燃料ガス20を供給側と排出側とに仕切る仕切り部材18が天板11から垂下されており、管板12側にはシール部材55を設けて、燃料供給側と燃料排出側とを仕切るようにしている。
【0039】
なお、電池室10a内側には断熱材56が設けられており、電池室の高温状態を保持している。
【0040】
また、上記セルチューブ50の下端側には、隣接するセルチューブ50,50同士を下端側で一体的に連通するシールキャップ57が設けられている。
【0041】
上記シールキャップ57内のセルチューブ50の下端部には、中心に集電棒58を配すると共に複数の燃料通過孔59を有する多孔質体の導電性の集電部材60がNi集電部材61と共に装着されている。
そして、集電棒58はシールキャップ57に配された導電棒62によりこれらを電気的に連結している。
また、隣接するセルチューブ50,50同士をシールするために機密性の接合膜52を介してジルコニア等の多孔質体のシール部材63が設けられている。
なお、セルチューブ50,50同士の上端側には、集電キャップ60が設けられており、集電している。
【0042】
図7はセルチューブ50の概略図である。
図7に示すように、セルチューブ50は、基体管31と該基体管31の表面に設けた燃料極32と、該燃料極32の表面に設けた酸素イオン電動製の電解質33と、該電解質33の表面に設けた空気極34とを単電池膜35とし、これらをインタコネクタ36を介在させつつ横縞状に成膜してなるものである。
セルチューブ50の下端側の最終端のインタコネクタ36にはリード膜37が設けられている。該リード膜37の外周側には気密性を保持する気密膜43が成膜されており、基体管31の端部内側にはリード膜37と電気的に接続する集電膜42が成膜されている。
【0043】
このような構造をなす円筒型固体電解質燃料電池モジュールの作用を次に説明する。
【0044】
図示しない燃料供給管から供給された燃料ガス20は、燃料室13に開口する開口部50aからセルチューブ50内に流入する。
セルチューブ50内に流入した燃料ガスは反応に供され、セルチューブ50の下端まで到達した燃料は、シールキャップ52内で折り返され、セルチューブ50内を上昇し、開口部50bから燃料室13内に排出される。次いで隣接するセルチューブ50内に順次下流側のセルチューブ50内に供給され、発電に供される。
そして、最終のセルチューブ50まで供給された未反応の燃料ガスは排出管を介して外部へ排出される。
【0045】
本実施の形態によれば、従来のような円筒型燃料電池のセルチューブでは必須であった燃料あるいは空気の注入管が不要となり、モジュール構成部材の省力化を図ることができる。
また、この省力化の結果、シール部品及び集電部品の点数が半減する。
また、燃料又は空気の注入管を支持するための耐高温性の高価な支持管板が不要となり、モジュールの制作費が低減する。
また、第1の実施の形態と異なりU字管を接合することなく、現状で使用している円筒管のセルチューブを使用できる。
従来は注入管とセルチューブとの二重構造であったので、管板を厚くして歪みの発生による接触等を防止していたが、本発明では注入管が不要となる結果、単に管板にセルチューブを支持することでよいので、管板の厚さを従来よりも薄くすることができる。
さらに、セルチューブの装着密度も向上させることができるので、モジュール全体の出力密度の向上を図ることができる。
【0046】
本発明では、燃料供給をセルチューブ内にし、空気の供給をセルチューブ外としたが、本発明はこれに限定されず、空気供給をセルチューブ内にし、燃料の供給をセルチューブ外とする逆の構成としてもよい。
【0047】
【発明の効果】
以上述べたように、[請求項1]の発明によれば、酸化剤ガスと燃料ガスとを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、断熱材で包囲されたモジュール本体と、該モジュール本体内に配された天板及び管板と、上記天板と管板との間を燃料室とし、上記管板を貫通し、上記燃料室内に両端の開口部を臨むように設けた複数のセルチューブからなる反応管とを具備してなるので、従来のような円筒型燃料電池のセルチューブでは必須であった燃料あるいは空気の注入管が不要となり、モジュール構成部材の省力化を図ることができる。また、この省力化の結果、シール部品及び集電部品の点数が半減する。また、燃料又は空気の注入管を支持するための耐高温性の高価な支持管板が不要となり、モジュールの制作費が低減する。さらに、セルチューブの装着密度も向上させることができるので、モジュール全体の出力密度の向上を図ることができる。
また、上記燃料室内において上記セルチューブの燃料ガスの供給側と排出側とを一本又は複数本ごとに仕切る仕切り部材を有し、一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端から燃料を供給すると共に、該一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの出口端から排出された燃料ガスを、次の一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端へ供給して、順次、上記各セルチューブへ燃料ガスを連続的に供給しつつ発電することにより、セルチューブの装着密度も向上させることができるので、モジュール全体の出力密度の向上を図ることができる。また、排出された燃料が次のセルチューブ内に順次供給するようにして、連続的に形成された反応管内に供給する燃料を連続的に供給することができる。
【0049】
[請求項2]の発明は、請求項1において、上記セルチューブがU字型であり、上記反応管は上記電池室内で連続的に折り返した構造を有するので、従来のような円筒型燃料電池のセルチューブでは必須であった燃料あるいは空気の注入管が不要となり、モジュール構成部材の省力化を図ることができ、また[請求項3]の発明は、請求項2において、上記セルチューブにおけるU字管部分にも発電膜を形成することでモジュール全体の出力密度の向上を図ることができる。
【0050】
[請求項4]の発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、
断熱材で包囲されたモジュール本体と、
該モジュール本体内に配された天板及び管板と、
上記天板と管板との間を燃料室とし、
上記管板を貫通し、上記燃料室内に一端の開口部を臨むように複数のセルチューブを設けると共に、該複数のセルチューブの他端の開口部を連通部材で連結し、
