JP5700978B2 - Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device - Google Patents

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Description

本発明は、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.

近年、次世代エネルギーとして、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複数個配列してなるセルスタックと、該セルスタックに供給する燃料ガスを生成するための改質器とを備え、燃料電池セルの一端部側で発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させる構成のセルスタック装置や、該セルスタック装置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(例えば、特許文献1参照。)。   In recent years, as a next generation energy, a fuel cell (hydrogen-containing gas) and air (oxygen-containing gas) are used, and a cell stack in which a plurality of fuel cells that can obtain electric power are arranged and supplied to the cell stack A cell stack device configured to combust fuel gas that has not been used for power generation at one end of the fuel cell, and the cell stack device in a storage container. Various fuel cell modules that are housed have been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、改質器を加熱するためのバーナを有し、気化器と、改質器とが固体酸化物系燃料電池とバーナとの間に配置され、改質器が第1改質室と、第1改質室の下方に接して配置された第2改質室とを有し、改質器の内部を流れるガスが折り返す構造の改質器を有した燃料電池が知られている(例えば、引用文献2参照。)。   Further, the apparatus has a burner for heating the reformer, the vaporizer and the reformer are disposed between the solid oxide fuel cell and the burner, and the reformer includes the first reforming chamber, There is known a fuel cell having a reformer having a second reforming chamber arranged in contact with the lower side of the first reforming chamber and having a structure in which a gas flowing inside the reformer is folded back (for example, , Cited reference 2).

このような燃料電池においては、バーナを用いて気化器とおよび改質器を加熱する構成のため、バーナを燃料電池に備える必要があり、燃料電池の構成が複雑になるという問題があった。   In such a fuel cell, since the vaporizer and the reformer are heated using the burner, it is necessary to provide the burner with the fuel cell, and there is a problem that the configuration of the fuel cell becomes complicated.

そこで、バーナを用いずに気化器および改質器と燃料電池セルとの間で余分な燃料を燃焼させ、その燃焼熱により気化器および改質器を温める構成の燃料電池が知られている。   Therefore, there is known a fuel cell having a configuration in which excess fuel is combusted between the carburetor / reformer and the fuel cell without using a burner, and the carburetor / reformer is heated by the combustion heat.

特開2007−059377号公報JP 2007-059377 A 特開2007−179884号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-17984

しかしながら、上記した改質器と燃料電池セルとの間で燃焼させる構成の燃料電池の場合、燃料電池セルと気化室との間に第2改質室があるため、燃焼熱によって気化室を直接温めることができないため、温度の低い原燃料を十分に温めることができない。そのため、十分に改質が行なわれず発電効率を高めることができないといった問題があった。   However, in the case of the fuel cell configured to burn between the reformer and the fuel cell, the second reforming chamber is provided between the fuel cell and the vaporization chamber. Since it cannot be heated, raw fuel with low temperature cannot be heated sufficiently. Therefore, there has been a problem that the power generation efficiency cannot be increased because the reforming is not sufficiently performed.

本発明のセルスタック装置は、複数の燃料電池セルを立設させた状態で配列して電気的に接続してなり、燃料電池セルの一端部側で発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させる構成のセルスタックと、セルスタックの一端部側に離間して配置された水蒸気改質を行なう改質器と、を備えるセルスタック装置である。また、改質器は、燃料電池セルの配列方向における一方側に配置され、外部から供給される水を気化させるための気化室と、改質触媒を備え、気化室を介して供給される原燃料ガスを燃料電池セルの配列方向における他方側へ向けて流すとともに、改質触媒と接触させて燃料ガスに改質する第1改質室と、気化室および第1改質室の下方に接して配置され、第1改質室から供給される燃料ガスを前記燃料電池セルの配列方向における他方側から一方側に向けて流す昇温室とを備える。また、改質器は、気化室の下面が露出するように昇温室を貫通して設けられたくりぬき部を有する。
The cell stack device according to the present invention comprises a plurality of fuel cells arranged in an erected state and electrically connected thereto, and burns fuel gas that has not been used for power generation at one end of the fuel cells. A cell stack apparatus comprising: a cell stack having a configuration; and a reformer that performs steam reforming that is spaced apart from one end of the cell stack. Further, the reformer is disposed on one side in the arrangement direction of the fuel cell, comprising: a vaporizing chamber for vaporizing the water supplied from the outside, the reforming catalyst is supplied via the vaporizing chamber RuHara The fuel gas flows toward the other side in the arrangement direction of the fuel cells, and is in contact with the reforming catalyst to be reformed into the fuel gas, and is in contact with the lower part of the vaporization chamber and the first reforming chamber. And a temperature raising chamber that allows the fuel gas supplied from the first reforming chamber to flow from the other side to the one side in the arrangement direction of the fuel cells. Further, the reformer has a hollow portion provided through the temperature raising chamber so that the lower surface of the vaporization chamber is exposed.

また、本発明の燃料電池モジュールは、上記のセルスタック装置を収納容器内に収納してなる。   Moreover, the fuel cell module of the present invention comprises the above cell stack device housed in a housing container.

また、本発明の燃料電池は、上記の燃料電池モジュールと、上記のセルスタック装置を作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなる。   The fuel cell according to the present invention includes the above-described fuel cell module and an auxiliary device for operating the above-described cell stack device in an outer case.

本発明によれば、温度の低い原燃料を効果的に温めることができ、発電効率の向上したセルスタック装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the raw fuel with low temperature can be warmed effectively, and the cell stack apparatus with improved electric power generation efficiency can be provided.

