JP5299839B2 - Fuel cell module and fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池セルを有する燃料電池モジュール、及びそれを備える燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell module having fuel cells and a fuel cell including the same.
セラミックス材料を燃料電池セルに用いる固体酸化物形燃料電池は、動作温度が700〜1000℃と高く、発電する際に出る排熱が利用できるので、高効率な発電システムとして開発が進んでいる。このような固体酸化物形燃料電池に用いられる固体酸化物形燃料電池モジュールは、通常、複数の燃料電池セルからなる燃料電池セル集合体が金属製の容器に収容されており、容器内において燃料電池セル集合体の電力を集電する集電部材と、この集電部材から容器の外部に電力を取り出す集電ロッドを備えている(例えば、特許文献1参照)。
上述のような固体酸化物形燃料電池モジュールにおいて、集電部材や集電ロッドは、ニッケルなどの金属材料が用いられる。また、集電ロッドは、その一端が高温となる容器内の集電部材に接続されているため、伝熱されて高温となり外部に露出している他端側では酸化劣化しやすい。そのため、集電ロッドの電気抵抗が上昇して、取り出される電力が低下する恐れがある。 In the solid oxide fuel cell module as described above, a metal material such as nickel is used for the current collecting member and the current collecting rod. In addition, since the current collecting rod is connected to a current collecting member in the container that has a high temperature at one end, it tends to be oxidized and deteriorated at the other end that is transferred to the high temperature and exposed to the outside. As a result, the electrical resistance of the current collecting rod increases, and the electric power taken out may decrease.
そこで、本発明では、容器の外部へ取り出すための集電部材の酸化劣化を防止することができる燃料電池モジュール及びそれを備える燃料電池を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell module capable of preventing the oxidative deterioration of a current collecting member to be taken out of the container, and a fuel cell including the same.
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する複数の燃料電池セルが電気的に繋げられて形成されている燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックを収容するための容器と、前記燃料電池セルにおいて発生した電力を前記容器の外部へ取り出すための第一集電部材と、前記燃料電池セルスタックと前記第一集電部材とを繋ぐものであって、前記燃料電池セルの長手方向に渡って前記燃料電池セルスタックと接続している第二集電部材と、を備える燃料電池モジュールであって、前記第一集電部材には、前記容器の内部において発生する熱が、前記容器の外側に突出した前記第一集電部材の突出部分に伝達するのを阻害するための放熱部が設けられることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell module according to the present invention comprises a fuel cell stack formed by electrically connecting a plurality of fuel cells operated by a fuel gas and an oxidant gas; A container for housing the fuel cell stack, a first current collecting member for taking out the electric power generated in the fuel cell to the outside of the container, the fuel cell stack and the first current collecting member A second current collecting member connected to the fuel cell stack over the longitudinal direction of the fuel cell, and the first current collecting member A heat dissipating part is provided for inhibiting the heat generated inside the container from being transmitted to the projecting portion of the first current collecting member projecting to the outside of the container.
本発明によれば、容器の外部へ取り出すための集電部材の酸化劣化を防止することができる燃料電池モジュール及びそれを備える燃料電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell module which can prevent the oxidation deterioration of the current collection member taken out to the exterior of a container, and a fuel cell provided with the same can be provided.
本発明を実施するための最良の形態を説明するのに先立って、本発明の作用効果について説明する。 Prior to describing the best mode for carrying out the present invention, the function and effect of the present invention will be described.
本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する複数の燃料電池セルが電気的に繋げられて形成されている燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックを収容するための容器と、前記燃料電池セルにおいて発生した電力を前記容器の外部へ取り出すための第一集電部材と、前記燃料電池セルスタックと前記第一集電部材とを繋ぐものであって、前記燃料電池セルの長手方向に渡って前記燃料電池セルスタックと接続している第二集電部材と、を備える燃料電池モジュールであって、前記第一集電部材には、前記容器の内部において発生する熱が、前記容器の外側に突出した前記第一集電部材の突出部分に伝達するのを阻害するための放熱部が設けられることを特徴とする。 A fuel cell module according to the present invention accommodates a fuel cell stack formed by electrically connecting a plurality of fuel cells operated by a fuel gas and an oxidant gas, and the fuel cell stack. A first current collecting member for taking out the electric power generated in the fuel cell to the outside of the container, the fuel cell stack and the first current collecting member, and the fuel A second current collecting member connected to the fuel cell stack over the longitudinal direction of the battery cell, wherein the first current collecting member is generated inside the container. A heat dissipating part is provided for inhibiting heat from being transmitted to the protruding portion of the first current collecting member protruding outside the container.
