JP5376400B2

JP5376400B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP5376400B2
Application number: JP2009160447A
Authority: JP
Inventors: 直樹渡邉; 陽祐赤木; 修一郎西願; 暢夫井坂
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2009-07-07
Filing date: 2009-07-07
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2029-07-07
Also published as: JP2011018456A

Description

本発明は、複数の燃料電池セルを備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a plurality of fuel cells.

従来、このような燃料電池システムの一例として、下記特許文献１に記載のものが提案されている。下記特許文献１に記載の燃料電池システムは、複数の燃料電池セルと改質器とを備えるものである。より具体的には、同文献図４に示されるように、ハウジング内に複数の燃料電池セルを配置してセルスタックとなし、セルスタックの上方には改質器が設けられている。改質器には被改質ガスが供給され、改質器内で改質されて燃料ガスとされた後、セルスタック下方の燃料ガスマニホールドに供給される。燃料ガスマニホールドに供給された燃料ガスは各燃料電池セルに供給される。 Conventionally, an example of such a fuel cell system has been proposed in Patent Document 1 below. The fuel cell system described in Patent Document 1 below includes a plurality of fuel cells and a reformer. More specifically, as shown in FIG. 4 of the same document, a plurality of fuel cells are arranged in a housing to form a cell stack, and a reformer is provided above the cell stack. A reformed gas is supplied to the reformer, reformed in the reformer to become a fuel gas, and then supplied to a fuel gas manifold below the cell stack. The fuel gas supplied to the fuel gas manifold is supplied to each fuel cell.

特開２００５−１５８５２７号公報JP 2005-158527 A

ところで、改質器によって被改質ガスの改質が行われる場合、改質器内の改質反応は発熱反応である部分酸化改質反応や、熱自立反応であるオートサーマル改質反応や、吸熱反応である水蒸気改質反応が進行する。部分酸化改質反応の場合は、改質器から供給される燃料ガスは高温のガスとなっており、改質器から燃料ガスマニホールドへと燃料ガスを搬送する燃料ガス供給管も高温状態となっている。オートサーマル改質反応の場合は、熱自立反応であるもののセルスタック上部でオフガスが燃焼する燃焼熱を改質器が受け取って改質反応を進行させるため、改質器から供給される燃料ガスはやはり高温のガスとなっており、改質器から燃料ガスマニホールドへと燃料ガスを搬送する燃料ガス供給管も高温状態となっている。水蒸気改質反応の場合は、吸熱反応であるもののやはりセルスタック上部でオフガスが燃焼する燃焼熱を改質器が受け取って改質反応を進行させるため、改質器から供給される燃料ガスはやはり高温のガスとなっており、改質器から燃料ガスマニホールドへと燃料ガスを搬送する燃料ガス供給管も高温状態となっている。従って、空間効率を考慮してセルスタックの近傍に燃料ガス供給管を配設した場合、燃料ガス供給管の高温化がセルスタックに与える影響を考慮しなければならない。 By the way, when reforming of the gas to be reformed by the reformer, the reforming reaction in the reformer is an exothermic partial oxidation reforming reaction, an autothermal reforming reaction that is a thermal self-supporting reaction, A steam reforming reaction that is an endothermic reaction proceeds. In the case of the partial oxidation reforming reaction, the fuel gas supplied from the reformer is a high-temperature gas, and the fuel gas supply pipe for conveying the fuel gas from the reformer to the fuel gas manifold is also in a high-temperature state. ing. In the case of an autothermal reforming reaction, although the heat self-supporting reaction is performed, the reformer receives the combustion heat from which the off gas burns at the upper part of the cell stack and advances the reforming reaction. It is still a high temperature gas, and the fuel gas supply pipe for conveying the fuel gas from the reformer to the fuel gas manifold is also in a high temperature state. In the case of the steam reforming reaction, although it is an endothermic reaction, the reformer receives the combustion heat from which the off gas burns at the upper part of the cell stack and advances the reforming reaction, so the fuel gas supplied from the reformer is still The fuel gas supply pipe for conveying the fuel gas from the reformer to the fuel gas manifold is also in a high temperature state. Therefore, when the fuel gas supply pipe is disposed in the vicinity of the cell stack in consideration of space efficiency, it is necessary to consider the influence of the high temperature of the fuel gas supply pipe on the cell stack.

これに対して上記特許文献１に記載の技術では、改質器に被改質ガスを供給する被改質ガス供給管と、改質器から燃料ガスマニホールドへ燃料ガスを供給する燃料ガス供給管とを、セルスタックの集合体側面に交互に配設し、比較的低温の被改質ガス供給管及び比較的高温の燃料ガス供給管からの影響を中和させ、セルスタック集合体の周囲における温度差を低減するものとしている（上記特許文献１の段落番号００６７〜００６８参照）。 On the other hand, in the technique described in Patent Document 1, a reformed gas supply pipe that supplies a reformed gas to the reformer, and a fuel gas supply pipe that supplies fuel gas from the reformer to the fuel gas manifold. Are alternately arranged on the side of the cell stack assembly to neutralize the effects of the relatively low temperature reformed gas supply pipe and the relatively high temperature fuel gas supply pipe, and around the cell stack assembly. The temperature difference is reduced (see paragraph numbers 0067 to 0068 of Patent Document 1).

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、各被改質ガス供給管に最も近接した燃料電池セルや、各燃料ガス供給管に最も近接した燃料電池セルは、それぞれ被改質ガス供給管や燃料ガス供給管との熱の授受を直接行うものであって、それらからの熱的な影響は避けられず、燃料電池セルの発電性能の均質化は図れない場合も想定される。また、上記特許文献１に記載の技術は、複数の改質器を設けて、複数の被改質ガス供給管及び複数の燃料ガス供給管を設けることが必要となるため、燃料電池システムとしては複雑なものとなってしまい、部品点数の増加や重量の増大が避けられない。 However, in the technique described in Patent Document 1, the fuel cell closest to each reformed gas supply pipe and the fuel cell closest to each fuel gas supply pipe are respectively connected to the reformed gas supply pipe and It is assumed that heat is directly exchanged with the fuel gas supply pipe, the thermal influence from them is unavoidable, and the power generation performance of the fuel cells cannot be homogenized. Further, the technique described in Patent Document 1 requires a plurality of reformers to be provided with a plurality of reformed gas supply pipes and a plurality of fuel gas supply pipes. It becomes complicated, and an increase in the number of parts and an increase in weight are inevitable.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池セル及び改質器を備える燃料電池システムであって、改質器から燃料電池セルへ向けて燃料ガスを供給する際の燃料電池セルへ与える熱影響を低減させることが可能な燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is a fuel cell system including a fuel cell and a reformer, and supplies fuel gas from the reformer to the fuel cell. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system capable of reducing the thermal effect on the fuel cell when performing the operation.

上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとが一端側から他端側へと流れることにより作動する複数の燃料電池セルと、前記複数の燃料電池セルの他端側に対向配置され、被改質ガスを改質して燃料ガスとする改質器と、前記改質器に被改質ガスを供給する流入配管部と、前記改質器から燃料ガスを前記複数の燃料電池セルの一端へ送り出す流出配管部とを有するガス配管と、を備える燃料電池システムであって、前記燃料電池セルの他端と前記改質器との間に、前記複数の燃料電池セルからの燃料オフガスと酸化剤オフガスとが混合して燃焼する燃焼部が形成され、前記改質器は前記燃焼部からの熱を受けて前記被改質ガスの改質を行い、前記複数の燃料電池セルの少なくとも一部が列状に配置され、当該列状配置された燃料電池セルと所定間隔をおいて且つ当該列状配置された燃料電池セルが延びる方向に沿って前記流出配管部が配置されており、前記列状配置された燃料電池セルと前記流出配管部との間に、前記流出配管部と前記列状配置された燃料電池セルとの間の熱の授受を分散するための温度勾配緩和手段が設けられ、当該温度勾配緩和手段は、前記燃料電池セルの一端側から他端側に至るように且つ列状配置方向に沿うように配置され、前記改質器を支持する部材として兼用されていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention includes a plurality of fuel cells that operate when fuel gas and oxidant gas flow from one end side to the other end side, and the plurality of fuel cell units. A reformer that is disposed opposite to the other end of the gas, reforms the gas to be reformed into fuel gas, an inflow piping section that supplies the gas to be reformed to the reformer, and fuel from the reformer A gas pipe having an outflow pipe portion for sending gas to one end of the plurality of fuel cells, wherein the plurality of the fuel cells are disposed between the other end of the fuel cells and the reformer. A combustion part is formed in which a fuel off-gas and an oxidant off-gas from the fuel cell are mixed and combusted, and the reformer receives heat from the combustion part to reform the reformed gas, At least some of the plurality of fuel cells are arranged in a row. The outflow pipe portion is disposed along a direction in which the fuel cells arranged in a row extend from the rows of fuel cells arranged in a row, and the fuel cells arranged in a row Between the cell and the outflow pipe portion, there is provided a temperature gradient relaxation means for dispersing heat exchange between the outflow pipe portion and the fuel cells arranged in a row, and the temperature gradient relaxation means Is arranged so as to extend from one end side to the other end side of the fuel cell and along the row arrangement direction, and is also used as a member for supporting the reformer .