上記燃料室内において上記セルチューブの燃料ガスの供給側と排出側とを一本又は複数本ごとに仕切る仕切り部材を有し、一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端から燃料を供給し、上記連通部材を介して連結された一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの出口端から排出された燃料ガスを、次の一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端へ供給して、順次、上記各セルチューブへ燃料ガスを連続的に供給しつつ発電するので、U字管を接合することなく、現状で使用している円筒管のセルチューブを使用できる。また、U字管よりもセルチューブの充填密度を向上させることができ、モジュール全体の出力密度の向上を図ることができる。更に、排出された燃料が次のセルチューブ内に順次供給するようにして、連続的に形成された反応管内に供給する燃料を連続的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態にかかる燃料電池モジュールの概略図である。
【図2】モジュール内に配されるU字型セルチューブの概略図である。
【図3】図3は燃料電池モジュールの概略斜視図である。
【図4】図3のA矢視図である。
【図5】図3のB矢視図である。
【図6】図5のC−C断面図である。
【図7】セルチューブの概略図である。
【図8】従来技術の燃料電池モジュールの概略図である。
【符号の説明】
10 モジュール本体
11 天板
12 管板
13 燃料室
15a,15b 開口部
15 セルチューブ
16 燃料導入管
17 燃料排出管
18 仕切り部材
19 空気導入管
20 燃料
21 未反応の燃料
22 空気
23 排空気
24 空気排出管
25a 集電フェルト
25b 導電棒
26 集電コネクタ
27 仕切板
28 空気予熱室
50a,50b 開口部
50 セルチューブ
52 気密性の接合膜
53 シール部材
55 シール部材
57 シールキャップ
58 集電棒
59 燃料通過孔
60 シール部材
61 Ni集電部材
62 導電棒
63 シール部材
31 基体管
32 燃料極
33 電解質
34 空気極
35 インタコネクタ
37 リード膜
39 気密膜
40 U字管
41 接合部
42 集電膜
43 気密膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cylindrical solid electrolyte fuel cell module that improves module output density.
[0002]
[Background]
A schematic structure of a conventional cylindrical solid electrolyte fuel cell module is shown in FIG.
[0003]
As shown in FIG. 8, a top plate 02, an upper tube plate 03, and a lower tube plate 04 are disposed in a module body 01 surrounded by a heat insulating material, and a battery chamber is disposed below the lower tube plate 04. 01a is formed.
On the other hand, a fuel supply chamber 05 is formed between the top plate 02 and the upper tube plate 03 of the module body 01. A fuel discharge chamber 06 is formed between the upper tube plate 03 and the lower tube plate 04.
An outer pipe 07 that communicates the fuel supply chamber 05 and the outside of the module main body 01 is connected to the top plate 02 of the fuel supply chamber 05 through the module main body 01. An inner tube 08 that penetrates the lower tube plate 04 is disposed inside the outer tube 07 so as to communicate the fuel discharge chamber 06 and the outside of the module main body 01.
Note that a Ni-based catalyst is disposed at the lower end portion of the outer tube 07 to reform the fuel gas.
[0004]
In the lower tube sheet 04, a cell tube 010 formed by forming a single cell membrane (not shown) on the outer peripheral surface has an upper end positioned in the fuel discharge chamber 06 and a lower side is a battery chamber of the module body 01. Through-holes are supported so as to be positioned within 01a.
Inside the cell tube 010, a fuel injection pipe 011 penetrating the upper tube plate 03 is disposed so as to communicate the inside lower side of the cell tube 010 with the inside of the fuel supply chamber 05.
