JP5620173B2 - Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device - Google Patents
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Description
本発明は、改質器で生成された燃料ガスを用いて発電を行うセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a cell stack device, a fuel cell module, and a fuel cell device that generate power using fuel gas generated by a reformer.
近年、次世代エネルギー生成装置として、燃料ガス(水素含有ガス)と空気(酸素含有ガス)とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールが種々提案されている。 2. Description of the Related Art Recently, various types of fuel cell modules in which fuel cell cells capable of obtaining power using fuel gas (hydrogen-containing gas) and air (oxygen-containing gas) are stored in storage containers as next-generation energy generation devices. Proposed.
燃料電池セルに供給する水素含有ガスを生成するにあたっては、たとえば、天然ガス等の炭化水素を水蒸気と反応させて水素を生成する水蒸気改質法が知られており、燃料電池モジュールは、水蒸気改質を行うための改質器を備える。 In generating a hydrogen-containing gas to be supplied to a fuel battery cell, for example, a steam reforming method is known in which a hydrocarbon such as natural gas is reacted with steam to generate hydrogen. It is equipped with a reformer for quality.
特許文献1記載の改質器は、筒状の容器内の中央部に気化部を有し、容器の両側部に改質部を有している。原燃料は、気化部にて必要に応じて気化された後、容器の両側部に位置する改質部に流れて、改質部の内部に備える改質触媒により改質され、燃料ガスが生成される。1つの改質器の内部に、2箇所の改質部を有することから、効率よく改質反応を行うことができる。 The reformer described in Patent Document 1 has a vaporization section in the center of a cylindrical container, and has reforming sections on both sides of the container. The raw fuel is vaporized as necessary in the vaporization section, then flows to the reforming sections located on both sides of the container, and is reformed by the reforming catalyst provided in the reforming section to generate fuel gas. Is done. Since one reformer has two reforming sections, a reforming reaction can be performed efficiently.
特許文献1記載の改質器では、中央部の気化部で気化した原燃料のガスが、両側部の改質部に流れて改質されることになるが、この両側部それぞれへの気化した原燃料のガスの分配は、ガスの圧力に依存する。したがって、改質器内で圧力が不均一であると、両側部それぞれに流れる原燃料のガスの分配が不均一となる。分配が不均一になると、それぞれの改質部で生成される燃料ガスが不均一となり、セルスタックへの燃料ガスの供給が不均一となって発電効率が低下してしまう。 In the reformer described in Patent Document 1, the raw fuel gas vaporized in the central vaporization section flows into the reforming sections on both sides and is reformed. The distribution of the raw fuel gas depends on the gas pressure. Therefore, if the pressure is non-uniform in the reformer, the distribution of the raw fuel gas flowing to both sides is non-uniform. If the distribution becomes non-uniform, the fuel gas generated in each reforming unit becomes non-uniform, and the supply of the fuel gas to the cell stack becomes non-uniform, resulting in a decrease in power generation efficiency.
本発明の目的は、改質器で生成された燃料ガスを均一に供給することで発電効率を向上させたセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a cell stack device, a fuel cell module, and a fuel cell device in which power generation efficiency is improved by uniformly supplying fuel gas generated by a reformer.
本実施形態のセルスタック装置は、燃料電池セルを複数個配列して電気的に接続してなるセルスタックと、
前記燃料電池セルの下端を固定するとともに、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのガスケースと、
該セルスタックを構成する前記燃料電池セルの上端と所定の間隔をあけて配置され、内部が上下に一方領域と他方領域とに仕切り部材によって仕切られた中空の容器体であって、一方領域と他方領域とは前記仕切り部材の両端部側でそれぞれ連通しており、前記一方領域が、前記セルスタック側に配置され、外部より供給される原燃料を気化して原燃料ガスを生成する気化部であり、前記他方領域が、前記気化部上に配置され、該気化部にて生成された原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質ガス生成部である改質器とを備える。
The cell stack device of the present embodiment is a cell stack formed by arranging and electrically connecting a plurality of fuel cells,
A gas case for fixing a lower end of the fuel cell and supplying fuel gas to the fuel cell;
A hollow container body that is disposed at a predetermined interval from the upper end of the fuel cell constituting the cell stack, and whose interior is vertically divided into one region and the other region by a partition member , The other region communicates with both end portions of the partition member, and the one region is disposed on the cell stack side and vaporizes raw fuel supplied from outside to generate raw fuel gas. The other region includes a reformer that is disposed on the vaporization unit and is a reformed gas generation unit that reforms the raw fuel gas generated in the vaporization unit to generate fuel gas. .
