JP5063048B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池 Download PDF

Info

Publication number
JP5063048B2
JP5063048B2 JP2006205105A JP2006205105A JP5063048B2 JP 5063048 B2 JP5063048 B2 JP 5063048B2 JP 2006205105 A JP2006205105 A JP 2006205105A JP 2006205105 A JP2006205105 A JP 2006205105A JP 5063048 B2 JP5063048 B2 JP 5063048B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell stack
reformer
gas
heat transfer
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006205105A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2008034205A (ja
Inventor
成門 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2006205105A priority Critical patent/JP5063048B2/ja
Publication of JP2008034205A publication Critical patent/JP2008034205A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5063048B2 publication Critical patent/JP5063048B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、複数の燃料電池セルを電気的に接続してなるセルスタックと、該セルスタックと所定間隔を置いて設けられた改質器とを具備する燃料電池に関する。
図15は、従来の固体酸化物形燃料電池100の典型例を示す概略断面図である(特許文献1、2等)。
発電室111を内包する略直方体の金属製ケーシング110の4側面ないしは2側面に、熱交換器120a、120bが配置されている。発電室111内には、例えば燃料電池セルを一列に配列したセルスタック80が4列と、それらの上方にそれぞれ配置された改質器71と、セルスタック80をそれぞれ装着したマニホールド72とが設けられている。マニホールド72は燃料ガスケースである。発電室111の上には酸素含有ガス室140が配置され、酸素含有ガス室140から発電室111内に複数の酸素含有ガス導入管141が垂下し、それぞれセルスタック間に配置されている。マニホールド72と下壁との間、並びに発電室111と熱交換器120a、120bとの間には、断熱材61、62が配置される。図示しないが、ケーシング110の外側にも適宜断熱材が配置され、さらにこれら全体が適宜の筐体に収容されて燃料電池組立体を構成する。
酸素含有室140の底板142は、熱交換器120a、120b及び発電室111の上面に載置固定され、この底板142の周縁はケーシング110の外方にフランジ状に突出している。底板142のフランジ部分はガスシールのためにケーシング110と溶接されている。酸素含有室140の側面及び上面を形成する部材は、この底板142の上に載置固定され、複数の酸素含有ガス導入管141はこの底板142に取り付けられている。
図15において、酸素含有ガス(例えば、空気)は外部から取り入れられ、ケーシング110の下壁から熱交換器120a、120bの酸素含有ガス流路(外側流路)に入り、下方から上方へ通過して酸素含有ガス室140へと流入する(白矢印)。一方、図示しない被改質ガス供給管により外部から被改質ガス(例えば都市ガス等の炭化水素ガス)が改質器71に供給され、改質触媒により水素リッチな燃料ガスに改質されて図示しない配管を通してマニホールド72へ送られる。
そして、酸素含有ガス導入管141により供給される酸素含有ガスと、マニホールド72から供給される燃料ガスを利用してセルスタック80において発電反応が生じ、図示しない出力手段により電流が出力される。発電反応後の排ガスは、発電室111の上部から熱交換器120a、120bの排ガス流路(内側流路)に入り、上方から下方へと通過してケーシング110の下壁から流出する(黒矢印)。熱交換器120a、120b内では酸素含有ガス流路と排ガス流路とが隣接することにより熱交換が行われ、排ガスの熱により酸素含有ガスが予熱される。
斯かる燃料電池100において発電が行われる際には発電室111内は700〜1000℃程度の高温に保持される。
特開2005−123014号公報 特開2005−158526号公報
図15に示すような従来の燃料電池100の改質器71では、改質効率の向上の観点から、一般に吸熱反応である水蒸気改質が行われるため、改質器71温度は低下する傾向にある。特に、発電効率を高めるべく負荷追従運転を行った場合、夜間等では発電量が少ないため、改質器温度が低下し、改質効率が低下するという問題があった。
本発明は、改質器の改質効率を向上できる燃料電池を提供することを目的とする。
本発明の第1の燃料電池は、複数の燃料電池セルを電気的に接続してなるセルスタックと、該セルスタックと所定間隔を置いて設けられた改質器と、該改質器に設けられ、かつ前記セルスタック側に向けて延設された伝熱板とを具備するとともに、前記伝熱板は、前記セルスタックの側面まで延設されており、前記セルスタックの側面と所定間隔を置いて対面していることを特徴とする。
このような燃料電池では、高温となるセルスタックの輻射熱を、伝熱板を介して改質器に伝導させることができ、改質器を高温に維持することができる。従って、例えば、水蒸気改質法により、温度が低下する傾向にある改質器を高温に維持することができ、改質性能を向上することができる。伝熱板の形状は、波板タイプ、フィンタイプ等の表面積を大きくする形状を用いることができる。
