JP3796182B2 - Fuel cell - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の燃料電池セルが集合したセルスタックを収納容器内に収納してなる燃料電池に関するものである。
【0002】
【従来技術】
次世代エネルギーとして、近年、燃料電池セルのスタックを収納容器内に収納した燃料電池が種々提案されている。
【0003】
固体電解質型燃料電池は、複数の燃料電池セルからなるセルスタックを収納容器内に収納して構成されており、発電はセルスタックに酸素含有ガス及び燃料ガスを供給して600〜1000℃程度の高温で行われていた。
【0004】
しかしながら、固体電解質を用いた燃料電池は作動温度が600〜1000℃と高いため、この温度まで燃料電池セルを加熱する必要があり、実質的に発電するまでの時間が長いという問題があった。このような問題を解決するため、従来、収納容器の外部に酸素含有ガス(空気)を予熱する予熱器を設け、この予熱器で酸素含有ガスを加熱した後、セルスタックに供給し、これによりセルを加熱し、起動時間を短縮させることが提案されている。
【0005】
また、発電に用いられなかった燃料ガスと酸素含有ガスを燃焼させ、この高温の燃焼ガスを収納容器外部まで配管により引き回し、酸素含有ガスを収納容器内部に供給するための配管に沿わせて熱交換を行い、燃焼ガスを用いて酸素含有ガスを予熱することが提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記種々の方法によれば、通常運転時には収納容器内が高温となるが、この熱は、一般にガスにより外部に放出されたり、収納容器を介して外部に放出され、収納容器内の熱の有効利用が十分ではなかった。
【0007】
また、上記方法は、燃料電池の起動時に、加熱した酸素含有ガスをセルスタックに導入し、加熱した酸素含有ガスにより燃料電池セルを加熱するもので、セルの加熱効率が低く、未だ起動に時間がかかるという問題があった。
【0008】
本発明は、熱を有効利用できる燃料電池を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池は、複数の燃料電池セルが集合したセルスタックを収納容器内に収納してなり、前記セルスタックに酸素含有ガス及び燃料ガスを供給して発電する燃料電池において、前記収納容器内に、前記セルスタックに隣接して設けられ、前記セルスタックから導出された余剰の酸素含有ガス及び燃料ガスが燃焼して燃焼ガスが発生する燃焼室と、該燃焼室に隣設して設けられ、前記燃焼室からの燃焼ガス及び酸素含有ガスが導入されて熱交換する熱交換部と、前記燃焼室を挿通し、前記熱交換部で加熱された酸素含有ガスを前記セルスタックに供給する酸素含有ガス供給管とを設けてなるとともに、前記セルスタック及び前記燃焼室の側方における前記収納容器の内側の側壁に、外部から供給される酸素含有ガスの側壁流通路を設け、該側壁流通路内の酸素含有ガスが前記熱交換部を介して前記セルスタックに供給されることを特徴とする。
【0010】
このような燃料電池では、外部からの酸素含有ガスが、側壁流通路を介してセルスタックに供給されるため、通常運転時には、セルスタックの熱により側壁流通路の酸素含有ガスが加熱され、この加熱された酸素含有ガスがセルスタックに供給され、収納容器内で発生する熱を有効利用して発電効率を高めることができる。
【0011】
一方、起動時には、側壁流通路内にある程度(例えば600℃)予熱された酸素含有ガスを供給することにより、側壁流通路の側方に設けられたセルスタックの燃料電池セルを加熱できるとともに、側壁流通路の予熱された酸素含有ガスが、例えば、酸素含有ガス供給管を介してセルスタックの燃料電池セルに導入され、燃料電池セルを酸素含有ガスにより加熱することができ、酸素含有ガスの熱を有効利用して起動を迅速に行うことができる。
【0012】
また、本発明では、セルスタックに隣接して設けられ、前記セルスタックから導出された余剰の酸素含有ガス及び燃料ガスが燃焼して燃焼ガスが発生する燃焼室と、該燃焼室に隣設して設けられ、前記燃焼室からの燃焼ガス及び側壁流通路の酸素含有ガスが導入されて熱交換する熱交換部と、前記燃焼室を挿通し、前記熱交換部で加熱された酸素含有ガスを前記セルスタックに供給する複数の酸素含有ガス供給管とを、収納容器内に設けてなることを特徴とする。
【0013】