本発明では、流出配管部と燃料電池セルとの間に温度勾配緩和手段を設けることで、列状配置された燃料電池セルと流出配管部との間の熱の授受を分散することが可能となり、簡単な構成で流出配管部から燃料電池セルへの局所的な熱影響を緩和することができる。例えば、一の改質器から延出する一の流出配管部を構成したとしても、その一本の流出配管部から列状配置された燃料電池セルへの局所的な熱影響を緩和することができる。更に、温度勾配緩和手段は、燃料電池セルの一端側から他端側に至るように且つ列状配置方向に沿うように配置されているので、流出配管部側に臨む燃料電池セルそれぞれと流出配管部との間に温度勾配緩和手段が介在するように構成することができる。従って、流出配管部から燃料電池セルへと伝わる熱は温度勾配緩和手段で調整され、その結果、温度勾配が緩和された熱が各燃料電池セルへと伝えられる。そのため、流出配管部から燃料電池セルへの局所的な熱影響を排除することができる。 In the present invention, it is possible to disperse heat exchange between the fuel cells arranged in a row and the outflow piping portion by providing the temperature gradient relaxation means between the outflow piping portion and the fuel cell. The local thermal influence from the outflow piping portion to the fuel cell can be reduced with a simple configuration. For example, even if one outflow pipe portion extending from one reformer is configured, the local thermal influence on the fuel cells arranged in a row from the one outflow pipe portion can be reduced. it can. Furthermore, since the temperature gradient mitigating means is arranged so as to extend from one end side to the other end side of the fuel cells and along the row arrangement direction, each of the fuel cells facing the outflow piping portion side and the outflow piping are arranged. It can be configured such that a temperature gradient relaxation means is interposed between the two portions. Therefore, the heat transmitted from the outflow pipe portion to the fuel cell is adjusted by the temperature gradient mitigating means, and as a result, the heat whose temperature gradient is relaxed is transmitted to each fuel cell. Therefore, the local heat influence from the outflow piping part to the fuel cell can be eliminated.

また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記温度勾配緩和手段は、前記列状配置された燃料電池セルの一方の端に配置された燃料電池セル近傍から他方の端に配置された燃料電池セル近傍まで至るように、列状配置方向に沿って配置されていることも好ましい。 Further, in the fuel cell system according to the present invention, the temperature gradient alleviating means is configured such that the fuel cell arranged at the other end from the vicinity of the fuel cell arranged at one end of the fuel cells arranged in a row. It is also preferable that they are arranged along the row arrangement direction so as to reach the vicinity.

本発明のこの好ましい態様では、温度勾配緩和手段が、列状配置された燃料電池セルの一方の端に配置された燃料電池セル近傍から他方の端に配置された燃料電池セル近傍まで至るように配置されているので、流出配管部と一方の端に配置された燃料電池セルとの間にも、流出配管部と他方の端に配置された燃料電池セルとの間にも、実質的に温度勾配緩和手段が介在するように配置することができる。従って、流出配管部から燃料電池セルへと伝わる熱を確実に温度勾配緩和手段で調整し、その結果、温度勾配が緩和された熱を各燃料電池セルへと伝えることができる。 In this preferable aspect of the present invention, the temperature gradient alleviating means extends from the vicinity of the fuel cells arranged at one end of the fuel cells arranged in a row to the vicinity of the fuel cells arranged at the other end. Therefore, the temperature is substantially reduced between the outflow pipe part and the fuel cell arranged at one end, and between the outflow pipe part and the fuel cell arranged at the other end. It can arrange | position so that a gradient relaxation means may intervene. Therefore, the heat transmitted from the outflow pipe portion to the fuel cell can be surely adjusted by the temperature gradient mitigating means, and as a result, the heat whose temperature gradient is relaxed can be transmitted to each fuel cell.

また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記温度勾配緩和手段は、前記流出配管部及び前記改質器の少なくとも一方に繋げられることで支持されていることも好ましい。 In the fuel cell system according to the present invention, it is also preferable that the temperature gradient alleviating means is supported by being connected to at least one of the outflow pipe section and the reformer.

本発明のこの好ましい態様では、別途固定用の部材を設けることなく温度勾配緩和手段を固定することができるので、流出配管部から燃料電池セルへ伝わる熱に対して新たな外乱要因を与えることを回避することができ、温度勾配緩和手段の機能を確実に発揮させることができる。 In this preferred embodiment of the present invention, the temperature gradient mitigating means can be fixed without providing a separate fixing member, so that a new disturbance factor is given to the heat transmitted from the outflow pipe portion to the fuel cell. This can be avoided, and the function of the temperature gradient relaxation means can be surely exhibited.

また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記複数の燃料電池セルの少なくとも一部が列状配置され、当該列状配置された燃料電池セルと所定間隔をおいて且つ当該列状配置された燃料電池セルが延びる方向に沿って前記流入配管部が配置され、当該列状配置された燃料電池セルと前記流入配管部との間に、当該列状配置された燃料電池セルと前記流入配管部との間の熱の授受を分散するための第二の温度勾配緩和手段が設けられていることも好ましい。 In the fuel cell system according to the present invention, at least a part of the plurality of fuel cells is arranged in a row, and the fuel arranged in a row at a predetermined interval from the fuel cells arranged in the row. The inflow piping portion is arranged along the direction in which the battery cells extend, and the fuel cells arranged in a row and the inflow piping portion are arranged between the fuel cells arranged in a row and the inflow piping portion. It is also preferable that a second temperature gradient relaxation means is provided for dispersing heat exchange between the two.

本発明のこの好ましい態様では、流入配管部と燃料電池セルとの間に第二の温度勾配緩和手段を設けることで、列状配置された燃料電池セルと流入配管部との間の熱の授受を分散することが可能となり、簡単な構成で流入配管部から燃料電池セルへの局所的な熱影響を緩和することができる。更に、本発明のこの好ましい態様では、複数の燃料電池セル全体の熱バランスを良好に保つことができるものである。流入配管部は改質器へと被改質ガスを供給する部分であり、流出配管部は改質器から燃料ガスを燃料電池セルへと供給する部分であるため、流入配管部は低温傾向にあり流出配管部は高温傾向にある。そのため、複数の燃料電池セルを行列配置し、一方の列状配置された燃料電池セル側に流入配管部を配置し、他方の列状配置された燃料電池セル側に流出配管部を配置すると、燃料電池セル全体としては比較的低温の流入配管部と比較的高温の流出配管部とに挟まれて温度バランスが悪化することが想定される。このように想定される状態に対して本発明のこの好ましい態様では、複数の燃料電池セルに対して流出配管部との間に温度勾配緩和手段を設ける一方で、流入配管部との間にも第二の温度勾配緩和手段を設けることで、流出配管部及び流入配管部と複数の燃料電池セルとの間の熱の授受を緩慢なものとすることができ、複数の燃料電池セル全体の温度をより均一なものとすることができる。 In this preferable aspect of the present invention, heat is transferred between the fuel cells arranged in a row and the inflow piping portion by providing the second temperature gradient relaxation means between the inflow piping portion and the fuel cell. Can be dispersed, and the local thermal influence from the inflow piping portion to the fuel cell can be reduced with a simple configuration. Furthermore, in this preferable aspect of the present invention, the heat balance of the entire plurality of fuel cells can be kept good. The inflow piping section is the part that supplies the reformed gas to the reformer, and the outflow piping section is the section that supplies the fuel gas from the reformer to the fuel cells. The outflow piping section tends to be hot. Therefore, when a plurality of fuel cells are arranged in a matrix, the inflow piping portion is arranged on the side of the fuel cells arranged in one row, and the outflow piping portion is arranged on the side of the fuel cells arranged in the other row, It is assumed that the fuel cell as a whole is sandwiched between a relatively low temperature inflow piping portion and a relatively high temperature outflow piping portion and the temperature balance deteriorates. In this preferred embodiment of the present invention for the assumed state, a temperature gradient mitigating means is provided between the plurality of fuel cells and the outflow piping portion, and also between the inflow piping portion. By providing the second temperature gradient mitigating means, the heat transfer between the outflow pipe section and the inflow pipe section and the plurality of fuel cells can be made slow, and the temperature of the entire plurality of fuel cells can be reduced. Can be made more uniform.