[0005]
Inside the guide tube 011, a current collecting rod 012 having an upper end positioned in the fuel supply chamber 05 and a lower end positioned near the lower end of the cell tube 010 is disposed. The lower end of the current collecting rod 012 is connected to a current collecting member 013 that is electrically connected to the unit cell membrane and closes the lower end of the cell tube 010. The upper end of the current collecting rod 012 is electrically connected to the outside of the module main body 01 via a nickel current collecting member 013 and a conductive rod 014.
On the other hand, a current collector connector 015 that is electrically connected to the cell membrane is attached to the upper end of the cell tube 010. The current collector connector 015 is connected to another cell tube 01 and the current collector connector (Ni felt). ) Are connected in parallel via 015. Moreover, it connects in series by the mounting direction of the upper end and lower end of a cell tube.
[0006]
A porous ceramic partition plate 016 is provided below the battery chamber 01a of the module body 01. An air preheating chamber 017 communicating with the battery chamber 01a through the partition plate 016 is provided below the partition plate 016.
An air supply pipe 018 communicating with the outside of the module main body 01 is connected to the air preheating chamber 017. Further, one end side of the air discharge pipe 019 is located inside the battery chamber 01a of the module body 01. The air discharge pipe 019 has the other end located outside the module main body 01, and the middle part is disposed so as to pass through the inside of the air preheating chamber 017 so that heat is exchanged.
[0007]
Next, the operation of the cylindrical solid electrolyte fuel cell module having such a structure will be described.
[0008]
The inside of the battery chamber 01a of the module main body 01 is heated to an operating temperature (about 900 to 1000 ° C.), fuel gas 020 such as hydrogen is supplied from the outer pipe 07, and air 021 which is oxidant gas is supplied from the air supply pipe 018. Supply.
The fuel gas 020 supplied via the outer pipe 07 flows from the fuel supply chamber 05 to the lower end side of the cell tube 010 via the injection pipe 011.
On the other hand, the air 021 that has passed through the partition plate 016 flows into the battery chamber 01a through the air preheating chamber 017.
[0009]
When the fuel 020 passes through the porous base tube of the cell tube 010 and is supplied to a cell membrane (not shown), and the air (oxygen) 021 contacts the cell membrane, the cell membrane becomes hydrogen and air ( Oxygen) is reacted electrochemically to generate electric power, and the electric power is sent to the outside through the current collecting member 013 and the conductive rod 014.
[0010]
The remaining fuel gas 022 after being used for power generation flows into the fuel discharge chamber 06 from the upper end of the cell tube 010 and is discharged to the outside through the inner pipe 08, while The remaining air 023 is discharged to the outside through the air discharge pipe 019.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the cylindrical solid electrolyte fuel cell module as described above, since the operating temperature is high (around 900 to 1100 ° C.), the top plate 02, the upper tube plate 03, and the lower tube plate 04 disposed in the module main body 01. The material must be made of a heat-resistant alloy. This is because the fuel supply / discharge pipes such as the injection pipe 011 are made of ceramics, so they are fragile and need to maintain soundness over a long period of time so that they will not crack or crack even if the temperature changes. Because there is.
[0012]
Further, since the top plate 02, the upper tube plate 03, and the lower tube plate 04 have to be made thick in consideration of durability so as not to be distorted, the manufacturing cost is further improved. .
[0013]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell module in which the module structure is simplified, the number of module components is reduced, the manufacturing cost is reduced, and the output density is improved.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The invention of [Claim 1] that solves the above-described problem is to supply an oxidant gas and a fuel gas to a cell tube formed by forming a single cell membrane on the outer peripheral surface of a battery chamber under an operating temperature environment. In the cylindrical solid electrolyte fuel cell module in which electric power is obtained by electrochemical reaction of the oxidant gas and the fuel gas,
A module body surrounded by heat insulating material;
A top plate and a tube plate arranged in the module body;
A fuel chamber is formed between the top plate and the tube plate,
Comprising a reaction tube comprising a plurality of cell tubes penetrating the tube plate and facing the openings at both ends in the fuel chamber ,
The fuel chamber has a partition member that partitions the fuel gas supply side and the discharge side of the cell tube into one or a plurality, and supplies fuel from the fuel gas inlet end of one or a plurality of cell tubes. In addition, the fuel gas discharged from the outlet end of the fuel gas of the one or more cell tubes is supplied to the inlet end of the fuel gas of the next one or more cell tubes. Electricity is generated while fuel gas is continuously supplied to each cell tube .
[0016]
Invention [Claim 2], in claim 1, the cell tube Ri U-shaped der, the reaction tube is characterized by having a continuously folded structure above the battery compartment.