また本実施形態の燃料電池モジュールは、収納容器と、
該収納容器に収納される上記のセルスタック装置とを具備する。
The fuel cell module of the present embodiment includes a storage container,
And the cell stack device stored in the storage container.
また本実施形態の燃料電池装置は、外装ケースと、
該外装ケース内に収納される上記の燃料電池モジュールと、
該燃料電池モジュールを作動させるための補機とを具備する。
Further, the fuel cell device of the present embodiment includes an exterior case,
The above fuel cell module housed in the exterior case;
And an auxiliary machine for operating the fuel cell module.
本実施形態のセルスタック装置によれば、セルスタックは、燃料電池セルを複数個配列して電気的に接続して構成され、ガスケースが前記燃料電池セルの下端を固定するとともに、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給する。 According to the cell stack device of the present embodiment, the cell stack is configured by arranging and electrically connecting a plurality of fuel cells , and a gas case fixes the lower end of the fuel cell , and the fuel cell. Supply fuel gas to the cell.
改質器は、該セルスタックを構成する前記燃料電池セルの上端と所定の間隔をあけて配置され、内部が上下に一方領域と他方領域とに仕切り部材によって仕切られた中空の容器体であって、一方領域と他方領域とは前記仕切り部材の両端部側でそれぞれ連通する。前記一方領域が、前記セルスタック側に配置され、外部より供給される原燃料を気化して原燃料ガスを生成する気化部であり、前記他方領域が、前記気化部上に配置され、前記気化部にて生成された原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質ガス生成部である。 The reformer is a hollow container body that is disposed at a predetermined interval from the upper end of the fuel cell constituting the cell stack, and whose interior is vertically divided into one region and the other region by a partition member. Thus, the one region and the other region communicate with each other at both end portions of the partition member . The one region is a vaporization unit that is disposed on the cell stack side and vaporizes raw fuel supplied from the outside to generate raw fuel gas, and the other region is disposed on the vaporization unit, and the vaporization It is a reformed gas generation unit that generates a fuel gas by reforming the raw fuel gas generated in the unit.
気化部で気化された原燃料ガスおよび水蒸気は、改質ガス生成部において、容器体の前記仕切り部材の両端側から改質反応を起こしながら燃料ガスとして中央部へと流れ込む。これにより、改質ガス生成部からガスケースへ供給される燃料ガスが不均一となることを防止することができ、発電効率を向上させることができる。 The raw fuel gas and water vapor vaporized in the vaporization section flow into the central portion as fuel gas while causing a reforming reaction from both ends of the partition member of the container body in the reformed gas generation section. Thereby, it can prevent that the fuel gas supplied to a gas case from a reformed gas production | generation part becomes non-uniform | heterogenous, and can improve electric power generation efficiency.
また本実施形態の燃料電池モジュールおよび燃料電池装置によれば、発電効率を向上することができるセルスタック装置を備えることにより、発電効率の向上した燃料電池モジュールおよび燃料電池装置とすることができる。 Further, according to the fuel cell module and the fuel cell device of the present embodiment, the fuel cell module and the fuel cell device with improved power generation efficiency can be provided by including the cell stack device that can improve the power generation efficiency.