本発明によれば、改質器から燃料電池セルへ向けて燃料ガスを供給する際の燃料電池セルへ与える熱影響を低減させることが可能な燃料電池システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can reduce the thermal influence which acts on the fuel cell at the time of supplying fuel gas toward a fuel cell from a reformer can be provided.

本願発明の実施形態に係る燃料電池モジュールを示す正面図である。It is a front view which shows the fuel cell module which concerns on embodiment of this invention. 本願発明の実施形態に係る燃料電池モジュールを示す斜視図である。1 is a perspective view showing a fuel cell module according to an embodiment of the present invention. 本願発明の実施形態に係る燃料電池モジュールを示す側面図である。It is a side view which shows the fuel cell module which concerns on embodiment of this invention. 本願発明の実施形態に係る燃料電池モジュールを構成する燃料電池セルユニットを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fuel cell unit which comprises the fuel cell module which concerns on embodiment of this invention. 図３において、温度緩和部材が配置されている近傍を平面視した模式的な図である。In FIG. 3, it is the typical figure which planarly viewed the vicinity where the temperature relaxation member is arrange | positioned. 図１〜図３に示す燃料電池モジュールを含む燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the fuel cell system containing the fuel cell module shown in FIGS.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same constituent elements in the drawings will be denoted by the same reference numerals as much as possible, and redundant description will be omitted.

図１は、本発明に係る燃料電池システムを構成する燃料電池モジュールの一実施形態を示す正面図である。また、図２は、カバー部材を外して示す燃料電池モジュールの斜視図であり、図３は、カバー部材を外して示す燃料電池モジュールの側面図である。以下の説明では、図１〜図３を適宜参照しながら説明する。 FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a fuel cell module constituting a fuel cell system according to the present invention. 2 is a perspective view of the fuel cell module with the cover member removed, and FIG. 3 is a side view of the fuel cell module with the cover member removed. The following description will be given with reference to FIGS.

図１に示すように、燃料電池モジュールＦＣＭは、カバー部材１とベース部材２とによって密閉される空間内に１０個の燃料電池セルスタック４００を並べて配置している。従って、この燃料電池モジュールＦＣＭでは、カバー部材１とベース部材２とによって、燃料電池セル４等が内包される容器が形成されている。各燃料電池セルスタック４００には、１６個の燃料電池セル４が２列になって配置されている。これらの燃料電池セル４は、電気的に直列に接続されている。 As shown in FIG. 1, the fuel cell module FCM has ten fuel cell stacks 400 arranged side by side in a space sealed by the cover member 1 and the base member 2. Therefore, in this fuel cell module FCM, the cover member 1 and the base member 2 form a container that contains the fuel cell 4 and the like. In each fuel cell stack 400, 16 fuel cells 4 are arranged in two rows. These fuel cells 4 are electrically connected in series.

各燃料電池セル４は、管状であり、燃料電池セル４の管内を燃料電池セル４の一端（図１〜３においては、図中下方の端）から他端（図１〜３においては、図中上方の端）へと流れるガスと、その管外を一端から他端へと流れるガスの作用により作動する。本実施形態では、燃料電池セル４の管内を流れるガスは、水素又は炭化水素燃料等を改質した改質ガス等の燃料ガスであり、燃料電池セル４の管外を流れるガスは、酸素を含む空気等の酸化剤ガスである。 Each fuel battery cell 4 has a tubular shape, and the inside of the fuel battery cell 4 has one end of the fuel battery cell 4 (the lower end in the drawing in FIGS. 1 to 3) to the other end (in FIGS. It operates by the action of the gas flowing to the middle upper end) and the gas flowing outside the tube from one end to the other end. In the present embodiment, the gas flowing in the pipe of the fuel battery cell 4 is a fuel gas such as reformed gas obtained by reforming hydrogen or hydrocarbon fuel, and the gas flowing outside the pipe of the fuel battery cell 4 contains oxygen. Contains oxidant gas such as air.

燃料電池セルユニット３０について、図４を参照しながら説明する。図４は、燃料電池セルユニット３０を示す部分断面図である。図４に示すように、燃料電池セルユニット３０は、燃料電池セル４によって形成され且つ上下方向に延びる管状構造体であり、円筒形の燃料電池セル４と、燃料電池セル４の一方の端部４ａに取付けられた内側電極端子４０と、他方の端部４ｂに取付けられた外側電極端子４２と、を有している。 The fuel cell unit 30 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the fuel cell unit 30. As shown in FIG. 4, the fuel cell unit 30 is a tubular structure formed by the fuel cells 4 and extending in the vertical direction, and includes a cylindrical fuel cell 4 and one end of the fuel cell 4. It has an inner electrode terminal 40 attached to 4a and an outer electrode terminal 42 attached to the other end 4b.

燃料電池セル４は、円筒形の内側の電極層４４と、円筒形の外側の電極層４８と、これらの電極層４４、４８の間に配置された円筒形の電解質層４６と、内側の電極層４４の内側に構成される貫通流路５０とを有している。また、燃料電池セル４の一方の端部４ａに、内側の電極層４４が電解質層４６及び外側の電極層４８に対して露出した内側電極露出周面４４ａと、電解質層４６が外側の電極層４８に対して露出した電解質露出周面４６ａとが設けられている。燃料電池セル４の他方の端部４ｂは、外側の電極層４８が露出した外側電極露出周面４８ａによって構成されている。 The fuel cell 4 includes a cylindrical inner electrode layer 44, a cylindrical outer electrode layer 48, a cylindrical electrolyte layer 46 disposed between the electrode layers 44, 48, and an inner electrode. And a through flow channel 50 configured inside the layer 44. Further, an inner electrode exposed peripheral surface 44a in which the inner electrode layer 44 is exposed to the electrolyte layer 46 and the outer electrode layer 48 at one end 4a of the fuel cell 4, and the electrolyte layer 46 is an outer electrode layer. An electrolyte exposed peripheral surface 46 a exposed to 48 is provided. The other end 4b of the fuel cell 4 is configured by an outer electrode exposed peripheral surface 48a from which the outer electrode layer 48 is exposed.

内側の電極層４４は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレートとの混合体、の少なくとも一種から形成される。電解質層４６は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。外側の電極層４８は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。この場合、内側の電極層４４が燃料極になり、外側の電極層４８が空気極になる。内側の電極層４４の厚さは、例えば、１ｍｍであり、電解質層４６の厚さは、例えば、３０μｍであり、外側の電極層４８の厚さは、例えば、３０μｍであり、その外径は、例えば、１〜１０ｍｍである。 The inner electrode layer 44 includes, for example, a mixture of Ni and zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Ca, Y, and Sc, ceria doped with at least one selected from Ni and rare earth elements, And a mixture of Ni and lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr, Mg, Co, Fe, and Cu. The electrolyte layer 46 includes, for example, zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Y and Sc, ceria doped with at least one selected from rare earth elements, lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr and Mg, Formed from at least one of the following. The outer electrode layer 48 is made of, for example, lanthanum manganite doped with at least one selected from Sr and Ca, lanthanum ferrite doped with at least one selected from Sr, Co, Ni, and Cu, Sr, Fe, Ni, and Cu. It is formed from at least one selected from lanthanum cobaltite doped with at least one selected from silver and silver. In this case, the inner electrode layer 44 becomes a fuel electrode, and the outer electrode layer 48 becomes an air electrode. The thickness of the inner electrode layer 44 is, for example, 1 mm, the thickness of the electrolyte layer 46 is, for example, 30 μm, the thickness of the outer electrode layer 48 is, for example, 30 μm, and the outer diameter is For example, it is 1-10 mm.