本発明のセルスタック装置の一実施形態を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows one Embodiment of the cell stack apparatus of this invention. 図1に示すセルスタック装置を構成する改質器の斜視図である。It is a perspective view of the reformer which comprises the cell stack apparatus shown in FIG. 図1に示すセルスタック装置を構成する改質器を示す図であり、(a)は断面図、(b)は改質器を裏面側から見た底面図である。It is a figure which shows the reformer which comprises the cell stack apparatus shown in FIG. 1, (a) is sectional drawing, (b) is the bottom view which looked at the reformer from the back surface side. 本発明のセルスタック装置の他の実施形態を構成する改質器を示す図であり、(a)は断面図、(b)は改質器を裏面側から見た底面図である。It is a figure which shows the reformer which comprises other embodiment of the cell stack apparatus of this invention, (a) is sectional drawing, (b) is the bottom view which looked at the reformer from the back surface side. 本発明のセルスタック装置のさらに他の実施形態を構成する改質器を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は改質器を裏面側から見た底面図である。It is a figure which shows the reformer which comprises further another embodiment of the cell stack apparatus of this invention, (a) is a perspective view, (b) is the bottom view which looked at the reformer from the back surface side. 本発明の燃料電池モジュールの一実施形態を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows one Embodiment of the fuel cell module of this invention. 図6に示す燃料電池モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell module shown in FIG. 本発明の燃料電池装置の一実施解体を示す構成図である。It is a block diagram which shows one implementation disassembly of the fuel cell apparatus of this invention.

図1を用いてセルスタック装置1を説明する。なお、図1については改質触媒を省略して示している。   The cell stack apparatus 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the reforming catalyst is omitted.

図1に示すセルスタック装置1は、内部に燃料ガス流路を有する燃料電池セル2を複数個立設させた状態で、燃料電池セル2間に集電部材(図示せず)を介して電気的に直列に接続してなるセルスタック3を備えている。また、セルスタック3を構成する燃料電池セル2の下端部を燃料電池セル2に燃料ガスを供給するためのガスタンク4に、絶縁性の接着材により固定されており、燃料電池セル2で発電した電流を外部に引出すための引出部6を備えた導電部材5が、セルスタック3を両端から挟持している。   The cell stack device 1 shown in FIG. 1 is electrically connected via a current collecting member (not shown) between the fuel cells 2 in a state where a plurality of fuel cells 2 each having a fuel gas flow path are erected. A cell stack 3 connected in series is provided. Further, the lower end portion of the fuel cell 2 constituting the cell stack 3 is fixed to a gas tank 4 for supplying fuel gas to the fuel cell 2 with an insulating adhesive, and the fuel cell 2 generates electric power. A conductive member 5 having an extraction portion 6 for extracting an electric current to the outside sandwiches the cell stack 3 from both ends.

セルスタック3の上方に、セルスタック3と離間して改質器が配置されている。改質器は、燃料電池セル3の配列方向(以下、セル配列方向と略す場合がある。)における一方側に配置され、外部から供給される水を気化させるための気化室8と、改質触媒を備え、気化室を介して供給される原燃料ガスをセル配列方向の他方側へ流すとともに、改質触媒と接触させて燃料ガスに改質する第1改質室9と、気化室8および第1改質室9の下方に接して配置され、第1改質室9から供給される燃料ガスを改質器7のセル配列方向における他方側から一方側に向けて流す昇温室10とを備えている。
A reformer is disposed above the cell stack 3 so as to be separated from the cell stack 3. The reformer is disposed on one side in the arrangement direction of the fuel cells 3 (hereinafter sometimes abbreviated as the cell arrangement direction), a vaporization chamber 8 for vaporizing water supplied from the outside, and the reformer A first reforming chamber 9 provided with a catalyst and supplied to the other side in the cell arrangement direction through the raw fuel gas supplied through the vaporizing chamber and in contact with the reforming catalyst to reform the fuel gas, and the vaporizing chamber 8 And a heating chamber 10 disposed in contact with the lower side of the first reforming chamber 9 and flowing the fuel gas supplied from the first reforming chamber 9 from the other side to the one side in the cell arrangement direction of the reformer 7; It has.

ここで、燃料電池セル2としては、内部を燃料ガス(水素含有ガス)が燃料電池セル2の長手方向に流れる燃料ガス流路を有する中空平板状で、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の燃料電池セル2を例示している。   Here, the fuel battery cell 2 has a hollow flat plate shape having a fuel gas flow path in which fuel gas (hydrogen-containing gas) flows in the longitudinal direction of the fuel battery cell 2, and a fuel-side electrode layer is formed on the surface of the support. 1 illustrates a solid oxide fuel cell 2 in which a solid electrolyte layer and an oxygen-side electrode layer are sequentially provided.

また、セルスタック装置1は、燃料電池セル2の一端部側(上端部側)において、燃料
電池セル2の発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させる構成とされている。セルスタック1は、燃焼により生じた熱(以下、燃焼熱と略す場合がある。)により、改質器7(気化室8、第1改質室9および昇温室10)の温度を効率よく上昇させることができる。
In addition, the cell stack device 1 is configured to combust fuel gas that has not been used for power generation of the fuel cell 2 at one end side (upper end side) of the fuel cell 2. The cell stack 1 efficiently raises the temperature of the reformer 7 (the vaporization chamber 8, the first reforming chamber 9, and the temperature raising chamber 10) by heat generated by combustion (hereinafter sometimes abbreviated as combustion heat). Can be made.