このような燃料電池では、セルスタックにおいて発電に用いられなかった余剰の燃料ガスと酸素含有ガスが燃焼室内に導入され、この燃焼室中で反応して燃焼し、この燃焼ガス及び側壁流通路内の酸素含有ガスを熱交換部に導入し、この熱交換部で燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換し、酸素含有ガスを加熱することができ、この加熱された酸素含有ガスを酸素含有ガス供給管でセルスタックに供給することにより、発電効率を向上でき、また起動時には、燃料電池セル温度を発電する温度まで急速に加熱でき、実質的に発電するまでの起動時間を短縮できる。
【0014】
さらに、酸素含有ガス供給管が燃焼室を挿通しているため、熱交換部で加熱された酸素含有ガスをさらに加熱できる。
【0015】
また、収納容器内で、燃焼ガスと酸素含有ガスとを熱交換できるため小型化でき、しかも燃焼ガスを有効利用できるとともに、高温の燃焼ガスを収納容器内の熱交換部に直接導入できるため、燃焼ガス温度の低下を最小限に抑制し、簡単な構造で酸素含有ガスの加熱を効果的に行うことができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の燃料電池の一形態を示すもので、符号31は断熱構造を有する収納容器を示している。この収納容器31の内部には、複数の燃料電池セル33が集合したセルスタック35と、このセルスタック35の上方に隣接した燃焼室37と、この燃焼室37を挿通する酸素含有ガス供給管39と、燃焼室37の上方に設けられた熱交換部41が設けられている。
【0020】
収納容器31は、耐熱性金属からなる枠体31aと、この枠体31aの内面に設けられた断熱材31bとから構成されている。
【0021】
セルスタック35は、例えば、図2に示すように、複数の燃料電池セル33を3列に整列させ、隣設した2列の最外部の燃料電池セル33の電極同士が導電部材42で接続され、これにより3列に整列した複数の燃料電池セル33が電気的に直列に接続している。
【0022】
具体的に説明すると、燃料電池セル33は断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状であり、その内部には複数の燃料ガス通路34が形成されている。この燃料電池セル33は、断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状の多孔質な金属を主成分とする燃料側電極33aの外面に、緻密質な固体電解質33b、多孔質な導電性セラミックスからなる酸素側電極33cを順次積層し、酸素側電極33cと反対側の燃料側電極33aの外面にインターコネクタ33dを形成して構成されており、燃料側電極33aが支持体となっている。
【0023】
一方の燃料電池セル33と他方の燃料電池セル33との間には、金属フェルト及び/又は金属板からなる集電部材43を介在させ、一方の燃料電池セル33の燃料側電極33aを、該燃料側電極33aに設けられたインターコネクタ33d、集電部材43を介して他方の燃料電池セル33の酸素側電極33cに電気的に接続して、セルスタック35が構成されている。
【0024】
複数の燃料電池セル33の上下端部は、図1に示したように支持部材45、47に支持固定され、これによりセルスタック35が構成されている。支持部材45、47は、収納容器31を上下方向に仕切る隔壁の役割を兼ねており、支持部材45、47間において、燃料側電極33a、固体電解質33b、酸素側電極33cが重畳した部分が発電する部分であり、支持部材45、47間が発電室49とされている。
【0025】
燃料側電極33a、固体電解質33b、酸素側電極33cが重畳した部分は、発電室49の中央部に存在し、燃料電池セル33の両端部には、固体電解質33bの上面に酸素側電極33cが形成されていない領域が形成されており、燃料電池セル33の両端部は発電に寄与していない。この酸素側電極33cが形成されていない燃料電池セル33の両端部が支持部材45、47に支持固定されている。また、緻密な固体電解質33bにより、発電室49内における固体電解質33bの内外のガス混合を防止している。
【0026】
セルスタック35の下方には、燃料ガスをセルスタック35に供給するための燃料ガス供給管51が設けられ、この燃料ガス供給管51には、燃料ガスを燃料電池セル33のそれぞれの燃料ガス通路34に供給する分岐管52が形成されている。
【0027】
また、燃料ガス供給管51の下方には燃料電池セルを直接加熱するためのバーナー用ガス供給管53が配置されており、このバーナー用ガス供給管53には、発電室49で燃焼するための複数のセル加熱用バーナ55が設けられている。