以下図面を参考にして本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態であるセルスタック装置1の外観を示す斜視図である。図2は、図1の切断面線A−Aで切断した改質器14の構成を示す断面図である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a cell stack device 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the
セルスタック装置1は、原燃料を気化したのちに改質して燃料ガスを生成する改質器14と、燃料電池セル17を複数個配列して電気的に接続してなるセルスタック18と、燃料電池セル17に燃料ガスを供給するためのガスケースであるマニホールド20とを備える。
The cell stack device 1 includes a
改質器14について詳細は後述するが、たとえば、炭化水素ガスである天然ガス、メタノール、灯油などの原燃料および水を気化させる気化部と、気化した原燃料ガスを水蒸気改質して水素ガスを含む燃料ガスを生成する改質部とを備え、燃料電池セル17(セルスタック18)の上方に所定の間隔をあけて配置される。
Although details of the
セルスタック18は、内部にガス流路を有する燃料電池セル17を複数個立設させた状態で、間に集電部材(図は省略)を介装して電気的に接続して構成される。
The
ガスケースとしてのマニホールド20は、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の下端を固定するとともに、各燃料電池セル17に、改質器14で生成された燃料ガスを供給する。
The
改質器14は、中空の容器体2と、容器体2の内部に設けられる仕切り部材3と、原燃料供給管4とを備える。容器体2は、仕切り部材3によって上部側の領域(一方領域)と下部側の領域(他方領域)に仕切られており、一方領域と他方領域とは仕切り部材3の両端部側でそれぞれ連通している。たとえば、直方体状の容器体2において、互いに向かい合う2つの側部、本実施形態では容器体2を上方から見たときの短辺を成す2つの側部2a,2bと、仕切り部材3との間に形成される連通路3a,3bによって、一方領域と他方領域とが連通する。容器体2において、下部側の他方領域が気化部5となり、上部側の一方領域が改質ガス生成部6となる。
The
本実施形態の原燃料供給管4は、円筒状部材からなり、容器体2の上壁2cの中央を厚み方向に貫通し、さらに改質ガス生成部6を貫通して、気化部5に開口するように設けられる。原燃料供給管4によって改質器14の外部と気化部5とを連通している。原燃料供給管4の一方の開口端から原燃料および水(または水蒸気)が導入され、原燃料供給管4を通って気化部5へと供給される。
The raw
下部の気化部5では、供給された原燃料および水を必要に応じて気化する。気化部5の中央に供給された原燃料および水は、気化して原燃料ガスと水蒸気となって仕切り部材3の両端部側へと流れ、両端部で連通路3a,3bを通って改質ガス生成部6に流入する。上部の改質ガス生成部6では、内部に配置された改質触媒6aと原燃料ガスおよび水蒸気とが接触して、水蒸気改質反応が生じる。水蒸気改質反応では、一酸化炭素、二酸化炭素、および水素と、残存成分であるメタンおよび水蒸気とを含んだ改質ガスが得られる。
The
水蒸気改質反応によって発生した上述の改質ガスは、容器体2の両端部から中央部に向かって移動し、容器体2の中央部から燃料ガス供給管7を通ってマニホールド20へと供給される。
The above-described reformed gas generated by the steam reforming reaction moves from both ends of the
燃料ガス供給管7は、容器体2において、互いに向かい合う2つの側部、本実施形態では容器体2を上方から見たときの長辺を成す2つの側部2d,2eの中央部に、一端が接続され、他端がマニホールド20の中央部に接続される。燃料ガス供給管7の一端が側部2d,2eに接続されて改質ガス生成部6に開口する。燃料ガス供給管7の他端は、マニホールド20内に開口する。改質ガス生成部6の中央部には、生成した改質ガスが連続的に流れ込み、燃料ガス供給管7に対して連続的に排出される。
The fuel
本実施形態の改質器14では、原燃料ガスおよび水蒸気が、容器体2の両端側から改質反応を起こしながら燃料ガスとして中央部へと流れ込むので、改質ガス生成部6からマニホールド20へ供給される燃料ガスが不均一となることを防止することができ、発電効率を向上させることができる。
In the
また、容器体2の上部側全体を改質ガス生成部6として利用できるので、効率よく改質反応を生じさせることができる。
Further, since the entire upper side of the
改質ガス生成部6の内部に配置された改質触媒6aとしては、改質効率や耐久性に優れた改質触媒を用いることが好ましく、たとえば、γ−アルミナ、α−アルミナおよびコージェライトなどのいずれか一種からなる多孔質担体に、Ru、Ptなどの貴金属やNi、Feなどの卑金属を担持させた改質触媒を用いることができる。なお、改質触媒6aは、改質ガス生成部6にて行う改質反応にあわせて、適宜一般的に知られている改質触媒を用いることができる。