また、本発明の第1の燃料電池は、前記伝熱板は、前記セルスタックの側面まで延設されており、前記セルスタックの側面と所定間隔を置いて対面していることによって、セルスタックの輻射熱をより有効に吸収し、伝熱板を介して改質器に伝導させることができ、改質器を高温に維持しやすくできる。
さらに、本発明の燃料電池は、複数の前記セルスタックを有するとともに、前記伝熱板は、前記複数のセルスタックを挟むように対向して設けられていることを特徴とする。このような燃料電池では、セルスタックからの輻射熱を逃すことなくより有効に吸収することができる。
また、本発明の燃料電池は、前記セルスタックと前記改質器との間は、前記燃料電池セルに供給された燃料ガスの燃焼領域とされていることを特徴とする。
このような燃料電池では、セルスタックの輻射熱のみならず、燃料ガスの燃焼熱を伝熱板を介して改質器に伝導させることができ、改質器を高温に維持することができるとともに、セルスタックにおける温度勾配を均一化することができる。また、起動時には、燃焼熱を伝熱板を介してセルスタックへ輻射することができ、セルスタックを加熱させ、起動時間を短縮することができる。
さらに、本発明の第2の燃料電池は、前記セルスタックの上方に所定間隔を置いて前記改質器が設けられていることを特徴とする。このような燃料電池では、熱が上方に伝導することに起因して改質器温度をさらに高温に維持することができる。
また、本発明の第2の燃料電池は、前記伝熱板には、厚み方向に貫通する排ガス通路を有することを特徴とする。このよう燃料電池では、余剰の燃料ガス、酸素含有ガス、燃焼領域で発生した燃焼ガス等の排ガスが、伝熱板の排ガス通路を介して外部に排出されるため、排ガスの排出を促進できるとともに、高温の排ガスが改質器及び伝熱板に沿って流れるため、排ガスの熱を有効に改質器に伝導することができる。
また、本発明の燃料電池は、前記改質器は、前記伝熱板により前記セルスタックと所定間隔を置いて支持固定されていることを特徴とする。このような燃料電池では、伝熱板により改質器が支持固定されるため、別個に支持固定する部材を不要とすることができる。
本発明の燃料電池は、高温となるセルスタックの輻射熱を、伝熱板を介して改質器に伝導させることができ、改質器を高温に維持することができる。従って、例えば、水蒸気改質法により、温度が低下する傾向にある改質器を高温に維持することができ、改質性能を向上することができる。
本発明の固体酸化物形の燃料電池は、分散型発電用、特に0.5〜1.5kWの負荷追従運転を行う家庭用燃料電池に好適に用いられるものである。
図1は、本発明の燃料電池の一実施形態の外観斜視図である。燃料電池1は、略直方体のケーシング10を具備し、ケーシング10は発電室17を内包する。図1には示していないが、発電室17内には、複数の固体酸化物形燃料電池セルを一列に配列したセルスタックと共に、マニホールド(燃料ガスケース)及び/または改質器等からなる燃料電池セルスタック装置(この詳細については後述する)が配置される。以下、ケーシング10について、図中の両矢印で示す方向をそれぞれ前後方向、左右方向として説明する。
ケーシング10は、左側壁11、右側壁12、前側壁15及び後側壁16の4つの側壁と、上壁13及び下壁14の6つの壁部材から構成される。ケーシング10は、金属(合金)製の板または箱を成形加工することにより作製できる。前側壁15以外の壁部材は一体成型または接合されており、前側壁15のみが開閉可能である。図1では、前側壁15を開いた状態を示している。尚、図1では、前側壁15のみが開閉可能とされているが、別の実施例として、下壁14のみまたは後側壁16のみを開閉可能としてもよい。また、前後側壁の双方を開閉可能としてもよい。図1の例では、前側壁15を開いた状態で発電室17内の種々の構成要素の修理・交換等を行う。白抜き矢印はセルスタックの挿入方向を示している。前側壁15には配管用開口51が穿設されており、これを通して発電室17内に種々のガスを供給するガス供給管を設置することができる。ガス供給管は、例えば燃料ガス供給管または被改質ガス供給管であり、必要に応じて水若しくは水蒸気供給管も設置される。
左右側壁11、12の下端には、発電室17内のセルスタック周囲に供給される反応ガスの入口流路ケース21が設けられる。反応ガス入口流路ケース21は、ケーシング10の前後方向全体に亘って延在する細長い形状であり後端部に反応ガス供給管22が接続されている。反応ガスは、例えば酸素含有ガスである。さらに、各反応ガス入口流路ケース21の内側に隣接して排ガス出口流路ケース32が設けられる。排ガス出口流路ケース32もまた、ケーシング10の前後方向全体に亘って延在する細長い形状であり前端部に排ガス排出管33が接続されている。排ガスは、主に、発電に使用されなかった酸素含有ガス、燃料ガス及びこれらを燃焼した燃焼ガスからなる。
図1では、発電室17の内部全体が明示されていないが、上壁13から垂下する反応ガス導入部材40の一部が現れている。また、右側壁12(左側壁11についても同様)の内側に設置される排ガス用内壁31も現れている。排ガス用内壁31の内部に形成される排ガス流通空間は排ガス出口流路ケース32と連通している。これらについては、後に詳述する。
本発明の燃料電池は基本的に左右対称構造とすることが、安定した発電出力を得る上で好適である。
尚、以下の説明では、反応ガス供給管22から酸素含有ガスを供給し、前側壁の配管用開口51に配置されるガス供給管から燃料ガス(または燃料ガスに改質される被改質ガス)を供給する場合について説明するが、これは使用する燃料電池セルにおける酸素極と燃料極の構造に依存するものであり、別の種類の燃料電池セルでは、逆に反応ガス供給管22から燃料ガス(または被改質ガス)を供給し、配管用開口51のガス供給管から酸素含有ガスを供給する場合もある。本発明は、いずれの場合にも適用可能である。従って、反応ガスとしては、酸素含有ガスの場合も燃料ガス(または被改質ガス)の場合もある。