【0028】
セル加熱用バーナ55の先端部は支持部材47に固定されている。発電室49には、起動時にセル加熱用バーナ55から噴出されるガスに着火するため着火源(図示せず)が設けられている。
【0029】
図3にセル加熱用バーナ55及びその近傍を拡大して記載する。この図3に示すように、支持部材47近傍の固体電解質33b上には酸素側電極33cが形成されておらず、代わりにガラスからなる断熱層56が形成されている。この断熱層56はセル加熱用バーナ55から噴出されるガスの燃焼領域F(破線で示す)の側方に形成されている。
【0030】
断熱層56はガラス以外にセラミックから構成されていても良いが、密着性が良好という点からガラスを用いることが望ましい。また、断熱層56は、セル加熱用バーナ55の燃焼による影響を最小限にするような範囲で形成されている。
【0031】
また、図1に示したように、燃焼室37を挿通する酸素含有ガス供給管39は支持部材45を挿通し、その先端部が発電室49の下部であって燃料電池セル33間に位置している。発電で用いられなかった余剰の酸素含有ガスは、支持部材45に設けられた余剰ガス噴出孔57から燃焼室37内に噴出するように構成されている。燃焼室37においても、起動時に着火するための着火源が設けられている。
【0032】
熱交換部41は、熱交換器41aと、燃焼室37を介してセルスタック35に対向して設けられた酸素含有ガス収容室41bとから構成されている。
【0033】
熱交換器41aは、図4に示すように、平板61と波板63を交互に積層したプレートフィン型構造とされており、酸素含有ガス収容室41bと連通する通路を形成する波板63aは、図4(b)に示すように形成され、また、燃焼ガスの排出用の通路を形成する波板63bは、図4(c)に示すように形成されている。
【0034】
燃焼ガスは、図1に一点鎖線で示したように熱交換器41aの下部側面から導入され、熱交換器41aの上方へ排出され、一方、酸素含有ガスは、図1に破線で示したように熱交換器41aの上部側面から導入され、熱交換器41aの下方へ導かれ、酸素含有ガス収容室41b内に導入される。
【0035】
酸素含有ガス収容室41bは、図5に示すように、熱交換器41aの酸素含有ガスが導入される側の端面、即ちセルスタック側端面に設けられており、波板63aの各通路を通過した酸素含有ガスが一旦収容されるようになっている。
【0036】
酸素含有ガス収容室41bには、複数の酸素含有ガス供給管39の一端が開口し、連通している。
【0037】
また、図1に示したように、酸素含有ガス収容室41bの側面と断熱材31bとの間、即ち酸素含有ガス収容室41bの周囲は、燃焼室37中の燃焼ガスを熱交換器41aに導入する燃焼ガス導入口71とされている。この燃焼ガス導入口71を介して燃焼ガスが熱交換器41aの波板63bの通路へ導出される。
【0038】
そして、本発明の燃料電池では、セルスタック35の側方における収納容器31の側壁に、外部からの酸素含有ガスの側壁流通路73が設けられている。
【0039】
即ち、収納容器31の断熱材31bの内部には、図1及び図6に示すように、セルスタック35、燃焼室37、酸素含有ガス収容室41bの周りを取り囲むように、環状の側壁流通路73が形成され、この側壁流通路73には、断熱材31b内に形成された2本の配管75が接続され、これらの配管75により酸素含有ガスが熱交換器41aの上部まで導かれる。
【0040】
尚、側壁流通路73は、セルスタック35の周りに環状に形成する必要はなく、例えば、セルスタック35の周りの一部にのみ形成しても良いが、セルスタック35との間で均一に熱の授受を行うという点から全周に形成されていることが望ましい。
【0041】
また、側壁流通路73は、セルスタック35の側方のみに形成されていても良いが、側壁流通路73の酸素含有ガスを燃焼ガスにより加熱するという点から、図1に示したように、燃焼ガスが熱交換器41aに導出される位置まで延設されていることが望ましい。
【0042】
また、燃料ガス供給管51の近傍には、側壁流通路73に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス管77が設けられている。
【0043】
以上のように構成された燃料電池では、外部からの酸素含有ガス(例えば空気)を酸素含有ガス管77を介して熱交換器41aに導入し、酸素含有ガス収容室41bに導入し、酸素含有ガス供給管39を介して発電室49のセル間に噴出させるとともに、燃料ガス(例えば水素)を燃料ガス供給管51を介して燃料電池セル33の燃料ガス通路34内に供給し、発電室49におけるセル33において発電させる。