化室7を介して供給され原燃料ガスは、気化室7に接した状態で連続して設けられた第1改質室9に供給される。第1改質室9の内部には原燃料ガスを燃料ガスに改質するための改質触媒が備えられており、原燃料ガスは、セル配列方向の一方側から他方側に向けて燃焼ガスに改質されながら流れることとなる。改質器7のセル配列方向の他方側端部まで流れた燃料ガスは、第1改質室9の下方に接して配置された昇温室10へ流入し、昇温室10内をセル配列方向の他方側から一方側へ流れることとなる。昇温室10を流れる燃料ガスは、燃焼熱により温められ、改質器の一方側に設けられた燃料ガス供給管12を介してガスタンク4に供給されることとなる。
Vaporization chamber 7 the raw fuel gas supplied through is supplied to the first reforming chamber 9 provided continuously in a state of contact with the vaporization chamber 7. The first reforming chamber 9 is provided with a reforming catalyst for reforming the raw fuel gas into a fuel gas, and the raw fuel gas is a combustion gas from one side to the other side in the cell arrangement direction. It will flow while being reformed. The fuel gas that has flowed to the other end of the reformer 7 in the cell arrangement direction flows into the temperature raising chamber 10 disposed in contact with the lower side of the first reforming chamber 9, and passes through the temperature raising chamber 10 in the cell arrangement direction. It will flow from the other side to one side. The fuel gas flowing through the temperature raising chamber 10 is heated by the combustion heat and supplied to the gas tank 4 through the fuel gas supply pipe 12 provided on one side of the reformer.

気化室8、第1改質室9および昇温室10は図1に示すように仕切板13により仕切られている。仕切板13は通気性のある板を用いることができ、例えば多孔質の板や金属メ
ッシュ等を用いることができる。なお、図示していないが、気化室8にはセラミックボール等を備えてもよい。それにより、水蒸気改質を行なう場合には、水を効率よく水蒸気に気化させることができる。また、上述した仕切板13を設けることにより、セラミックボールや後述する改質触媒の移動を低減することができる。
The vaporization chamber 8, the first reforming chamber 9, and the temperature raising chamber 10 are partitioned by a partition plate 13 as shown in FIG. The partition plate 13 can be a breathable plate, and for example, a porous plate or a metal mesh can be used. Although not shown, the vaporizing chamber 8 may be provided with a ceramic ball or the like. Thereby, when performing water steam reforming can vaporize the water efficiently steam. Further, by providing the partition plate 13 described above, the movement of the ceramic balls and the reforming catalyst described later can be reduced.

第1改質室に備える改質触媒は、改質効率や耐久性に優れた改質触媒を用いることができ、例えば、γ−アルミナ、α−アルミナまたはコージェライト等の多孔質担体にRu、Pt等の貴金属やNi、Fe等の卑金属を担持させた改質触媒等を用いることができる。   As the reforming catalyst provided in the first reforming chamber, a reforming catalyst excellent in reforming efficiency and durability can be used. For example, Ru, a porous carrier such as γ-alumina, α-alumina, or cordierite. A reforming catalyst carrying a noble metal such as Pt or a base metal such as Ni or Fe can be used.

燃料ガス(水素含有ガス)に改質される原燃料としては、都市ガス等の炭化水素系ガスや灯油等の液体燃料があげられる。原燃料として炭化水素系ガス等の気体燃料を用いた場合には、原燃料ガスは炭化水素系ガスを意味し、気化室8において、温度の上昇した原燃料ガス(炭化水素系ガス)とすることができる。   Examples of the raw fuel that is reformed into fuel gas (hydrogen-containing gas) include hydrocarbon gas such as city gas and liquid fuel such as kerosene. When gaseous fuel such as hydrocarbon-based gas is used as the raw fuel, the raw fuel gas means a hydrocarbon-based gas, and the raw fuel gas (hydrocarbon-based gas) whose temperature has increased in the vaporization chamber 8 is used. be able to.

燃料ガスの改質方法としては、原燃料ガスと水蒸気とを反応させる水蒸気改質法や、原燃料ガスを改質触媒とを反応させる部分酸化改質法を挙げることができるが、水蒸気改質法を用いることにより、効率よく燃料ガス(水素含有ガス)を生成することができる。   Examples of the reforming method of the fuel gas include a steam reforming method in which the raw fuel gas and steam are reacted, and a partial oxidation reforming method in which the raw fuel gas is reacted with the reforming catalyst. By using this method, fuel gas (hydrogen-containing gas) can be efficiently generated.

図2を用いて、改質器7についてさらに説明する。図2は改質器7を裏面側からみた斜視図である。   The reformer 7 will be further described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view of the reformer 7 as seen from the back side.

改質器7は、気化室8の側面中央部に原燃料供給管11が接続されており、気化室8の原燃料供給管11が接続されていない側面に第1改質室9が配置されており、気化室8と第1改質室9の下面(図2においては上面)に接する状態で昇温室10が配置されている。昇温室10の気化室側の下面に燃料ガス供給管12が接続されており、燃料ガスをガスタンク4に供給している。   In the reformer 7, the raw fuel supply pipe 11 is connected to the center of the side surface of the vaporization chamber 8, and the first reforming chamber 9 is arranged on the side surface of the vaporization chamber 8 where the raw fuel supply pipe 11 is not connected. The heating chamber 10 is arranged in contact with the lower surface (the upper surface in FIG. 2) of the vaporizing chamber 8 and the first reforming chamber 9. A fuel gas supply pipe 12 is connected to the lower surface of the temperature raising chamber 10 on the vaporization chamber side, and fuel gas is supplied to the gas tank 4.

上述したように、セルスタック装置1はセルスタック2の上方、つまりセルスタック2と改質器7との間の領域(燃焼領域)で発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させる構成となっている。図2に示すように、改質器7は、昇温室10を貫通するようにくりぬき部14が設けられており、裏面から見ると気化室8の下面が外部に露出した状態となっている。それにより、気化室8が燃焼領域に曝されることとなり、気化室8に燃焼熱を効果的に供給することができる。そのため、気化室8にて温度の低い原燃料を原燃料ガスに温
めることができる。特に、水蒸気改質法により燃料ガスを生成する場合、水蒸気改質法は吸熱反応のため、温度の上昇した原燃料ガスを供給することにより効率のよい改質を行なうことができる。
As described above, the cell stack device 1 is configured to burn fuel gas that has not been used for power generation above the cell stack 2, that is, in a region (combustion region) between the cell stack 2 and the reformer 7. Yes. As shown in FIG. 2, the reformer 7 is provided with a hollowed portion 14 so as to penetrate the temperature raising chamber 10, and the lower surface of the vaporizing chamber 8 is exposed to the outside when viewed from the back surface. Thereby, the vaporization chamber 8 is exposed to the combustion region, and combustion heat can be effectively supplied to the vaporization chamber 8. Therefore, the raw fuel having a low temperature can be warmed to the raw fuel gas in the vaporizing chamber 8. In particular, when the fuel gas is generated by the steam reforming method, the steam reforming method is an endothermic reaction, and therefore, efficient reforming can be performed by supplying the raw fuel gas having an increased temperature.

