JP6100574B2 - Fuel cell module and fuel cell device - Google Patents
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Description
本発明は、収納容器内に複数個の柱状の燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュールおよびそれを具備する燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell module in which a plurality of columnar fuel cells are accommodated in a storage container, and a fuel cell device including the fuel cell module.
近年、次世代エネルギーとして、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マニホールドに固定し、それ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。 In recent years, as a next-generation energy, a fuel cell module in which a fuel cell capable of obtaining electric power using a hydrogen-containing gas and air (oxygen-containing gas) is fixed to a manifold, and is stored in a storage container. Various proposals have been made.
そのような燃料電池モジュールとしては、例えば、直方体状の収納容器内に設けられた発電室内に、燃料電池セルを複数個並設し電気的に直列に接続してマニホールドに固定してなるセルスタックを収納したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As such a fuel cell module, for example, a cell stack in which a plurality of fuel cells are arranged in parallel in a power generation chamber provided in a rectangular parallelepiped storage container and electrically connected in series and fixed to a manifold. Is known (for example, see Patent Document 1).
ところで、発電に伴い、セルスタックに熱が生じるが、発電により生じた熱はセルスタックから放熱されるため、その放熱を抑制すべく、セルスタックを挟むように断熱部材が配置されている。 By the way, although heat is generated in the cell stack with power generation, since the heat generated by the power generation is radiated from the cell stack, a heat insulating member is disposed so as to sandwich the cell stack in order to suppress the heat dissipation.
しかしながら、特に燃料電池セル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においては、セルスタックを構成する燃料電池セルの配列方向の両端部に位置する燃料電池セルは放熱しやすいが、燃料電池セルの配列方向の中央部に位置する燃料電池セルは放熱しにくいため、セルスタック全体として中央部の温度が高く、両端部の温度が低いという不均一な温度分布を生じていた。 However, particularly in a cell stack in which a plurality of fuel cells are arranged in parallel and electrically connected in series, the fuel cells located at both ends in the arrangement direction of the fuel cells constituting the cell stack easily dissipate heat. However, since the fuel cell located in the center of the fuel cell array direction is difficult to dissipate, the temperature of the center of the cell stack as a whole is high and the temperature at both ends is low, resulting in an uneven temperature distribution. .
また、熱は下方から上方に移動し、上部にこもりやすいため、燃料電池セルの上端部では、下端部よりも高温となる傾向があり、燃料電池セルの上下で不均一な温度分布を生じていた。 In addition, since the heat moves from below to above and tends to stay in the upper part, the upper end of the fuel cell tends to be hotter than the lower end, resulting in uneven temperature distribution above and below the fuel cell. It was.
本発明は、セルスタックの温度分布を均一に近づけることが可能な燃料電池モジュールおよびそれを具備する燃料電池装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell module capable of making the temperature distribution of a cell stack close to uniform and a fuel cell device including the same.
本発明の燃料電池モジュールは、柱状の燃料電池セルを複数個立設してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの配列方向に沿って前記セルスタックの側面側に並設された断熱部材とを収納容器に収納してなり、前記断熱部材は、前記燃料電池セルの配列方向における前記セルスタックの中央部に対向する中央部側断熱部と、前記配列方向における前記セルスタックの両端部に対向し、前記中央部側断熱部よりも熱伝導率が低い両端部側断熱部とを具備してなることを特徴とする。 The fuel cell module of the present invention comprises a cell stack in which a plurality of columnar fuel cells are erected, and a heat insulating member arranged in parallel on the side surface side of the cell stack along the arrangement direction of the fuel cells. The heat insulating member is housed in a storage container, and the heat insulating member is opposed to a central heat insulating portion facing the central portion of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells, and both ends of the cell stack in the arrangement direction. The both-ends side heat insulation part which has a heat conductivity lower than the said center part side heat insulation part is characterized by the above-mentioned.
本発明の燃料電池装置は、上記した燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなることを特徴とする。 The fuel cell device of the present invention is characterized in that the above-described fuel cell module is housed in an outer case.