図2は、図1の燃料電池の前側壁15を除いたケーシング10の一部切り欠き斜視図である。ケーシングの左側壁11、右側壁12及び上壁13は、互いに所定間隔を空けて並設された外殻部材11a、12a、13aと内殻部材11b、12b、13bとにより連続的な反応ガス流通空間20を形成する中空壁である。なお、外殻部材11a、12a、13aは、1枚の板を折り曲げ成形して一体的なものとしてもよく、あるいは、3枚の板を接合して形成してもよい。内殻部材11b、12b、13bについても同様である。
図2では、外殻部材11a、12a、13aの一部を切り欠いて内殻部材11b及び13bを露出させて示している。外殻部材11a、12a、13a、内殻部材11b、12b、13bは、それぞれ左右上下方向に平行な断面形状がコ字状であり、すなわちドーム状に形成されている。よって、中空壁全体が断面コ字状すなわちドーム状となる。
さらに、左側壁11(右側壁12についても同様)における反応ガス流通空間内には、外殻部材11aと内殻部材11bとの間に横架される複数の部分的仕切り板24が上下方向に所定間隔を空けて互い違いに設けられており、これにより蛇行流路が形成されている。蛇行流路の下端は、反応ガス入口流路ケース21の上面上に位置する。この部分において、反応ガス入口流路ケース21の上壁には複数の流入スリット23が適宜穿設されている。
またさらに、上壁13の内殻部材13bには、発電室17内に垂下する反応ガス導入部材40と連通する連通孔43が穿設されている。図2には現れていないが、上壁13の中央に対して左右対称に一対の反応ガス導入部材40が設けられており、各々につき2つの連通孔43を具備するので、連通孔43は合計4つある。
図2のケーシング10について、反応ガス供給管22から供給された反応ガスの流れを説明する(白矢印)。反応ガスは、反応ガス入口流路ケース21内に入り、流入スリット23を通って反応ガス流通空間の蛇行流路に入る。そして蛇行流路を蛇行しつつ下方から上方へ上昇していく。蛇行流路の上端に達すると上壁13の反応ガス流通空間に入り、上壁13の内殻部材13bの連通孔43を通って反応ガス導入部材40内に流入し、反応ガス導入部材40の下部に設けられた導入開口42から発電室17内に放出される。
図3は、図1のX断面を概略的に示す図である。外殻部材11a、12a、13aと内殻部材11b、12b、13bとにより形成された中空壁である反応ガス流通空間20については、図2で説明した通りである(但し、反応ガス流通空間20の幅については誇張して示している。以下同様の断面図において同じ)。反応ガス導入部材40は、互いに所定間隔を空けて並設された一対の板部材41a、41bにより反応ガス導入空間44を形成しており、反応ガス導入空間44の下部において一方の板部材41aに導入開口42を設けている。図示の例では、反応ガス導入部材40が上壁中央に対して左右対称に両側にそれぞれ設けられているため、導入開口42は、一対の板部材のうち中央側の板部材41aに穿設され、発電室17の中央に向かって反応ガスを放出するようにしている。図3中、白矢印は反応ガスの流れを、黒矢印は排ガスの流れを概略的に示している。
図3に示すように、左右側壁の内殻部材11b、12bの各々の発電室17側には、所定間隔を空けて排ガス用内壁31がそれぞれ並設されている。これにより、排ガス流通空間30が形成される(但し、排ガス流通空間30の幅については誇張して示している。以下同様の断面図において同じ)。排ガス流通空間30の上部は、発電室17と連通している。排ガス流通空間30内にも、反応ガス流通空間20と同様に蛇行流路が設けられている。すなわち、左右側壁の内殻部材11b、12bの各々と排ガス用内壁31との間に横架される複数の部分的仕切り板34を上下方向に所定間隔を空けて互い違いに設けることにより蛇行流路を形成している。これについては、後述する図5において詳細に示す。
左側壁の貫通孔52は、反応ガス流通空間20及び排ガス流通空間30の双方を密閉状態に保持したまま貫通している。貫通孔52にはヒーターや温度センサを挿通し、発電室17内まで到達させることができる。貫通孔52は、左右側壁の少なくとも一方に1または複数設ければよい。例えば、必要に応じて一方の側壁に2つ設けてもよく、両側に1つずつ設けてもよい。
図3では、発電室17内に配置される構成要素の一例を概略的に点線で示している。中央には2つのセルスタック80が並置され、それらの上方に改質器71が適宜の支持手段により配置されている。各セルスタック80はマニホールド72の上面に装着され、マニホールド72の上面を通して燃料ガスがセルスタック80の各燃料電池セルの燃料極に供給される。反応ガス導入部材40と排ガス用内壁31との間及びマニホールド72と下壁14との間には適宜断熱材61、62が充填されている。
そして、本発明では、改質器71には、2枚の伝熱板82がセルスタック80側に向けて延設されており、セルスタック80の側面まで延設され、セルスタック80の側面と所定間隔Lを置いて対面している。2枚の伝熱板82は、セルスタック80と、その上方に位置する改質器71との間の燃焼領域Fを介して、2つのセルスタック80を挟むように対向して設けられている。
このような燃料電池では、高温となるセルスタック80の輻射熱、及び燃料ガスの燃焼熱を、伝熱板82を介して改質器71に伝導させることができ、改質器71を高温に維持することができる。従って、例えば、水蒸気改質法により、温度が低下する傾向にある改質器71を高温に維持することができ、改質性能を向上することができる。また、起動時には、燃焼熱を伝熱板82を介してセルスタック80へ輻射することができ、セルスタック80を加熱させ、起動時間を短縮することができる。また、伝熱板82間を酸素含有ガスの通路とすることができ、酸素含有ガス利用率を向上できる。