また、昇温室8を貫通するようにくりぬき部14が設けられていることから、昇温室8の表面積を増加させることができ、昇温室8にさらに燃焼熱を供給することができる。それにより、昇温室を流れるガスに、燃焼熱を供給することができ、ガスタンク4に温度の上昇した燃料ガスを供給することができ、セルスタック装置1の発電効率を向上させることができる。   Further, since the hollow portion 14 is provided so as to penetrate the temperature rising chamber 8, the surface area of the temperature rising chamber 8 can be increased, and combustion heat can be further supplied to the temperature rising chamber 8. Thereby, combustion heat can be supplied to the gas flowing through the temperature raising chamber, the fuel gas whose temperature has been increased can be supplied to the gas tank 4, and the power generation efficiency of the cell stack device 1 can be improved.

改質器7は、例えば箱状の部材を溶接して作製することができる。くりぬき部14はプレス成形により作製することができ、また、気化室8、第1改質室9および昇温室10とを別部材として作製した後に溶接して作製することもできる。なお、プレス成形により作製することで容易に改質器7を作製することができる。   The reformer 7 can be produced, for example, by welding a box-shaped member. The hollow portion 14 can be manufactured by press molding, or can be manufactured by welding the vaporization chamber 8, the first reforming chamber 9, and the temperature raising chamber 10 as separate members. In addition, the reformer 7 can be easily manufactured by manufacturing by press molding.

なお、くりぬき部14は気化室8に対応する大きさを昇温室10に設けることが好ましい。つまり気化室8の下面が完全に露出することが気化室8に熱を供給する点で好ましいが、改質器から燃料ガス供給管12に燃料ガスを供給するため、改質器7の端部に設けられた燃料ガス供給管12に、燃料ガスが流れるように適宜くりぬき部14を設ける必要がある。   In addition, it is preferable that the hollow portion 14 is provided in the heating chamber 10 with a size corresponding to the vaporizing chamber 8. In other words, it is preferable that the lower surface of the vaporizing chamber 8 is completely exposed in terms of supplying heat to the vaporizing chamber 8. However, in order to supply the fuel gas from the reformer to the fuel gas supply pipe 12, It is necessary to provide a hollow portion 14 in the fuel gas supply pipe 12 provided in the pipe appropriately so that the fuel gas flows.

図3を用いて、改質器7の内部における各種ガス(原燃料ガスまたは燃料ガス)の流れについて説明する。なお、図3(a)、(b)に示す矢印は改質器7の内部を流れる各種ガスの流れを示す。   The flow of various gases (raw fuel gas or fuel gas) inside the reformer 7 will be described with reference to FIG. The arrows shown in FIGS. 3A and 3B indicate the flow of various gases flowing inside the reformer 7.

原燃料供給管11より供給された原燃料は、気化室8を第1改質室9に向けて流れ、改質触媒17によって改質されながら第1改質室9を気化室8と逆側に向けて流れる。改質器7の端部に流れた燃料ガスは昇温室10に向けて下方に流れる。昇温室10内を流れる燃料ガスは燃焼熱により温められながら、気化室8側に設けられた燃料ガス供給管12に向けて流れることとなる。
Fuel consumption supplied from the raw fuel supply tube 11 is flow towards the vaporization chamber 8 to the first reforming chamber 9, a vaporizing chamber 8 of the first reforming chamber 9 while being reformed by the reforming catalyst 17 It flows toward the opposite side. The fuel gas that has flowed to the end of the reformer 7 flows downward toward the temperature raising chamber 10. The fuel gas flowing in the temperature raising chamber 10 flows toward the fuel gas supply pipe 12 provided on the vaporizing chamber 8 side while being heated by the combustion heat.

くりぬき部14における燃料ガスの流れは、図3(b)に示すように、くりぬき部14の周囲に沿って流れることとなる。そして、くりぬき部14の周囲に沿って流れた燃料ガスは、くりぬき部14に接する昇温室10を流れる際に燃焼領域から燃焼熱を供給され、さらに温度の上昇した燃料ガスとなってガスタンク4に供給される。   The flow of the fuel gas in the hollowed portion 14 flows along the periphery of the hollowed portion 14 as shown in FIG. The fuel gas that flows along the periphery of the hollow portion 14 is supplied with combustion heat from the combustion region when flowing through the temperature raising chamber 10 that is in contact with the hollow portion 14, and further becomes a fuel gas whose temperature has risen to the gas tank 4. Supplied.

それにより、セルスタック装置1に温度の上昇した燃料ガスを供給することができ、発電効率を向上させることができる。   Thereby, the fuel gas whose temperature rose to the cell stack device 1 can be supplied, and the power generation efficiency can be improved.

図4を用いて、本発明のセルスタック装置の他の実施形態である改質器15について説明する。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。また、図4(a)、(b)に示す矢印は改質器15の内部を流れる各種ガスの流れを示す。   A reformer 15 which is another embodiment of the cell stack device of the present invention will be described with reference to FIG. In the following drawings, the same numbers are assigned to the same members. Also, the arrows shown in FIGS. 4A and 4B indicate the flow of various gases flowing inside the reformer 15.