本発明の燃料電池モジュールは、断熱部材は、燃料電池セルの配列方向におけるセルスタックの中央部に対向する中央部側断熱部と、配列方向におけるセルスタックの両端部に対向し、中央部側断熱部よりも熱伝導率が低い両端部側断熱部とを具備してなるため、燃料電池セルの配列方向におけるセルスタック全体としての温度分布を均一に近づけることができる。 In the fuel cell module of the present invention, the heat insulating member includes a center-side heat insulating portion facing the center portion of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cells, and a center-side heat insulating portion facing both ends of the cell stack in the arrangement direction. Since both end side heat insulating parts having lower thermal conductivity than the part are provided, the temperature distribution of the entire cell stack in the arrangement direction of the fuel cells can be made closer to the uniform.
本発明の燃料電池モジュールは、断熱部材は、セルスタックの上端部に対向する上端部側断熱部と、セルスタックの下端部に対向し、上端部側断熱部よりも熱伝導率が低い下端部側断熱部とを具備してなるため、燃料電池セルの長さ方向における温度分布を均一に近づけることができる。 In the fuel cell module of the present invention, the heat insulating member includes an upper end side heat insulating portion facing the upper end portion of the cell stack, and a lower end portion facing the lower end portion of the cell stack and having lower thermal conductivity than the upper end side heat insulating portion. Since the side heat insulating portion is provided, the temperature distribution in the length direction of the fuel cell can be made close to uniform.
本発明の燃料電池モジュールは、断熱部材は、セルスタックの側面に対向する外側断熱部と、該外側断熱部のセルスタック側に設けられた金属板と、該金属板のセルスタック側に設けられた内側断熱部とを具備してなるとともに、金属板の上端部および下端部が、セルスタックの上端部および下端部に対向するように露出しているため、燃料電池セルの長さ方向における温度分布を均一に近づけることができる。 In the fuel cell module of the present invention, the heat insulating member is provided on the cell stack side of the metal plate, the outer heat insulating portion facing the side surface of the cell stack, the metal plate provided on the cell stack side of the outer heat insulating portion, and the metal plate. And the upper end and the lower end of the metal plate are exposed so as to face the upper and lower ends of the cell stack. The distribution can be made uniform.
従って、本発明の燃料電池装置では、セルスタックの温度分布を均一に近づけることが可能な燃料電池モジュールを具備するため、信頼性の高い燃料電池装置を提供できる。 Therefore, since the fuel cell device of the present invention includes the fuel cell module that can make the temperature distribution of the cell stack close to uniform, a highly reliable fuel cell device can be provided.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の燃料電池モジュール(以下、モジュールという場合がある)の一形態を示す外観斜視図である。なお、異なる図中の同一の構成要素については、同一の符号を付与するものとする。 FIG. 1 is an external perspective view showing one embodiment of a fuel cell module (hereinafter sometimes referred to as a module) of the present invention. In addition, the same code | symbol shall be provided about the same component in a different figure.