伝熱板82には、厚み方向に貫通する排ガス通路82aが形成されており、余剰の燃料ガス、酸素含有ガス、燃焼領域で発生した燃焼ガス等の排ガスが、伝熱板82の排ガス通路82aを介して外部に排出されるため、排ガスの排出を促進できるとともに、高温の排ガスが改質器71及び伝熱板82に沿って流れるため、排ガスの熱を有効に改質器71に伝導することができる。伝熱板82のセルスタック側には、絶縁層が形成されていることが望ましい。これにより、通常耐熱性金属等からなる伝熱板82による燃料電池セル同士の導通を阻止することができる。伝熱板82の改質器71への接合部分は、熱伝導性の良好なペーストを用いて接合することが望ましい。伝熱板82の形状は、波板タイプ、フィンタイプ等の表面積を大きくする形状を用いることができる。
ここで、燃料電池1における発電時のガスの流れを概略説明する。例えば、ガス供給管により被改質ガスを改質器71に供給し、改質触媒により改質された水素リッチな燃料ガスがマニホールド72に送られ、さらにマニホールド72からセルスタック80の燃料電池セルの燃料極に対して供給される。一方、反応ガス供給管から酸素含有ガスが供給され、反応ガス流通空間及び反応ガス導入部材を通って発電室17内(伝熱板82間)に供給され(すなわち燃料電池セルの酸素極に対して供給され)、燃料電池反応により発電が行われる。
発電に使用されなかった燃料ガス及び酸素含有ガスは、発電室17の上方に流動し、点火されて燃焼され、排ガスとなる。セルスタック80における発電に起因して、そしてまた燃料ガスと酸素含有ガスとの燃焼に起因して発電室17内は例えば700〜1000℃程度の高温になる。そして、高温の排ガスは、排ガス流通空間30へその上端から入り、蛇行流路を下降し、排出スリット35から排ガス出口流路ケース32に入り、排ガス排出管から排出される。高温の排ガスが蛇行流路を下降する一方で、隣接する反応ガス流通空間20の蛇行流路を上昇する低温の反応ガスは排ガスの熱により予熱され、熱交換が行われる。
図4(a)は、図1〜図3に示した反応ガス導入部材40を発電室外側から観た斜視図であり、図4(b)は、同じく発電室中央側から観た斜視図である。反応ガス導入部材40は一対の板部材41a、41bで挟まれた中空空間をもつ平たい箱を立てた形状であり、発電室内ではその長手方向がセルスタックの燃料電池セルの配列方向に沿うように設置される。上端には、反応ガス流通空間との連通孔43が開口している。上端中央部の凹部45は、図3を参照すると明らかな通り、排ガスが発電室中央部から排ガス流通空間へと通り抜けるための通路となるために設けられている。発電室中央側に向く面41aの下部には、反応ガスを放出するための導入開口42が適宜穿設される。従来の反応ガス導入管は一般にセラミック製であったが、反応ガス導入部材40は金属材料から作製できる。
図5(a)は、排ガス用内壁31、排ガス出口流路ケース32及び排ガス排出管33の部分について、発電室外側から観た斜視図であり、図5(b)は、同じく発電室中央側から観た斜視図である。排ガス用内壁31は平板であり、その両端には、排ガス流通空間の幅を規定する折り曲げ部31aが形成されている。これらの折り曲げ部31aの縁部は、左側壁または右側壁の内殻部材へ接合される。排ガス流通空間内には、複数の部分的仕切り板34を上下方向に所定間隔を空けて互い違いに設けることにより蛇行流路が形成されている。蛇行流路の下端は、排ガス出口流路ケース32の上面上にあり、この部分において排ガス出口流路ケース32の上壁には複数の排出スリット35が適宜穿設されている。これらの部品はいずれも金属材料から作製できる。
図5(a)中の黒矢印は、排ガスの流れを示す。排ガス流通空間の上端から流入し、蛇行流路を下降して排出スリット35を通り、排ガス出口流路ケース32内に入り、排ガス排出管33から排出される。
図6は、本発明の燃料電池の別の実施形態における、図3に相当する断面図である。本実施形態では、上壁の内殻部材13aから垂下する反応ガス導入部材40’が上壁中央位置に1つだけ設けられている。図6の反応ガス導入部材40’は、反応ガス導入空間を形成する一対の板部41a、41bの下部の双方に導入開口42a、42bが穿設されている。これにより、発電室中央から両側へ向かって反応ガスが放出される(白矢印)。尚、別の実施形態として、反応ガス導入部材40’は、その長さ方向に直線状に延びる複数の管部材を、適宜の間隔を空けて配置して設けることもできる。
図7は、図6の実施形態における反応ガス導入部材40’の外観斜視図である。この反応ガス導入部材40’は発電室中央に設けられるので、図4の実施形態とは異なり、上端に排ガス通路となる凹部を設ける必要がない。従って、反応ガス流通空間との連通孔43も1つであり、長手方向に連続的に延在する。図7では、導入開口42bは片側のみ現れているが、反対側にも同様に設けられている。導入開口42a、42bは、セルスタックのセル配列方向中央部に多く反応ガスを供給できるように、導入開口42a間、導入開口42b間の形成距離が中央部が短くなっている。これにより、より高温となりやすいセルスタック中央部を冷却することができる。
そして、この実施形態では、図3の実施形態と同様に、改質器71には、2枚の伝熱板82がセルスタック80側に向けて延設されており、セルスタック80の側面まで延設され、セルスタック80の側面と所定間隔Lを置いて対面している。2枚の伝熱板82は、セルスタック80と、その上方に位置する改質器71との間の燃焼領域を介して、2つのセルスタック80を挟むように対向して設けられている。
このような燃料電池でも、高温となるセルスタック80の輻射熱、及び燃料ガスの燃焼熱を、伝熱板82を介して改質器71に伝導させることができ、改質器71を高温に維持することができる。また、起動時には、燃焼熱を伝熱板82を介してセルスタック80へ輻射することができ、セルスタック80を加熱させ、起動時間を短縮することができる。また、伝熱板82間を酸素含有ガスの通路とすることができ、酸素含有ガス利用率を向上できる。
伝熱板82には、厚み方向に貫通する排ガス通路82aが形成されており、余剰の燃料ガス、酸素含有ガス、燃焼領域で発生した燃焼ガス等の排ガスが、伝熱板82の排ガス通路82aを介して外部に排出されるため、排ガスの排出を促進できるとともに、高温の排ガスが改質器71及び伝熱板82に沿って流れるため、排ガスの熱を有効に改質器71に伝導することができる。伝熱板82のセルスタック側には、絶縁層が形成されていることが望ましい。これにより、通常耐熱性金属等からなる伝熱板82による燃料電池セル同士の導通を阻止することができる。