As the reforming
改質触媒6aが、改質ガス生成部6から連通路3a,3bを通って気化部5へと落下しないように、改質ガス生成部6の内壁、仕切り部材3の表面、図示しない固定部材などに固定してもよく、固定しない場合には、燃料ガスおよび水蒸気が通過可能な程度の通気性を有し、改質触媒6aが通過できないような部材で連通路3a,3bを覆うことが好ましい。
The inner wall of the reformed
マニホールド20の両側部中央に、燃料ガス供給管7が接続され、燃料ガス供給管7を通って供給される水素ガスを含む燃料ガスは、マニホールド20から燃料電池セル17それぞれに供給される。
A fuel
セルスタック18の両端部側には、燃料電池セル17の発電により生じた電流を収集して外部に引き出すための、電流引き出し部を有する集電部材19が配置されている。
On both ends of the
また図1に示したセルスタック装置1においては、改質器14とマニホールド20とが、2本の燃料ガス供給管7により接続されていることから、改質器14とマニホールド20とを強固に接続することができる。
Further, in the cell stack apparatus 1 shown in FIG. 1, the
また、セルスタック装置1は、燃料電池セル17の上端部側の燃焼領域では、発電に使用されなかった余剰の燃料ガスを燃焼させるように構成され、改質器14の気化部5がこの燃焼領域に対向するように改質器14が設けられている。
Further, the cell stack device 1 is configured to burn excess fuel gas that has not been used for power generation in the combustion region on the upper end side of the
このように改質器14を配置することで、燃焼領域で発生した燃焼熱によって改質器14の気化部5の温度を上昇させることができる。それにより、改質器14にて効率よく改質反応を行うことができる。
By arranging the
燃料電池セル17の発電に伴い燃料電池セル17(セルスタック18)に熱が生じるが、その発電により生じた熱は、隣接する燃料電池セル17間等から放熱されることとなる。
Although heat is generated in the fuel cell 17 (cell stack 18) with the power generation of the
しかしながら、燃料電池セル17を複数個並設し電気的に直列に接続してなるセルスタック18においては、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向の端部に配置される燃料電池セル17は放熱しやすいが、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向の中央部側に配置される燃料電池セル17は放熱しにくいため、セルスタック18全体として、セル配列方向中央部側の温度が高く、配列方向端部側の温度が低いという不均一な温度分布を生じる場合がある。
However, in a
また、燃料電池セル17の上端部側に燃焼領域を設け、燃料電池セル17より排出される余剰の燃料ガスを燃焼させる構成では、燃料電池セル17の上端部側の温度が高く、下端部側の温度が低いという不均一な温度分布を生じる場合がある。
Further, in the configuration in which a combustion region is provided on the upper end portion side of the
ここで、図1に示したセルスタック装置1においては、水蒸気改質を行うための改質器14をセルスタック18の上方に配置していることから、改質器14の気化部5が、セルスタック18側に配置されることになる。原燃料および水は、気化部5の中央部に供給されるので、気化部5の中央部は両端部に比べて比較的温度が低くなる。改質器14をセルスタック18の上方に配置することで、セルスタック18の中央部側(特には中央部側に位置する燃料電池セル17の上端部側)の温度を低下させることができるので、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向における温度分布を均一な分布に近づけることができる。また、燃料電池セル17の上下方向における温度分布を均一な分布に近づけることができる。これにより、セルスタック18の発電効率を向上させることができるセルスタック装置1を実現できる。
Here, in the cell stack apparatus 1 shown in FIG. 1, since the
なお、図1においては、燃料電池セル17としては、内部を燃料ガス(水素含有ガス)が長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セル17を例示している。
In FIG. 1, the
特に、燃料電池セル17として固体酸化物形燃料電池セル17を用いる場合にあっては、燃料電池セル17の発電温度が、600℃〜1000℃程度と非常に高温となり、それに伴い燃料電池セル17の配列方向における温度分布、燃料電池セル17の上下方向における温度分布が不均一となりやすくなる。