モジュール1は、直方体状の収納容器2の内部に、内部をガスが流通するガス流路を有する燃料電池セル3を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル3間に集電部材(図示せず)を介して電気的に直列に接続するとともに、燃料電池セル3の下端部をガラスシール材等の絶縁性接合材(図示せず)でマニホールド4に固定してなるセルスタック5を収納して構成されている。また、図1においては、燃料電池セル3として、燃料電池セル3の内部に長手方向に設けられたガス流路を燃料ガスが流れる中空平板型で、支持基板の表面に、燃料側電極、固体電解質及び酸素側電極を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セル3を例示している。
The
また、燃料電池セル3にて使用する水素含有ガスを得るために、天然ガスや灯油等の燃料を改質して燃料ガス(水素含有ガス)を生成するためのU字状の改質器6をセルスタック5の上方に配置している。そして、改質器6で生成された燃料ガスは、ガス流通管7によりマニホールド4に供給され、マニホールド4を介して燃料電池セル3の内部に設けられたガス流路に供給される。これにより、セルスタック装置8が構成される。燃料電池セル3のガス流路に供給され、発電に使用されなかった余剰の燃料ガスは、燃料電池セル3の上方に放出される。余剰の燃料ガスは、燃料電池セル3の外部に供給された酸素含有ガス(空気)と反応して燃焼することができる。
Further, in order to obtain a hydrogen-containing gas used in the
なお、図1においては、収納容器2の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置8を後方に取り出した状態を示している。ここで、図1に示したモジュール1においては、セルスタック装置8を、収納容器2内にスライドして収納することが可能である。
FIG. 1 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the
図2は、モジュール1の断面図である。モジュール1を構成する収納容器2は、内壁9と外壁10を有する二重構造で、外壁10により収納容器2の外枠が形成されるとともに、内壁9によりセルスタック5(セルスタック装置8)を収納する発電室11が形成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
さらにモジュール1においては、内壁9と外壁10との間を、燃料電池セル3に導入する反応ガスの流路としており、例えば、燃料電池セル3に導入する酸素含有ガス等の反応ガスが流れる。モジュール1の側面に位置する内壁9と外壁10との間には、反応ガス流路の一部を仕切る複数の仕切部材(図示せず)が配置されており、反応ガスがジグザグに流れ、排ガスとの熱交換効率を高めるように構成されている。
Further, in the
ここで内壁9には、内壁9の上面からセルスタック5の側面の側方にまで延び、セルスタック5を構成する燃料電池セル3の配列方向xにおける長さに対応し、内壁9と外壁10とで形成される流路につながって、セルスタック5に反応ガス(酸素含有ガス)を導入するための反応ガス導入部材12が備えられている。また、反応ガス導入部材12の下端部側(燃料電池セル3の下端部側)には、燃料電池セル3に反応ガスを導入するための吹出口13が設けられている。
Here, the
なお図2において、反応ガス導入部材12は、互いに所定間隔を空けて並設された一対の板部材により反応ガス導入流路を形成し、下端部に底部材を接合して形成されている。また、図2においては、反応ガス導入部材12は、収納容器2の内部に並置された2つのセルスタック5(セルスタック装置8)間に位置するように配置されている。なお、反応ガス導入部材12は、収納されるセルスタック5の数により、例えばセルスタック5を2つの反応ガス導入部材12で挟み込むように配置してもよい。
In FIG. 2, the reaction
そして、反応ガス導入部材12の内部に、温度センサ14の測温部15が位置するよう、温度センサ14が収納容器2の上面側より挿入されている。なお、温度センサ14としては、例えば熱電対を用いることができる。
And the
ここで、燃料電池セル3は所定の温度範囲で運転されるため、発電室11内(好ましくはセルスタック5もしくはその近傍)の温度を測定するとともに、その温度管理を行なうことが必要となる。特に燃料電池セル3が、固体酸化物形燃料電池セル3の場合においては、その運転温度が非常に高く、燃料電池セル3(セルスタック5)の温度が過度に上昇すると、発電量が低下し、さらには劣化や熱応力により燃料電池セル3(セルスタック5)に破損等を生じるおそれがあるため、セルスタック5近傍の温度を効果的に測定するとともに、その温度管理を行なうことが特に必要となる。それゆえ、温度センサ14は、測温部15がセルスタック5の最も高い温度となる中央部側(セルスタック5を構成する燃料電池セル3の配列方向xの中央部で、かつ燃料電池セル3の長さ(上下)方向yにおける中央部に位置する部位)を測定できるように配置することが好ましい。
Here, since the
また発電室11内には、モジュール1内の熱が極端に放熱され、燃料電池セル3(セルスタック5)の温度が低下して発電量が低減しないようにするために、モジュール1内の温度を高温に維持するための断熱部材16が適宜設けられている。なお、断熱部材16としては、絶縁性であり、かつ断熱効果を有しているものを使用することができる。