改質器15は昇温室10が改質触媒17を備え第2改質室16になっており、第1改質
室9および第2改質室16の間には仕切板13が設けられていない。その他の構成は改質器7と同様である。改質器15は、第1改質室9の下方に第2改質室16が設けられており、改質器15を流れる各種ガス(燃料ガスおよび原燃料ガス)の流れ方向の第1改質室9の下流に第2改質室16が設けられている構成となっている。そのため、第1改質室で改質反応が十分に行なわれなかった場合においても、第2改質室16にて改質反応を十分
に行なうことができる。
In the reformer 15, the temperature raising chamber 10 is provided with a reforming catalyst 17 to form a second reforming chamber 16, and a partition plate 13 is provided between the first reforming chamber 9 and the second reforming chamber 16. Absent. Other configurations are the same as those of the reformer 7. The reformer 15 is provided with a second reforming chamber 16 below the first reforming chamber 9, and the first reforming in the flow direction of various gases (fuel gas and raw fuel gas) flowing through the reformer 15. The second reforming chamber 16 is provided downstream of the quality chamber 9. Therefore, even when the reforming reaction is not sufficiently performed in the first reforming chamber, the reforming reaction can be sufficiently performed in the second reforming chamber 16.

図4を用いて改質器15の内部の各種ガスの流れについて説明する。原燃料供給管11より供給された原燃料は、気化室8を第1改質室9に向けて流れ、改質触媒17によって改質されながら第1改質室9を気化室8と逆側に向けて流れる。改質器15の端部に流れた燃料ガスまたは原燃料ガスは第2改質室16に向けて下方に流れる。ここで、燃料ガスまたは原燃料ガスが下方に向けて流れることから、確実に燃料ガスまたは原燃料ガスを改質触媒17に接触させることができる。第2改質室16内を流れる燃料ガスは燃焼熱により温められながら、気化室8側に設けられた燃料ガス供給管12に向けて流れることとなる。また、第2改質室16内を流れる原燃料ガスは、燃料ガスに改質されながら燃料ガス供給管12に向けて流れることとなる。図4(b)に示すように、燃料ガスは、くりぬき部14に接する第2改質室16を流れる際に燃焼領域から燃焼熱を供給され、さらに温度の上昇した燃料ガスとなってガスタンク4に供給される。

The flow of various gases inside the reformer 15 will be described with reference to FIG. Raw fuel supplied from the raw fuel supply tube 11 is flow towards the vaporization chamber 8 to the first reforming chamber 9, the vaporizing chamber 8 of the first reforming chamber 9 while being reformed by the reforming catalyst 17 opposite It flows toward the side. The fuel gas or raw fuel gas that has flowed to the end of the reformer 15 flows downward toward the second reforming chamber 16. Here, since the fuel gas or the raw fuel gas flows downward, the fuel gas or the raw fuel gas can be reliably brought into contact with the reforming catalyst 17. The fuel gas flowing in the second reforming chamber 16 flows toward the fuel gas supply pipe 12 provided on the vaporization chamber 8 side while being heated by the combustion heat. In addition, the raw fuel gas flowing in the second reforming chamber 16 flows toward the fuel gas supply pipe 12 while being reformed into the fuel gas. As shown in FIG. 4B, the fuel gas is supplied with combustion heat from the combustion region when flowing through the second reforming chamber 16 in contact with the hollowed portion 14, and further becomes a fuel gas whose temperature has risen. To be supplied.

なお、図4ではくりぬき部14の周囲には改質触媒17を備えていない例を示したが、くりぬき部14の周囲にも改質触媒17を備えていてもよい。それにより、原燃料ガスがガスタンク4に供給されることを低減することができる。   Although FIG. 4 shows an example in which the reforming catalyst 17 is not provided around the hollowed portion 14, the reforming catalyst 17 may also be provided around the hollowed portion 14. Thereby, supply of raw fuel gas to the gas tank 4 can be reduced.

図5を用いて本発明のセルスタック装置のさらに他の実施形態を構成する改質器18を説明する。なお、図5(b)においても、矢印は改質器18を流れる各種ガスの流れを示す。   A reformer 18 constituting still another embodiment of the cell stack apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 5B as well, arrows indicate the flow of various gases flowing through the reformer 18.

図5に示す改質器18は、昇温室19に複数のくりぬき部20が設けられており、その他の構成は改質器18と同様である。改質器18は、セル配列方向に沿ったくりぬき部20を燃料電池セル2の幅方向に複数設けられている。くりぬき部20が複数設けられていることから、昇温室19を流れる各種ガスを燃焼熱によりさらに温めることができ、高温の燃料ガスをガスタンク4に供給することができる。それにより、セルスタック装置1の発電効率を向上させることができる。   The reformer 18 shown in FIG. 5 is provided with a plurality of hollow portions 20 in the temperature raising chamber 19, and the other configuration is the same as that of the reformer 18. The reformer 18 is provided with a plurality of hollow portions 20 in the width direction of the fuel cell 2 along the cell arrangement direction. Since a plurality of hollow portions 20 are provided, various gases flowing through the temperature raising chamber 19 can be further heated by combustion heat, and high-temperature fuel gas can be supplied to the gas tank 4. Thereby, the power generation efficiency of the cell stack apparatus 1 can be improved.

また、くりぬき部20がセル配列方向に沿って設けているため、昇温室19内を流れる各種ガスの流れを妨げにくくなっている。それにより、昇温室19内で各種ガスの滞留を低減することができる。   In addition, since the hollow portion 20 is provided along the cell arrangement direction, it is difficult to hinder the flow of various gases flowing in the temperature rising chamber 19. Thereby, the residence of various gases in the temperature raising chamber 19 can be reduced.

図6は、収納容器31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燃料電池モジュール30(以下、モジュールという場合がある。)の一例を示す外観斜視図である。なお、セルスタック装置1としては、改質器7を取り外した状態を示している。   FIG. 6 is an external perspective view showing an example of the fuel cell module 30 (hereinafter sometimes referred to as a module) of the present invention in which the above-described cell stack device 1 is housed in the housing container 31. In addition, as the cell stack apparatus 1, the state which removed the modifier 7 is shown.