図8は、本発明の燃料電池のさらに別の実施形態の外観斜視図である。図9は、図8のY断面を概略的に示す図である。図1に示した実施形態との相違点は、ケーシング10の下壁部分に排ガス出口貯留室36と、反応ガス入口貯留室26とを設けたことである。排ガス出口貯留室36は発電室17の直下に設けられ、その左右両側において左右側壁に設けられた排ガス流通空間30とそれぞれ連通する。また、前端部に排ガス排出管33が接続されている。
反応ガス入口貯留室26は、排ガス出口貯留室36の直下に設けられ、その左右両側において左右側壁の設けられた反応ガス流通空間20とそれぞれ連通する。また、その後端部に反応ガス供給管22が接続されている。白矢印で反応ガスの流れを示すように、反応ガス供給管22から供給された反応ガスは、一旦、反応ガス入口貯留室26の大空間に入った後、左右側壁の狭い反応ガス流通空間20へと入る。圧損の低い大空間から圧損の高い小空間へ流れ込むことにより均一な流れが確保される。この効果により、本実施形態では蛇行流路を省くことが可能となる(もちろん、任意に設けてもよい)。また、反応ガス入口貯留室26は排ガス出口貯留室36の大空間の直下に設けられるため反応ガスが高温の排ガスから熱を与えられ、予熱された状態で左右側壁の反応ガス流通空間20を上昇することとなり両側壁における熱損失が低減される。
その他の点については、図1〜図5に示した実施形態と同様である。左右側壁の反応ガス流通空間20を上昇した反応ガスは、上壁の内殻部材13aに穿設された連通孔から反応ガス導入部材40に流入し、その下部の導入開口42から発電室17内に放出される。
そして、この実施形態でも、図3に示したように、改質器71には、2枚の伝熱板82がセルスタック80側に向けて延設されている。
図10は、本発明による燃料電池のさらに別の実施形態の外観斜視図である。前後方向及び左右方向については図1と同様とする。図10では、ケーシング10の前側壁(図示せず)を開け、内部に収容されている燃料電池セルスタック装置2を前方に取り出した状態を示している。尚、図10では、燃料電池セルスタック装置を理解し易くするため、伝熱板の記載は省略した。
図11は、図10の燃料電池についての図9に相当する断面図である(ただし、燃料電池セルスタック装置を収容した状態で示している)。
図11に示すケーシング10は、図9に示した実施形態の変形形態であり、下壁部分に、中央で分離された2つの排ガス出口貯留室36a、36bと、2つの反応ガス入口貯留室26a、26bとがそれぞれ設けられている。
左側の排ガス出口貯留室36aは、左側壁の排ガス流通空間30と連通し、右側の排ガス出口貯留室36bは、右側壁の排ガス流通空間30と連通する。各排ガス出口貯留室36a、36bの後端部に排ガス排出管33がそれぞれ接続されている。
また、左側の反応ガス入口貯留室26aは、左側壁の反応ガス流通空間20と連通し、右側の反応ガス入口貯留室26bは、右側壁の反応ガス流通空間20と連通する。各反応ガス出口貯留室26a、26bの前端部に反応ガス供給管22がそれぞれ接続されている。
図11のケーシング10は、その他の点については図6に示した実施形態と同様である。左右側壁の反応ガス流通空間20を上昇した反応ガスは、上壁の内殻部材13aに穿設された連通孔から反応ガス導入部材40に流入し、その下部から発電室17内に放出される。
そして、この実施形態では、図3の実施形態と同様に、改質器71には、2枚の伝熱板82がセルスタック80側に向けて延設されており、セルスタック80の側面まで延設され、セルスタック80の側面と所定間隔Lを置いて対面している。2枚の伝熱板82は、セルスタック80と、その上方に位置する改質器71との間の燃焼領域を介して、2つのセルスタック80を挟むように対向して設けられている。さらに、この実施形態では、2枚の伝熱板82は、マニホールド72まで延設され、例えば、伝熱板82の下端部がL形状に折曲されマニホールド72にねじ等により固定されている。従って、改質器71は、伝熱板82により、セルスタック80と所定間隔を置いた状態でマニホールド72に支持固定されている。
このような燃料電池でも、高温となるセルスタック80の輻射熱、及び燃料ガスの燃焼熱を、伝熱板82を介して改質器71に伝導させることができ、改質器71を高温に維持することができる。また、起動時には、燃焼熱を伝熱板82を介してセルスタック80へ輻射することができ、セルスタック80を加熱させ、起動時間を短縮することができる。また、伝熱板82間を酸素含有ガスの通路とすることができ、酸素含有ガス利用率を向上できる。さらに、伝熱板82により改質器71が支持固定されるため、別個に支持固定する部材を不要とすることができる。
伝熱板82には、厚み方向に貫通する排ガス通路82aが形成されており、余剰の燃料ガス、酸素含有ガス、燃焼領域で発生した燃焼ガス等の排ガスが、伝熱板82の排ガス通路82aを介して外部に排出されるため、排ガスの排出を促進できるとともに、高温の排ガスが改質器71及び伝熱板82に沿って流れるため、排ガスの熱を有効に改質器71に伝導することができる。伝熱板82のセルスタック側には、絶縁層が形成されていることが望ましい。これにより、通常耐熱性金属等からなる伝熱板82による燃料電池セル同士の導通を阻止することができる。
次に、本発明の燃料電池における燃料電池セルスタック装置について説明する。
再び図10を参照すると、ケーシング10内に収容される燃料電池セルスタック装置2は、複数の燃料電池セル81を一列に配列したセルスタック80a、80bを有する。これら2つのセルスタック80a、80bは、セル配列方向を平行として並置され、マニホールド72上に固定されている。マニホールド72は、その内部空間に燃料ガスを収容する燃料ガスケースである。セルスタック80a、80bのセル配列方向の端部には電流取り出し部材91aが設けられ、前方に延びている。