Further, in the
ここで、燃料電池セル3(セルスタック5)の温度を高温で維持すべく、断熱部材16をセルスタック5の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル3の配列方向xに沿ってセルスタック5の側面側に並設するとともに、セルスタック5の側面の外形と同等またはそれ以上の大きさを有する断熱部材16を並設することが好ましい。なお、1個のセルスタック5を収納容器2内に収納してモジュールを構成しても良い。この場合には、セルスタック5の両側面側に断熱部材16を並設することが好ましい。それにより、セルスタック5の温度が低下することを効果的に抑制できる。
Here, in order to maintain the temperature of the fuel cell 3 (cell stack 5) at a high temperature, it is preferable to dispose the
また、セルスタック5の側面側に、セルスタック5の側面の外形と同等またはそれ以上の大きさを有する断熱部材16を設けることにより、反応ガス導入部材12より供給されるガスが、セルスタック5の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック5を構成する燃料電池セル3の外周の反応ガスの流れを促進することができる。
Further, by providing a
また、内壁9により形成される底面(内部底面)および燃料電池セル3の配列方向xに沿って形成された側面(内部側面)に対して所定間隔を空けて併設された排ガス用内壁17により排ガス流路が形成され、さらに収納容器2の底部に設けられた排気孔18と排ガ
ス流路が通じている。モジュール1の側面に位置する排ガス流路には、排ガス流路の一部を仕切るように複数の仕切部材(図示せず)が設けられており、排ガスがジグザグに流れ、酸素含有ガスとの熱交換効率を高めるように構成されている。
Further, the exhaust gas is exhausted by the exhaust gas
それにより、モジュール1の稼動(起動処理時、発電時、停止処理時)に伴って生じる排ガスは、排ガス流路を流れた後、排気孔18より排気される構成となっている。
As a result, the exhaust gas generated with the operation of the module 1 (during start-up processing, power generation, and stop processing) flows through the exhaust gas passage and is then exhausted from the
なお、排気孔18は収納容器2の底(底面)の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を設けることにより形成してもよい。また、符号25は、セルスタック5の底面に配置された断熱部材である。
The
ここで、セルスタック5において、セルスタック5を構成する燃料電池セル3の配列方向xの両端部に配置される燃料電池セル3は放熱しやすく、セルスタック5を構成する燃料電池セル3の配列方向xの中央部に配置される燃料電池セル3は放熱しにくい。それゆえ、セルスタック5全体として中央部の温度が高く、両端部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。
Here, in the
そして、セルスタック5に不均一な温度分布が生じると、燃料電池セル3に供給されるガス(燃料ガス等)の流れにばらつきが生じ、セルスタック5の発電量が低下するおそれがあった。
Then, if a non-uniform temperature distribution occurs in the
それゆえ、本発明者等は鋭意研究した結果、断熱部材16は、燃料電池セル3の配列方向xにおけるセルスタック5の中央部に対向する中央部側断熱部16aと、配列方向xにおけるセルスタック5の両端部に対向し、中央部側断熱部16aよりも熱伝導率が低い両端部側断熱部16bとを具備して構成することにより、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向xにおける温度分布を均一に近づけることができることを見出した。
Therefore, as a result of intensive studies by the present inventors, the
図3(a)は、図2に示したセルスタック装置8を示す縦断面図、図3(b)は、断熱部材16を示す縦断面図、図3(c)は、(a)のセルスタック装置8の側方に(b)の断熱部材16を配置した状態を示す縦断面図である。
3A is a longitudinal sectional view showing the
図3(b)において、燃料電池セル3の配列方向xに沿ってセルスタック5の側面側に並設した断熱部材16は、燃料電池セル3の配列方向xにおけるセルスタック5の中央部に対向する中央部側断熱部16aと、配列方向xにおけるセルスタック5の両端部に対向し、中央部側断熱部16aよりも熱伝導率が低い両端部側断熱部16bとを具備して構成されている。言い換えれば、断熱部材16は、中央部側断熱部16aの両側に、両端部側断熱部16bを接続して一枚にされて構成されている。