本発明によれば、第一集電部材には、容器の内部において発生する熱が突出部分に伝達するのを阻害するための放熱部が設けられるので、容器内において発生した熱は、第一集電部材の容器から突出している突出部分には伝達し難くなる。従って、第一集電部材が容器外において他の端子と接続している部分に熱が伝わりにくくなり、第一集電部材のその部分における酸化劣化を防止することができる。 According to the present invention, the first current collecting member is provided with the heat radiating portion for inhibiting the heat generated in the container from being transmitted to the protruding portion. It becomes difficult to transmit to the protrusion part which protrudes from the container of the current collection member. Therefore, it becomes difficult for heat to be transmitted to the part where the first current collecting member is connected to other terminals outside the container, and oxidation deterioration in that part of the first current collecting member can be prevented.
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記放熱部は、前記容器内に設けられていることも好ましい。この好ましい態様によれば、容器内において発生する熱を容器内で放熱するので、より熱源に近い部分で放熱することができ、突出部分への伝熱をより効果的に抑制できる。また、例えば、容器内における他の部材と積層する等して放熱部を設けることもできるので、容器内のスペースを有効に活用して突出部分への伝熱をより効果的に抑制できる。 In the fuel cell module according to the present invention, it is also preferable that the heat radiating portion is provided in the container. According to this preferable aspect, since the heat generated in the container is radiated in the container, the heat can be radiated in a portion closer to the heat source, and heat transfer to the protruding portion can be more effectively suppressed. In addition, for example, since the heat radiating portion can be provided by stacking with other members in the container, the heat transfer to the protruding portion can be more effectively suppressed by effectively utilizing the space in the container.
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記放熱部は、前記容器外に設けられていることも好ましい。この好ましい態様によれば、容器内において発生する熱を容器外で放熱するので、容器外の領域で放熱することができ、突出部分への伝熱をより効果的に抑制できる。また、例えば、放熱部を容器に対して絶縁しつつ熱交換が可能なように配置することで、放熱部の周囲を均熱化することができる。 In the fuel cell module according to the present invention, it is preferable that the heat dissipating part is provided outside the container. According to this preferable aspect, since the heat generated in the container is radiated outside the container, the heat can be radiated in the region outside the container, and the heat transfer to the protruding portion can be more effectively suppressed. Further, for example, by arranging the heat dissipating part so that heat exchange is possible while insulating the heat dissipating part from the container, the temperature around the heat dissipating part can be equalized.
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記放熱部は、平板状の部材によって形成されていることも好ましい。この好ましい態様によれば、放熱部が容器内にあっては、容器内における他の部材と積層する等して放熱部を設けることができるので、容器内のスペースを有効に活用して突出部分への伝熱をより効果的に抑制できる。また、放熱部が容器外にあっては、放熱部を容器に対して絶縁しつつ熱交換が可能なように、容器の外壁に沿わせて配置することで、放熱部の周囲を均熱化することができる。 In the fuel cell module according to the present invention, it is also preferable that the heat dissipating part is formed of a flat plate member. According to this preferred aspect, when the heat radiating part is in the container, the heat radiating part can be provided by laminating with other members in the container. Heat transfer to can be more effectively suppressed. In addition, if the heat radiating part is outside the container, it is placed along the outer wall of the container so that heat can be exchanged while insulating the heat radiating part from the container, so that the temperature around the heat radiating part is equalized. can do.
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記放熱部は、連続した骨格からなる三次元多孔構造を有する金属シートによって形成されていることも好ましい。この好ましい態様によれば、放熱面積を大きくすることができるため、効率的に放熱させることができ、突出部分の酸化をさらに効果的に防止することができる。 In the fuel cell module according to the present invention, it is preferable that the heat dissipating part is formed of a metal sheet having a three-dimensional porous structure having a continuous skeleton. According to this preferable aspect, since the heat radiation area can be increased, heat can be efficiently radiated, and oxidation of the protruding portion can be more effectively prevented.