また、図6に示すモジュール30においては、収納容器31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6においては改質器6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、モジュール30を構成する収納容器31について説明する。   Further, in the module 30 shown in FIG. 6, a part (front and rear surfaces) of the storage container 31 is removed, and the cell stack device 1 (shown with the reformer 6 removed in FIG. 6) stored inside. The state taken out backward is shown. Below, the storage container 31 which comprises the module 30 is demonstrated.

図7は、モジュール30の一例を概略的に示す断面図である。モジュール30を構成する収納容器31は、外壁32にて収納容器31の外枠が形成され、内部に燃料電池セル2(セルスタック3)を収納する発電室49が形成されている。   FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of the module 30. The storage container 31 constituting the module 30 is formed with an outer frame of the storage container 31 by an outer wall 32, and a power generation chamber 49 for storing the fuel cell 2 (cell stack 3) is formed therein.

このような収納容器31においては、セルスタック3を構成する燃料電池セル2の配列方向に沿う側部と、該側部に対向する収納容器31の外壁との間に、空気や排ガスを流すための流路を備えている。   In such a storage container 31, air or exhaust gas is allowed to flow between the side part along the arrangement direction of the fuel cells 2 constituting the cell stack 3 and the outer wall of the storage container 31 facing the side part. The flow path is provided.

ここで、収納容器31は、外壁32の内側に所定間隔をあけて第1の壁33が形成されており、第1の壁33の内側に所定間隔をあけて第2の壁34が配置されており、さらに第2の壁34の内側に所定間隔をあけて第3の壁35が配置されている。   Here, in the storage container 31, a first wall 33 is formed inside the outer wall 32 with a predetermined interval, and a second wall 34 is arranged inside the first wall 33 with a predetermined interval. Furthermore, a third wall 35 is arranged inside the second wall 34 with a predetermined interval.

それにより、外壁32と第1の壁33とで形成された空間が第1の収納容器流路36となり、第2の壁34と第3の壁35とで形成された空間が第2の収納容器流路37となり、第1の壁33と第2の壁34とで形成された空間が第3の収納容器流路38となる。   Thereby, the space formed by the outer wall 32 and the first wall 33 becomes the first storage container flow path 36, and the space formed by the second wall 34 and the third wall 35 is the second storage. A space formed by the first wall 33 and the second wall 34 becomes the container flow path 37, and becomes a third storage container flow path 38.

なお、図7に示した収納容器31においては、第1の壁33の上端部が第2の壁34に接続されており、第2の壁34が収容容器31の上壁(外壁32)と接続されており、第3の壁35の上端部が第2の壁34と接続されている。   In the storage container 31 shown in FIG. 7, the upper end of the first wall 33 is connected to the second wall 34, and the second wall 34 is connected to the upper wall (outer wall 32) of the storage container 31. The upper end of the third wall 35 is connected to the second wall 34.

また、収納容器31の底部には、空気(酸素含有ガス)を収納容器31内に供給するための空気供給管39が接続されており、空気供給管39より供給される空気は空気導入部40に流れる。空気導入部40は空気導入口41により第1の終了容器流路36とつながっているため、空気導入部40を流れる空気は、空気導入口41を通して、第1の収納容器流路36に流れる。第1の収納容器流路36を上方に向けて流れた空気は、第2の壁34に設けられた空気流通口42を通して、第2の収納容器流路37に流れる。そして、第2の収納容器流路37を下方に向けて流れた空気は、第3の壁35に設けられた空気吹き出し口43を通して、発電室49内に供給される。   In addition, an air supply pipe 39 for supplying air (oxygen-containing gas) into the storage container 31 is connected to the bottom of the storage container 31, and the air supplied from the air supply pipe 39 is the air introduction part 40. Flowing into. Since the air introduction part 40 is connected to the first end container flow path 36 by the air introduction port 41, the air flowing through the air introduction part 40 flows to the first storage container flow path 36 through the air introduction port 41. The air that has flowed upward in the first storage container flow path 36 flows into the second storage container flow path 37 through the air circulation port 42 provided in the second wall 34. The air flowing downward through the second storage container channel 37 is supplied into the power generation chamber 49 through the air outlet 43 provided in the third wall 35.

一方、燃料電池セル2より排出される排ガスや、燃料電池セル2の上端部側で発電に使用されなかった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39に設けられた排ガス流通口44を通して第3の収納容器流路38に流入する。そして、第3の収納容器流路38を下方に向けて流れた排ガスは、排ガス収集口45を通して排ガス収集部46に流れた後、排ガス収集部46に接続された排ガス排気管47を通して収納容器31の外部に排気される。   On the other hand, the exhaust gas discharged from the fuel cell 2 and the exhaust gas generated by burning the fuel gas not used for power generation on the upper end side of the fuel cell 2 are exhaust gas circulation provided on the second wall 39. It flows into the third storage container flow path 38 through the port 44. The exhaust gas flowing downward through the third storage container flow path 38 flows to the exhaust gas collection unit 46 through the exhaust gas collection port 45 and then passes through the exhaust gas exhaust pipe 47 connected to the exhaust gas collection unit 46. Exhausted outside.

それゆえ、空気導入管39より供給される空気は、空気導入部40を流れる間に、排ガス収集部46を流れる排ガスと熱交換され、第1の収納容器流路36を流れる間に、第3の収納容器流路38を流れる排ガスと熱交換され、第2の収納容器流路37を流れる間に、発電室49内の熱とで熱交換されることとなる。   Therefore, the air supplied from the air introduction pipe 39 is heat-exchanged with the exhaust gas flowing through the exhaust gas collection unit 46 while flowing through the air introduction unit 40, and the third Heat exchange with the exhaust gas flowing through the storage container flow path 38 and heat exchange with the heat in the power generation chamber 49 while flowing through the second storage container flow path 37.