In FIG. 3B, the
中央部側断熱部16aは一般的に使用される断熱材料からなるもので、例えば、アルミナ系、シリカ系、アルミナシリカ系材料からなる。両端部側断熱部16bは、例えば、シリカやアルミナ等の超微粒粉末からなる熱伝導率が低い断熱材料を用いることができ、両端部側断熱部16bは、中央部側断熱部16aよりも熱伝導率が低いものであれば良い。熱伝導率が高いか低いかは、熱伝導率を測定しても確認できるが、断熱部を構成する粒子の大きさを比較することによっても確認できる。
The center side
中央部側断熱部16aは、例えば、一般的に使用されるアルミナシリカ系材料の断熱材料からなり、両端部側断熱部16bは、中央部側断熱部16aを構成する粉末と同じアルミナシリカ系材料であって、中央部側断熱部16aを構成する粉末よりも微粒のものであっても良い。
The central portion side
断熱部材16は、燃料電池セル3の配列方向xにおける1枚の板状の中央部側断熱部16aの両端部に、板状の両端部側断熱部16bを2枚配置して板状に形成して構成されていることが望ましい。必ずしも1枚の中央部側断熱部16aと2枚の両端部側断熱部16bを接続する必要はない。また、中央部側断熱部16aと両端部側断熱部16bとの間に、両者の中間の熱伝導率を有する中間断熱部を設けることもできる。さらに、両端部側断熱部16bの厚みを中央部側断熱部16aの厚みよりも厚くすることにより、断熱性を向上できる。
The
以上のように構成された燃料電池モジュール1では、断熱部材16は、燃料電池セル3の配列方向xにおけるセルスタック5の中央部に対向する中央部側断熱部16aと、配列方向xにおけるセルスタック5の両端部に対向し、中央部側断熱部16aよりも熱伝導率が低い両端部側断熱部16bとを具備してなるため、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向xにおける両端部からの放熱が両端部側断熱部16bで妨げられ、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向xにおける両端部の温度を高くして、中央部における温度に近づけることができ、セルスタック5全体として配列方向xにおける温度分布を均一に近づけることができる。それにより、セルスタック5の発電量の低下を抑制することができる。
In the
図4は、他の形態を示すものである。セルスタック5において、熱は下方から上方に移動し、上部にこもりやすいため、また、余剰の燃料ガスがセルスタック5の上方で燃焼し、さらに、反応ガス導入部材12より比較的低温の酸素含有ガスがセルスタック5の下端部に供給されるため、燃料電池セル3の長さ方向yの上端部は高温となり、下端部は低温となる傾向にある。
FIG. 4 shows another embodiment. In the
そこで、図4では、断熱部材20は、セルスタック5の上端部に対向する上端部側断熱部20aと、セルスタック5の下端部に対向し、上端部側断熱部20aよりも熱伝導率が低い下端部側断熱部20bとを具備して構成されている。
Therefore, in FIG. 4, the
言い換えれば、断熱部材20は、上端部側断熱部20aの下側に、下端部側断熱部20bを接続して一枚にされて構成されている。なお、必ずしも1枚にする必要はない。また、上端部側断熱部20aと下端部側断熱部20bとの間に、両者の中間の熱伝導率を有する中間断熱部を設けることもできる。さらに、下端部側断熱部20bの厚みを上端部側断熱部20aの厚みよりも厚くすることにより、断熱性を向上できる。
In other words, the
上端部側断熱部20aは一般的に使用される断熱材料からなるもので、例えば、アルミナ系、シリカ系、アルミナシリカ系材料からなる。下端部側断熱部20bは、例えば、シリカやアルミナ等の超微粒粉末からなる熱伝導率が低い断熱材料を用いることができ、下端部側断熱部20bは、上端部側断熱部20aよりも熱伝導率が低いものであれば良い。また、上端部側断熱部20aは、例えば、一般的に使用されるアルミナシリカ系材料の断熱材料からなり、下端部側断熱部20bは、上端部側断熱部20aを構成する粉末と同じアルミナシリカ系材料であって、上端部側断熱部20aを構成する粉末よりも微粒のものであっても良い。
The upper end side
以上のように構成された燃料電池モジュールでは、断熱部材20は、セルスタック5の上端部に対向する上端部側断熱部20aと、セルスタック5の下端部に対向し、上端部側断熱部20aよりも熱伝導率が低い下端部側断熱部20bとを具備してなるため、セルスタック5の下端部からの放熱が下端部側断熱部20bで妨げられ、セルスタック5の下端部の温度を高くして、上端部における温度に近づけることができ、セルスタック5全体としての上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。それにより、セルスタック5の発電量の低下を抑制することができる。
In the fuel cell module configured as described above, the
図5は、さらに他の形態を示すものである。この形態では、断熱部材20は、セルスタック5の上端部に対向し、かつ燃料電池セル3の配列方向xにおけるセルスタック5の中央部に対向する中央部側断熱部22aと、セルスタック5の下端部に対向し、中央部側断熱部22aよりも熱伝導率が低い下端部側断熱部22bと、中央部側断熱部22aの配列方向xの両端部に位置し、かつ中央部側断熱部22aよりも熱伝導率が低い両端部側断熱部22cとで構成されている。