【0044】
発電に用いられなかった余剰の燃料ガスは燃料ガス通路34の上端から燃焼室37内に噴出し、発電に用いれらなかった余剰の酸素含有ガスは、余剰ガス噴出孔57から燃焼室37内に噴出し、余剰の燃料ガスと余剰の酸素含有ガスを反応させて燃焼させ、燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスが燃焼ガス導入口71を介して熱交換器41aに導出され、熱交換器41aの上端から排出される。
【0045】
そして、本発明の燃料電池では、セルスタック35の側方における収納容器31の側壁に、外部から供給される酸素含有ガスの側壁流通路73を設けたので、収納容器31内が高温となった通常運転時には、側壁流通路73内の酸素含有ガスが加熱され、この加熱された酸素含有ガスが配管75を介して熱交換器41aに供給され、酸素含有ガス供給管39を介してセルスタック35に導入されるため、収納容器31内で発生した熱を有効利用して発電効率を向上できる。
【0046】
また、燃料電池の起動時には、ある程度予熱された酸素含有ガスを、外部から酸素含有ガス管77を介して側壁流通路73内に供給することにより、この側壁流通路73に隣接して設けられているセルスタック35の燃料電池セル33を、側壁流通路73内の予熱された酸素含有ガスにより加熱することができ、起動を迅速に行うことができる。尚、起動後、通常運転となった場合には、収納容器31外部での予熱を停止することができる。
【0047】
また、側壁流通路73は、セルスタック35の側方だけでなく、燃焼室37、酸素含有ガス収容室41bの側方、即ち燃焼ガスが熱交換器41aに導出される位置まで延設されているため、側壁流通路73の酸素含有ガスを燃焼ガスにより加熱することができ、より加熱された酸素含有ガスを熱交換器41aに導入することができ、これにより発電室49内へより高温の酸素含有ガスを供給することができる。
【0048】
さらに、側壁流通路73は、セルスタック35、燃焼室37、酸素含有ガス収容室41bの周りを取り囲むように環状に形成されているため、酸素含有ガスとセルスタック35の燃料電池セル33との間で均一な熱の授受を行うことができる。また、側壁流通路73が、燃焼ガスが熱交換器41aに導出される位置まで延設されているため、側壁流通路73内の酸素含有ガスを燃焼ガスで効率よく加熱することができる。
【0049】
即ち、本発明の酸素含有ガスの熱授受について説明すると、例えば、起動時には、酸素含有ガスをある程度の温度まで予熱し、この予熱された酸素含有ガスが酸素含有ガス管77で側壁流通路73内に供給され、この側壁流通路73の内方の燃料電池セル33を加熱する。
【0050】
この結果、側壁流通路73の酸素含有ガス温度は少々低下するが、燃焼室37の側方において燃焼ガスにより加熱され、この加熱された酸素含有ガスが配管75を介して熱交換器41aに導入され、この熱交換器41aでさらに加熱され、発電室49内に供給される。
【0051】
そして、収納容器31内が高温となり、通常運転となった場合には、外部での酸素含有ガスの予熱を停止し、室温の酸素含有ガスが側壁流通路73に供給され、ここで、セルスタック35からの熱、及び燃焼室37からの熱が、側壁流通路73の酸素含有ガスに伝達され、酸素含有ガスが加熱される。この後、側壁流通路73の酸素含有ガスが熱交換部41を介して発電室49内に供給される。従って、酸素含有ガスの供給経路が最適に設計されているため、熱の授受が最適となり、発電効率を向上できるとともに、迅速な起動を行うことができる。
【0052】
また、側壁流通路73内への酸素含有ガスの供給を、燃料ガス供給管51、バーナー用ガス供給管53の近傍に設けられた酸素含有ガス管77で行うため、外部からのガスの供給を一個所で行うことができ、コンパクトな燃料電池を提供できる。
【0053】
また、本発明の燃料電池では、燃料電池セル33近傍にセル加熱用バーナ55を設けたので、燃料電池の起動時には、着火源によりセル加熱用バーナ55が点火され、燃料電池セル33を直接加熱することができ、燃料電池セル33を発電する温度まで急速に加熱でき、起動時間を大幅に短縮できる。
【0054】
さらに、セル加熱用バーナ55で燃料電池セル33を直接加熱したとしても、その燃焼領域Fの側方には断熱層56が形成されているため、燃料電池セル33への影響を殆どなくすことができる。さらに、燃料電池セル33の外面には酸素側電極33cが形成されているため、セル加熱用バーナ55を燃焼させたとしても、酸素側電極33cの酸化を心配する必要がない。