内側電極端子４０は、内側電極外周面４４ａを全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続された本体部分４０ａと、本体部分４０ａから燃料電池セル４の長手方向に延びる管状部分４０ｂとを有している。本体部分４０ａ及び管状部分４０ｂは、円筒形であり且つ同心に配置され、管状部分４０ｂの管径は、本体部分４０ａの管径よりも細くなっている。管状部分４０ｂは、貫通流路５０と連通し且つ外部と通じる接続流路４０ｃを有している。本体部分４０ａと管状部分４０ｂとの間の段部４０ｄは、内側の電極層４４の端面４４ｂと当接している。 The inner electrode terminal 40 is disposed so as to cover the inner electrode outer peripheral surface 44a from the outside over the entire circumference and is electrically connected thereto, and a tubular portion extending from the main body portion 40a in the longitudinal direction of the fuel cell 4 40b. The main body portion 40a and the tubular portion 40b are cylindrical and concentrically arranged, and the tube diameter of the tubular portion 40b is smaller than the tube diameter of the main body portion 40a. The tubular portion 40b has a connection channel 40c that communicates with the through channel 50 and communicates with the outside. A step portion 40 d between the main body portion 40 a and the tubular portion 40 b is in contact with the end surface 44 b of the inner electrode layer 44.

外側電極端子４２は、外側電極外周面４８を全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続された本体部分４２ａと、本体部分４２ａから燃料電池セル４の長手方向に延びる管状部分４２ｂとを有している。本体部分４２ａ及び管状部分４２ｂは、円筒形であり且つ同心であり、管状部分４２ｂの管径は、本体部分４２ａの管径よりも細くなっている。管状部分４２ｂは、貫通流路５０と連通し且つ外部と通じる接続流路４２ｃを有している。本体部分４２ａと管状部分４２ｂとの間の段部４２ｄは、環状の絶縁部材５２を介して外側の電極層４８、電解質層４６及び内側の電極層４４の端面４４ｃと当接している。 The outer electrode terminal 42 is disposed so as to cover the outer electrode outer peripheral surface 48 from the outside over the entire circumference and is electrically connected thereto, and a tubular portion extending from the main body portion 42 a in the longitudinal direction of the fuel cell 4. 42b. The main body portion 42a and the tubular portion 42b are cylindrical and concentric, and the tube diameter of the tubular portion 42b is smaller than the tube diameter of the main body portion 42a. The tubular portion 42b has a connection channel 42c that communicates with the through channel 50 and communicates with the outside. A step portion 42 d between the main body portion 42 a and the tubular portion 42 b is in contact with the outer electrode layer 48, the electrolyte layer 46, and the end surface 44 c of the inner electrode layer 44 through the annular insulating member 52.

内側電極端子４０の全体形状と外側電極端子４２の全体形状とは同一である。また、内側電極端子４０と燃料電池セル４、及び、外側電極端子４２と燃料電池セル４とは、その全周にわたって導電性のシール材５４によってシールされ且つ固定されている。シール材５４は、例えば、銀、銀とガラスの混合物、金、ニッケル、銅、チタンなどを含む各種ロウ材である。 The overall shape of the inner electrode terminal 40 and the overall shape of the outer electrode terminal 42 are the same. Further, the inner electrode terminal 40 and the fuel battery cell 4, and the outer electrode terminal 42 and the fuel battery cell 4 are sealed and fixed by a conductive sealing material 54 over the entire circumference. The sealing material 54 is various brazing materials including, for example, silver, a mixture of silver and glass, gold, nickel, copper, and titanium.

内側電極端子４０の接続流路４０ｃ、燃料電池セル４の貫通流路５０、及び外側電極端子４２の接続流路４２ｃは、燃料電池セルユニット３０の管内流路３０ｃを構成する。 The connection flow path 40 c of the inner electrode terminal 40, the through flow path 50 of the fuel cell 4, and the connection flow path 42 c of the outer electrode terminal 42 constitute an in-pipe flow path 30 c of the fuel cell unit 30.

図１〜図３に戻り、燃料電池セルスタック４００について説明する。燃料電池セルスタック４００は、１６本の燃料電池セルユニット３０と、上支持板４００ａと、下支持板４００ｂと、接続部材（図に明示しない）と、外部端子（図に明示しない）とを備えている。 Returning to FIGS. 1 to 3, the fuel cell stack 400 will be described. The fuel cell stack 400 includes 16 fuel cell units 30, an upper support plate 400a, a lower support plate 400b, a connecting member (not shown in the figure), and an external terminal (not shown in the figure). ing.

上支持板４００ａ及び下支持板４００ｂは矩形であり、それぞれ、燃料電池セルユニット３０を２行×８列で支持するように燃料電池セルユニット３０の管状部分４０ｂ、４２ｂに嵌合する貫通孔（図に明示しない）を有している。上支持板４００ａ及び下支持板４００ｂは、電気絶縁性材料で形成されており、例えば、耐熱性のセラミックスで形成されている。具体的には、アルミナ、ジルコニア、スピネル、フォルステライト、マグネシア、チタニアなどを用いることが好ましい。 The upper support plate 400a and the lower support plate 400b are rectangular, and are through holes (fitting holes) that fit into the tubular portions 40b and 42b of the fuel cell unit 30 so as to support the fuel cell unit 30 in 2 rows × 8 columns, respectively. (Not shown in the figure). The upper support plate 400a and the lower support plate 400b are formed of an electrically insulating material, for example, formed of heat resistant ceramics. Specifically, it is preferable to use alumina, zirconia, spinel, forsterite, magnesia, titania or the like.

１６本の燃料電池セルユニット３０は、それらが電気的に直列に接続されるように配列されている。詳細には、燃料電池セルユニット３０は、隣接した燃料電池セルユニット３０の内側電極端子４０が交互に上側及び下側に配置されるように配列されている。更に、１６本の燃料電池セルユニット３０を電気的に直列に接続するための接続部材（図に明示しない）が設けられている。接続部材（図に明示しない）は、隣接した１つの内側電極端子４０と１つの外側電極端子４２とを電気的に接続する。直列に接続された１６本の燃料電池セルユニット３０の両端部の内側電極端子４０及び外側電極端子４２にはそれぞれ、外部と電気的な接続を行うための外部端子（図に明示しない）が設けられている。接続部材（図に明示しない）、外部端子（図に明示しない）は、例えば、ステンレス鋼、ニッケル基合金、クロム基合金などの耐熱金属や、ランタンクロマイトなどのセラミック材料で形成される。各燃料電池セルスタック４００の外部端子（図に明示しない）は電気的に直列に接続されていて、その一方の端は電極棒１３に接続され、他方の端は図示しない電極棒に接続されている。 The 16 fuel cell units 30 are arranged so that they are electrically connected in series. Specifically, the fuel cell units 30 are arranged so that the inner electrode terminals 40 of the adjacent fuel cell units 30 are alternately arranged on the upper side and the lower side. Further, a connection member (not shown in the figure) for electrically connecting the 16 fuel cell units 30 in series is provided. The connection member (not shown in the figure) electrically connects one adjacent inner electrode terminal 40 and one outer electrode terminal 42. The inner electrode terminals 40 and the outer electrode terminals 42 at both ends of the 16 fuel cell units 30 connected in series are provided with external terminals (not shown in the figure) for electrical connection with the outside. It has been. The connecting member (not shown in the figure) and the external terminal (not shown in the figure) are made of, for example, a heat-resistant metal such as stainless steel, a nickel base alloy, or a chromium base alloy, or a ceramic material such as lanthanum chromite. External terminals (not shown in the figure) of each fuel cell stack 400 are electrically connected in series, one end of which is connected to the electrode bar 13 and the other end is connected to an electrode bar (not shown). Yes.

上述したように、燃料電池セルスタック４００において、燃料電池セルユニット３０の内側電極端子４０が設けられている端部４ａと外側電極端子４２が設けられている端部４ｂとは上下交互になるように配置されている。従って、燃料電池セル４の内外におけるガスの流れを説明した際の、一端とは燃料電池セル４の端部４ａ及び端部４ｂの内、ガスタンク３側に配置される端部を指し示すものであり、他端とは燃料電池セル４の端部４ａ及び端部４ｂの内、改質器５側に配置される端部を指し示すものである。 As described above, in the fuel cell stack 400, the end 4a provided with the inner electrode terminal 40 and the end 4b provided with the outer electrode terminal 42 of the fuel cell unit 30 are alternately turned up and down. Is arranged. Accordingly, when the gas flow inside and outside the fuel battery cell 4 is described, one end refers to the end part of the fuel battery cell 4 that is disposed on the gas tank 3 side among the end part 4a and the end part 4b. The other end indicates an end portion disposed on the reformer 5 side among the end portion 4a and the end portion 4b of the fuel cell 4.