FIG. 5 shows still another embodiment. In this embodiment, the
中央部側断熱部22a、下端部側断熱部22b、両端部側断熱部22cは一枚の断熱部材を構成している。
The center side
このような燃料電池モジュールでは、セルスタック5の下端部からの放熱が下端部側断熱部220bで妨げられ、セルスタック5の下端部の温度を高くして、上端部における温度に近づけることができるとともに、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向xにおける両端部からの放熱が両端部側断熱部22cで妨げられ、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向xにおける両端部の温度を高くして、中央部における温度に近づけることができ、セルスタック5全体としての温度分布を均一に近づけることができる。
In such a fuel cell module, heat radiation from the lower end portion of the
図6は、さらに他の形態を示すもので、この形態では、断熱部材23は、セルスタック5の側面に対向する外側断熱部23aと、この外側断熱部23aのセルスタック5側に設けられた金属板23bと、この金属板23bのセルスタック5側に設けられた内側断熱部23cとを具備してなるとともに、金属板23bの上端部および下端部が、セルスタック5の上端部および下端部にそれぞれ対向するように露出している。
FIG. 6 shows still another embodiment. In this embodiment, the
すなわち、図7(b)に示すように、外側断熱部23aのセルスタック5側に、外側断熱部23aよりも長さ方向yの長さが短い金属板23bを配置し、さらに、金属板23bのセルスタック5側に、金属板23bよりも長さ方向yの長さが短い内側断熱部23cを配置し、金属板23bの上端部と下端部を、セルスタック5の上端部および下端部にそれぞれ対向するように露出して、断熱部材23が構成されている。
That is, as shown in FIG. 7B, a
このような燃料電池モジュール1では、セルスタック5の上端部からの放熱が金属板23bの露出した上端部を介して下端部に伝導し、金属板23bの露出した下端部から、セルスタック5の下端部に放熱され、セルスタック5の下端部の温度を高くして、上端部における温度に近づけることができ、セルスタック5全体としての上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。
In such a
なお、図7(c)に示すように、内側断熱部23cの燃料電池セル3の配列方向xにおける両端部に、内側断熱部23cよりも熱伝導率が低い両端部側断熱部23dを設けることにより、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向xにおける両端部からの放熱が両端部側断熱部23dで妨げられ、上記したように、セルスタック5全体としての上下方向における温度分布を均一に近づけることができるとともに、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向xにおける両端部の温度を高くして、中央部における温度に近づけることができる。
In addition, as shown in FIG.7 (c), the both-ends side
図8は、さらに他の形態を示すもので、この形態では、図7(c)において、金属板23bが、上端側が狭い台形状とされている。このような断熱部材23では、セルスタック5の上端部であって、配列方向xの中央部(最も高温となる部分)の熱を、金属板23bを介してセルスタック5の下端部に、かつ、配列方向xの両端部側に伝導させることができ、上記したように、セルスタック5全体としての上下方向における温度分布を均一に近づけることができるとともに、セルスタック5の燃料電池セル3の配列方向xにおける両
端部の温度を高くして、中央部における温度に近づけることができる。
FIG. 8 shows still another embodiment. In this embodiment, the
なお、燃料電池セル3の形状としては、平板型、円筒型、中空平板型等のいずれであっても良い。燃料電池セル3(セルスタック5)の発電を効率よく行なう上で、中空平板型の燃料電池セルとすることが好ましい。
The shape of the
そして、上述したようなモジュールを外装ケース内に収納することにより、セルスタック全体としての温度分布を均一に近づけることができ、発電効率を向上した燃料電池装置とすることができる。 Then, by storing the module as described above in the outer case, the temperature distribution of the entire cell stack can be made close to uniform, and a fuel cell device with improved power generation efficiency can be obtained.