In particular, when the solid
ここで、上述したセルスタック装置1においては、セルスタック18の中央部側(特には中央部側に位置する燃料電池セル17の上端部側)の温度を低下させることができることから、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向における温度分布や、燃料電池セル17の上下方向における温度分布をより均一に近づけることできる。それゆえ、燃料電池セル17として固体酸化物形燃料電池セルを用いる場合に特に有用となる。
Here, in the cell stack apparatus 1 described above, the temperature on the center side of the cell stack 18 (particularly, the upper end side of the
なお、燃料電池セル17としては、上記以外にたとえば円筒状、平板状の燃料電池セルを用いることもでき、また支持体の表面に酸素側電極層、固体電解質層および燃料側電極層を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セルとすることもできる。
As the
図3は、本発明の第2実施形態であるセルスタック装置1が備える改質器15の断面図である。第2実施形態は第1実施形態と改質器15の構成が異なるのみで、他の構成は同様の構成である。よって、第2実施形態については、改質器15の構成についてのみ説明し、他の構成の説明は省略する。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
本実施形態では、気化部5に供給された原燃料が気化部5の両端部に向けて均等に流れるように調整するための調整部材4aを備えている。調整部材4aは、原燃料供給管4の気化部5側の先端に設けられる板状の部材、いわゆる邪魔板であり、原燃料供給管4の調整部材4a直前位置において管側壁に吹き出し孔4bを設けている。原燃料供給管4の軸線方向に沿って流れる原燃料は、調整部材4aによって軸線方向とは略垂直な方向、すなわち容器体2の長手方向にその流れ方向が変更され、管側壁に設けられた吹き出し孔4bから容器体2両端部に向かって流すことができる。
In this embodiment, the
調整部材4aを設けることで、原燃料供給管4から供給される原燃料を、連通路3a,3bが設けられた両端部に向けて均等に流すことができ、改質ガス生成部6に両端側からそれぞれ流入する原燃料ガスおよび水蒸気の量を等しくすることができる。これにより、改質ガス生成部6において均一な改質反応を生じさせることができるので、改質ガス生成部6における温度分布を均一化することができる。
By providing the adjusting
また、原燃料供給管4より供給される原燃料を、両端側に効率よく供給するにあたり、原燃料供給管4を気化部5内に突出するように設けることが好ましい。
In order to efficiently supply the raw fuel supplied from the raw
なお、調整部材4aとしては、上記ように邪魔板のほか、二又状の管など、反対方向に原燃料を流すことのできる部材を用いることができる。
In addition to the baffle plate as described above, a member that can flow the raw fuel in the opposite direction, such as a bifurcated tube, can be used as the
調整部材4aを設けるにあたり、吹き出し孔4bは、気化部5の底面と対向しないように設けられていることが好ましい。吹き出し孔4bが、気化部5の底面に対向し原燃料が底面に直接吹き付けるような場合、気化部5の一部の温度が急激に低下し、気化部5での気化効率が低下するおそれがある。また、特に改質器15を燃料電池セル17の上方に配置する場合には、温度が低下した底面に対向する位置の燃料電池セル17の温度が急激に低下し、燃料電池セルの発電効率が低下するおそれがある。
In providing the
吹き出し孔4bを、気化部5の底面と対向しないようにして設けることにより、気化部5の一部の温度が低下することを抑制でき、また改質器15を燃料電池セル17の上方に配置する場合に、気化部5の下方に位置する燃料電池セル17の温度が急激に低下することを抑制することができる。
By providing the
なお、調整部材4aは、原燃料供給管4に直接接続される構成にはされず、たとえば仕切り部材3の下面から垂下して設けるような構成であってもよい。
The
図4は、本発明の第3実施形態であるセルスタック装置1が備える改質器16の断面図である。第3実施形態は第1実施形態と改質器16の構成が異なるのみで、他の構成は同様の構成である。よって、第3実施形態については、改質器16の構成についてのみ説明し、他の構成の説明は省略する。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