改質器71は、セルスタック80a、80bの上方に配置され、被改質ガス供給管71a及び水供給管71bが後端部に連結されている。また、改質器71の後端部近傍からは、マニホールド71へ向かって燃料ガス送出管71cが延び、マニホールド71の上面に接続されている。改質器71の前端部からは温度センサ71dが挿入されている。
次に、図12を参照して改質器71について説明する。
図12は、図10に示した改質器71の概略的な横断面図である。改質器71は、前後方向に長く延びる略直方体形状の第1ケース71fと第2ケース71hとを互いに平行に配置させて形成される。さらに、双方のケースの前端部同士は、中空の連結部71gにより連結されており、内部空間は連通している。よって、改質器71の全体形状は略U字状である。
ここで図10を再び参照すると、第1ケース71fはセルスタック80aの上方に、第2ケース71hはセルスタック80bの上方に位置しており、セルスタックからの排熱を改質器71の温度保持のために有効利用できる。また、図10に示す通り、ケーシング10の上壁から垂下する反応ガス導入部材40は、発電室17内において、第1ケース71fと第2ケース71hの間の空間を通るように配置される。なお、改質器71に接続または挿入されるガス供給管やセンサは、ケーシング10内部から外部へ延びている。ケーシング10にはこれらのガス供給管やセンサを挿通させるための孔が適宜設けられている。
図12を参照すると、第1ケース71fの後端部へは被改質ガス供給管71aと水供給管71bとが接続され、これらにより被改質ガス及び水がそれぞれ供給される。被改質ガスは、都市ガス等の炭化水素ガスでよい。水は、精製された純水である。被改質ガスは第1ケース71fに流入し、気化室71f1から混合室71f2へと流れる。一方、水供給管71bは第1ケース71fの気化室71f1内に深く延びており、その先端から水が流出して気化室71f2内で蒸気となり、混合室71f2へと流れる。なお、気化室71f1と混合室71f2とは、通気性のある壁で分離されている。
そして、ジルコニア球が充填された混合室71f2において被改質ガスと蒸気とが混合される。混合されたガスは連結部71gを通り第2ケース71hへ入る。第2ケース71h内には改質触媒71h1が充填されている。ここで水蒸気改質反応が行われ、炭化水素ガスが水素に転化することにより水素リッチな燃料ガスが得られる。燃料ガスは、第2ケース71hの後端部近傍の下面に接続された燃料ガス送出管71cへと送り出される。また、燃料ガスの一部は、第2ケース71hの後端部に接続されたサンプル管71eから取り出されて分析され、そのデータは発電条件の制御のために用いられる。
第1ケース71f及び第2ケース71hのそれぞれ温度検出のために、改質器71の前端部から一対のセンサ71dが挿入配置されている。
尚、上記形態では、伝熱板82は、セルスタック80の側面まで延設した形態について説明したが、本発明では、図13(a)に示すように、改質器71とセルスタック80の間(燃焼領域F)だけ、伝熱板82を設けても良い。この場合であっても、燃焼領域の排ガスの熱を改質器71に有効に伝導させることができる。
また、上記形態では、セルスタック80の両側に対向するように、伝熱板82を設けたが、図13(b)に示すように、セルスタック80の片側にのみ設けても熱を改質器71に伝導させることができる。さらに、セルスタック80を囲むように、伝熱板82を設けることにより、さらに熱を改質器71に伝導させることができる。
さらに、上記形態では、セルスタック80の上方に改質器71を設けた形態について説明したが、図14に示すように、セルスタック80の側方に改質器71を設けた場合にも、本発明を適用できる。即ち、セルスタック80の上方に余剰の燃料ガス、酸素含有ガス、燃焼ガスが排出されるが、図14(a)は、改質器71に伝熱板82がセルスタックの上部に沿うように横方向に延設され、(b)は、改質器71に伝熱板82がセルスタックの上方の燃焼領域に沿うように横方向に延設され、(c)は、改質器71に伝熱板82がセルスタックの上方の燃焼領域、セルスタック全体に沿うように横方向に延設され、(d)は、改質器71に伝熱板82がセルスタックの下部に沿うように横方向に延設されている。このような燃料電池でも、熱を改質器71に伝導させることができる。
また、上記形態では、余剰の燃料ガスが燃焼する場合について説明したが、燃焼しない場合であっても、上記と同様の効果を有することができる。
本発明の燃料電池の一実施形態の外観斜視図である 図1の燃料電池の前壁を除いたケーシングの一部切り欠き斜視図である。 (a)は、図1のX断面を概略的に示す図であり、(b−1)は伝熱板の配置状態を示す概念図、(b−2)は(b−1)の側面図である。 (a)は、反応ガス導入部材の一方の側から観た斜視図であり、(b)は、同じく他方の側から観た斜視図である。 (a)は、排ガス用内壁、排ガス出口流路ケース及び排ガス排出管の部分について、発電室の外側に向く側から観た斜視図であり、(b)は、同じく発電室の中央側から観た斜視図である。 (a)は、本発明の燃料電池の別の実施形態における、図3(a)に相当する断面図であり、(b−1)は伝熱板の配置状態を示す概念図、(b−2)は(b−1)の側面図である。 図6の実施形態における反応ガス導入部材の外観斜視図である。 本発明の燃料電池のさらに別の実施形態の外観斜視図である。 図8のY断面を概略的に示す図である。 本発明の燃料電池のさらに別の実施形態の外観斜視図である。 (a)は、図10の燃料電池についての図9に相当する断面図であり、(b−1)は伝熱板の配置状態を示す概念図、(b−2)は(b−1)の側面図である。 図10に示した改質器の概略的な横断面図である。 (a)は、伝熱板を燃焼領域の両側に設けた場合の概念図であり、(b)は伝熱板をセルスタックの片側にのみ設けた場合の概念図である。 (a)〜(d)は、改質器をセルスタックの側方に設けた場合の概念図である。 従来の燃料電池モジュールの典型例を示す概略断面図である。
符号の説明
1 燃料電池
81 燃料電池セル
80 セルスタック
71 改質器
82 伝熱板
82a 排ガス通路