The invention of [Claim 3] is characterized in that, in Claim 2, the unit cell film is also formed on a U-shaped tube portion of the cell tube.
[0017]
According to the invention of [Claim 4], the oxidant gas and the fuel gas are supplied to a cell tube formed by forming a single cell membrane on the outer peripheral surface of the battery chamber under an operating temperature environment, thereby In a cylindrical solid electrolyte fuel cell module in which electric power is obtained by electrochemical reaction with fuel gas,
A module body surrounded by heat insulating material;
A top plate and a tube plate arranged in the module body;
A fuel chamber is formed between the top plate and the tube plate,
A plurality of cell tubes are provided so as to pass through the tube plate and face the opening at one end in the fuel chamber, and the opening at the other end of the plurality of cell tubes is connected by a communication member,
The fuel chamber has a partition member that partitions the fuel gas supply side and the discharge side of the cell tube into one or a plurality, and supplies fuel from the fuel gas inlet end of one or a plurality of cell tubes. Then, the fuel gas discharged from the outlet end of the fuel gas of one or a plurality of cell tubes connected via the communication member is supplied to the inlet end of the fuel gas of the next one or a plurality of cell tubes. It supplies, and it produces electric power, supplying fuel gas to each said cell tube sequentially sequentially .
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the fuel cell module according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these embodiments.
[0019]
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell module, and FIG. 2 is a schematic view of a U-shaped cell tube disposed in the module.
As shown in FIG. 1, in the fuel cell module according to the present embodiment, a fuel cell (for example, hydrogen) and an oxidant gas (for example, air) are formed into a single cell membrane on the outer peripheral surface in a battery chamber under an operating temperature environment. A cylindrical solid electrolyte fuel cell module in which electric power is obtained by electrochemically reacting the oxidant gas and the fuel gas by supplying the membrane cell tube, and the module is surrounded by a heat insulating material A main body 10, a top plate 11 and a tube plate 12 disposed in the module main body 10, a fuel chamber 13 configured between the top plate 11 and the tube plate 12, and the tube plate 12, A reaction tube comprising a plurality of cell tubes 15 provided so as to face the openings 15a and 15b at both ends in the fuel chamber 13, a fuel introduction tube 16 for introducing the fuel 20 from one end side of the module body 10, and others End The fuel discharge pipe 17 for discharging the unreacted fuel 21, the partition member 18 for partitioning the supply side and the discharge side of the fuel gas 20 to be supplied, and the air 22 from one end side provided on the lower end side of the module body 10. An air introduction pipe 19 to be introduced and an air exhaust pipe 20 for exhausting the exhaust air 23 from the other end side are provided.
In the present invention, the supplied fuel is continuously supplied without using the fuel injection pipe for supplying the fuel into the cell tube as in the prior art.
[0020]
In FIG. 1, for the sake of explanation, two cell tubes are used, but a plurality of cell tubes are appropriately arranged in the module main body 11 so as to reach a predetermined power generation level.
[0021]
Here, the fuel chamber 13 uses both the function of supplying the fuel into the cell tube and the function of discharging the fuel from the cell tube.
In the present invention, the fuel supply side refers to the side in which the fuel is circulated from above into the fuel chamber 13 and reacts in the reaction tube, and the fuel discharge side refers to the fuel in the fuel chamber 13 from below and reacts in the reaction tube. The side to be made.
[0022]
In the fuel chamber 13, a fuel introduction pipe 16 that connects the fuel chamber 13 and the outside of the module body 10 is connected. Inside the fuel introduction pipe 16, a fuel discharge pipe 17 for discharging unreacted fuel 21 from the final end of the continuously formed reaction pipe is provided as an inner pipe.
In the case where hydrogen of the fuel gas is supplied by a reforming reaction, a catalyst (for example, a Ni-based catalyst) may be provided in the fuel introduction pipe 16.
[0023]
Hereinafter, the module structure of the present embodiment will be described in detail.
A cell tube 15 formed by forming a cell membrane (not shown) on the outer peripheral surface of the tube plate 12 is positioned so that both end openings 15a and 15b face the fuel chamber 13, and on the lower side. The U-shaped tube 15c is supported so as to be positioned in the battery chamber 11a.
[0024]
The first opening 15a on the fuel supply end side of the cell tube 15 is electrically connected to the outside of the module body 10 via a nickel collecting felt 25a and a conductive rod 25b electrically connected to the unit cell membrane (positive electrode). Side).
On the other hand, a current collecting connector 26 that is electrically connected to the unit cell membrane is attached to an opening of the cell tube 15 through which the fuel is discharged and supplied. The cell tube 15 and the current collecting connector 26 are connected in series.