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記放熱部は、前記第一集電部材の周囲に形成される空間に冷媒を流通させる熱交換器であることも好ましい。この好ましい態様によれば、冷媒の温度等を調整することで第一集電部材の温度を調整することがで、突出部分の酸化をさらに効果的に防止することができる。さらに、突出部分を酸化が防止される温度(例えば、ニッケルであれば200℃以下)よりも低温にすることもでき、作業者が接触してもやけど等のけがを防ぎ、安全性が向上する。 In the fuel cell module according to the present invention, it is also preferable that the heat dissipating part is a heat exchanger that circulates a refrigerant in a space formed around the first current collecting member. According to this preferable aspect, the temperature of the first current collecting member can be adjusted by adjusting the temperature or the like of the refrigerant, so that the oxidation of the protruding portion can be more effectively prevented. Furthermore, the protruding portion can be made at a temperature lower than the temperature at which oxidation is prevented (for example, 200 ° C. or less for nickel), and even if the operator touches it, it prevents burns and other injuries and improves safety. .
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記容器から前記第一集電部材を取り出す部分には、遮熱部が設けられることも好ましい。この好ましい態様によれば、容器内の輻射熱やガス放射熱を遮熱するため、放熱部による放熱を促進し、突出部分の酸化をさらに効果的に防止することができる。 In the fuel cell module according to the present invention, it is also preferable that a heat shield portion is provided in a portion where the first current collecting member is taken out from the container. According to this preferable aspect, since the radiant heat and gas radiant heat in the container are shielded, heat radiation by the heat radiating portion can be promoted, and oxidation of the protruding portion can be more effectively prevented.
また、本発明に係る燃料電池モジュールを備える燃料電池では、上述したような作用効果を奏する燃料電池を提供することができる。 Moreover, in a fuel cell provided with the fuel cell module according to the present invention, a fuel cell having the above-described effects can be provided.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本実施形態に係る燃料電池モジュールFCを部分的に破断した概略的な斜視図である。燃料電池モジュールFCは、燃料ガスと空気(酸化剤ガス)とを電気化学反応させることで発電するための装置として構成されている。 FIG. 1 is a schematic perspective view in which the fuel cell module FC according to this embodiment is partially broken. The fuel cell module FC is configured as a device for generating electric power by causing an electrochemical reaction between fuel gas and air (oxidant gas).
燃料電池モジュールFCは、燃料電池セル2と、スタック間集電部材3と、集合体集電部材4(第二集電部材)と、集電ロッド5(第一集電部材)と、空気ヘッダ6と、空気供給管7と、モジュール容器8(容器)と、絶縁断熱部材9と、断熱部材10とを備えている。
The fuel cell module FC includes a
燃料電池セル2は、2列×6列の12本ごとに燃料電池セルスタック(図1において明示しない)として構成され、モジュール容器8内に収められている。各燃料電池セル2は、有底筒状であって、セラミックス材料からなり筒の内側から外側に向かって空気極、固体酸化物電解質、燃料極の多層構造を形成している。燃料電池セル2の内壁すなわち空気極に空気、外壁すなわち燃料極に燃料ガスが接触すると、セル内でO2−イオンが移動して電気化学反応が起こり空気極と燃料極との間に電位差が生じで発電が行われる。燃料電池セル2が発電した電気は、スタック間集電部材3,集合体集電部材4(第二集電部材)によって集電され、集電ロッド5(第一集電部材)によって外部に取出される。
The
各燃料電池セル2に供給される空気は、空気供給管7を通って空気ヘッダ6に供給された空気が分配されて供給される。本実施形態の場合空気ヘッダ6は3つ設けられており、それぞれの空気ヘッダ6に空気供給管7が繋がれている。空気供給管7の上流側は空気の供給元に連結されている。
The air supplied to each
空気ヘッダ6は、各燃料電池セル2に供給される空気を一時的に貯留して昇温させる役割を果たすと共に、各燃料電池セル2に空気を分配する役割も果たしている。空気ヘッダ6は、各燃料電池セル2に供給する空気の流路を燃料電池セル2の数に応じて複数の系統に分配するためのものでもあるので、燃料電池セル2の数に応じてその配置数量が増減される。
The
各燃料電池セル2に供給される燃料ガスは、各燃料電池セル2の下方から供給される(詳細は後述する)。
The fuel gas supplied to each
燃料電池セル2、スタック間集電部材3、集合体集電部材4、及び空気ヘッダ6は、直方体形状のモジュール容器8に収容されている。このモジュール容器8は、運転時に高温になることから、例えば、インコネルやステンレスなどの耐熱性の合金材料により形成されている。また、燃料ガスや空気を外部に漏出させないために密閉構造となっている。モジュール容器8の内側には、燃料電池セル2とモジュール容器8とを絶縁すると共に、モジュール容器8内部を保温するための絶縁断熱部材9が設けられている。絶縁断熱部材9は、アルミナ繊維等で形成されている。モジュール容器8は更に、動作温度を安定に保つためにその全体が断熱部材10で覆われている。
The
続いて、図2を参照しながら、燃料電池セル2の配置態様について説明する。図2は、図1において空気ヘッダ6側から燃料電池セル2側を見通す方向における横断面図である。燃料電池セル集合体21は、複数の燃料電池セルスタック21a,21b,21cを備えている。各燃料電池セルスタック21a,21b,21cは、12本の燃料電池セル2を有し、それぞれの燃料電池セル2は、2列(図中x方向)×6列(図中y方向)に配置されている。
Then, the arrangement | positioning aspect of the
各燃料電池セル2は有底円筒状であって、その開口部2aを空気ヘッダ6側に向けて配置されている。各燃料電池セル2は、セル間集電部材13及び導電性のセル接続部材14を介して、電気的に2並列×6直列に接続されている。なお、燃料電池セル2は、発電容量等に応じて本数や配列が適宜選択される。
Each
各燃料電池セルスタック21a,21b,21cは、所定の間隔を置いて3列(図中x方向)に配置されており、36本の燃料電池セル2を有する燃料電池セル集合体21を構成している。それぞれの燃料電池セルスタック21a,21b,21cは、スタック間集電部材3を介して電気的に直列に接続されている。このように直列接続された燃料電池セルスタック21a,21b,21cの両端に配置される燃料電池セルスタック21a,21cの端部には、集合体集電部材4が繋がれている。集合体集電部材4は集電ロッド5に繋がれているので、集電ロッド5を介して外部に電力が取り出すことができる。集電ロッド5は、燃料電池セルスタック21a,21b,21cを挟んで、対象となる位置に一対設けられている。また、集電ロッド5は、モジュール容器8の側壁を貫通して外部へと延出している。
The
各燃料電池セルスタック21a,21b,21cにはそれぞれ、燃料電池セル2が6列に並べられている一対の側面に接するように絶縁板16が配置されている。更に、隣接する絶縁板16の間には熱伝導板15が配置されている。燃料電池セルスタック21a,21cと絶縁断熱部材9との間にも熱伝導板15が配置されている。熱伝導板15とスタック間集電部材3及び集合体集電部材4との間には、絶縁棒11が配置されている。
Each of the
このように熱伝導板15が配置されることで、局部的に燃料電池セル2の温度が部分的に高くなっても、熱伝導板15を介して高温部分から低温部分へ熱が移動しやすくなり、燃料電池セル2の温度分布を均一化させることができる。
By arranging the
また、上述したように絶縁板16及び絶縁棒11が配置されることで、熱伝導板15と燃料電池セル2との間の電気絶縁性、及び熱伝導板15とスタック間集電部材3及び集合体集電部材4との間の電気絶縁性が確保される。
Further, as described above, the insulating
続いて、図3を参照しながら、燃料電池セル2の配置態様と燃料ガス及び空気の供給態様について説明する。図3は、燃料電池モジュールFCの縦断面図であって、モジュール容器8の内部を示す図である。
Subsequently, an arrangement mode of the
図3に示すように、モジュール容器8の下方には、モジュール容器8内に導入する燃料ガスを均一に分散するための燃料ガス分散室17が配置されている。この燃料ガス分散室17内には、燃料ガスを予備分散する予備分散板18が配置されている。この予備分散板18は、例えばアルミナからなり、燃料ガス通気孔19が一様に形成されている。また、予備分散板18の上方には、例えばNiフォームからなる燃料ガス分散材20が配置されている。燃料ガス分散室17の上流側(図中下側)には、燃料ガス供給管22が設けられ、この燃料ガス供給管22の上流側は燃料ガスの供給元に連結されている。また、モジュール容器8と燃料ガス分散室17との間には、燃料ガスを燃料ガス分散室17からモジュール容器8に通気させるための燃料ガス分散板23が設けられている。この燃料ガス分散板23には、複数の燃料ガス供給孔24が形成されている。
As shown in FIG. 3, a fuel
また、燃料電池セル集合体21の上方に配置される空気ヘッダ6には、燃料電池セル2の空気極に空気を導入する複数の空気導入管(酸化剤ガス導入管)25が連結されている。この空気導入管25は、燃料電池セル2の管内に挿入され、その下端部は燃料電池セル2の底面付近まで延びている。
A plurality of air introduction pipes (oxidant gas introduction pipes) 25 for introducing air into the air electrode of the
また、モジュール容器8内には、燃料電池セル2の長尺方向に対して垂直方向に延びる矩形状の仕切板26が設けられている。この仕切板26は、アルミナ繊維を積層してブランケット状に形成したものが用いられている。モジュール容器8内において、この仕切板26で仕切られた上側に燃焼室27が形成され、下側に発電室28が形成される。ここで、燃焼室27は、発電室28で反応に寄与しなかった余剰の燃料ガスと、各燃料電池セル3の筒内で反応に寄与しなかった余剰の空気とを混合して燃焼させるための空間である。発電室28は、燃料ガス供給孔24から導入される燃料ガスを各燃料電池セル2に接触させ、各燃料電池セル2の管内に流れる空気との電気化学反応を生じさせて発電させるための空間である。
Further, a
仕切板26には、排燃料ガスを発電室28から燃焼室27に排出するための、例えばアルミナからなる筒状の燃料ガス排出管29が複数挿通されている。また、燃料電池セル3を挿入するための円形の挿入孔31が複数形成され、各燃料電池セル2の開口部側が挿入孔31に固定されている。
A plurality of cylindrical fuel
また、モジュール容器8を覆う断熱部材10は、金属製の外側容器32に覆われている。集電ロッド5は、その一端が絶縁断熱部材9の内側に設けられる集合体集電部材4に接続されており、絶縁断熱部材9、モジュール容器8及び外側容器32を貫通して、その他端が外側に引き出されている。また、絶縁断熱部材9の内部には、集電ロッド5に接続され、集電ロッド5へ伝導される熱を放熱するための放熱板33(放熱部)が設けられている。
The
続いて、放熱板33についてさらに詳細に説明する。図4は、放熱板33を説明するための分解図を示す。図4に示すように、絶縁断熱部材9は多層構造に形成されており、その層間の全体にわたり矩形状の放熱板33が設けられている。放熱板33は、例えば、ニッケル等や無酸素胴などによる耐熱金属からなり、絶縁断熱部材9により、モジュール容器8と集合体集電部材4と、電気的に絶縁されている。また、放熱板33には、複数のスリッド33aが形成されており、加熱された放熱板33が熱膨張して変形することを抑制することができる。また、放熱板33には集電ロッド5が貫通しており、貫通部分において集電ロッド5と接触している。この接触部分において、集合体集電部材4から伝熱される熱が放熱板33に伝わり放熱される。放熱板33から放熱される熱によって、燃料電池セル集合体21の周囲を均熱化することができ、燃料ガスの密度分布を均一化して発電性能を向上させることができる。また、放熱板33をモジュール容器8外に配置した場合も同様である。
Next, the
放熱板33と同様の材料で形成され、形状の異なる放熱板33bをモジュール容器8外に配置することも好ましい。この態様の一例を図5に示す。
It is also preferable to dispose the
図5に示すように、モジュール容器8には、集電ロッド5を覆うように外側に延びる筒状の導出部34が形成されている。導出部34には、集電ロッドの略中央部付近に径方向に突出する凸部34aが形成されており、この凸部34a内に2枚の放熱板33bが収容されている。このため、放熱部としての放熱板33bを設けなければ集電ロッド5のモジュール容器8内の端部からモジュール容器8外の端部(突出部分)に伝導される熱が、モジュール容器8外の端部に到達する前に効率的に放熱させることができる。したがって、集電ロッド5のモジュール容器8外の端部の温度が上昇し難くなり、酸化を防止することができる。
As shown in FIG. 5, the
また、各放熱板33bの間及び凸部34aとの間には、遮熱部材35(遮熱部)が設けられている。さらに、導出部34内の凸部34aからモジュール容器8側において、集電ロッド5の周囲には、絶縁管36及び遮熱部材35が設けられている。遮熱部材35が設けられることにより、発電室28内における燃料電池セル2の輻射熱やガス放射熱を低減することができるため、放熱板33bによる放熱をより促進することができる。なお、遮熱部材35にはアルミナやムライトなどのセラミックからなるフェルト状のセラミックシートを用いることができる。
Further, a heat shield member 35 (heat shield part) is provided between the
また、導出部34内の凸部34aから外側容器32側には、絶縁シール部37が設けられている。この絶縁シール部37は、導出部34の端縁を挟むパッキン38、このパッキン38を両側から挟むパッキン抑板39とパッキン押圧板41及びパッキン押圧板41を外側から押圧するナット42からなり、モジュール容器9内の燃料ガス等が漏れ出るのを防いでいる。特に、放熱板33により放熱されるため、絶縁シール部37が低温・低圧となりシール性能を向上させることができる。
Further, an insulating
なお、凸部34aは放熱板33bの施工を容易にするため、2つに分割して構成される。放熱板33は、円形・四角などの形状に構成され、この形状に合わせて凸部34aは熔接して一体に構成されている。パッキン38はアルミナやムライトなどのセラミックからなるフェルト状のリング部材、またはフッ素系やシリコン系などの耐熱ゴムや樹脂部材により形成できる。
In addition, the
また、放熱板33,33bを多孔質の金属シートとしても良い。図6は、多孔質の金属シートの電子顕微鏡写真を示す。図6に示すように、多孔質の金属シートは、空隙が直径0.3〜1.2mmの範囲にあることが好ましく、より好ましい下限は0.35mmであり、また、より好ましい上限は1.0mmである。また、金属粒子は直径が35〜120μmの範囲にあることが好ましく、より好ましい下限は45μmであり、また、より好ましい上限は100μmである。空隙の直径または金属粒子の直径が上記範囲にあることで、金属シートは、より良好な立体的な強度をするものとなる。また金属シートとガスとの放熱面積を効果的に形成できる。なお、金属シートは、ニッケルや無酸素胴などにより形成することができる。 Moreover, it is good also considering the heat sinks 33 and 33b as a porous metal sheet. FIG. 6 shows an electron micrograph of a porous metal sheet. As shown in FIG. 6, the porous metal sheet preferably has a void in the range of 0.3 to 1.2 mm in diameter, a more preferable lower limit is 0.35 mm, and a more preferable upper limit is 1. 0 mm. Moreover, it is preferable that a metal particle exists in the range of 35-120 micrometers in diameter, A more preferable minimum is 45 micrometers, and a more preferable upper limit is 100 micrometers. When the void diameter or the metal particle diameter is in the above range, the metal sheet has better steric strength. Moreover, the heat radiation area of a metal sheet and gas can be formed effectively. The metal sheet can be formed of nickel or an oxygen-free cylinder.
尚、放熱板33を他の放熱部に代えることも好ましい。その好ましい例を図7を参照しながら説明する。
It is also preferable to replace the
図7に示すように、内部に集電ロッド5が配置される導出部34には、集電ロッド5の略中央部付近に径方向に突出する凸部34bが形成されており、この凸部34b内には、周方向に連続して中空となる冷却水室(空間)34cが形成されている。この冷却水室34cには、冷却水供給管43及び冷却水排水管44が連結されており、冷媒として水を流通させることができ、熱交換器として機能させることができる。また、冷却水室34cの内側には、導出部34の外部と気密に形成されたガス空間34dが形成されており、発電室28内の燃料ガスが充填されている。冷却水室34cに水を流通させることで、ガス空間34dの燃料ガスが冷却され、冷却された燃料ガスを介して、集電ロッド5が冷却される。なお、冷媒としては、水に限らず、空気等のガスを用いても良い。また、ガス空間34dは、絶縁シール部37により気密に保たれており、絶縁シール部37は、Oリング45、Oリング押圧板46及び固定キャップ47により構成されている。Oリング45はフッ素系やシリコン系などの耐熱ゴムや樹脂部材により形成できる。
As shown in FIG. 7, in the lead-out
冷媒の温度等を調整することで集電ロッド5の温度を調整することができ、集電ロッド5の酸化をさらに効果的に防止することができる。さらに、集電ロッド5の酸化が防止される温度(例えば、ニッケルであれば好ましくは200℃以下より好ましくは60℃以下)よりも低温にすることもでき、作業者が接触してもやけど等のけがを防ぎ、安全性が向上する。
By adjusting the temperature of the refrigerant and the like, the temperature of the
続いて、図8を参照しながら、燃料電池モジュールFCを用いた燃料電池FCSの構成について説明する。図8は、燃料電池FCSの構成を示すブロック図である。図8に示すように、燃料電池FCSは、燃料電池モジュールFCと、燃料供給部FPと、空気供給部APと、水供給部WPと、電力取出部EPと、制御部CSとを備えている。燃料供給部FP、空気供給部AP、水供給部WP、及び電力取出部EPは、燃料電池FCSの補器ADを構成している。 Next, the configuration of the fuel cell FCS using the fuel cell module FC will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell FCS. As shown in FIG. 8, the fuel cell FCS includes a fuel cell module FC, a fuel supply unit FP, an air supply unit AP, a water supply unit WP, a power extraction unit EP, and a control unit CS. . The fuel supply unit FP, the air supply unit AP, the water supply unit WP, and the power extraction unit EP constitute an auxiliary device AD of the fuel cell FCS.
燃料供給部FPは、燃料供給源としての都市ガス配管から燃料ガスを燃料電池モジュールFCに供給する部分であって、燃料ポンプ、電磁弁を有している。燃料供給部FPから供給される燃料ガスは燃料ガス供給管22へと送り出される。
The fuel supply unit FP is a part that supplies fuel gas from a city gas pipe as a fuel supply source to the fuel cell module FC, and includes a fuel pump and an electromagnetic valve. The fuel gas supplied from the fuel supply unit FP is sent out to the fuel
空気供給部APは、空気供給源としての大気中から空気を燃料電池モジュールFCに供給する部分であって、空気ブロア、電磁弁を有している。空気供給部APから供給される空気は空気供給管8へと送り出される。
The air supply unit AP is a part that supplies air from the atmosphere as an air supply source to the fuel cell module FC, and includes an air blower and an electromagnetic valve. The air supplied from the air supply unit AP is sent out to the
水供給部WPは、水供給源としての水道管から水を燃料電池モジュールFCに供給する部分であって、水ポンプ、電磁弁を有している。水供給部WPから供給される水は、燃料電池モジュールFC内部で水蒸気となって送り出される。 The water supply unit WP is a part that supplies water to the fuel cell module FC from a water pipe serving as a water supply source, and includes a water pump and an electromagnetic valve. The water supplied from the water supply unit WP is sent out as water vapor inside the fuel cell module FC.
電力取出部EPは、燃料電池モジュールFCから電力を取り出す部分であって、インバータ等の電力変換装置を有している。電力取出部EPは、集電ロッド(図示しない)と繋がっていて、変換した電力は電力供給先へと送り出すように構成されている。 The power extraction unit EP is a part that extracts electric power from the fuel cell module FC, and includes a power conversion device such as an inverter. The power extraction unit EP is connected to a current collecting rod (not shown), and is configured to send the converted power to a power supply destination.
制御部CSは、燃料供給部FP、空気供給部AP、駆動補器AD、及び電力取出部EPのそれぞれを制御するための部分であって、CPUやROMを有している。上述したような燃料電池モジュールFCの動作は、制御部CSからの指示信号に基づいて実行される。 The control unit CS is a part for controlling each of the fuel supply unit FP, the air supply unit AP, the driving auxiliary device AD, and the power extraction unit EP, and includes a CPU and a ROM. The operation of the fuel cell module FC as described above is executed based on an instruction signal from the control unit CS.
このように構成された燃料電池FCSの動作について説明する。発電室28を電気化学反応が生じる温度(700〜1000℃)に昇温する。空気供給部APから空気を空気供給管7に供給し、空気ヘッダ7内に貯留する。貯留された空気は、複数の空気導入管25内を下方に流れ、下端から燃料電池セル2の筒内に流出する。流出した空気は、燃料電池セル3の筒内を上方に流れる。このとき、空気は、空気極に接触して反応に供される。反応で消費されなかった空気は、燃料電池セル2の開口部2aから燃焼室27に達する。
The operation of the fuel cell FCS configured as described above will be described. The
また、燃料供給部FPから燃料ガスを燃料ガス供給管22に供給し、燃料ガス分散室17内に貯留する。貯留された燃料ガスは、燃料ガス分散板23に形成された複数の燃料ガス供給孔24から発電室28内に導入され、発電室28内を各燃料電池セル2を包囲しながら上方に流れる。このとき、燃料ガスは、燃料極に接触して反応に供される。反応で消費されなかった燃料ガスは、仕切板26の燃料ガス排出管を通って燃焼室27に達する。
Further, the fuel gas is supplied from the fuel supply unit FP to the fuel
燃焼室27に達した排燃料ガスと排空気とは、所定の点火装置を用いて燃焼され排出ガスが、モジュール容器9の上壁に連結された排ガス管から燃焼室27の外に排出される。この排出ガスは高温となるために、発電室28を加熱するための熱源として利用される。
Exhaust fuel gas and exhaust air that have reached the
発電室28で電気化学反応によって、発電された電力は、電力取出部EPにより燃料電池セル集合体の集合体集電部材、電極ロッドを介して外部に取り出される。
The electric power generated by the electrochemical reaction in the
2…燃料電池セル、3…スタック間集電部材、4…集合体集電部材、5…集電ロッド、6…空気ヘッダ、7…空気供給管、8…モジュール容器、9…絶縁断熱部材、10…断熱部材、13…セル間集電部材、14…セル接続部材、21…燃料電池セル集合体、32…外側容器、FC…燃料電池モジュール、FCS…燃料電池。
2 ... Fuel cell, 3 ... Current collecting member between stacks, 4 ... Collecting current collecting member, 5 ... Current collecting rod, 6 ... Air header, 7 ... Air supply pipe, 8 ... Module container, 9 ... Insulating heat insulating member, DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記燃料電池セルスタックを収容するための容器と、
前記燃料電池セルにおいて発生した電力を前記容器の外部へ取り出すための第一集電部材と、
前記燃料電池セルスタックと前記第一集電部材とを繋ぐものであって、前記燃料電池セルの長手方向に渡って前記燃料電池セルスタックと接続している第二集電部材と、を備える燃料電池モジュールであって、
前記第一集電部材には、前記容器の内部において発生する熱が、前記容器の外側に突出した前記第一集電部材の突出部分に伝達するのを阻害するための放熱部が設けられ、
前記放熱部は、前記容器内に設けられていることを特徴とする燃料電池モジュール。 A fuel cell stack formed by electrically connecting a plurality of fuel cells operated by a fuel gas and an oxidant gas;
A container for containing the fuel cell stack;
A first current collecting member for taking out the electric power generated in the fuel cell to the outside of the container;
A fuel comprising: a second current collecting member that connects the fuel cell stack and the first current collecting member and is connected to the fuel cell stack along a longitudinal direction of the fuel cell. A battery module,
The first current collecting member is provided with a heat dissipating part for inhibiting heat generated inside the container from being transmitted to the protruding portion of the first current collecting member protruding outside the container ,
Fuel cell module wherein the heat radiating portion, characterized that you have provided in the container.
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