カバー部材１は、正面側の側壁（図示しない）と、燃料電池スタックセルスタック４００の配列方向の側壁１０１，１０２と、背面側の側壁１０３と、天井１０４とによって直方体状に形成されている。側壁１０１の下端部には、フランジ部１ａが形成されている。カバー部材１のフランジ部１ａをベース部材２に当接させることで、カバー部材１とベース部材２とによって密閉される空間が形成されている。 The cover member 1 is formed in a rectangular parallelepiped shape by a side wall (not shown) on the front side, side walls 101 and 102 in the arrangement direction of the fuel cell stack cell stack 400, a side wall 103 on the back side, and a ceiling 104. A flange portion 1 a is formed at the lower end portion of the side wall 101. By bringing the flange portion 1 a of the cover member 1 into contact with the base member 2, a space sealed by the cover member 1 and the base member 2 is formed.

カバー部材１とベース部材２とによって形成される内部空間は、仕切板１５によって二つの空間に分離されている。仕切板１５によって分離されている空間の内、燃料電池セルスタック４００が配置されている空間が発電室である。仕切板１５によって分離されている空間の内、他方の空間が排気ガス室である。 An internal space formed by the cover member 1 and the base member 2 is separated into two spaces by a partition plate 15. Of the space separated by the partition plate 15, the space where the fuel cell stack 400 is disposed is the power generation chamber. Of the spaces separated by the partition plate 15, the other space is an exhaust gas chamber.

仕切板１５にはガスタンク３が載置されている。ガスタンク３には、燃料電池セルスタック４００が１０個並べて配置されており、ガスタンク３から燃料ガスが、それぞれの燃料電池セルスタック４００を構成する燃料電池セル４に供給される。 The gas tank 3 is placed on the partition plate 15. Ten fuel cell stacks 400 are arranged side by side in the gas tank 3, and fuel gas is supplied from the gas tank 3 to the fuel cell 4 constituting each fuel cell stack 400.

より具体的には、ガスタンク３の上面には、燃料電池セルスタック４００の下支持板４００ｂとほぼ同じ形状の開口部（図示しない）が設けられており、その開口部に下支持板４００ｂを密接させてガスタンク３と各燃料電池セルスタック４００とが接続されている。従って、燃料電池セルスタック４００を構成する燃料電池セル４は、その先端部分を上部側に向けてガスタンク３に立設されている。 More specifically, an opening (not shown) having substantially the same shape as the lower support plate 400b of the fuel cell stack 400 is provided on the upper surface of the gas tank 3, and the lower support plate 400b is in close contact with the opening. Thus, the gas tank 3 and each fuel cell stack 400 are connected. Therefore, the fuel cells 4 constituting the fuel cell stack 400 are erected on the gas tank 3 with their tip portions facing upward.

一方、各燃料電池セルスタック４００の上方は、空気と燃料ガスとが混合して燃焼する燃焼部１８となっている。燃料ガスは、ガスタンク３から、燃料電池セルユニット３０の管内流路３０ｃを通り、燃焼部１８に向けて上昇する。また、燃料電池セル４の外側を流れる空気も、燃焼部１８に向けて上昇する。背面側の側壁１０２において燃焼部１８に対応する部分には、燃焼ガスと空気との燃焼を開始させるための点火装置１９が設けられている。点火装置１９により燃料ガスと空気とが混合して燃焼する。燃料電池セルスタック４００を構成する燃料電池セル４は、燃焼部１８によって上方から加熱される。 On the other hand, above each fuel cell stack 400 is a combustion section 18 in which air and fuel gas are mixed and burned. The fuel gas rises from the gas tank 3 through the in-pipe flow path 30 c of the fuel cell unit 30 toward the combustion unit 18. Further, the air flowing outside the fuel cell 4 also rises toward the combustion unit 18. An ignition device 19 for starting combustion of combustion gas and air is provided in a portion corresponding to the combustion unit 18 in the rear side wall 102. The ignition device 19 mixes and burns fuel gas and air. The fuel cells 4 constituting the fuel cell stack 400 are heated from above by the combustion unit 18.

燃料ガスとなる被改質ガスは、燃料ガス供給管８を通って燃料電池モジュールＦＣＭ内に導入される。燃料ガス供給管８は、仕切板１５に対して立設された配管６Ａ（流入配管部）を介して改質器５に繋がっている。燃料ガス供給管８から導入された被改質ガス（都市ガス等）は、水蒸気等を適宜混合され、配管６Ａを通って改質器５へと導入される。改質器５に導入された燃料ガスは、改質器５内に収められている改質触媒によって改質される。改質された燃料ガスは、配管６Ｂ（流出配管部）を通ってガスタンク３へと供給される。改質器５に封入されている改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したもの、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したもの、が適宜用いられる。 The reformed gas that becomes the fuel gas is introduced into the fuel cell module FCM through the fuel gas supply pipe 8. The fuel gas supply pipe 8 is connected to the reformer 5 via a pipe 6 A (inflow pipe section) provided upright with respect to the partition plate 15. The reformed gas (city gas or the like) introduced from the fuel gas supply pipe 8 is appropriately mixed with water vapor or the like, and is introduced into the reformer 5 through the pipe 6A. The fuel gas introduced into the reformer 5 is reformed by the reforming catalyst stored in the reformer 5. The reformed fuel gas is supplied to the gas tank 3 through the pipe 6B (outflow pipe portion). As the reforming catalyst enclosed in the reformer 5, a catalyst obtained by adding nickel to the alumina sphere surface or a catalyst obtained by applying ruthenium to the alumina sphere surface is appropriately used.

改質器５に対して配管６Ａが繋がっている部分と、改質器５に対して配管６Ｂが繋がっている部分とは、長手方向において一端近傍と他端近傍とに引き離されている。これによって、改質器５に供給された燃料ガスは改質触媒に十分に触れることが可能となる。また、配管６Ａ，６Ｂは、燃料電池セル４の長手方向からみて改質器５の投影領域内において一直線状に設けられている。つまり、配管６Ａ，６Ｂは、改質器５の上方側から見て改質器５からはみ出さない領域に設けられている。 The portion where the pipe 6A is connected to the reformer 5 and the portion where the pipe 6B is connected to the reformer 5 are separated from each other in the vicinity of one end and the other end in the longitudinal direction. As a result, the fuel gas supplied to the reformer 5 can sufficiently touch the reforming catalyst. Further, the pipes 6 A and 6 B are provided in a straight line in the projection region of the reformer 5 when viewed from the longitudinal direction of the fuel cell 4. That is, the pipes 6 A and 6 B are provided in a region that does not protrude from the reformer 5 when viewed from above the reformer 5.

また、カバー部材１の側壁１０１，１０２，１０３、及び天井１０４は、二重壁構造になっており、その二重壁の間の空間を気体が通過可能なように構成されている。側壁１０２の内部空間と、天井１０４の内部空間と、側壁１０３の内部空間とはそれぞれ繋がっている。側壁１０２の下部には空気供給管１０が連通されていて、空気が供給されるように構成されている。 Further, the side walls 101, 102, 103 and the ceiling 104 of the cover member 1 have a double wall structure, and are configured so that gas can pass through the space between the double walls. The internal space of the side wall 102, the internal space of the ceiling 104, and the internal space of the side wall 103 are connected to each other. An air supply pipe 10 is communicated with the lower portion of the side wall 102 so that air is supplied.

側壁１０２に供給された空気は、天井１０４から側壁１０３へと流れ、その流れる過程において発電室内から伝わる熱によって加熱されるように構成されている。側壁１０３へ流れ込んだ空気は、空気流路１０３ａに流れ込むように構成されている。空気流路１０３ａは、側壁１０１から側壁１０２へ向けて延びるように形成され、側壁１０３の内側において仕切板１５の上面近傍に沿って配置されている。空気流路１０３ａには所定間隔をおいて、空気流入孔１０３ｂが設けられている。 The air supplied to the side wall 102 flows from the ceiling 104 to the side wall 103, and is heated by heat transmitted from the power generation chamber in the flow process. The air that has flowed into the side wall 103 is configured to flow into the air flow path 103a. The air flow path 103 a is formed so as to extend from the side wall 101 toward the side wall 102, and is disposed along the vicinity of the upper surface of the partition plate 15 inside the side wall 103. The air flow path 103a is provided with air inflow holes 103b at a predetermined interval.

側壁１０３から空気流路１０３ａに流れ込んだ空気は、空気流入孔１０３ｂを通って発電室内へと流れ込むように構成されている。空気流入孔１０３ｂを通って発電室内へと流れ込んだ空気は、燃料電池セル４の外側の通路を通って各燃料電池セル４の下方から上方へと流れる。各燃料電池セル４の上方に至った空気は、各燃料電池セル４の管内流路を通った燃料ガスと合わせて燃焼される。 The air that flows into the air flow path 103a from the side wall 103 is configured to flow into the power generation chamber through the air inflow hole 103b. The air that has flowed into the power generation chamber through the air inflow hole 103 b flows from the lower side to the upper side of each fuel cell 4 through the passage outside the fuel cell 4. The air that reaches the upper side of each fuel battery cell 4 is burned together with the fuel gas that has passed through the pipe flow path of each fuel battery cell 4.