The last opening 15b on the fuel discharge end side of the cell tube 15 is electrically connected to the outside of the module main body 10 through a nickel current collecting felt 25a and a conductive rod 25b electrically connected to the unit cell membrane. (Negative electrode side) is connected.
[0025]
A porous ceramic partition plate 27 is provided in the lower part of the battery chamber 10 a of the module body 10. An air preheating chamber 28 that communicates with the battery chamber 10 a through the partition plate 27 is provided below the partition plate 27.
An air supply pipe 19 that communicates with the outside of the module body 10 is connected to the air preheating chamber 28. Further, one end side of the air discharge pipe 20 is located inside the battery chamber 10 a of the module body 10. The other end side of the air discharge pipe 20 is located outside the module main body 10, and the middle part is disposed so as to pass through the inside of the air preheating chamber 28 to exchange heat.
[0026]
The partition member 18 that divides the supply side and the discharge side of the fuel gas 20 to be supplied is for continuously supplying the fuel 20 to be supplied into the reaction tube formed continuously. The next cell tube is sequentially supplied.
[0027]
FIG. 2 is a schematic view of the cell tube 15.
As shown in FIG. 2, the cell tube 15 includes a base tube 31, a fuel electrode 32 provided on the surface of the base tube 31, an oxygen ion electric electrolyte 33 provided on the surface of the fuel electrode 32, and the electrolyte An air electrode 34 provided on the surface of 33 is used as a unit cell film 35, which is formed with an interconnector 36 interposed therebetween.
A lead film 37 is provided on the final interconnector 36 on the lower end side of the cell tube 15. A confidential airtight film 39 is formed outside the lead film 37.
A U-shaped tube 40 is joined to the other end of the base tube 31 by a joint 41.
The U-shaped tube 40 is made of the same material as that of the above-mentioned base tube or a material having a current collecting property, and a current collecting film 42 made of the same material as the interconnector 36 and an airtight film 43 for keeping airtightness are formed on the outside. .
[0028]
Note that the cell membrane 35 may be formed on the U-shaped tube to improve the power generation density.
[0029]
Next, the operation of the cylindrical solid electrolyte fuel cell module having such a structure will be described.
[0030]
The inside of the battery chamber 10 a of the module body 10 is heated to an operating temperature (about 900 to 1000 ° C.), and a fuel gas 20 such as hydrogen is supplied from the fuel introduction pipe 16 and air 22 that is an oxidant gas is supplied from the air supply pipe 19. Supply.
The fuel gas 20 supplied through the fuel introduction pipe 16 flows into the cell tube 15 from the opening 15 a that opens to the fuel chamber 13.
The fuel gas that has flowed into the cell tube 15 is used for reaction, discharged from the opening 15b at the other end, and flows into the cell tube 15 through the adjacent opening 15a.
The fuel gas supplied to the final cell tube is discharged from the discharge pipe 17 to the outside.
In addition, the fuel gas 20 to be supplied is preheated by this double tube structure.
[0031]
When hydrogen is generated by arranging a catalyst in the fuel introduction pipe 16 to reform the fuel gas, a gas such as methane or propane can be used as the introduced gas.
[0032]
When the fuel 20 passes through the porous base tube of the cell tube 15 and is supplied to a single cell membrane (not shown), and the air (oxygen) 22 contacts the single cell membrane, the single cell membrane becomes hydrogen and air ( Oxygen) is reacted electrochemically to generate electric power, and the electric power is sent to the outside through the current collecting member 25a and the conductive rod 25b.
[0033]
The exhausted air 23 after being used for power generation is exhausted to the outside through the air exhaust pipe 24.
[0034]
According to the present embodiment, the fuel or air injection pipe, which is essential for the cell tube of the conventional cylindrical fuel cell, is not required, and the module component can be saved in labor.
In addition, as a result of this labor saving, the number of seal parts and current collecting parts is halved.
In addition, an expensive support tube plate having high temperature resistance for supporting the fuel or air injection tube is not required, and the production cost of the module is reduced.
In addition, since the injection tube and the cell tube had a double structure in the past, the tube sheet was thickened to prevent contact due to the occurrence of distortion, but the present invention simply eliminates the need for an injection tube. Since it suffices to support the cell tube on the tube sheet, the thickness of the tube sheet can be made thinner than before.
Furthermore, since the mounting density of the cell tube can be improved, the output density of the entire module can be improved.
[0035]
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
3 is a schematic perspective view of the fuel cell module, FIG. 4 is a view as viewed from the arrow A, FIG. 5 is a view as viewed from the arrow B, FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. It is the schematic of the cell tube arranged.
In the first embodiment described above, the lower end side of the cell tube is connected by a U-shaped tube to form a continuous reaction tube. In this embodiment, instead of using a U-shaped tube, a fuel communication member is provided to provide fuel. Gas is continuously supplied. In this embodiment, the module structure is omitted.
[0036]
As shown in FIGS. 3 to 5, in the present embodiment, a top plate 11 and a tube plate 12 are disposed in a module body (not shown), and the space between the top plate 11 and the tube plate 12 is provided. A fuel chamber 13 is provided.
The tube plate 12 includes a plurality of cell tubes 50 that pass through the tube plate 12 and face the openings 50a and 50b at both ends in the fuel chamber 13, and fastening means such as a pressing ring 51a and a nut 51b. 51 is provided.
A dense sealing member 53 such as zirconia is provided around the cell tube 50 via an airtight bonding film 52.
[0037]
In this embodiment, the unit is composed of three supply-side cell tubes 50 that react while supplying fuel downward, and three discharge-side cell tubes 50 that react while supplying fuel upward. Although a plurality of units are installed in the module body, the present invention is not limited to this.
[0038]
A partition member 18 that divides the supplied fuel gas 20 into a supply side and a discharge side is suspended from the top plate 11 between the top plate 11 and the tube plate 12 in the fuel chamber 13. A seal member 55 is provided on the side to partition the fuel supply side and the fuel discharge side.
[0039]
A heat insulating material 56 is provided inside the battery chamber 10a to maintain the high temperature state of the battery chamber.
[0040]
Further, a seal cap 57 is provided on the lower end side of the cell tube 50 so as to integrally communicate the adjacent cell tubes 50, 50 on the lower end side.
[0041]
At the lower end of the cell tube 50 in the seal cap 57, a current collecting rod 58 is arranged at the center and a porous conductive current collecting member 60 having a plurality of fuel passage holes 59 together with the Ni current collecting member 61. It is installed.
The current collecting rods 58 are electrically connected by the conductive rods 62 disposed on the seal cap 57.
Further, a porous sealing member 63 such as zirconia is provided through a confidential bonding film 52 in order to seal the adjacent cell tubes 50, 50.
In addition, the current collection cap 60 is provided in the upper end side of cell tubes 50 and 50, and it collects electricity.
[0042]
FIG. 7 is a schematic view of the cell tube 50.
As shown in FIG. 7, the cell tube 50 includes a base tube 31, a fuel electrode 32 provided on the surface of the base tube 31, an oxygen ion electric electrolyte 33 provided on the surface of the fuel electrode 32, and the electrolyte The air electrode 34 provided on the surface 33 is used as a unit cell film 35, which is formed in a horizontal stripe pattern with an interconnector 36 interposed therebetween.
A lead film 37 is provided on the final interconnector 36 on the lower end side of the cell tube 50. An airtight film 43 that maintains airtightness is formed on the outer peripheral side of the lead film 37, and a current collecting film 42 that is electrically connected to the lead film 37 is formed on the inner side of the end of the base tube 31. ing.
[0043]
Next, the operation of the cylindrical solid electrolyte fuel cell module having such a structure will be described.
[0044]
The fuel gas 20 supplied from a fuel supply pipe (not shown) flows into the cell tube 50 from the opening 50 a that opens to the fuel chamber 13.
The fuel gas that has flowed into the cell tube 50 is used for the reaction, and the fuel that has reached the lower end of the cell tube 50 is folded back within the seal cap 52 and ascends within the cell tube 50 to enter the fuel chamber 13 from the opening 50b. To be discharged. Next, the cells are sequentially supplied into the cell tubes 50 on the downstream side into the adjacent cell tubes 50 and used for power generation.
Then, the unreacted fuel gas supplied to the final cell tube 50 is discharged to the outside through the discharge pipe.
[0045]
According to the present embodiment, the fuel or air injection pipe, which is essential for the cell tube of the conventional cylindrical fuel cell, is not required, and the module component can be saved in labor.
In addition, as a result of this labor saving, the number of seal parts and current collecting parts is halved.
In addition, an expensive support tube plate having high temperature resistance for supporting the fuel or air injection tube is not required, and the production cost of the module is reduced.
In addition, unlike the first embodiment, a cylindrical cell tube that is currently used can be used without joining a U-shaped tube.
Conventionally, since the injection tube and the cell tube had a double structure, the tube plate was made thick to prevent contact due to the occurrence of distortion. Therefore, the thickness of the tube sheet can be made thinner than before.
Furthermore, since the mounting density of the cell tube can be improved, the output density of the entire module can be improved.