なお、燃料電池セル3を固体酸化物形燃料電池セルとすることにより、モジュールのほか、燃料電池セルの動作に必要な補機類を小型化することができ、燃料電池装置を小型化することができる。また、家庭用燃料電池で求められる変動する負荷に追従する負荷追従運転を行なうことができる。 In addition, by making the fuel cell 3 a solid oxide fuel cell, in addition to the module, auxiliary equipment necessary for the operation of the fuel cell can be reduced, and the fuel cell device can be reduced in size. Can do. Further, it is possible to perform a load following operation that follows a fluctuating load required for a household fuel cell.
図9は、外装ケース内に図2で示した燃料電池モジュール1と、燃料電池セルスタック装置8を動作させるための補機とを収納してなる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. 9 is an exploded perspective view showing an example of a fuel cell device in which the
図9に示す燃料電池装置は、支柱24と外装板25とから構成される外装ケース内を仕切板26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1を収納するモジュール収納室27とし、下方側を燃料電池モジュール1を動作させるための補機類を収納する補機収納室28として構成されている。なお、補機収納室28に収納する補機類は省略して示している。
The fuel cell apparatus shown in FIG. 9 has a
また、仕切板26には、補機収納室28の空気をモジュール収納室27側に流すための空気流通口29が設けられており、モジュール収納室27を構成する外装板25の一部に、モジュール収納室27内の空気を排気するための排気口30が設けられている。
In addition, the
このような燃料電池装置においては、上述したように、燃料電池装置の小型化を図ることができるとともに、長期信頼性を向上することができる。 In such a fuel cell device, as described above, it is possible to reduce the size of the fuel cell device and improve long-term reliability.
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
例えば、燃料電池セルを、支持基板の表面に酸素側電極、固体電解質及び燃料側電極を順に設けた場合には、燃料電池セルの内部に設けられたガス流路に酸素含有ガスを流通させ、反応ガス導入部材より燃料ガスを導入することもできる。また、燃料電池セルの形状についても中空平板型に限定されるものではない。
Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes, improvements, and the like can be made without departing from the scope of the present invention. When the fuel cell is provided with an oxygen-side electrode, a solid electrolyte, and a fuel-side electrode in this order on the surface of the support substrate, an oxygen-containing gas is circulated through the gas flow path provided inside the fuel cell, and the reaction gas Fuel gas can also be introduced from the introduction member. Further, the shape of the fuel cell is not limited to the hollow plate type.
1:燃料電池モジュール
2:収納容器
3:燃料電池セル
5:セルスタック
16、20、22、23:断熱部材
16a:断熱部材本体
16b:柱状断熱体
20a:上端部側断熱部
20b:下端部側断熱部
22a:中央部側断熱部
22b:下端部側断熱部
22c:両端部側断熱部
23a:外側断熱部
23b:金属板
23c:内側断熱部
23d:両端部側断熱部
1: fuel cell module 2: storage container 3: fuel cell 5:
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