側壁１０３の内側上端には、排気ガス流出スリット１０３ｃが設けられている。各燃料電池セル４の上方において燃料ガスと空気とが燃焼して発生した排気ガスは、排気ガス流出スリット１０３ｃを通って側壁１０３の内部空間に入る。側壁１０３へと入り込んだ排気ガスは、側壁１０３の内部空間を下方へと流れ、排気ガス室１７へと至って一時的に貯留される。排気ガス室１７へと至った排気ガスは、排気ガス管１１を通って燃料電池モジュールＦＣＭの外部へと排出される。 An exhaust gas outflow slit 103 c is provided at the inner upper end of the side wall 103. Exhaust gas generated by combustion of fuel gas and air above each fuel cell 4 enters the internal space of the side wall 103 through the exhaust gas outflow slit 103c. The exhaust gas that has entered the side wall 103 flows downward through the internal space of the side wall 103, reaches the exhaust gas chamber 17, and is temporarily stored. The exhaust gas that has reached the exhaust gas chamber 17 is discharged to the outside of the fuel cell module FCM through the exhaust gas pipe 11.

燃料電池セルスタック４００として行列配置されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）の、長手側で最も外側に列状配置される燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）の近傍には温度勾配緩和手段としての温度緩和部材７０，７１が配置されている。 In the vicinity of the fuel cell unit 30 (fuel cell 4) arranged in the outermost row on the longitudinal side of the fuel cell unit 30 (fuel cell 4) arranged in a matrix as the fuel cell stack 400, Temperature relaxation members 70 and 71 as temperature gradient relaxation means are arranged.

温度緩和部材７０は、配管６Ａと、配管６Ａ側に列状配置（図１において、図中左端に奥行方向（図に垂直方向）に列状配置）されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）との間に配置されている。温度緩和部材７０は、ステンレスといった金属材料によって構成され、遮蔽板７０１と、上支持部７０２、下支持部７０３とを備えている。 The temperature relaxing member 70 is arranged in a line on the pipe 6A and the pipe 6A side (in FIG. 1, the fuel cell unit 30 (fuel cell) arranged in the depth direction (vertical direction in the figure) at the left end in the figure). Between the cells 4). The temperature relaxing member 70 is made of a metal material such as stainless steel, and includes a shielding plate 701, an upper support portion 702, and a lower support portion 703.

遮蔽板７０１は、その直近において列状配置されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）の一端側（図中下端）から他端側（図中上端）に至るように形成されている。遮蔽板７０１はまた、その直近において列状配置されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）の列状配置方向に沿うように形成されている。遮蔽板７０１は、その直近において列状配置されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）の、一方の端に配置された燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）から他方の端に配置された燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）まで至るように、列状配置方向に沿って配置されている。 The shielding plate 701 is formed so as to extend from one end side (lower end in the figure) to the other end side (upper end in the figure) of the fuel cell units 30 (fuel cell 4) arranged in a row in the immediate vicinity. . The shielding plate 701 is also formed so as to extend in the row arrangement direction of the fuel cell units 30 (fuel cell 4) arranged in a row in the immediate vicinity. The shielding plate 701 is arranged at the other end from the fuel cell unit 30 (fuel cell 4) arranged at one end of the fuel cell units 30 (fuel cell 4) arranged in a row in the immediate vicinity. It arrange | positions along the row-shaped arrangement | positioning direction so that it may reach to the arrange | positioned fuel cell unit 30 (fuel cell 4).

遮蔽板７０１の上端には上支持部７０２が一体的に繋がれている。上支持部７０２は、配管６Ａに繋がれて固定されている。遮蔽板７０１の下端には下支持部７０３が一体的に繋がれている。下支持部７０３は、ガスタンク３を避けて仕切板１５に固定可能なように折り曲げられている。尚、本実施形態において上支持部７０２を配管６Ａに固定したけれども、上支持部７０２を改質器５に繋げて固定することも好ましい。 An upper support portion 702 is integrally connected to the upper end of the shielding plate 701. The upper support part 702 is connected and fixed to the pipe 6A. A lower support portion 703 is integrally connected to the lower end of the shielding plate 701. The lower support portion 703 is bent so as to be fixed to the partition plate 15 while avoiding the gas tank 3. Although the upper support portion 702 is fixed to the pipe 6A in this embodiment, it is also preferable that the upper support portion 702 is connected to the reformer 5 and fixed.

続いて、温度緩和部材７１は、配管６Ｂと、配管６Ｂ側に列状配置（図１において、図中右端に奥行方向（図に垂直方向）に列状配置）されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）との間に配置されている。温度緩和部材７１は、ステンレスといった金属材料によって構成され、遮蔽板７１１と、上支持部７１２、下支持部７１３とを備えている。 Subsequently, the temperature relaxing member 71 is arranged in a line on the pipe 6B and the pipe 6B side (in FIG. 1, the fuel cell unit 30 arranged in a line in the depth direction (vertical direction in the figure) at the right end in the figure). (Fuel battery cell 4). The temperature relaxation member 71 is made of a metal material such as stainless steel, and includes a shielding plate 711, an upper support portion 712, and a lower support portion 713.

遮蔽板７１１は、その直近において列状配置されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）の一端側（図中下端）から他端側（図中上端）に至るように形成されている。遮蔽板７１１はまた、その直近において列状配置されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）の列状配置方向に沿うように形成されている。遮蔽板７１１は、その直近において列状配置されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）の、一方の端に配置された燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）から他方の端に配置された燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）まで至るように、列状配置方向に沿って配置されている。 The shielding plate 711 is formed so as to extend from one end side (lower end in the figure) to the other end side (upper end in the figure) of the fuel cell units 30 (fuel cell 4) arranged in a row in the immediate vicinity. . The shielding plate 711 is also formed along the row arrangement direction of the fuel cell units 30 (fuel cell 4) arranged in a row in the immediate vicinity. The shielding plate 711 is arranged at the other end from the fuel cell unit 30 (fuel cell 4) arranged at one end of the fuel cell units 30 (fuel cell 4) arranged in a row in the immediate vicinity. It arrange | positions along the row-shaped arrangement | positioning direction so that it may reach to the arrange | positioned fuel cell unit 30 (fuel cell 4).

より具体的には、図３において最も左端（一方の端）に配置されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）の近傍であってやや内側から、同図において最も右端（他方の端）に配置されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）の近傍であってやや外側まで至るように形成されている。図３に示すように、遮蔽板７１１には切り欠き部７１１ａが設けられており、同図正面から見た場合に左端の燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）が見通せるように構成されている。これは、図３において最も右端（他方の端）に配置されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）と電極棒１３とを電気的に接続するための接続部材２３が設けられており、この接続部材２３と温度緩和部材７１とが接触しないように設けられているものである。 More specifically, in the vicinity of the fuel cell unit 30 (fuel cell 4) arranged at the leftmost end (one end) in FIG. 3, from the slightly inner side, the rightmost end (the other end) in FIG. ) Is arranged in the vicinity of the fuel battery cell unit 30 (fuel battery cell 4) arranged at a little outside. As shown in FIG. 3, the shielding plate 711 is provided with a notch 711a so that the leftmost fuel cell unit 30 (fuel cell 4) can be seen through when viewed from the front. Yes. This is provided with a connecting member 23 for electrically connecting the fuel cell unit 30 (fuel cell 4) disposed at the rightmost end (the other end) in FIG. The connecting member 23 and the temperature relaxing member 71 are provided so as not to contact each other.

図５に、図３の温度緩和部材７１が設けられている近傍を平面視（図３において上方視）した場合の模式的な配置図を示す。図５に示すように、温度緩和部材７１を構成する遮蔽板７１１には切り欠き部７１１ａが設けられており、左端の燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）には遮蔽板７１１が掛からず、左端の燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）と電極棒１３とを繋ぐ接続部材２３が遮蔽板７１１と干渉しないように構成されている。このように構成しても、列状配置されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）と遮蔽板７１１と配管６Ｂとはそれぞれ所定間隔をおくように配置されているので、配管６Ｂと列状配置されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）との間には遮蔽板７１１が介在することになる。そのため、例えば配管６Ｂから発せられる熱は遮蔽板７１１によってその温度勾配が緩和され、列状配置されている燃料電池セルユニット３０（燃料電池セル４）それぞれへ伝わる熱の温度ムラが極力低減されるように構成されている。尚、上述した温度緩和部材７０についても同様である。 FIG. 5 is a schematic layout diagram in the case where the vicinity in which the temperature relaxing member 71 of FIG. 3 is provided is viewed in plan (upwardly viewed in FIG. 3). As shown in FIG. 5, the shielding plate 711 constituting the temperature relaxing member 71 is provided with a notch 711a, and the shielding plate 711 is not hung on the leftmost fuel cell unit 30 (fuel cell 4). The connecting member 23 that connects the leftmost fuel cell unit 30 (fuel cell 4) and the electrode rod 13 is configured not to interfere with the shielding plate 711. Even if it comprises in this way, since the fuel cell unit 30 (fuel cell 4), the shielding plate 711, and the pipe 6B arranged in a row are arranged at predetermined intervals, the pipe 6B A shielding plate 711 is interposed between the fuel cell units 30 (fuel cell 4) arranged in a row. Therefore, for example, the temperature gradient of the heat generated from the pipe 6B is relaxed by the shielding plate 711, and the temperature unevenness of the heat transmitted to each of the fuel cell units 30 (fuel cell 4) arranged in a row is reduced as much as possible. It is configured as follows. The same applies to the temperature relaxing member 70 described above.

遮蔽板７１１の上端には上支持部７１２が一体的に繋がれている。上支持部７１２は、配管６Ｂに繋がれて固定されている。遮蔽板７１１の下端には下支持部７１３が一体的に繋がれている。下支持部７１３は、ガスタンク３を避けて仕切板１５に固定可能なように折り曲げられている。尚、本実施形態において上支持部７１２を配管６Ｂに固定したけれども、上支持部７１２を改質器５に繋げて固定することも好ましい。 An upper support portion 712 is integrally connected to the upper end of the shielding plate 711. The upper support part 712 is connected and fixed to the pipe 6B. A lower support portion 713 is integrally connected to the lower end of the shielding plate 711. The lower support portion 713 is bent so as to be fixed to the partition plate 15 while avoiding the gas tank 3. Although the upper support portion 712 is fixed to the pipe 6B in the present embodiment, it is also preferable that the upper support portion 712 is connected to the reformer 5 and fixed.

続いて、図６を参照しながら燃料電池モジュールＦＣＭを用いた燃料電池システムＦＣＳの構成について説明する。図６は、燃料電池システムＦＣＳの制御的な構成を示すブロック図である。図６に示すように、燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池モジュールＦＣＭと、燃料電池モジュールＦＣＭに空気を供給する空気供給部ＡＰと、燃料電池モジュールＦＣＭに燃料ガスとなる被改質ガスを供給する燃料供給部ＦＰと、燃料電池モジュールＦＣＭに水を供給する水供給部ＷＰと、燃料電池モジュールＦＣＭから電力を取り出す電力取出部ＥＰとを備えている。空気供給部ＡＰ、燃料供給部ＦＰ、水供給部ＷＰ、及び電力取出部ＥＰは補器ユニットＡＤＵに収められている。 Next, the configuration of the fuel cell system FCS using the fuel cell module FCM will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram showing a control configuration of the fuel cell system FCS. As shown in FIG. 6, the fuel cell system FCS supplies a fuel cell module FCM, an air supply unit AP that supplies air to the fuel cell module FCM, and a reformed gas that becomes fuel gas to the fuel cell module FCM. A fuel supply unit FP, a water supply unit WP that supplies water to the fuel cell module FCM, and a power extraction unit EP that extracts power from the fuel cell module FCM are provided. The air supply unit AP, the fuel supply unit FP, the water supply unit WP, and the power extraction unit EP are housed in the auxiliary unit ADU.

燃料電池モジュールＦＣＭ、空気供給部ＡＰ、燃料供給部ＦＰ、水供給部ＷＰ、及び電力取出部ＥＰは、燃料電池システム制御部ＣＳから出力される制御信号に基づいて制御される。燃料電池システム制御部ＳＣは、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭといったメモリ、及び制御信号やセンサ信号を授受するためのインターフェイスによって構成されている。燃料電池システム制御部ＳＣには、操作装置ＣＳ１、表示装置ＣＳ２、及び報知装置ＣＳ３が取り付けられている。 The fuel cell module FCM, the air supply unit AP, the fuel supply unit FP, the water supply unit WP, and the power extraction unit EP are controlled based on a control signal output from the fuel cell system control unit CS. The fuel cell system control unit SC includes a CPU, a memory such as a ROM and a RAM, and an interface for sending and receiving control signals and sensor signals. An operating device CS1, a display device CS2, and a notification device CS3 are attached to the fuel cell system controller SC.

操作装置ＣＳ１から入力される操作指示信号は燃料電池システム制御部ＣＳに出力され、燃料電池システム制御部ＣＳは、その操作指示信号に基づいて、燃料電池モジュールＦＣＭ等を制御する。燃料電池システム制御部ＣＳが制御した情報や、所定の警告情報は、表示装置ＣＳ２及び報知装置ＣＳ３に出力される。操作装置ＣＳ１、表示装置ＣＳ２、及び報知装置ＣＳ３の具体的なハードウェア構成は特に限定されるものではなく、必要となる機能に応じて最適なハードウェア構成が選択される。一例としては、操作装置ＣＳ１として、キーボード、マウス、タッチパネルといったハードウェアが用いられる。表示装置ＣＳ２としては、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイといった表示系のハードウェアが用いられる。報知装置ＣＳ３としては、スピーカー、点灯器といったハードウェアが用いられる。 The operation instruction signal input from the operation device CS1 is output to the fuel cell system control unit CS, and the fuel cell system control unit CS controls the fuel cell module FCM and the like based on the operation instruction signal. Information controlled by the fuel cell system control unit CS and predetermined warning information are output to the display device CS2 and the notification device CS3. Specific hardware configurations of the operation device CS1, the display device CS2, and the notification device CS3 are not particularly limited, and an optimal hardware configuration is selected according to a required function. As an example, hardware such as a keyboard, a mouse, and a touch panel is used as the operating device CS1. As the display device CS2, display system hardware such as a CRT display or a liquid crystal display is used. As the notification device CS3, hardware such as a speaker and a lighting device is used.

燃料電池システム制御部ＣＳには、燃料電池システムＦＣＳの各所に設けられたセンサからセンサ信号が出力される。燃料電池システム制御部ＣＳに信号を出力するセンサとしては、改質器温度センサＤＳ１、スタック温度センサＤＳ２、排気温度センサＤＳ３、改質器内圧力センサＤＳ４、水位センサＤＳ５、水流量センサＤＳ６、燃料流量センサＤＳ７、改質用空気流量センサＤＳ８、発電用空気流量センサＤＳ９、電力状態検出部ＤＳ１０、貯湯状態検出センサＤＳ１１、一酸化炭素検出センサＤＳ１２、可燃ガス検出センサＤＳ１３が設けられている。 Sensor signals are output to the fuel cell system controller CS from sensors provided at various locations in the fuel cell system FCS. The sensors that output signals to the fuel cell system controller CS include a reformer temperature sensor DS1, a stack temperature sensor DS2, an exhaust temperature sensor DS3, a reformer pressure sensor DS4, a water level sensor DS5, a water flow rate sensor DS6, fuel A flow rate sensor DS7, a reforming air flow rate sensor DS8, a power generation air flow rate sensor DS9, a power state detection unit DS10, a hot water storage state detection sensor DS11, a carbon monoxide detection sensor DS12, and a combustible gas detection sensor DS13 are provided.

改質器温度センサＤＳ１は、改質器５の温度を測定するためのセンサであって、本実施形態の場合は２つ設けられている。スタック温度センサＤＳ２は、発電室に配置されている燃料電池セル４の温度を測定するためのセンサであって、複数の燃料電池セル４からなる燃料電池セルスタック４００近傍に配置されている。排気温度センサＤＳ３は、燃焼部１８から排出される排気ガスの温度を測定するためのセンサであって、燃焼部１８から改質器５近傍を通って温水製造装置（図示しない）に至る経路に配置されている。改質器内圧力センサＤＳ４は、改質器５内の圧力を測定するためのセンサである。なお、ここでは改質器５内の圧力をセンサで測定するようにしているが、改質器５の前段で燃料と水が混合される部分の圧力を検出するものであっても良い。 The reformer temperature sensor DS1 is a sensor for measuring the temperature of the reformer 5, and in the present embodiment, two are provided. The stack temperature sensor DS2 is a sensor for measuring the temperature of the fuel cell 4 arranged in the power generation chamber, and is arranged in the vicinity of the fuel cell stack 400 including the plurality of fuel cells 4. The exhaust gas temperature sensor DS3 is a sensor for measuring the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion unit 18, and passes through the vicinity of the reformer 5 from the combustion unit 18 to the hot water production apparatus (not shown). Has been placed. The reformer pressure sensor DS4 is a sensor for measuring the pressure in the reformer 5. Here, the pressure in the reformer 5 is measured by a sensor, but the pressure in the portion where the fuel and water are mixed may be detected in the previous stage of the reformer 5.

水位センサＤＳ５は、貯水タンク（図示しない）の水位を測定するためのセンサであって、本実施形態の場合は４つ設けられている。水流量センサＤＳ６は、補器ユニットＡＤＵから燃料電池モジュールＦＣＭへと供給される純水の流量を測定するためのセンサである。燃料流量センサＤＳ７は、補器ユニットＡＤＵから燃料電池モジュールＦＣＭへと供給される被改質ガスの流量を測定するためのセンサである。改質用空気流量センサＤＳ８は、補器ユニットＡＤＵから燃料電池モジュールＦＣＭの改質器５へと供給される改質用空気の流量を測定するためのセンサである。発電用空気流量センサＤＳ９は、補器ユニットＡＤＵから燃料電池モジュールＦＣＭへと供給される発電用空気の流量を測定するためのセンサである。 The water level sensor DS5 is a sensor for measuring the water level of a water storage tank (not shown), and four sensors are provided in the present embodiment. The water flow rate sensor DS6 is a sensor for measuring the flow rate of pure water supplied from the auxiliary unit ADU to the fuel cell module FCM. The fuel flow rate sensor DS7 is a sensor for measuring the flow rate of the reformed gas supplied from the auxiliary unit ADU to the fuel cell module FCM. The reforming air flow rate sensor DS8 is a sensor for measuring the flow rate of reforming air supplied from the auxiliary unit ADU to the reformer 5 of the fuel cell module FCM. The power generation air flow rate sensor DS9 is a sensor for measuring the flow rate of power generation air supplied from the auxiliary unit ADU to the fuel cell module FCM.

電力状態検出部ＤＳ１０は、センシング手段の集合体であって、燃料電池モジュールＦＣＭから取り出す発電電力の状態を検出する部分である。貯湯状態検出センサＤＳ１１は、センシング手段の集合体であって、温水製造装置（図示しない）の貯湯状態を検出する部分である。 The power state detection unit DS10 is an assembly of sensing means, and is a part that detects the state of generated power extracted from the fuel cell module FCM. The hot water storage state detection sensor DS11 is an assembly of sensing means, and is a part that detects the hot water storage state of a hot water production apparatus (not shown).

一酸化炭素検出センサＤＳ１２は、一酸化炭素検知器ＣＯＤに備えられているセンサであって、燃料電池モジュールＦＣＭ内における一酸化炭素のハウジング内への漏れを検出するセンサである。可燃ガス検出センサＤＳ１３は、可燃ガス検知器（図示しない）に備えられているセンサであって、燃料電池モジュールＦＣＭ及び補器ユニットＡＤＵ内における可燃ガスの漏洩を検出するセンサである。 The carbon monoxide detection sensor DS12 is a sensor provided in the carbon monoxide detector COD, and is a sensor that detects leakage of carbon monoxide into the housing in the fuel cell module FCM. The combustible gas detection sensor DS13 is a sensor provided in a combustible gas detector (not shown), and is a sensor that detects leakage of combustible gas in the fuel cell module FCM and the auxiliary unit ADU.

１：カバー部材
１ａ：フランジ部
２：ベース部材
３：ガスタンク
４：燃料電池セル
４ａ：端部
４ｂ：端部
５：改質器
６Ａ：配管
６Ｂ：配管
８：燃料ガス供給管
１０：空気供給管
１１：排気ガス管
１３：電極棒
１５：仕切板
１７：排気ガス室
１８：燃焼部
１９：点火装置
２１：温度センサ
３０：燃料電池セルユニット
３０ｃ：管内流路
４０：内側電極端子
４０ａ：本体部分
４０ｂ：管状部分
４０ｃ：接続流路
４０ｄ：段部
４２：外側電極端子
４２ａ：本体部分
４２ｂ：管状部分
４２ｃ：接続流路
４２ｄ：段部
４４：電極層
４４ａ：内側電極露出周面
４４ａ：内側電極外周面
４４ｂ：端面
４４ｃ：端面
４６：電解質層
４６ａ：電解質露出周面
４８：電極層
４８：外側電極外周面
４８：電極層
４８ａ：外側電極露出周面
５０：貫通流路
５２：絶縁部材
５４：シール材
１０１，１０２，１０３：側壁
１０３ａ：空気流路
１０３ｂ：空気流入孔
１０３ｃ：排気ガス流出スリット
１０４：天井
４００：燃料電池セルスタック
４００ａ：上支持板
４００ｂ：下支持板
２３：接続部材
７０，７１：温度緩和部材
７０１：遮蔽板
７０２：上支持部
７０３：下支持部
７１１：遮蔽板
７１１ａ：切り欠き部
７１２：上支持部
７１３：下支持部 1: Cover member 1a: Flange part 2: Base member 3: Gas tank 4: Fuel cell 4a: End part 4b: End part 5: Reformer 6A: Pipe 6B: Pipe 8: Fuel gas supply pipe 10: Air supply pipe 11: Exhaust gas pipe 13: Electrode rod 15: Partition plate 17: Exhaust gas chamber 18: Combustion unit 19: Ignition device 21: Temperature sensor 30: Fuel cell unit 30c: In-pipe flow path 40: Inner electrode terminal 40a: Body part 40b: Tubular portion 40c: Connection channel 40d: Step portion 42: Outer electrode terminal 42a: Main body portion 42b: Tubular portion 42c: Connection channel 42d: Step portion 44: Electrode layer 44a: Inner electrode exposed peripheral surface 44a: Inner electrode Outer peripheral surface 44b: End surface 44c: End surface 46: Electrolyte layer 46a: Electrolyte exposed peripheral surface 48: Electrode layer 48: Outer electrode outer peripheral surface 48: Electrode layer 48a: Outer electrode exposed peripheral surface 50: Through channel 52: Insulating portion 54: Sealing material 101, 102, 103: Side wall 103a: Air flow path 103b: Air inflow hole 103c: Exhaust gas outflow slit 104: Ceiling 400: Fuel cell stack 400a: Upper support plate 400b: Lower support plate 23: Connection member 70, 71: Temperature relaxation member 701: Shield plate 702: Upper support portion 703: Lower support portion 711: Shield plate 711a: Notch portion 712: Upper support portion 713: Lower support portion

Claims

A plurality of fuel cells that operate when fuel gas and oxidant gas flow from one end side to the other end side;
A reformer disposed opposite to the other end of each of the plurality of fuel cells, and reforming the reformed gas into a fuel gas;
A fuel cell system comprising: an inflow piping portion for supplying a reformed gas to the reformer; and a gas piping having an outflow piping portion for sending fuel gas from the reformer to one end of the plurality of fuel cells. Because
Between the other end of the fuel cell and the reformer, a combustion part is formed in which fuel off-gas and oxidant off-gas from the plurality of fuel cells are mixed and burned, and the reformer is Reforming the reformed gas in response to heat from the combustion section,
At least a part of the plurality of fuel cells is arranged in a row, and the outflow along the direction in which the fuel cells arranged in a row at a predetermined interval from the fuel cells arranged in a row extends. The piping part is arranged,
A temperature gradient alleviating means for dispersing heat transfer between the outflow pipe section and the fuel cell arranged in a row between the fuel cells arranged in a row and the outflow pipe portion. The temperature gradient mitigating means is provided so as to extend from one end side to the other end side of the fuel cell and along the columnar arrangement direction, and is also used as a member that supports the reformer. A fuel cell system.

The temperature gradient mitigating means extends in the row arrangement direction so as to extend from the vicinity of the fuel cell arranged at one end of the fuel cell arranged in the row to the vicinity of the fuel cell arranged at the other end. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is disposed along the fuel cell system.

3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the temperature gradient relaxation means is supported by being connected to at least one of the outflow pipe section and the reformer.

At least a part of the plurality of fuel cells is arranged in a row, and the inflow pipe extends along a direction in which the fuel cells arranged in a row are spaced apart from the fuel cells arranged in a row. Is disposed between the fuel cells arranged in a row and the inflow piping portion to distribute heat between the fuel cells arranged in a row and the inflow piping portion. The fuel cell system according to claim 1, wherein second temperature gradient relaxation means is provided.