[0046]
In the present invention, the fuel supply is made in the cell tube and the air supply is made outside the cell tube. However, the present invention is not limited to this, and the air supply is made in the cell tube and the fuel supply is made outside the cell tube. It is good also as a structure of.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention of [Claim 1], the oxidant gas and the fuel gas are supplied to the cell tube formed by forming the unit cell film on the outer peripheral surface of the battery chamber under the operating temperature environment. Thus, in the cylindrical solid electrolyte fuel cell module in which electric power is obtained by electrochemical reaction of the oxidant gas and the fuel gas, the module main body surrounded by a heat insulating material, and the module main body are arranged in the module main body. And a plurality of cell tubes provided between the top plate and the tube plate as a fuel chamber, penetrating the tube plate, and facing the openings at both ends in the fuel chamber. Since the reaction tube is provided, the fuel or air injection tube, which is essential for the cell tube of the conventional cylindrical fuel cell, is not required, and the labor of the module component can be saved. In addition, as a result of this labor saving, the number of seal parts and current collecting parts is halved. In addition, an expensive support tube plate having high temperature resistance for supporting the fuel or air injection tube is not required, and the production cost of the module is reduced. Furthermore, since the mounting density of the cell tube can be improved, the output density of the entire module can be improved.
The fuel chamber has a partition member for partitioning the fuel gas supply side and the discharge side of the cell tube into one or a plurality of fuel cells, and fuel is supplied from the fuel gas inlet end of the one or more cell tubes. And the fuel gas discharged from the outlet end of the fuel gas of the one or more cell tubes is supplied to the inlet end of the fuel gas of the next one or more cell tubes. Since power generation is performed while continuously supplying fuel gas to each of the cell tubes, the mounting density of the cell tubes can be improved, so that the output density of the entire module can be improved. Further, the fuel to be supplied in the continuously formed reaction tube can be continuously supplied by sequentially supplying the discharged fuel into the next cell tube.
[0049]
[Claim 2] The invention of [Claim 2] is that, according to Claim 1, the cell tube is U-shaped, and the reaction tube has a continuously folded structure in the battery chamber. A fuel or air injection pipe, which is essential in the cell tube, is no longer necessary, and the module component can be saved. In addition , the invention of [Claim 3] is the U. The power density of the entire module can be improved by forming a power generation film on the tube portion.
[0050]
According to the invention of [Claim 4], the oxidant gas and the fuel gas are supplied to a cell tube formed by forming a single cell membrane on the outer peripheral surface of the battery chamber under an operating temperature environment, thereby In a cylindrical solid electrolyte fuel cell module in which electric power is obtained by electrochemical reaction with fuel gas,
A module body surrounded by heat insulating material;
A top plate and a tube plate arranged in the module body;
A fuel chamber is formed between the top plate and the tube plate,
A plurality of cell tubes are provided so as to pass through the tube plate and face the opening at one end in the fuel chamber, and the opening at the other end of the plurality of cell tubes is connected by a communication member,
The fuel chamber has a partition member that partitions the fuel gas supply side and the discharge side of the cell tube into one or a plurality, and supplies fuel from the fuel gas inlet end of one or a plurality of cell tubes. Then, the fuel gas discharged from the outlet end of the fuel gas of one or a plurality of cell tubes connected via the communication member is supplied to the inlet end of the fuel gas of the next one or a plurality of cell tubes. Since the fuel gas is supplied and sequentially generated while continuously supplying the fuel gas to each of the cell tubes , the currently used cylindrical tube cell tube can be used without joining the U-shaped tube. Moreover, the packing density of the cell tube can be improved as compared with the U-shaped tube, and the output density of the entire module can be improved. Further, the fuel to be supplied into the continuously formed reaction tube can be continuously supplied by sequentially supplying the discharged fuel into the next cell tube.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell module according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic view of a U-shaped cell tube disposed in a module.
FIG. 3 is a schematic perspective view of a fuel cell module.
4 is a view as seen from an arrow A in FIG. 3;
5 is a view taken in the direction of arrow B in FIG. 3;
6 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
FIG. 7 is a schematic view of a cell tube.