本実施形態において、改質器16は、気化部5の両端部に、気化部5で生成された原燃料ガスを改質ガス生成部6へ流すための流れ方向調整部材8を備える。
In the present embodiment, the
流れ方向調整部材8は、気化部5の両端部において、容器体2の底部2fと、側部2a,2bとの接続部近傍に設けられ、底部2fおよび側部2a,2bに対して傾斜した傾斜面8aを有している。
The flow
原燃料供給管4を通って気化部5に供給された原燃料は、底部2fの表面に沿って、中央部から両端部に向かって気化しながら流れる。この流れは、流れ方向に垂直な側部2a,2bに原燃料ガスが衝突することで、急激に上向きに方向が変わり、連通路3a,3bから改質ガス生成部6へと流入する。この急激な流れ方向の変化により、原燃料ガスおよび水蒸気が側部2a,2b付近に滞留し、改質ガス生成部6への流入が妨げられたり、連通路3a,3bそれぞれから改質ガス生成部6へ流入する流入量が不均一になるおそれがある。原燃料の供給速度が比較的遅い場合は、原燃料ガスの流れ方向が緩やかに変化して改質ガス生成部6へと流入するが、供給速度が速くなると、このような不具合が発生する。
The raw fuel supplied to the
流れ方向調整部材8は、その傾斜面8aにより、原燃料の供給速度が速い場合であっても、側部2a,2b近傍において原燃料ガスの流れ方向を緩やかに変化させ、側部2a,2b付近での滞留を防止し、改質ガス生成部6への両端部における均一な流入を実現する。
Due to the
図5は、収納容器23内に、上述したセルスタック装置1を収納してなる本発明の第4の実施形態の燃料電池モジュール22を示す外観斜視図である。なお、図5においては、改質器14,15,16を収納容器23の上壁の内面側に設けており、セルスタック装置1としては、改質器14,15,16を取り外した状態を示している。
FIG. 5 is an external perspective view showing a
また、図5に示す燃料電池モジュール22においては、収納容器23の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置1(図5においては改質器14,15,16を取りはずして示している)を後方に取り出した状態を示している。以下に、燃料電池モジュール22を構成する収納容器23について説明する。
Also, in the
図6は、燃料電池モジュール22の一例を概略的に示す断面図であり、図7は図6で示す収納容器23のうちの側面側および底面側を一部抜粋して示す外観斜視図である。
6 is a cross-sectional view schematically showing an example of the
燃料電池モジュール22を構成する収納容器23では、外壁24にて収納容器23の外枠が形成され、内部に燃料電池セル17(セルスタック18)を収納する発電室31が形成されている。
In the
このような収納容器23においては、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向に沿う側部と、該側部に対向する収納容器23の外壁24との間に、空気や排ガスを流すための流路を備えている。
In such a
ここで、収納容器23では、外壁24の内側に所定間隔をあけて第1の壁25が形成されており、第1の壁25の内側に所定間隔をあけて第2の壁26が配置されており、さらに第2の壁26の内側に所定間隔をあけて第3の壁27が配置されている。
Here, in the
それにより、外壁24と第1の壁25との間に形成された空間が第1の流路28となり、第2の壁26と第3の壁27との間に形成された空間が第2の流路29となり、第1の壁25と第2の壁26との間に形成された空間が第3の流路30となる。
Thereby, the space formed between the
なお、図6に示した収納容器23においては、第1の壁25の上端部が第2の壁26に接続されており、第2の壁26が収納容器23の上壁(外壁24)と接続されており、第3の壁27の上端部が第2の壁26と接続されている。
In the
また、収納容器23の底部には、酸素含有ガス(空気)を収納容器23内に供給するための空気供給管32が接続されており、空気供給管32より供給される空気は底部に設けられた空気導入部38に流れる。空気導入部38は空気導入口39を介して第1の流路28と連通しており、空気導入部38を流れる空気は、空気導入口39を通って、第1の流路28に流入する。下部から流入した空気は第1の流路28を上方に向けて流れ、第2の壁26上部に設けられた空気流通口33を通って、第2の流路29に流入する。そして、上部から流入した空気は、第2の流路29を下方に向けて流れ、第3の壁27下部に設けられた空気供給口34を通って、発電室31内に供給される。
An
一方、燃料電池セル17より排出される排ガスや、燃料電池セル17の上端部の燃焼領域17aで余剰の燃料ガスを燃焼させることにより生じる排ガスは、第2の壁26上部で空気流通口33の下方に設けられた排ガス流通口35を通って第3の流路30に流入する。そして、上部から流入した排ガスは、第3の流路30を下方に向けて流れ、下部に設けられた排ガス収集口41を通って、底部に、空気供給管32に隣接して設けられる排ガス収集部40に流入し、排ガス収集部40に連接された排ガス排気管36(図5参照)を通って収納容器23の外部に排気される。