なお、図7において、空気導入管39の内部に排ガス排気管47が位置するように設けた例を示しているが、排ガス排気管47の内部に空気導入管39が位置するように設けることもでき、さらには、空気導入管39と排ガス排気管47とは、それぞれ位置をずらして設けることもできる。   7 shows an example in which the exhaust gas exhaust pipe 47 is located inside the air introduction pipe 39, but it is also possible to provide the air introduction pipe 39 so as to be located inside the exhaust gas exhaust pipe 47. Further, the air introduction pipe 39 and the exhaust gas exhaust pipe 47 can be provided with their positions shifted.

ここで、図7に示すモジュール30においては、第3の収納容器流路38のうち、第2の壁38側に断熱材48(図中において断熱材48は斜線にて示している)が固着して配置されている。それにより、第2の収納容器流路37を流れる空気と第3の収納容器流路38を流れる排ガスとの熱交換を抑制することができ、第2の収納容器流路37を流れる空気の温度が低下することを抑制できる。   Here, in the module 30 shown in FIG. 7, the heat insulating material 48 (the heat insulating material 48 is indicated by hatching in the drawing) is fixed to the second wall 38 side in the third storage container flow path 38. Are arranged. Thereby, heat exchange between the air flowing through the second storage container flow path 37 and the exhaust gas flowing through the third storage container flow path 38 can be suppressed, and the temperature of the air flowing through the second storage container flow path 37 can be suppressed. Can be suppressed.

それにより、燃料電池セル2に供給される空気の温度が低下することを抑制でき、高温の空気を燃料電池セル2に供給することができることから、発電効率の高いモジュール30とすることができる。   Thereby, it can suppress that the temperature of the air supplied to the fuel cell 2 falls, and since it can supply high temperature air to the fuel cell 2, it can be set as the module 30 with high electric power generation efficiency.

なお、第3の収納容器流路38に配置される断熱材48は、好ましくは、セルスタック
3を構成する燃料電池セル2の配列方向に沿う側部の外形以上の大きさとすることが好ましい。それにより、第2の収納容器流路37を流れる空気と第3の収納容器流路38を流れる排ガスとの熱交換を効率よく抑制することができる。
The heat insulating material 48 disposed in the third storage container flow path 38 is preferably larger than the outer shape of the side portion along the arrangement direction of the fuel cells 2 constituting the cell stack 3. Thereby, heat exchange between the air flowing through the second storage container channel 37 and the exhaust gas flowing through the third storage container channel 38 can be efficiently suppressed.

また断熱材48は、第3の収納容器流路38以外にも、収納容器31内の熱が極端に放熱され、燃料電池セル2(セルスタック3)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7においては、第3の収納容器流路38以外に、ガスタンク4の底部と、燃料電池セル2(セルスタック3)の両側面側と、収納容器31の上壁(外壁32)と改質器6との間とに設けている例を示している。   In addition to the third storage container flow path 38, the heat insulating material 48 radiates the heat in the storage container 31 extremely, and the temperature of the fuel cell 2 (cell stack 3) decreases and the power generation amount does not decrease. In FIG. 7, in addition to the third storage container flow path 38, the bottom of the gas tank 4, both side surfaces of the fuel cell 2 (cell stack 3), and the top of the storage container 31 are shown in FIG. 7. The example provided between the wall (outer wall 32) and the reformer 6 is shown.

ここで、セルスタック3(燃料電池セル2)の両側面側に配置されている断熱材48においては、空気吹き出し口36に対応して、空気を燃料電池セル2側に流すための孔が設けられている。   Here, in the heat insulating material 48 arranged on both side surfaces of the cell stack 3 (fuel cell 2), a hole for allowing air to flow to the fuel cell 2 side is provided corresponding to the air outlet 36. It has been.

そして空気吹き出し口43より発電室49内に供給された空気は、燃料電池セル2の下端側から上端部側に向けて流れることとなり、効率よく燃料電池セル2の発電を行なうことができる。   The air supplied from the air outlet 43 into the power generation chamber 49 flows from the lower end side of the fuel cell 2 toward the upper end side, so that the fuel cell 2 can generate power efficiently.

発電効率の向上したセルスタック装置1を上述のような収納容器の発電室49内に収納することにより、発電効率の向上したモジュール30とすることができる。   By storing the cell stack device 1 with improved power generation efficiency in the power generation chamber 49 of the storage container as described above, the module 30 with improved power generation efficiency can be obtained.

そして、本発明においては上述したモジュール30とセルスタック装置1を動作させるための補機とを外装ケース内に収納することで、本発明の燃料電池装置とすることができる。なお、外装ケースは仕切部材により上下に区分し、上側の部屋にモジュール30を収納し、下側の部屋にセルスタック装置1を動作させるための補機を収納することで、コンパクトな燃料電池装置とすることができる。   And in this invention, it can be set as the fuel cell apparatus of this invention by accommodating the module 30 mentioned above and the auxiliary machine for operating the cell stack apparatus 1 in an exterior case. The exterior case is divided into upper and lower parts by a partition member, the module 30 is accommodated in the upper room, and an auxiliary machine for operating the cell stack device 1 is accommodated in the lower room, so that a compact fuel cell device is provided. It can be.

図8は、外装ケース内に図6で示した燃料電池モジュール30と、燃料電池モジュール30を動作させるための補機(図示せず)とを収納してなる本発明の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図9においては一部構成を省略して示している。   FIG. 8 shows an example of the fuel cell device of the present invention in which the fuel cell module 30 shown in FIG. 6 and an auxiliary machine (not shown) for operating the fuel cell module 30 are housed in an outer case. It is a disassembled perspective view shown. In FIG. 9, a part of the configuration is omitted.

図8に示す燃料電池装置55は、支柱56と外装板57から構成される外装ケース内を仕切板58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30を収納するモジュール収納室59とし、下方側を燃料電池モジュール35を動作させるための補機を収納する補機収納室60として構成されている。なお、補機収納室60に収納する補機を省略して示している。   The fuel cell device 55 shown in FIG. 8 divides the inside of an outer case made up of a column 56 and an outer plate 57 by a partition plate 58, and a module storage chamber 59 for storing the above-described fuel cell module 30 on the upper side. The lower side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 60 for storing auxiliary equipment for operating the fuel cell module 35. In addition, the auxiliary machine stored in the auxiliary machine storage chamber 60 is omitted.

また、仕切板58には、補機収納室60の空気をモジュール収納室59側に流すための空気流通口61が設けられており、モジュール収納室59を構成する外装板57の一部に、モジュール収納室59内の空気を排気するための排気口62が設けられている。   In addition, the partition plate 58 is provided with an air circulation port 61 for allowing the air in the auxiliary machine storage chamber 60 to flow toward the module storage chamber 59, and a part of the exterior plate 57 constituting the module storage chamber 59 is An exhaust port 62 for exhausting the air in the module storage chamber 59 is provided.

このような燃料電池装置55においては、上述したように、発電効率の向上した燃料電池モジュール30をモジュール収納室59に収納し、燃料電池モジュール30を動作させるための補機を補機収納室60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55とすることができる。   In such a fuel cell device 55, as described above, the fuel cell module 30 with improved power generation efficiency is stored in the module storage chamber 59, and an auxiliary machine for operating the fuel cell module 30 is an auxiliary device storage chamber 60. Thus, the fuel cell device 55 with improved power generation efficiency can be obtained.

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.

例えば、くりぬき部をセル配列方向に沿って複数設けた例を示したが、燃料ガス供給管に近い側に設けられたくりぬき部の一端部を燃料ガス供給管に向けてもよい。それにより燃料ガス供給管に燃料ガスを容易に導くことができる。また、すべてのくりぬき部の一端を燃料ガス供給管に向けてもよい。それにより、さらに燃料ガス供給管に燃料ガスを供給しやすくなる。   For example, although an example in which a plurality of hollow portions are provided along the cell arrangement direction has been shown, one end portion of the hollow portion provided on the side close to the fuel gas supply pipe may be directed to the fuel gas supply pipe. Thereby, the fuel gas can be easily guided to the fuel gas supply pipe. Further, one end of every hollow portion may be directed to the fuel gas supply pipe. Thereby, it becomes easier to supply the fuel gas to the fuel gas supply pipe.

1:セルスタック装置
2:燃料電池セル
3:セルスタック
4:ガスタンク
7、15、18:改質器
8:気化室
9:第1改質室
10:昇温室
11:原燃料供給管
12:燃料ガス供給管
14、20:くりぬき部
16、19:第2改質室
30:燃料電池モジュール
55:燃料電池装置
1: Cell stack device 2: Fuel cell 3: Cell stack 4: Gas tanks 7, 15, 18: Reformer 8: Vaporization chamber 9: First reforming chamber 10: Temperature raising chamber 11: Raw fuel supply pipe 12: Fuel Gas supply pipes 14 and 20: hollow parts 16 and 19: second reforming chamber 30: fuel cell module 55: fuel cell device

Claims (5)

複数の燃料電池セルを立設させた状態で配列して電気的に接続してなり、該燃料電池セルの一端部側で発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させる構成のセルスタックと、該セルスタックの一端部側に離間して配置された水蒸気改質を行なう改質器と、を備えるセルスタック装置であって、
前記改質器が、
前記燃料電池セルの配列方向における一方側に配置され、外部から供給される水を気化させるための気化室と、
改質触媒を備え、前記気化室を介して供給される原燃料ガスを前記燃料電池セルの配列方向における他方側へ向けて流すとともに、前記改質触媒と接触させて前記燃料ガスに改質する第1改質室と、
前記気化室および前記第1改質室の下方に接して配置され、前記第1改質室から供給される前記燃料ガスを前記燃料電池セルの配列方向における他方側から一方側に向けて流す昇温室とを、備え、
前記気化室の下面が露出するように前記昇温室を貫通して設けられたくりぬき部を有することを特徴とするセルスタック装置。
A plurality of fuel cells arranged in an upright state and electrically connected, and a cell stack configured to burn fuel gas not used for power generation on one end side of the fuel cells; and A cell stack device comprising: a reformer that performs steam reforming disposed separately on one end side of the cell stack;
The reformer is
A vaporization chamber disposed on one side in the arrangement direction of the fuel cells and vaporizing water supplied from the outside;
Comprising a reforming catalyst, the RuHara fuel gas is supplied through the vaporizing chamber with flow toward the other side in the arrangement direction of the fuel cells, reformed to the fuel gas in contact with the reforming catalyst A first reforming chamber;
An ascending position that is disposed in contact with the vaporization chamber and the first reforming chamber and flows the fuel gas supplied from the first reforming chamber from the other side to the one side in the arrangement direction of the fuel cells. With a greenhouse,
A cell stack apparatus comprising a hollow portion provided through the temperature raising chamber so that a lower surface of the vaporization chamber is exposed.
前記昇温室は、前記改質触媒を備え、第2改質室を兼ねていることを特徴とする請求項1に記載のセルスタック装置。   The cell stack apparatus according to claim 1, wherein the temperature raising chamber includes the reforming catalyst and also serves as a second reforming chamber. 前記改質器に前記くりぬき部が複数設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のセルスタック装置。   The cell stack apparatus according to claim 1, wherein the reformer is provided with a plurality of the hollow portions. 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のセルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とする燃料電池モジュール。   A fuel cell module comprising the cell stack device according to any one of claims 1 to 3 stored in a storage container. 請求項4に記載の燃料電池モジュールと、前記セルスタック装置を作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする燃料電池装置。   5. A fuel cell device comprising: the fuel cell module according to claim 4; and an auxiliary device for operating the cell stack device.
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