FIG. 8 is a schematic view of a conventional fuel cell module.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Module main body 11 Top plate 12 Tube plate 13 Fuel chamber 15a, 15b Opening part 15 Cell tube 16 Fuel introduction pipe 17 Fuel discharge pipe 18 Partition member 19 Air introduction pipe 20 Fuel 21 Unreacted fuel 22 Air 23 Exhaust air 24 Air discharge Tube 25a Current collecting felt 25b Conductive rod 26 Current collecting connector 27 Partition plate 28 Air preheating chamber 50a, 50b Opening 50 Cell tube 52 Airtight bonding film 53 Seal member 55 Seal member 57 Seal cap 58 Current collecting rod 59 Fuel passage hole 60 Sealing member 61 Ni current collecting member 62 Conductive rod 63 Sealing member 31 Base tube 32 Fuel electrode 33 Electrolyte 34 Air electrode 35 Interconnector 37 Lead film 39 Airtight film 40 U-shaped pipe 41 Joint 42 Current collecting film 43 Airtight film

Claims (4)

酸化剤ガスと燃料ガスとを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、
断熱材で包囲されたモジュール本体と、
該モジュール本体内に配された天板及び管板と、
上記天板と管板との間を燃料室とし、
上記管板を貫通し、上記燃料室内に両端の開口部を臨むように設けた複数のセルチューブからなる反応管とを具備してなり、
上記燃料室内において上記セルチューブの燃料ガスの供給側と排出側とを一本又は複数本ごとに仕切る仕切り部材を有し、一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端から燃料を供給すると共に、該一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの出口端から排出された燃料ガスを、次の一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端へ供給して、順次、上記各セルチューブへ燃料ガスを連続的に供給しつつ発電することを特徴とする円筒型固体電解質燃料電池モジュール。
The oxidant gas and the fuel gas are electrochemically reacted by supplying the oxidant gas and the fuel gas to a cell tube formed with a single cell membrane on the outer peripheral surface of the battery chamber under the operating temperature environment. In the cylindrical solid electrolyte fuel cell module which is made to obtain electric power,
A module body surrounded by heat insulating material;
A top plate and a tube plate arranged in the module body;
A fuel chamber is formed between the top plate and the tube plate,
Comprising a reaction tube comprising a plurality of cell tubes penetrating the tube plate and facing the openings at both ends in the fuel chamber ,
The fuel chamber has a partition member that partitions the fuel gas supply side and the discharge side of the cell tube into one or a plurality, and supplies fuel from the fuel gas inlet end of one or a plurality of cell tubes. In addition, the fuel gas discharged from the outlet end of the fuel gas of the one or more cell tubes is supplied to the inlet end of the fuel gas of the next one or more cell tubes. A cylindrical solid electrolyte fuel cell module that generates electricity while continuously supplying fuel gas to each cell tube .
請求項1において、上記セルチューブがU字型であり、上記反応管は上記電池室内で連続的に折り返した構造を有することを特徴とする燃料電池モジュール。2. The fuel cell module according to claim 1, wherein the cell tube is U-shaped, and the reaction tube has a structure that is continuously folded in the battery chamber. 請求項2において、上記セルチューブにおけるU字管部分にも上記単電池膜が形成されていることを特徴とする燃料電池モジュール。3. The fuel cell module according to claim 2, wherein the unit cell membrane is also formed on a U-shaped tube portion of the cell tube. 酸化剤ガスと燃料ガスとを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、
断熱材で包囲されたモジュール本体と、
該モジュール本体内に配された天板及び管板と、
上記天板と管板との間を燃料室とし、
上記管板を貫通し、上記燃料室内に一端の開口部を臨むように複数のセルチューブを設けると共に、該複数のセルチューブの他端の開口部を連通部材で連結し、
上記燃料室内において上記セルチューブの燃料ガスの供給側と排出側とを一本又は複数本ごとに仕切る仕切り部材を有し、一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端から燃料を供給し、上記連通部材を介して連結された一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの出口端から排出された燃料ガスを、次の一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端へ供給して、順次、上記各セルチューブへ燃料ガスを連続的に供給しつつ発電することを特徴とする円筒型固体電解質燃料電池モジュール。
The oxidant gas and the fuel gas are electrochemically reacted by supplying the oxidant gas and the fuel gas to a cell tube formed with a single cell membrane on the outer peripheral surface of the battery chamber under the operating temperature environment. In the cylindrical solid electrolyte fuel cell module which is made to obtain electric power,
A module body surrounded by heat insulating material;
A top plate and a tube plate arranged in the module body;
A fuel chamber is formed between the top plate and the tube plate,
A plurality of cell tubes are provided so as to pass through the tube plate and face the opening at one end in the fuel chamber, and the opening at the other end of the plurality of cell tubes is connected by a communication member,
The fuel chamber has a partition member that partitions the fuel gas supply side and the discharge side of the cell tube into one or a plurality, and supplies fuel from the fuel gas inlet end of one or a plurality of cell tubes. Then, the fuel gas discharged from the outlet end of the fuel gas of one or a plurality of cell tubes connected via the communication member is supplied to the inlet end of the fuel gas of the next one or a plurality of cell tubes. A cylindrical solid electrolyte fuel cell module that generates power while supplying and sequentially supplying fuel gas to each of the cell tubes .
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