On the other hand, the exhaust gas discharged from the
空気供給管32より供給される空気は、空気導入部38を流れる間に、排ガス収集部40を流れる排ガスと熱交換され、第1の流路28を流れる間に、第3の流路30を流れる排ガスと熱交換され、第2の流路29を流れる間に、第3の流路30を流れる排ガスと発電室31とで熱交換されることとなる。
The air supplied from the
それにより、効率よく空気の温度を高めることができ、加熱された空気を燃料電池セル17に供給できることから、燃料電池セル17の発電効率を向上することができる。
Thereby, the temperature of the air can be increased efficiently, and the heated air can be supplied to the
また、燃料電池モジュール22を、燃料電池セル17の燃焼領域17aで余剰の燃料ガスを燃焼させる構成とすることで、余剰の燃料ガスが燃焼することにより生じる燃焼熱にて改質器14,15,16の温度を上昇させることができる。それにより、改質器14,15,16にて効率よく改質反応を行うことができる。
Further, by configuring the
図7には、空気流通口33および排ガス流通口35を複数個設けている例を示している。このような構成とすることで第1の流路28を流れる空気は、効率よく第2の流路29に流れて発電室31内に供給される。また発電室31内の排ガスは、効率よく第3の流路30を流れて、収納容器23の外部に排気することができる。
FIG. 7 shows an example in which a plurality of
なお、セルスタック18(燃料電池セル17)の両側面側に配置されている断熱材37には、空気供給口34に対応して、空気を燃料電池セル17側に流すための孔が設けられている。
In addition, the
そして空気供給口34より発電室31内に供給された空気は、燃料電池セル17の下端部側から上端部側に向けて流れ、その一部は、燃料電池セル17の間に配置される集電部材の内部を下端部側から上端部側へと向けて流れることとなり、効率よく燃料電池セル17の発電を行うことができる。
The air supplied from the
なお、断熱材37は、収納容器23内の熱が極端な放熱によって、燃料電池セル17(セルスタック18)の温度が低下して発電量が低減しないように適宜設けることができ、図6においては、マニホールド20の底部と、燃料電池セル17(セルスタック18)の両側面側と、収納容器23の上壁(外壁24)と改質器14,15,16との間とに設けている例を示している。すなわち、改質器14,15,16は断熱材37を介して収納容器23の上壁(外壁24)の内面と接続されている。
Note that the
なお、図6においては一列のセルスタック18を有するセルスタック装置1を発電室31内に収納した例を示しており、この場合、燃料電池セル17の両側面側より空気が導入されることとなる。
FIG. 6 shows an example in which the cell stack device 1 having the
また、図6において、空気供給管32と排ガス排気管36とがそれぞれ位置をずらして設けた例を示したが、空気供給管32の内部に排ガス排気管36が位置するように設けることもできる。
6 shows an example in which the
図8は、本発明の第5の実施形態である燃料電池装置120を示す斜視図である。なお、図8においては一部の構成を省略して示している。
FIG. 8 is a perspective view showing a
図8に示すように、燃料電池装置120は、支柱121と外装板122とから構成される外装ケース内を仕切板123により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール22を収納するモジュール収納室124とし、下方側を燃料電池モジュールを作動させるための補機を収納する補機収納室125として構成されている。なお、補機収納室125に収納する補機は、省略している。
As shown in FIG. 8, the
また、仕切板123には、補機収納室125の空気をモジュール収納室124側に流すための空気流通口126が設けられており、モジュール収納室124を構成する外装板122の一部に、モジュール収納室124内の空気を排気するための排気口127が設けられている。
Further, the
このような燃料電池装置120においては、上述したように、発電効率を向上することができる燃料電池モジュール22をモジュール収納室124に収納して構成されることにより、発電効率の向上した燃料電池装置120とすることができる。
In such a
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。 Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