【0055】
また、発電に寄与しなかった余剰の燃料ガスと酸素含有ガスが燃焼室37内に導入され、この燃焼室37中で反応して燃焼し、この燃焼ガス及び外部の酸素含有ガスを熱交換器41aに導入し、この熱交換器41aで燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換させ、起動時に酸素含有ガスを予熱することができ、また、酸素含有ガス供給管39が燃焼室37を挿通することにより、燃焼ガスにより酸素含有ガス供給管39内の酸素含有ガスをさらに加熱することができるため、加熱した酸素含有ガスにより燃料電池セル33を間接的に加熱して実質的に発電するまでの起動時間をさらに短縮できる。
【0056】
さらに、セルスタック35の上部に燃焼室37、酸素含有ガス収容室41b、熱交換器41aが隣接して形成されているため、燃焼室37で燃焼した高温の燃焼ガスを、配管等を用いることなく熱交換器41aに直接導入でき、簡単な構造で酸素含有ガスの予熱効率を大きくできる。
【0057】
また、収納容器31内で、燃焼ガスと酸素含有ガスとを熱交換できるため、酸素含有ガスの予熱を行うためのバーナーを収納容器31内に別途設ける必要がなく、小型にでき、しかも燃焼ガスを有効利用できる。
【0058】
さらに、熱交換器41aに酸素含有ガス収容室41bを設けたので、熱交換器41aと酸素含有ガス供給管39との接続を酸素含有ガス収容室41bを介して行うことができ、熱交換器41aからの酸素含有ガスを発電室49内に確実に供給できる。
【0059】
尚、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記形態では、図2に示したような楕円柱状で複数の燃料ガス通路34を有する燃料電池セル33を用いてセルスタックを構成した例について説明したが、燃料電池セルは円筒状で、燃料ガス通路が一つであっても良く、燃料電池セルの形状は特に限定されるものではない。
【0060】
また、熱交換器41aとしてプレートフィン型を用いたが、本発明ではこれに限定されるものではなく、それ以外の熱交換器を用いても良いことは勿論である。
【0061】
さらに、上記した側壁流通路73に、酸素含有ガスを迂回させながら流通させる邪魔板を設けることにより、側壁流通路73内の酸素含有ガスと、セルスタック、燃焼ガスとの熱交換効率をさらに向上できる。
【0062】
また、側壁流通路73を、セルスタック35、燃焼室37の周りに螺旋状に形成することにより、側壁流通路73内の酸素含有ガスと、セルスタック、燃焼ガスとの熱交換効率をさらに向上できる。
【0063】
【発明の効果】
本発明の燃料電池では、セルスタックの側方における収納容器の側壁に、外部からの酸素含有ガスの側壁流通路を設けたので、外部からの酸素含有ガスが、側壁流通路を介してセルスタックに供給されるため、通常運転時には、セルスタックの熱により側壁流通路内の酸素含有ガスが加熱され、この加熱された酸素含有ガスがセルスタックに供給され、収納容器内で発生する熱を有効利用して発電効率を高めることができる。
【0064】
一方、燃料電池の起動時には、側壁流通路内に、ある程度予熱された酸素含有ガスを供給することにより、側壁流通路の側方に設けられたセルスタックの燃料電池セルを加熱できるとともに、側壁流通路の予熱された酸素含有ガスが、例えば、酸素含有ガス供給管を介してセルスタックの燃料電池セルに導入され、燃料電池セルを酸素含有ガスにより加熱することができ、起動を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池を示す縦断面図である。
【図2】図1のセルスタックを示す横断面図である。
【図3】燃料電池セル近傍にセル加熱用バーナを設けた状態を示す断面図である。
【図4】図1の熱交換器の概念を説明するための図であり、(a)は熱交換器の斜視図、(b)は酸素含有ガスの通路を形成するための波板を示す斜視図、(c)は燃焼ガスの通路を形成するための波板を示す斜視図である。
【図5】本発明の熱交換部を説明するための斜視図である。
【図6】セルスタック及びその近傍の横断面図である。
【符号の説明】
31・・・収納容器
33・・・燃料電池セル
35・・・セルスタック
37・・・燃焼室
39・・・酸素含有ガス供給管
41・・・熱交換部
51・・・燃料ガス供給管
55・・・セル加熱用バーナ
73・・・側壁流通路
77・・・酸素含有ガス管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell in which a cell stack in which a plurality of fuel cells are gathered is stored in a storage container.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various types of fuel cells in which a stack of fuel cells is stored in a storage container have been proposed as next-generation energy.
[0003]
A solid oxide fuel cell is configured by storing a cell stack composed of a plurality of fuel cells in a storage container. Power generation is performed by supplying an oxygen-containing gas and a fuel gas to the cell stack at about 600 to 1000 ° C. It was done at high temperature.
[0004]
However, since a fuel cell using a solid electrolyte has a high operating temperature of 600 to 1000 ° C., it is necessary to heat the fuel cell up to this temperature, and there is a problem that it takes a long time to substantially generate power. In order to solve such problems, conventionally, a preheater for preheating oxygen-containing gas (air) is provided outside the storage container, and the oxygen-containing gas is heated by the preheater and then supplied to the cell stack. It has been proposed to heat the cell and shorten the startup time.
[0005]
In addition, the fuel gas and oxygen-containing gas that were not used for power generation are combusted, this high-temperature combustion gas is routed to the outside of the storage container by piping, and heat is supplied along the piping for supplying the oxygen-containing gas to the inside of the storage container. It has been proposed to perform the exchange and preheat the oxygen-containing gas using the combustion gas.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the various methods described above, the inside of the storage container becomes hot during normal operation, but this heat is generally released to the outside by gas, or is released to the outside through the storage container, so that the heat in the storage container is The effective use of was not enough.
[0007]
In the above method, when the fuel cell is started, a heated oxygen-containing gas is introduced into the cell stack, and the fuel cell is heated by the heated oxygen-containing gas. The heating efficiency of the cell is low, and it still takes time to start up. There was a problem that it took.
[0008]
An object of the present invention is to provide a fuel cell that can effectively use heat.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The fuel cell of the present invention is made by housing a cell stack in which a plurality of fuel cells are assembled in the housing container, a fuel cell which generates power by supplying an oxygen-containing gas and fuel gas in the cell stack, the receiving container A combustion chamber provided adjacent to the cell stack, in which surplus oxygen-containing gas and fuel gas derived from the cell stack are combusted to generate combustion gas, and provided adjacent to the combustion chamber. A heat exchange unit that introduces combustion gas and oxygen-containing gas from the combustion chamber and exchanges heat, and an oxygen-containing gas heated by the heat exchange unit through the combustion chamber is supplied to the cell stack. together formed by providing an oxygen-containing gas supply pipe, the inside of the side wall of the container at a side of the cell stack and the combustion chamber, provided with side walls passage of the oxygen-containing gas supplied from the outside Oxygen-containing gas of the side wall flow passage via the heat exchanger, characterized in that it is supplied to the cell stack.
[0010]
In such a fuel cell, the oxygen-containing gas from the outside is supplied to the cell stack through the side wall flow passage. Therefore, during normal operation, the oxygen-containing gas in the side wall flow passage is heated by the heat of the cell stack. The heated oxygen-containing gas is supplied to the cell stack, and the power generation efficiency can be increased by effectively using the heat generated in the storage container.
[0011]
On the other hand, at the time of start-up, by supplying oxygen-containing gas preheated to some extent (for example, 600 ° C.) into the side wall flow passage, the fuel cell of the cell stack provided on the side of the side wall flow passage can be heated and The preheated oxygen-containing gas in the flow passage is introduced into the fuel cell of the cell stack via, for example, an oxygen-containing gas supply pipe, and the fuel cell can be heated by the oxygen-containing gas. It is possible to start up quickly by effectively using.
[0012]
Further, in the present invention, a combustion chamber provided adjacent to the cell stack, in which surplus oxygen-containing gas and fuel gas derived from the cell stack are combusted to generate combustion gas, and adjacent to the combustion chamber. A heat exchange part for introducing and exchanging heat by introducing combustion gas from the combustion chamber and oxygen-containing gas in the side wall passage, and oxygen-containing gas heated by the heat exchange part through the combustion chamber. A plurality of oxygen-containing gas supply pipes supplied to the cell stack are provided in a storage container.
[0013]
In such a fuel cell, surplus fuel gas and oxygen-containing gas that have not been used for power generation in the cell stack are introduced into the combustion chamber and reacted and burned in the combustion chamber. The oxygen-containing gas is introduced into the heat exchanging portion, and the heat exchanging portion exchanges heat between the combustion gas and the oxygen-containing gas, thereby heating the oxygen-containing gas. By supplying the contained gas supply pipe to the cell stack, the power generation efficiency can be improved, and at the time of start-up, the fuel cell temperature can be rapidly heated to the power generation temperature, and the start-up time until power generation can be substantially shortened.
[0014]
Furthermore, since the oxygen-containing gas supply pipe passes through the combustion chamber, the oxygen-containing gas heated in the heat exchange unit can be further heated.
[0015]
In addition, since the combustion gas and the oxygen-containing gas can be heat-exchanged in the storage container, it can be downsized, and the combustion gas can be used effectively, and the high-temperature combustion gas can be directly introduced into the heat exchange part in the storage container. The reduction of the combustion gas temperature can be minimized, and the oxygen-containing gas can be heated effectively with a simple structure.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of a fuel cell according to the present invention.
[0020]
The
[0021]
In the
[0022]
More specifically, the
[0023]
A current collecting
[0024]
As shown in FIG. 1, the upper and lower ends of the plurality of
[0025]
The portion where the
[0026]
A fuel
[0027]
A burner
[0028]
The tip of the
[0029]
FIG. 3 shows an enlarged view of the
[0030]
The
[0031]
Further, as shown in FIG. 1, the oxygen-containing
[0032]
The
[0033]
As shown in FIG. 4, the
[0034]
The combustion gas is introduced from the lower side surface of the
[0035]
As shown in FIG. 5, the oxygen-containing
[0036]
One ends of a plurality of oxygen-containing
[0037]
Further, as shown in FIG. 1, the combustion gas in the
[0038]
In the fuel cell of the present invention, the side
[0039]
That is, in the
[0040]
The
[0041]
Further, the side
[0042]
An oxygen-containing
[0043]
In the fuel cell configured as described above, an oxygen-containing gas (for example, air) from the outside is introduced into the
[0044]
Excess fuel gas that has not been used for power generation is jetted into the
[0045]
In the fuel cell of the present invention, since the side
[0046]
Further, when the fuel cell is started, oxygen-containing gas preheated to some extent is supplied from the outside into the side
[0047]
Further, the side
[0048]
Further, since the side
[0049]
That is, the heat transfer of the oxygen-containing gas according to the present invention will be described. For example, at startup, the oxygen-containing gas is preheated to a certain temperature, and the preheated oxygen-containing gas is passed through the side
[0050]
As a result, the temperature of the oxygen-containing gas in the side
[0051]
Then, when the inside of the
[0052]
Further, since the oxygen-containing gas is supplied into the side
[0053]
In the fuel cell of the present invention, since the
[0054]
Further, even if the
[0055]
In addition, surplus fuel gas and oxygen-containing gas that did not contribute to power generation are introduced into the
[0056]
Further, since the
[0057]
In addition, since the combustion gas and the oxygen-containing gas can be heat-exchanged in the
[0058]
Further, since the oxygen-containing
[0059]
In addition, this invention is not limited to the said form, A various change is possible in the range which does not change the summary of invention. For example, in the above embodiment, the example in which the cell stack is configured using the
[0060]
Moreover, although the plate fin type | mold was used as the
[0061]
Furthermore, by providing a baffle plate for circulating the oxygen-containing gas while bypassing the side
[0062]
Further, by forming the side
[0063]
【The invention's effect】
In the fuel cell of the present invention, the side wall flow passage for the oxygen-containing gas from the outside is provided on the side wall of the storage container on the side of the cell stack, so that the oxygen-containing gas from the outside passes through the side wall flow passage. Therefore, during normal operation, the oxygen-containing gas in the side wall flow passage is heated by the heat of the cell stack, and this heated oxygen-containing gas is supplied to the cell stack to effectively use the heat generated in the storage container. It can be used to increase power generation efficiency.
[0064]
On the other hand, when starting the fuel cell, by supplying oxygen-containing gas preheated to some extent into the side wall flow passage, the fuel cell of the cell stack provided on the side of the side wall flow passage can be heated and the side wall circulation The preheated oxygen-containing gas of the road is introduced into the fuel cell of the cell stack via, for example, an oxygen-containing gas supply pipe, and the fuel cell can be heated by the oxygen-containing gas, so that the start-up can be performed quickly. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a fuel cell of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing the cell stack of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a cell heating burner is provided in the vicinity of a fuel cell.
4A and 4B are views for explaining the concept of the heat exchanger of FIG. 1, wherein FIG. 4A is a perspective view of the heat exchanger, and FIG. 4B is a corrugated plate for forming a passage for oxygen-containing gas. A perspective view and (c) are perspective views showing a corrugated plate for forming a passage of combustion gas.
FIG. 5 is a perspective view for explaining a heat exchanging portion of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the cell stack and its vicinity.
[Explanation of symbols]
31 ...
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