Claims (5)

  1. 複数の燃料電池セルを電気的に接続してなるセルスタックと、該セルスタックと所定間隔を置いて設けられた改質器と、該改質器に設けられ、かつ前記セルスタック側に向けて延設された伝熱板とを具備するとともに、前記伝熱板は、前記セルスタックの側面まで延設されており、前記セルスタックの側面と所定間隔を置いて対面していることを特徴とする燃料電池。
  2. 複数の前記セルスタックを有するとともに、前記伝熱板は、前記複数のセルスタックを挟むように対向して設けられていることを特徴とする請求項記載の燃料電池。
  3. 前記セルスタックと前記改質器との間は、前記燃料電池セルに供給された燃料ガスの燃焼領域とされていることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池。
  4. 複数の燃料電池セルを電気的に接続してなるセルスタックと、該セルスタックと所定間隔を置いて設けられた改質器と、該改質器に設けられ、かつ前記セルスタック側に向けて延設された伝熱板とを具備するとともに、前記セルスタックの上方に所定間隔を置いて前記改質器が設けられており、前記伝熱板には、厚み方向に貫通する排ガス通路を有することを特徴とする燃料電池。
  5. 前記改質器は、前記伝熱板により前記セルスタックと所定間隔を置いて支持固定されていることを特徴とする請求項1乃至のうちいずれかに記載の燃料電池。
JP2006205105A 2006-07-27 2006-07-27 燃料電池 Expired - Fee Related JP5063048B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006205105A JP5063048B2 (ja) 2006-07-27 2006-07-27 燃料電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006205105A JP5063048B2 (ja) 2006-07-27 2006-07-27 燃料電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008034205A JP2008034205A (ja) 2008-02-14
JP5063048B2 true JP5063048B2 (ja) 2012-10-31