たとえば、収納容器23に収納するセルスタック装置1として、上記では燃料電池セル17を複数個配列したセルスタック18をマニホールド20上に1つだけ配置した例を示したが、マニホールド20上にセルスタック18を2つ並置することもできる。この場合においては、それぞれのセルスタック18の側面側に位置する空気供給口34より燃料電池セル17に空気が供給されることとなる。
For example, as the cell stack device 1 stored in the
またたとえば、収納容器23は、外壁24と第1の壁25との間に第1の流路28を形成し、第2の壁26と第3の壁27との間に第2の流路29を形成し、第1の壁25と第2の壁26との間に第3の流路30を形成していればよく、適宜空気流通口や排ガス流通口の位置を変更することもできる。
Further, for example, the
1 セルスタック装置
2 容器体
3 仕切り部材
4 原燃料供給管
4a 調整部材
5 気化部
6 改質ガス生成部
6a 改質触媒
7 燃料ガス供給管
8 方向調整部材
8a 傾斜面
14,15,16 改質器
17 燃料電池セル
17a 燃焼領域
18 セルスタック
19 集電部材
20 マニホールド
22 燃料電池モジュール
23 収納容器
120 燃料電池装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
前記燃料電池セルの下端を固定するとともに、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのガスケースと、
該セルスタックを構成する前記燃料電池セルの上端と所定の間隔をあけて配置され、内部が上下に一方領域と他方領域とに仕切り部材によって仕切られた中空の容器体であって、一方領域と他方領域とは前記仕切り部材の両端部側でそれぞれ連通しており、前記一方領域が、前記セルスタック側に配置され、外部より供給される原燃料を気化して原燃料ガスを生成する気化部であり、前記他方領域が、前記気化部上に配置され、該気化部にて生成された原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質ガス生成部である改質器とを備えることを特徴とするセルスタック装置。 A cell stack in which a plurality of fuel cells are arranged and electrically connected;
A gas case for fixing a lower end of the fuel cell and supplying fuel gas to the fuel cell;
A hollow container body that is disposed at a predetermined interval from the upper end of the fuel cell constituting the cell stack, and whose interior is vertically divided into one region and the other region by a partition member , The other region communicates with both end portions of the partition member, and the one region is disposed on the cell stack side and vaporizes raw fuel supplied from outside to generate raw fuel gas. The other region includes a reformer that is disposed on the vaporization unit and is a reformed gas generation unit that reforms the raw fuel gas generated in the vaporization unit to generate fuel gas. A cell stack apparatus characterized by that.
該収納容器に収納される請求項1〜6のいずれか1つに記載のセルスタック装置とを具備することを特徴とする燃料電池モジュール。 A storage container;
A fuel cell module comprising the cell stack device according to any one of claims 1 to 6 housed in the housing container.
該外装ケース内に収納される請求項7記載の燃料電池モジュールと、
該燃料電池モジュールを作動させるための補機とを具備することを特徴とする燃料電池装置。 An exterior case,
The fuel cell module according to claim 7 housed in the exterior case;
A fuel cell apparatus comprising: an auxiliary machine for operating the fuel cell module.
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