Family

ID=39123410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006205105A Expired - Fee Related JP5063048B2 (ja) 2006-07-27 2006-07-27 燃料電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5063048B2 (ja)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5066373B2 (ja) * 2007-02-23 2012-11-07 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 燃料電池モジュール
US8535835B2 (en) * 2008-03-26 2013-09-17 Kyocera Corporation Fuel battery module and fuel battery device
JP2009262018A (ja) * 2008-04-23 2009-11-12 Kyocera Corp 反応装置
JP5231100B2 (ja) * 2008-06-26 2013-07-10 大阪瓦斯株式会社 固体酸化物形燃料電池システム
JP5408609B2 (ja) * 2009-03-10 2014-02-05 京セラ株式会社 燃料電池
JP5512156B2 (ja) * 2009-03-24 2014-06-04 京セラ株式会社 燃料電池
JP5395488B2 (ja) * 2009-03-30 2014-01-22 アイシン精機株式会社 燃料電池装置
JP5418848B2 (ja) * 2009-07-02 2014-02-19 Toto株式会社 燃料電池
JP2011014495A (ja) * 2009-07-06 2011-01-20 Toyota Motor Corp 燃料電池モジュール
JP5376400B2 (ja) * 2009-07-07 2013-12-25 Toto株式会社 燃料電池システム
JP4725866B2 (ja) 2009-07-10 2011-07-13 Toto株式会社 燃料電池
JP2011044244A (ja) * 2009-08-19 2011-03-03 Toyota Motor Corp 燃料電池スタック装置
US20110086293A1 (en) * 2009-10-14 2011-04-14 Sang-Jun Kong Solid oxide fuel cell housing
JP5315210B2 (ja) * 2009-10-27 2013-10-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池モジュール
JP5065367B2 (ja) * 2009-12-15 2012-10-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池モジュール
JP5119234B2 (ja) * 2009-12-21 2013-01-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池モジュール
JP5551495B2 (ja) * 2010-04-02 2014-07-16 アイシン精機株式会社 燃料電池モジュール
JP5606165B2 (ja) * 2010-06-08 2014-10-15 京セラ株式会社 セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP5787143B2 (ja) * 2011-06-22 2015-09-30 Toto株式会社 固体酸化物形燃料電池装置
JP5876287B2 (ja) * 2011-12-20 2016-03-02 アイシン精機株式会社 燃料電池装置
JP6046891B2 (ja) * 2011-12-20 2016-12-21 アイシン精機株式会社 燃料電池装置
JP5867904B2 (ja) * 2012-03-15 2016-02-24 Toto株式会社 燃料電池
JP5990960B2 (ja) * 2012-03-22 2016-09-14 Toto株式会社 燃料電池ユニット
JP2013254581A (ja) * 2012-06-05 2013-12-19 Toto Ltd 燃料電池装置
JP5936967B2 (ja) * 2012-09-12 2016-06-22 ダイニチ工業株式会社 燃料電池装置
JP6169939B2 (ja) * 2013-10-08 2017-07-26 京セラ株式会社 燃料電池装置
JP6239924B2 (ja) * 2013-10-10 2017-11-29 京セラ株式会社 燃料電池装置
JP6477085B2 (ja) * 2015-03-19 2019-03-06 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
JP6489886B2 (ja) * 2015-03-19 2019-03-27 日本特殊陶業株式会社 燃料電池モジュール
JP6608669B2 (ja) * 2015-10-29 2019-11-20 株式会社東芝 燃料電池モジュールおよび燃料電池システム
JP6682904B2 (ja) * 2016-02-24 2020-04-15 アイシン精機株式会社 燃料電池モジュール

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK162245C (da) * 1989-06-19 1992-02-17 Haldor Topsoe As Braendselscellesystem
JP4991087B2 (ja) * 2003-11-26 2012-08-01 京セラ株式会社 燃料電池組立体

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008034205A (ja) 2008-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5063048B2 (ja) 燃料電池
JP4943037B2 (ja) 燃料電池モジュール
JP5137361B2 (ja) セルスタック装置及び燃料電池モジュール
JP5220097B2 (ja) 燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP2006331881A (ja) 燃料電池
JP5109252B2 (ja) 燃料電池
JP5436196B2 (ja) 発電装置
JP2008300275A (ja) 燃料電池
JP6315929B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池
JP2008300276A (ja) 燃料電池
JP4991087B2 (ja) 燃料電池組立体
JP6406704B2 (ja) 燃料電池モジュール
JP2010245049A (ja) 燃料電池組立体
JP2007026928A (ja) 燃料電池
JP2007026744A (ja) 固体電解質形燃料電池組立体
JP2010277746A (ja) セルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置
JP5907751B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池
JP2005235526A (ja) 発電装置
JP5662769B2 (ja) 燃料電池セル装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP7053323B2 (ja) 燃料電池用装置
JP4986403B2 (ja) 発電装置
JP2008147026A (ja) 固体酸化物形燃料電池
JP7138445B2 (ja) 燃料電池装置モジュールおよび燃料電池装置
JP5376402B2 (ja) 燃料電池モジュール
JP7525351B2 (ja) 燃料電池モジュール及び燃料電池装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090120

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120125

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120207

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120322

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120710

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120807

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5063048

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150817

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees