JP6140603B2

JP6140603B2 - Fuel cell device

Info

Publication number: JP6140603B2
Application number: JP2013267386A
Authority: JP
Inventors: 栄造松井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2033-12-25
Also published as: JP2015125809A

Description

本発明は、燃料電池装置に関する。 The present invention relates to 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）と酸素含有ガス（空気）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が知られている。また、セルスタックを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや、燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている。 In recent years, as a next-generation energy, a cell stack in which a plurality of fuel cells that can obtain electric power using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air) are arranged is known. Various fuel cell modules in which a cell stack is stored in a storage container and fuel cell devices in which a fuel cell module is stored in an outer case have been proposed.

このような燃料電池装置においては、燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための水蒸気改質可能な改質器を備えていることが知られている。 It is known that such a fuel cell device includes a reformer capable of steam reforming to generate fuel gas to be supplied to the fuel cell.

ところで、燃料電池セルが発電するにあって必要な流体（燃料ガス、酸素含有ガス、水等）を供給するにあたって、一般的にブロワや水ポンプ等の電動式の補機類が用いられているが、これらの補機損失を抑制することで、燃料電池装置の発電効率を向上させることができる。そこで、例えば、水タンクを燃料電池の横部または上部に配設して、水圧により水を燃料電池に供給する燃料電池発電装置の水回収装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 By the way, in order to supply a fluid (fuel gas, oxygen-containing gas, water, etc.) necessary for generating power by the fuel cell, electric auxiliary machines such as a blower and a water pump are generally used. However, the power generation efficiency of the fuel cell device can be improved by suppressing these auxiliary machine losses. In view of this, for example, a water recovery device for a fuel cell power generation device has been proposed in which a water tank is disposed at the side or top of the fuel cell and water is supplied to the fuel cell by water pressure (see, for example, Patent Document 1). ).

特開２００６−２３６５９８号公報JP 2006-236598 A

しかしながら、特許文献１に記載のように電動式の補機類を使用せずに流体の量を制御して供給することは難しく、また大量の流体の量を必要とする場合には、十分量を供給することができないおそれがあった。それゆえ、電動式の補機類を用いる燃料電池装置において、補記損失を抑制した燃料電池装置が求められている。 However, as described in Patent Document 1, it is difficult to control and supply the amount of fluid without using electric auxiliary machines, and when a large amount of fluid is required, a sufficient amount is required. Could not be supplied. Therefore, there is a demand for a fuel cell device that uses an auxiliary auxiliary device that suppresses supplementary loss.

それゆえ、本発明は、補機損失を抑制することで、発電効率が向上した燃料電池装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell device in which power generation efficiency is improved by suppressing auxiliary machine loss.

本発明の燃料電池装置は、収納容器内に、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう固体酸化物形の燃料電池セルと、原燃料と水とで、前記燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための水蒸気改質可能な改質器とを収納してなる燃料電池モジュールと、該燃料
電池モジュール内に酸素含有ガスを供給するための電動式の酸素含有ガス供給装置と、前記改質器に原燃料を供給するための電動式の原燃料供給装置と、前記改質器に水を供給するための電動式の水供給装置と、を、外装ケース内に備えるとともに、前記酸素含有ガス供給装置、前記原燃料供給装置および前記水供給装置が、前記燃料電池モジュールの上方に配置されていることを特徴とする。
The fuel cell device of the present invention includes a fuel gas supplied to the fuel cell by a solid oxide fuel cell that generates power using a fuel gas and an oxygen-containing gas, and raw fuel and water. A fuel cell module containing a reformer capable of steam reforming to produce oxygen, an electric oxygen-containing gas supply device for supplying an oxygen-containing gas into the fuel cell module, and the modified An electric raw fuel supply device for supplying raw fuel to the quality device and an electric water supply device for supplying water to the reformer are provided in an outer case, and the oxygen-containing gas supply apparatus, the raw fuel supply device and the water supply equipment, characterized in that it is disposed above the fuel cell module.

本発明の燃料電池装置によれば、それぞれが電動式の酸素含有ガス供給装置、原燃料供給装置および水供給装置が、燃料電池モジュールの上方に配置されて、外装ケース内に収容されていることで、補機損失を低減でき、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。
According to the fuel cell device of the present invention, each electric oxygen-containing gas supply apparatus, the raw fuel supply device and water supply equipment is disposed above the fuel cell module is housed in the exterior case As a result, it is possible to reduce the auxiliary machine loss and to obtain a fuel cell device with improved power generation efficiency.

本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of a fuel cell system provided with the fuel cell apparatus of this embodiment. 図１に示す燃料電池システムを構成する燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows an example of the fuel cell module which comprises the fuel cell system shown in FIG. 図２に示す燃料電池モジュールの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell module shown in FIG. 2. 本実施形態の他の一例を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 which shows another example of this embodiment. 本実施形態の燃料電池装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows roughly an example of the fuel cell apparatus of this embodiment.

図１は、本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。図１に示す燃料電池システムは、本実施形態の燃料電池装置の一例である発電ユニットと、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニットと、これらのユニット間を水が循環するための循環配管とから構成されている。なお、以降の図において同一の構成については同一の符号を用いて説明する。 FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a configuration of a fuel cell system including the fuel cell device of the present embodiment. The fuel cell system shown in FIG. 1 includes a power generation unit that is an example of the fuel cell device of the present embodiment, a hot water storage unit that stores hot water after heat exchange, and a circulation pipe that circulates water between these units. It is composed of In the following drawings, the same components are described using the same reference numerals.

図１に示す発電ユニットは、燃料側電極層、固体電解質層、空気側電極層を有する固体酸化物形の燃料電池セルを複数個組み合わせてなるセルスタック５、都市ガス等の原燃料を後述する改質器３に供給する電動式の原燃料供給装置である原燃料供給ポンプ１と、原燃料供給ポンプ１と改質器３とを接続する原燃料供給管１８とを有する原燃料供給ライン、セルスタック５を構成する燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための電動式の酸素含有ガス供給装置である酸素含有ガス供給ポンプ（ブロワ）２と、酸素含有ガス供給ポンプ２と後述する燃料電池モジュール４（以下、モジュールという場合がある。）とを接続する酸素含有ガス供給管１９とを有する酸素含有ガス供給ライン、改質器３に水を供給する電動式の水供給装置である水ポンプ１２と、水ポンプ１２と改質器３とを接続する水供給管１３とを有する水供給ラインと、原燃料と水蒸気により原燃料を水蒸気改質する改質器３を備えている。なお、図示していないが、原燃料供給ラインには原燃料供給ポンプ１より供給される原燃料の量を測定する原燃料流量計が設けられており、また酸素含有ガス供給ラインには、酸素含有ガス供給ポンプ２より供給される酸素含有ガスの量を測定する酸素含有ガス流量計が設けられ、水供給ラインには、水ポンプ１２より供給される水の量を測定する水流量計が設けられている。 The power generation unit shown in FIG. 1 will be described later with a cell stack 5 formed by combining a plurality of solid oxide fuel cells having a fuel side electrode layer, a solid electrolyte layer, and an air side electrode layer, and raw fuel such as city gas. A raw fuel supply line having a raw fuel supply pump 1 that is an electric raw fuel supply device to be supplied to the reformer 3, and a raw fuel supply pipe 18 that connects the raw fuel supply pump 1 and the reformer 3; An oxygen-containing gas supply pump (blower) 2 that is an electric oxygen-containing gas supply device for supplying oxygen-containing gas to the fuel cells constituting the cell stack 5, an oxygen-containing gas supply pump 2, and a fuel cell described later An oxygen-containing gas supply line having an oxygen-containing gas supply pipe 19 that connects the module 4 (hereinafter also referred to as a module), water that is an electric water supply device that supplies water to the reformer 3 A pump 12 is provided with a water supply line and a water supply pipe 13 connecting the water pump 12 and the reformer 3, the reformer 3 a crude fuel steam reforming by the raw fuel and water vapor. Although not shown, the raw fuel supply line is provided with a raw fuel flow meter for measuring the amount of raw fuel supplied from the raw fuel supply pump 1, and the oxygen-containing gas supply line is provided with an oxygen An oxygen-containing gas flow meter for measuring the amount of oxygen-containing gas supplied from the containing gas supply pump 2 is provided, and a water flow meter for measuring the amount of water supplied from the water pump 12 is provided in the water supply line. It has been.

なお、図１に示す発電ユニットでは、セルスタック５と改質器３とを収納容器に収納することでモジュール４が構成されている。また、図１に示す発電ユニットにおいては、モジュール４と、セルスタック５を構成する燃料電池セルの発電により生じた排ガス（排熱）と水とで熱交換を行なう熱交換器８とを接続する排ガス供給管２０を有してなる排ガスラインを有している。なお、図１には示していないが、上記排ガスラインには、排ガスを浄化するための浄化装置を設けることができるほか、モジュール４内には発電で使用されなかった燃料ガスを燃焼させるための着火装置を設けることができる。 In the power generation unit shown in FIG. 1, the module 4 is configured by storing the cell stack 5 and the reformer 3 in a storage container. Further, in the power generation unit shown in FIG. 1, the module 4 is connected to a heat exchanger 8 that performs heat exchange between exhaust gas (exhaust heat) generated by power generation of the fuel cells constituting the cell stack 5 and water. An exhaust gas line having an exhaust gas supply pipe 20 is provided. Although not shown in FIG. 1, the exhaust gas line can be provided with a purification device for purifying the exhaust gas, and the module 4 is used for burning fuel gas not used in power generation. An ignition device can be provided.

また、図１に示す発電ユニットにおいては、熱交換器８に水を循環させる循環配管１５、熱交換器８で生成された凝縮水を純水に処理するための水処理装置９、水処理装置９にて処理された水を貯水するための水タンク１１が設けられており、水ポンプ１２と熱交換器８との間が凝縮水供給管１０により接続されている。なお、水処理装置９としてはイオン交換樹脂を備えるイオン交換樹脂装置を用いることが好ましい。 In the power generation unit shown in FIG. 1, a circulation pipe 15 that circulates water in the heat exchanger 8, a water treatment device 9 for treating the condensed water generated in the heat exchanger 8 into pure water, and a water treatment device A water tank 11 for storing the water treated at 9 is provided, and the water pump 12 and the heat exchanger 8 are connected by a condensed water supply pipe 10. In addition, as the water treatment apparatus 9, it is preferable to use an ion exchange resin apparatus provided with an ion exchange resin.

さらに図１に示す発電ユニットは、モジュール４にて発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電気の外部負荷への供給量を調整するための供給電力調整部（パワー
コンディショナ）６、熱交換器８の出口に設けられ熱交換器８の出口を流れる水（循環水流）の水温を測定するための出口水温センサ１４のほか、後述する各種機器の動作を制御する制御装置７が設けられており、循環配管１５内で水を循環させる循環ポンプ１７とあわせて発電ユニットが構成されている。なお、制御装置７はマイクロコンピュータを有しており、入出力インターフェイス、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを備えている。なお、ＣＰＵは、燃料電池装置の運転を実施するものであり、ＲＡＭはプログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭはプログラムを記憶するものである。 Further, the power generation unit shown in FIG. 1 converts the DC power generated by the module 4 into AC power, and adjusts the supply amount of the converted electricity to the external load (power conditioner). 6. Control device 7 for controlling the operation of various devices described later in addition to the outlet water temperature sensor 14 for measuring the water temperature of the water (circulated water flow) provided at the outlet of the heat exchanger 8 and flowing through the outlet of the heat exchanger 8 The power generation unit is configured together with a circulation pump 17 that circulates water in the circulation pipe 15. The control device 7 includes a microcomputer and includes an input / output interface, a CPU, a RAM, and a ROM. The CPU performs the operation of the fuel cell device, the RAM temporarily stores variables necessary for executing the program, and the ROM stores the program.

そして、これら発電ユニットを構成する各装置を、外装ケース内に収納することで、設置や持ち運び等が容易な燃料電池装置とすることができる。なお、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク１６を具備して構成されている。なお、循環ポンプ１７は貯湯ユニット側に設けることもできる。 And each apparatus which comprises these electric power generation units can be set as a fuel cell apparatus with easy installation, carrying, etc. by accommodating in an exterior case. The hot water storage unit includes a hot water storage tank 16 for storing hot water after heat exchange. The circulation pump 17 can also be provided on the hot water storage unit side.

ここで、図１に示した燃料電池システムの運転方法について説明する。 Here, an operation method of the fuel cell system shown in FIG. 1 will be described.

セルスタック５の発電に必要な燃料ガスを生成するにあたり、制御装置７は原燃料供給ポンプ１、水ポンプ１２を作動させる。それにより、改質器３に原燃料（天然ガス、灯油等）と水とが供給され、改質器３で水蒸気改質を行なうことにより、水素を含む燃料ガスが生成されて燃料電池セルの燃料極層側に供給される。 In generating fuel gas necessary for power generation in the cell stack 5, the control device 7 operates the raw fuel supply pump 1 and the water pump 12. As a result, raw fuel (natural gas, kerosene, etc.) and water are supplied to the reformer 3, and by performing steam reforming in the reformer 3, a fuel gas containing hydrogen is generated and the fuel cell. Supplied to the fuel electrode layer side.

一方、制御装置７は酸素含有ガス供給ポンプ２を動作させることにより、燃料電池セルの酸素極層側に酸素含有ガス（空気）を供給する。 On the other hand, the control device 7 operates the oxygen-containing gas supply pump 2 to supply oxygen-containing gas (air) to the oxygen electrode layer side of the fuel cell.

なお、制御装置７はモジュール４において着火装置（図示せず）を作動させることにより、セルスタック５の発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させる。それにより、モジュール内の温度（セルスタック５や改質器３の温度）が上昇し、効率よい発電を行なうことができる。 The control device 7 operates an ignition device (not shown) in the module 4 to burn fuel gas that has not been used for power generation of the cell stack 5. Thereby, the temperature in the module (the temperature of the cell stack 5 and the reformer 3) rises, and efficient power generation can be performed.

セルスタック５の発電に伴って生じた排ガスは、浄化装置にて浄化された後、熱交換器８に供給され、循環配管１５を流れる水とで熱交換される。熱交換器８での熱交換により生じたお湯は、循環配管１５を流れて貯湯タンク１６に貯水される。一方、熱交換器８での熱交換によりセルスタック５より排出される排ガスに含まれる水が凝縮水となり、凝縮水供給管１０を通じて、水処理装置９に供給される。凝縮水は、水処理装置９にて純水とされて、水タンク１１に供給される。水タンク１１に貯水された水は、水ポンプ１２により水供給管１３を介して改質器３に供給される。このように、凝縮水を有効利用することにより、水自立運転を行なうことができる。 The exhaust gas generated with the power generation of the cell stack 5 is purified by the purification device, then supplied to the heat exchanger 8 and heat-exchanged with water flowing through the circulation pipe 15. Hot water generated by heat exchange in the heat exchanger 8 flows through the circulation pipe 15 and is stored in the hot water storage tank 16. On the other hand, water contained in the exhaust gas discharged from the cell stack 5 by heat exchange in the heat exchanger 8 becomes condensed water and is supplied to the water treatment device 9 through the condensed water supply pipe 10. The condensed water is made pure water by the water treatment device 9 and supplied to the water tank 11. The water stored in the water tank 11 is supplied to the reformer 3 by the water pump 12 via the water supply pipe 13. Thus, water self-sustained operation can be performed by effectively using condensed water.

なお、上述の例においては熱交換器８にて生成される凝縮水のみを改質器３に供給する構成の燃料電池装置を用いて説明したが、改質器３に供給する水として水道水を利用することもできる。この場合、水道水に含まれる不純物を処理するための水処理装置として、例えば、活性炭フィルター、逆浸透膜装置、イオン交換樹脂装置等を、この順に接続することで、純水を効率よく精製することができる。なお、水道水を用いる場合においても、水処理装置にて生成した純水が、水タンク１１に貯水されるよう各装置を接続する。 In the above-described example, the fuel cell device configured to supply only the condensed water generated by the heat exchanger 8 to the reformer 3 has been described. Can also be used. In this case, as a water treatment device for treating impurities contained in tap water, for example, an activated carbon filter, a reverse osmosis membrane device, an ion exchange resin device, etc. are connected in this order to efficiently purify pure water. be able to. In addition, also when using tap water, each apparatus is connected so that the pure water produced | generated with the water treatment apparatus may be stored in the water tank 11. FIG.

続いて、図１に示すモジュール４の一例について説明する。図２、図３は、本実施形態の燃料電池装置を構成するモジュール４の一例を示し、図２はモジュール４を示す外観斜視図であり、図３は図２に示すモジュール４の断面図である。 Next, an example of the module 4 shown in FIG. 1 will be described. 2 and 3 show an example of the module 4 constituting the fuel cell device of the present embodiment, FIG. 2 is an external perspective view showing the module 4, and FIG. 3 is a sectional view of the module 4 shown in FIG. is there.

図２に示すモジュール４においては、収納容器２１の内部に、内部を燃料ガスが流通するガス流路（図示せず）を有する柱状の燃料電池セル２２を立設させた状態で一列に配列
し、隣接する燃料電池セル２２間が集電部材（図示せず）を介して電気的に直列に接続されているとともに、燃料電池セル２２の下端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２３に固定してなるセルスタック５を２つ備えるセルスタック装置２４を収納して構成されている。なお、セルスタック５の両端部には、セルスタック５（燃料電池セル２２）の発電により生じた電気を集電して外部に引き出すための、電気引き出し部を有する導電部材が配置されている（図示せず）。なお、図２においては、セルスタック装置２４が２つのセルスタック５を備えている場合を示しているが、適宜その個数は変更することができ、例えばセルスタック５を１つだけ備えていてもよい。また、収納容器２１には、モジュール４の温度を測定するための温度計測手段である熱電対２９が設けられている。 In the module 4 shown in FIG. 2, the columnar fuel cells 22 having gas flow paths (not shown) through which the fuel gas flows are arranged in a row in the storage container 21 in an upright manner. The adjacent fuel cells 22 are electrically connected in series via current collecting members (not shown), and the lower end of the fuel cells 22 is connected to an insulating bonding material (not shown) such as a glass sealant. The cell stack device 24 having two cell stacks 5 fixed to the manifold 23 is housed. At both ends of the cell stack 5, conductive members having electrical lead portions for collecting the electricity generated by the power generation of the cell stack 5 (fuel cell 22) and drawing it outside are disposed ( Not shown). FIG. 2 shows the case where the cell stack device 24 includes two cell stacks 5, but the number can be changed as appropriate. For example, even if only one cell stack 5 is provided. Good. In addition, the storage container 21 is provided with a thermocouple 29 that is a temperature measuring means for measuring the temperature of the module 4.

また、図２においては、燃料電池セル２２として、内部を燃料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、ガス流路を有する支持体の表面に、燃料極層、固体電解質層および酸素極層を順に積層してなる固体酸化物形の燃料電池セル２２を例示している。なお、燃料電池セル２２においては、内部を酸素含有ガスが長手方向に流通するガス流路を有する形状とすることもでき、この場合、内側より酸素極層、固体電解質層、燃料極層を順に設け、モジュール４の構成は適宜変更すればよい。さらには、燃料電池セルは中空平板型に限られるものではなく、例えば平板型や円筒型とすることもでき、あわせて収納容器２１の形状を適宜変更することが好ましい。 In FIG. 2, the fuel battery cell 22 is a hollow flat plate type having a gas flow path through which fuel gas flows in the longitudinal direction. A fuel electrode layer, a solid electrolyte is formed on the surface of a support having the gas flow path. A solid oxide fuel cell 22 in which a layer and an oxygen electrode layer are sequentially laminated is illustrated. The fuel cell 22 may have a gas flow path in which the oxygen-containing gas flows in the longitudinal direction. In this case, the oxygen electrode layer, the solid electrolyte layer, and the fuel electrode layer are arranged in this order from the inside. The configuration of the module 4 may be changed as appropriate. Further, the fuel cell is not limited to the hollow plate type, and may be a plate type or a cylindrical type, for example, and it is preferable to change the shape of the storage container 21 as appropriate.

また、図２に示すモジュール４においては、燃料電池セル２２の発電で使用する燃料ガスを得るために、原燃料供給管１８を介して供給される都市ガス等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器３をセルスタック５の上方に配置している。また、改質器３は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行なうことができる構造とすることができ、水を気化させるための気化部２６と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部２５とを備えている。 Further, in the module 4 shown in FIG. 2, in order to obtain the fuel gas used in the power generation of the fuel battery cell 22, the raw fuel such as city gas supplied through the raw fuel supply pipe 18 is reformed to produce the fuel gas. A reformer 3 for generating gas is disposed above the cell stack 5. In addition, the reformer 3 can have a structure capable of performing steam reforming, which is an efficient reforming reaction, and a reforming unit 26 for vaporizing water and reforming raw fuel into fuel gas. And a reforming unit 25 in which a reforming catalyst (not shown) is disposed.

そして、改質器３で生成された燃料ガス（水素含有ガス）は、燃料ガス流通管２７を介してマニホールド２３に供給され、マニホールド２３より燃料電池セル２２の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、セルスタック装置２４の構成は、燃料電池セル２２の種類や形状により、適宜変更することができ、例えばセルスタック装置２４に改質器３を含むこともできる。 The fuel gas (hydrogen-containing gas) generated by the reformer 3 is supplied to the manifold 23 via the fuel gas flow pipe 27 and is supplied from the manifold 23 to the gas flow path provided inside the fuel cell 22. Supplied. Note that the configuration of the cell stack device 24 can be appropriately changed depending on the type and shape of the fuel cell 22. For example, the reformer 3 can be included in the cell stack device 24.

また図２においては、収納容器２１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２４を後方に取り出した状態を示している。ここで、図２に示したモジュール４においては、セルスタック装置２４を、収納容器２１内にスライドして収納することが可能である。 FIG. 2 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the storage container 21 is removed and the cell stack device 24 stored inside is taken out rearward. Here, in the module 4 shown in FIG. 2, the cell stack device 24 can be slid and stored in the storage container 21.

なお、収納容器２１の内部には、マニホールド２３に並置されたセルスタック５の間に配置され、酸素含有ガスが燃料電池セル２２の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、反応ガス導入部材２８が配置されている。 The reaction container 21 is arranged between the cell stacks 5 juxtaposed in the manifold 23 and is reacted so that the oxygen-containing gas flows laterally from the lower end to the upper end of the fuel cell 22. A gas introduction member 28 is disposed.

図３に示すように、モジュール４を構成する収納容器２１は、内壁３０と外壁３１とを有する二重構造で、外壁３１により収納容器２１の外枠が形成されるとともに、内壁３０によりセルスタック装置２４を収納する発電室３２が形成されている。さらに収納容器２１においては、内壁３０と外壁３１との間を、モジュール４の底部より供給され、燃料電池セル２２に導入する酸素含有ガスが流通する反応ガス流路３７としている。なお酸素含有ガスはモジュール４の底部に設けられた酸素含有ガス供給口（図示せず）より供給されて、反応ガス流路３７を流れる。 As shown in FIG. 3, the storage container 21 constituting the module 4 has a double structure having an inner wall 30 and an outer wall 31, and an outer frame of the storage container 21 is formed by the outer wall 31, and a cell stack is formed by the inner wall 30. A power generation chamber 32 that houses the device 24 is formed. Further, in the storage container 21, a reaction gas channel 37 is supplied between the inner wall 30 and the outer wall 31 from the bottom of the module 4 and through which oxygen-containing gas introduced into the fuel cell 22 flows. The oxygen-containing gas is supplied from an oxygen-containing gas supply port (not shown) provided at the bottom of the module 4 and flows through the reaction gas channel 37.

ここで、収納容器２１内には、収納容器２１の上部より、上端側に酸素含有ガスが流入するための酸素含有ガス流入口（図示せず）とフランジ部４０とを備え、下端部に燃料電池セル２２の下端部に酸素含有ガスを導入するための反応ガス流出口３３が設けられてなる反応ガス導入部材２８が、内壁３０を貫通して挿入されて固定されている。なお、フランジ部４０と内壁３０との間には断熱部材３４が配置されている。 Here, the storage container 21 is provided with an oxygen-containing gas inlet (not shown) for allowing oxygen-containing gas to flow into the upper end side from the upper portion of the storage container 21 and a flange portion 40, and a fuel at the lower end portion. A reaction gas introduction member 28 provided with a reaction gas outlet 33 for introducing an oxygen-containing gas at the lower end of the battery cell 22 is inserted through the inner wall 30 and fixed. A heat insulating member 34 is disposed between the flange portion 40 and the inner wall 30.

なお、図３においては、反応ガス導入部材２８が、収納容器２１の内部に並置された２つのセルスタック５間に位置するように配置されているが、セルスタック５の数により、適宜配置することができる。例えば、収納容器２１内にセルスタック５を１つだけ収納する場合には、反応ガス導入部材２８を２つ設け、セルスタック５を両側面側から挟み込むように配置することができる。 In FIG. 3, the reaction gas introduction member 28 is disposed so as to be positioned between two cell stacks 5 juxtaposed inside the storage container 21, but is appropriately disposed depending on the number of cell stacks 5. be able to. For example, when only one cell stack 5 is stored in the storage container 21, two reaction gas introduction members 28 can be provided and the cell stack 5 can be disposed so as to be sandwiched from both side surfaces.

また発電室３２内には、モジュール４内の熱が極端に放散され、燃料電池セル２２（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、モジュール４内の温度を高温に維持するための断熱部材３４が適宜設けられている。 Further, in the power generation chamber 32, the temperature in the module 4 is maintained at a high temperature so that the heat in the module 4 is extremely dissipated and the temperature of the fuel cell 22 (cell stack 5) is lowered and the power generation amount is not reduced. A heat insulating member 34 is appropriately provided.

断熱部材３４は、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２２の配列方向に沿ってセルスタック５の側面側に配置するとともに、セルスタック５の側面における燃料電池セル２２の配列方向に沿った幅と同等またはそれ以上の幅を有する断熱部材３４を配置することが好ましい。なお、セルスタック５の両側面側に断熱部材３４を配置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。さらには、反応ガス導入部材２８より導入される酸素含有ガスが、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２２間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。なお、セルスタック５の両側面側に配置された断熱部材３４においては、燃料電池セル２２に供給される酸素含有ガスの流れを調整し、セルスタック５の長手方向および燃料電池セル２２の積層方向における温度分布を低減するための開口部３５が設けられている。なお、複数の断熱部材３４を組み合わせて開口部３５を形成するようにしてもよい。 The heat insulating member 34 is preferably disposed in the vicinity of the cell stack 5. In particular, the heat insulating member 34 is disposed on the side of the cell stack 5 along the arrangement direction of the fuel cells 22, and the fuel cell on the side of the cell stack 5. It is preferable to arrange the heat insulating member 34 having a width equal to or greater than the width along the 22 arrangement direction. In addition, it is preferable to arrange the heat insulating members 34 on both side surfaces of the cell stack 5. Thereby, it can suppress effectively that the temperature of the cell stack 5 falls. Furthermore, the oxygen-containing gas introduced from the reaction gas introduction member 28 can be suppressed from being discharged from the side surface side of the cell stack 5, and the flow of the oxygen-containing gas between the fuel cells 22 constituting the cell stack 5 can be reduced. Can be promoted. In the heat insulating members 34 disposed on both side surfaces of the cell stack 5, the flow of the oxygen-containing gas supplied to the fuel cell 22 is adjusted, and the longitudinal direction of the cell stack 5 and the stacking direction of the fuel cell 22 are adjusted. An opening 35 is provided to reduce the temperature distribution at. Note that the opening 35 may be formed by combining a plurality of heat insulating members 34.

また、燃料電池セル２２の配列方向に沿った内壁３０の内側には、排ガス用内壁３６が設けられており、内壁３０と排ガス用内壁３６との間が、発電室３２内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路３８とされている。なお、排ガス流路３８は、収納容器２１の底部に設けられた排気孔４１と通じている。また、排ガス用内壁３６のセルスタック５側にも断熱部材３４が設けられている。 Further, an exhaust gas inner wall 36 is provided inside the inner wall 30 along the arrangement direction of the fuel cells 22, and the exhaust gas in the power generation chamber 32 is located between the inner wall 30 and the exhaust gas inner wall 36 from above. The exhaust gas flow path 38 flows downward. The exhaust gas passage 38 communicates with an exhaust hole 41 provided at the bottom of the storage container 21. A heat insulating member 34 is also provided on the exhaust gas inner wall 36 on the cell stack 5 side.

それにより、モジュール４の運転に伴って生じる排ガスは、排ガス流路３８を流れた後、排気孔４１より排気される構成となっている。なお、排気孔４１は収納容器２１の底部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、排気孔４１内に、モジュール４より排出される排ガスを浄化するための浄化装置（例えば、ハニカム状の燃焼触媒等）を設けることもできる。 Thereby, the exhaust gas generated by the operation of the module 4 flows through the exhaust gas passage 38 and is then exhausted from the exhaust hole 41. The exhaust hole 41 may be formed by cutting out a part of the bottom of the storage container 21, or may be formed by providing a tubular member. Further, a purification device (for example, a honeycomb-like combustion catalyst or the like) for purifying the exhaust gas discharged from the module 4 can be provided in the exhaust hole 41.

なお、図示はしていないが、モジュール４においては、燃料電池セル２２を通過した燃料ガスを着火させるための着火装置が、燃料電池セル２２と改質器３との間に位置するように、収納容器２１の側面より挿入されていることが好ましい。なお、着火装置により燃料電池セル２２を通過した燃料ガスを着火させることにより、モジュール４内の温度を高温とすることができるほか、燃料電池セル２２、改質器３の温度を高温に維持することができる。 Although not shown, in the module 4, an ignition device for igniting the fuel gas that has passed through the fuel cell 22 is positioned between the fuel cell 22 and the reformer 3. It is preferably inserted from the side surface of the storage container 21. In addition, by igniting the fuel gas that has passed through the fuel cell 22 by the ignition device, the temperature in the module 4 can be increased, and the temperature of the fuel cell 22 and the reformer 3 is maintained at a high temperature. be able to.

以下に、本実施形態の燃料電池セル２２の構成について説明する。なお、燃料電池セル２２として、従来知られている中空平板型の燃料電池セル２２を用いて説明する。 Below, the structure of the fuel cell 22 of this embodiment is demonstrated. The fuel cell 22 will be described using a conventionally known hollow plate type fuel cell 22.

燃料電池セル２２は、一対の対向する平坦面をもつ柱状の導電性支持基板（以下、支持基板と略す場合がある）の一方の平坦面上に燃料側電極層、固体電解質層及び空気側電極層を順次積層してなる柱状（中空平板状）からなる。また、燃料電池セル２２の他方の平坦面上にはインターコネクタが設けられており、インターコネクタの外面（上面）にはＰ型半導体層が設けられている。Ｐ型半導体層を介して、集電部材をインターコネクタに接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。また、支持基板は燃料側電極層を兼ねるものとし、その表面に固体電解質層および空気側電極層を順次積層してセルを構成することもできる。 The fuel battery cell 22 includes a fuel-side electrode layer, a solid electrolyte layer, and an air-side electrode on one flat surface of a columnar conductive support substrate (hereinafter sometimes referred to as a support substrate) having a pair of opposed flat surfaces. It consists of a columnar shape (hollow flat plate shape) formed by sequentially laminating layers. Further, an interconnector is provided on the other flat surface of the fuel battery cell 22, and a P-type semiconductor layer is provided on the outer surface (upper surface) of the interconnector. By connecting the current collecting member to the interconnector via the P-type semiconductor layer, the contact between the two becomes an ohmic contact, and it is possible to reduce the potential drop and effectively avoid the deterioration of the current collecting performance. The support substrate also serves as a fuel-side electrode layer, and a cell can be formed by sequentially laminating a solid electrolyte layer and an air-side electrode layer on the surface thereof.

燃料側電極層は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２（安定化ジルコニアと称し、部分安定化も含むものとする）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。 As the fuel-side electrode layer, generally known ones can be used, and porous conductive ceramics, for example, ZrO ₂ in which rare earth elements are dissolved (referred to as stabilized zirconia, including partial stabilization). ) And Ni and / or NiO.

固体電解質層は、燃料側電極層、空気側電極層間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ_２から形成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。 The solid electrolyte layer functions as an electrolyte that bridges the electrons between the fuel side electrode layer and the air side electrode layer, and at the same time has a gas barrier property to prevent leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas. And is formed from ZrO ₂ in which 3 to 15 mol% of rare earth elements are dissolved. In addition, as long as it has the said characteristic, you may form using another material etc.

空気側電極層は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができる。空気側電極層はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。 The air-side electrode layer is not particularly limited as long as it is generally used. For example, the air-side electrode layer can be formed from a conductive ceramic made of a so-called ABO ₃ type perovskite oxide. The air-side electrode layer needs to have gas permeability, and the open porosity is preferably 20% or more, particularly preferably in the range of 30 to 50%.

支持基板としては、燃料ガスを燃料側電極層まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタを介して集電するために導電性であることが要求される。したがって、支持基板としては、導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。燃料電池セル２２を作製するにあたり、燃料側電極層または固体電解質層との同時焼成により支持基板を作製する場合においては、鉄族金属成分と特定希土類酸化物とから支持基板を形成することが好ましい。また、支持基板は、ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５〜５０％の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であるのが好ましい。また、支持基板の形状は柱状であれば良く、円筒状であってもよい。 The support substrate is required to be gas permeable in order to permeate the fuel gas to the fuel side electrode layer, and further to be conductive in order to collect current through the interconnector. Therefore, conductive ceramics or cermets can be used as the support substrate. In producing the fuel battery cell 22, when producing a support substrate by co-firing with the fuel-side electrode layer or the solid electrolyte layer, it is preferable to form the support substrate from an iron group metal component and a specific rare earth oxide. . Further, the support substrate preferably has an open porosity of 30% or more, particularly 35 to 50% in order to have gas permeability, and its conductivity is 300 S / cm or more, particularly 440 S / cm. It is preferable that it is cm or more. Further, the shape of the support substrate may be a columnar shape, and may be a cylindrical shape.

Ｐ型半導体層としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる層を例示することができる。具体的には、インターコネクタを構成する材料よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、ＢサイトにＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏなどが存在するＬａＭｎＯ_３系酸化物、ＬａＦｅＯ_３系酸化物、ＬａＣｏＯ_３系酸化物などの少なくとも一種からなるＰ型半導体セラミックスを使用することができる。このようなＰ型半導体層の厚みは、一般に、３０〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。 An example of the P-type semiconductor layer is a layer made of a transition metal perovskite oxide. Specifically, a material having higher electronic conductivity than the material constituting the interconnector, for example, LaMnO ₃ -based oxide, LaFeO ₃ -based oxide, LaCoO ₃ -based oxide in which Mn, Fe, Co, etc. are present at the B site P-type semiconductor ceramics made of at least one kind of material can be used. In general, the thickness of such a P-type semiconductor layer is preferably in the range of 30 to 100 μm.

インターコネクタは、上述したとおり、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）、もしくは、ランタンストロンチウムチタン系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＳｒＴｉＯ_３系酸化物）が好適に使用される。これらの材料は、導電性を有し、かつ燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガス（空気等）と接触しても還元も酸化もされない。また、インターコネクタは支持基板に形成されたガス流路を流通する燃料ガス、および支持基板の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが好ま
しい。 As described above, a lanthanum chromite perovskite oxide (LaCrO ₃ oxide) or a lanthanum strontium titanium perovskite oxide (LaSrTiO ₃ oxide) is preferably used as the interconnector. These materials have conductivity and are neither reduced nor oxidized even when they come into contact with a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air or the like). In addition, the interconnector must be dense to prevent leakage of the fuel gas flowing through the gas flow path formed in the support substrate and the oxygen-containing gas flowing outside the support substrate, 93% or more, In particular, it is preferable to have a relative density of 95% or more.

ところで、従来の燃料電池装置においては、仕切板で内部が上下に仕切られた外装ケースの上方側に、燃料電池セル２２を備えるモジュール４が配置され、下方側に、電動式の酸素含有ガス供給装置、電動式の原燃料供給装置および電動式の水供給装置等の補機類が配置されている。このような燃料電池装置においては、水等の各流体を、下方より上方側に押し上げる必要があるため、補機損失が大きく、発電効率が低下するおそれがある。 By the way, in the conventional fuel cell apparatus, the module 4 provided with the fuel cell 22 is disposed on the upper side of the outer case whose interior is partitioned vertically by the partition plate, and the electric oxygen-containing gas supply is disposed on the lower side. Auxiliaries such as a device, an electric raw fuel supply device and an electric water supply device are arranged. In such a fuel cell device, since it is necessary to push up each fluid such as water upward from below, auxiliary equipment loss is large and power generation efficiency may be reduced.

一方で、特許文献１に記載されているように、水タンクを燃料電池の横部または上部に配設して、水圧により水を燃料電池に供給するようにすると、大量の流体の量を必要とする場合には、十分量を供給することができないおそれがある。 On the other hand, as described in Patent Document 1, when a water tank is disposed at the side or upper portion of the fuel cell and water is supplied to the fuel cell by water pressure, a large amount of fluid is required. In such a case, a sufficient amount may not be supplied.

そこで、本実施形態の燃料電池装置においては、図１に示すように、酸素含有ガス供給ポンプ２、原燃料供給ポンプ１および水ポンプ１２のうち少なくとも１つの装置（好ましくはすべての装置）を、モジュール４の上方に配置することで、電動式の各装置を用いた場合であっても、補機損失を低減することができる。 Therefore, in the fuel cell device of the present embodiment, as shown in FIG. 1, at least one device (preferably all devices) among the oxygen-containing gas supply pump 2, the raw fuel supply pump 1, and the water pump 12 is used. By disposing the module 4 above, it is possible to reduce the auxiliary machine loss even when the electric devices are used.

すなわち、酸素含有ガス供給ポンプ２、原燃料供給ポンプ１および水ポンプ１２のうち少なくとも１つの装置（好ましくはすべての装置）を、モジュール４の上方に配置することにより、各装置において、流体が上から下に向けて流れることとなり、流体の自重と流体の流れが同じ向きとなることから、補機が必要とする消費電力を低減でき、それにより、補機損失を低減することができ、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。 That is, by disposing at least one device (preferably all devices) of the oxygen-containing gas supply pump 2, the raw fuel supply pump 1 and the water pump 12 above the module 4, the fluid is increased in each device. Since the fluid's own weight and fluid flow are in the same direction, the power consumption required by the auxiliary equipment can be reduced, thereby reducing the auxiliary equipment loss and power generation. The fuel cell device can be improved in efficiency.

あわせて、酸素含有ガス供給ポンプ２、原燃料供給ポンプ１および水ポンプ１２のすべての装置を、モジュール４よりも上方に配置すると、これらすべての装置において、消費電力を低減でき、より補機損失を低減でき、さらに発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。 In addition, if all the devices including the oxygen-containing gas supply pump 2, the raw fuel supply pump 1, and the water pump 12 are arranged above the module 4, the power consumption can be reduced in all these devices, and the auxiliary machine loss can be further reduced. And a fuel cell device with improved power generation efficiency.

ここで、酸素含有ガス供給ポンプ２、原燃料供給ポンプ１および水ポンプ１２により、改質器４やモジュール４に供給する流体の量としては、酸素含有ガス供給ポンプ２により供給される酸素含有ガスの量が最も多い。さらには、酸素含有ガスは、燃料電池セル２２間のような狭い空間を流れることから、酸素含有ガス供給ポンプ２の供給圧も高くする必要がある。それゆえ、補機損失をより低減するにあたっては、酸素含有ガス供給ポンプ２における補機損失を抑制することが最も効率が良い。そこで、図１に示す燃料電池装置（発電ユニット）においては、これら各装置において、酸素含有ガス供給ポンプ２を最も高い位置に配置している。それにより、効率よく補機損失を低減でき、さらに発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。 Here, the amount of fluid supplied to the reformer 4 and the module 4 by the oxygen-containing gas supply pump 2, the raw fuel supply pump 1 and the water pump 12 is the oxygen-containing gas supplied by the oxygen-containing gas supply pump 2. Is the largest amount. Furthermore, since the oxygen-containing gas flows through a narrow space between the fuel cells 22, it is necessary to increase the supply pressure of the oxygen-containing gas supply pump 2. Therefore, in order to further reduce the auxiliary machine loss, it is most efficient to suppress the auxiliary machine loss in the oxygen-containing gas supply pump 2. Therefore, in the fuel cell device (power generation unit) shown in FIG. 1, in each of these devices, the oxygen-containing gas supply pump 2 is arranged at the highest position. As a result, it is possible to efficiently reduce the auxiliary machine loss and to obtain a fuel cell device with improved power generation efficiency.

ところで、上記の説明においては、酸素含有ガス供給ポンプ２、原燃料供給ポンプ１および水ポンプ１２の各装置の配置位置について説明したが、これらに接続される各補機類についても同様に、流体の流れる方向と流体の自重とが同じ方向になるように配置されていることが好ましい。 In the above description, the arrangement positions of the oxygen-containing gas supply pump 2, the raw fuel supply pump 1, and the water pump 12 have been described. It is preferable that the flow direction of the fluid and the weight of the fluid are arranged in the same direction.

それゆえ、例えば図１に示す燃料電池装置においては、熱交換器８と水ポンプ１２との間に配置される水処理装置９や水タンク１１についても、それぞれが水の流れる方向と水の自重とが同じ方向になるように、熱交換器８から水ポンプ１２に向けて順に位置が低くなるように配置している。なお、水処理装置９と水タンク１１とは配置位置が同じ位置となるように設けてもよく、さらには改質器３での気化を効率よく行うために、モジュール４の輻射熱にて加熱されるように、モジュール４の側方に設けることもできる。 Therefore, for example, in the fuel cell device shown in FIG. 1, the water treatment device 9 and the water tank 11 disposed between the heat exchanger 8 and the water pump 12 also each have a direction in which water flows and the weight of the water. Are arranged so that the position becomes lower in order from the heat exchanger 8 toward the water pump 12. The water treatment device 9 and the water tank 11 may be provided so that the arrangement positions thereof are the same. Furthermore, in order to efficiently perform the vaporization in the reformer 3, the water treatment device 9 and the water tank 11 are heated by the radiant heat of the module 4. As such, it can also be provided on the side of the module 4.

図４は、本実施形態の他の一例を示す燃料電池モジュールの断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view of a fuel cell module showing another example of the present embodiment.

図２および図３に示したモジュール４においては、モジュール４に供給される酸素含有ガスが、収納容器２１の下方より供給される構成であるため、酸素含有ガス供給ポンプ２をモジュール４の上方に配置することで、酸素含有ガス供給ポンプ２の補機損失を低減できるものの、まだ改善の余地がある。 2 and 3, the oxygen-containing gas supplied to the module 4 is supplied from below the storage container 21, so that the oxygen-containing gas supply pump 2 is placed above the module 4. Although the arrangement can reduce the auxiliary machine loss of the oxygen-containing gas supply pump 2, there is still room for improvement.

そこで、図４に示すモジュール４２においては、酸素含有ガス供給ポンプ２と接続された酸素含有ガス供給管１９、原燃料供給ポンプ１と接続された原燃料共有管１８および水ポンプ１２と接続された水供給管１３のそれぞれが、モジュール４２の側面または上面に接続される構成とされている。 4, the oxygen-containing gas supply pipe 19 connected to the oxygen-containing gas supply pump 2, the raw fuel sharing pipe 18 connected to the raw fuel supply pump 1, and the water pump 12 are connected. Each of the water supply pipes 13 is configured to be connected to a side surface or an upper surface of the module 42.

具体的には、モジュール４２を構成する収納容器４３は、外壁４４により外形が構成され、その側方側から内側に向けて、第２排ガス用内壁４５、酸素含有ガス用内壁４６、第１排ガス用内壁４７が順に設けられ、第１排ガス用内壁４７と酸素含有ガス用内壁４６との間が、発電室３２より排出される排ガスが流れる第１排ガス流路４８とされ、第２排ガス用内壁４５と外壁４４とで形成される第２排ガス用流路４９と下方側で接続されている。すなわち、燃料電池セル２２の発電により使用されなかった排ガスは、発電室より第１排ガス流路４８を下方に向けて流れ、下方に手折り返して第２排ガス流路４９を上方に向けて流れて、収納容器４３の上方に設けられた排気孔（図示せず）より排ガスラインに排出される。 Specifically, the outer shape of the storage container 43 constituting the module 42 is configured by the outer wall 44, and the second exhaust gas inner wall 45, the oxygen-containing gas inner wall 46, and the first exhaust gas are directed from the side to the inside. An inner wall 47 is provided in order, and a first exhaust gas channel 48 through which exhaust gas discharged from the power generation chamber 32 flows is formed between the first exhaust gas inner wall 47 and the oxygen-containing gas inner wall 46, and the second exhaust gas inner wall The second exhaust gas flow path 49 formed by the outer wall 44 and the outer wall 44 is connected to the lower side. That is, the exhaust gas that has not been used due to the power generation of the fuel battery cell 22 flows downward from the power generation chamber through the first exhaust gas flow channel 48 and then turns downward and flows upward through the second exhaust gas flow channel 49. The gas is discharged to an exhaust gas line through an exhaust hole (not shown) provided above the storage container 43.

一方、酸素含有ガス供給ポンプ２とモジュール４２とを接続する酸素含有ガス供給管１９は、収納容器４３の上方に設けられた酸素含有ガス導入口（図示せず）に接続されている。そして、酸素含有ガス導入口より導入された酸素含有ガスは、第２排ガス用内壁４５と酸素含有ガス用内壁４６とで形成された酸素含有ガス流路５０を下方に向けて流れる。なお、酸素含有ガス流路５０はその一端が発電室３２側に折れ曲がっており、燃料電池セル２２の下端側に供給されるようになっている。これにより、モジュール４２の上方に配置された酸素含有ガス供給ポンプ２より供給される酸素含有ガスは、この折れ曲がり部までは連続して下方に流れることとなり、この酸素含有ガスが流れる流路において、上方に流れる部位が設けられていないことから、さらに酸素含有ガス供給ポンプ２の補機損失を低減でき、発電効率を向上することができる。なお、この例では、酸素含有ガス導入口を収納容器４３の上方に設けた例について説明したが、収納容器４３の側面に酸素含有ガス導入口を設けた構成とすることもできる。ただしこの場合において、効率よく補機損失を低減するにあたり、側面のうちでも上方側に設けることが好ましい。 On the other hand, the oxygen-containing gas supply pipe 19 that connects the oxygen-containing gas supply pump 2 and the module 42 is connected to an oxygen-containing gas inlet (not shown) provided above the storage container 43. Then, the oxygen-containing gas introduced from the oxygen-containing gas introduction port flows downward through the oxygen-containing gas channel 50 formed by the second exhaust gas inner wall 45 and the oxygen-containing gas inner wall 46. Note that one end of the oxygen-containing gas flow path 50 is bent toward the power generation chamber 32, and is supplied to the lower end side of the fuel cell 22. Thereby, the oxygen-containing gas supplied from the oxygen-containing gas supply pump 2 disposed above the module 42 flows continuously downward to the bent portion, and in the flow path through which the oxygen-containing gas flows, Since the part which flows upward is not provided, the auxiliary machine loss of the oxygen-containing gas supply pump 2 can be further reduced, and the power generation efficiency can be improved. In this example, the example in which the oxygen-containing gas introduction port is provided above the storage container 43 has been described. However, the oxygen-containing gas introduction port may be provided on the side surface of the storage container 43. However, in this case, in order to efficiently reduce the auxiliary machine loss, it is preferable to provide the upper side among the side surfaces.

また、図には示していないが、酸素含有ガス供給管１９と同様に、原燃料供給ポンプ１とモジュール４３（改質器３）とを接続する原燃料供給管１８および水ポンプ１２とモジュール４３（改質器３）とを接続する水供給管１３についても、モジュール４３の上面ももしくは側面に接続することにより、効率よく補機損失を低減でき、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。 Although not shown in the drawing, in the same manner as the oxygen-containing gas supply pipe 19, the raw fuel supply pipe 18, the water pump 12, and the module 43 that connect the raw fuel supply pump 1 and the module 43 (reformer 3). Regarding the water supply pipe 13 that connects to the (reformer 3), by connecting the upper surface or the side surface of the module 43 to the fuel cell device, the auxiliary device loss can be reduced efficiently and the power generation efficiency is improved. Can do.

図５は、外装ケース内に図１で示したモジュール４と、モジュール４を動作させるための補機（上述の電動式の原燃料供給装置である原燃料供給ポンプ１、電動式の酸素含有ガス供給装置である酸素含有ガス供給ポンプ（ブロワ）２、電動式の水供給装置である水ポンプ１２等。本図においては図示せず。）とを収納してなる本実施形態の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図５においては一部構成を省略して示している。 FIG. 5 shows the module 4 shown in FIG. 1 in the outer case, and an auxiliary machine for operating the module 4 (the raw fuel supply pump 1, which is the above-described electric raw fuel supply device, the electric oxygen-containing gas). An oxygen-containing gas supply pump (blower) 2 that is a supply device, a water pump 12 that is an electric water supply device, etc. (not shown in the figure) are housed in the fuel cell device of this embodiment. It is a disassembled perspective view which shows an example. In FIG. 5, a part of the configuration is omitted.

図５に示す燃料電池装置５１は、支柱５２と外装板５３から構成される外装ケース内を
仕切板５４により上下に区画し、その下方側を上述したモジュール４を収納するモジュール収納室５６とし、上方側をモジュール４を動作させるための補機（原燃料供給ポンプ１、酸素含有ガス供給ポンプ２および水ポンプ１２等）を収納する補機収納室５５として構成されている。なお、補機収納室５５に収納する補機を省略して示している。 The fuel cell device 51 shown in FIG. 5 divides the interior of the exterior case composed of the support columns 52 and the exterior plate 53 into upper and lower portions by the partition plate 54, and the lower side serves as a module storage chamber 56 for storing the module 4 described above. The upper side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 55 for storing auxiliary equipment for operating the module 4 (raw fuel supply pump 1, oxygen-containing gas supply pump 2, water pump 12, etc.). In addition, the auxiliary machine stored in the auxiliary machine storage chamber 55 is omitted.

また、仕切板５４には、モジュール収納室５６の空気を補機収納室５５側に流すための空気流通口５７が設けられており、補機収納室５７を構成する外装板５３の一部に、補機収納室５５内の空気を排気するための排気口５８が設けられている。 In addition, the partition plate 54 is provided with an air circulation port 57 for allowing the air in the module storage chamber 56 to flow toward the auxiliary machine storage chamber 55, and a part of the exterior plate 53 constituting the auxiliary machine storage room 57. An exhaust port 58 for exhausting the air in the auxiliary equipment storage chamber 55 is provided.

従来の燃料電池装置においては、モジュール収納室が仕切板の上方に設けられ、補機収納室が仕切板の下方に設けられていたが、本実施形態の燃料電池装置においては、原燃料供給ポンプ１、酸素含有ガス供給ポンプ２および水ポンプ１２等の補機類を収納する補機収納室５５を、モジュール４を収納するモジュール収納室５６の上方に設けることで、容易に、原燃料供給ポンプ１、酸素含有ガス供給ポンプ２および水ポンプ１２のうち少なくとも１つがモジュール４の上方に配置された燃料電池装置とすることができる。 In the conventional fuel cell device, the module storage chamber is provided above the partition plate and the auxiliary device storage chamber is provided below the partition plate. However, in the fuel cell device of this embodiment, the raw fuel supply pump 1. By providing an auxiliary equipment storage chamber 55 for storing auxiliary equipment such as the oxygen-containing gas supply pump 2 and the water pump 12 above the module storage chamber 56 for storing the module 4, a raw fuel supply pump can be easily provided. 1. A fuel cell device in which at least one of the oxygen-containing gas supply pump 2 and the water pump 12 is disposed above the module 4 may be used.

なお、従来の燃料電池装置と異なり、モジュール４の上方に、原燃料供給ポンプ１、酸素含有ガス供給ポンプ２および水ポンプ１２等を配置することから、モジュール４からの高温の輻射熱が、耐熱性の低い補機類に伝熱されやすくなり、それによって補機類に故障等が生じやすくなる可能性がある。それゆえ、モジュール４と、原燃料供給ポンプ１、酸素含有ガス供給ポンプ２および水ポンプ１２等の補機類とは、断熱部材にて仕切られて収納されていることが好ましい。 Unlike the conventional fuel cell device, since the raw fuel supply pump 1, the oxygen-containing gas supply pump 2, the water pump 12, and the like are disposed above the module 4, the high-temperature radiant heat from the module 4 is resistant to heat. It is easy for heat to be transferred to auxiliary equipment having a low temperature, which may cause failure or the like in the auxiliary equipment. Therefore, it is preferable that the module 4 and the auxiliary machinery such as the raw fuel supply pump 1, the oxygen-containing gas supply pump 2, and the water pump 12 are partitioned and housed by a heat insulating member.

具体的には図５に示した燃料電池装置５１を例にとると、原燃料供給ポンプ１、酸素含有ガス供給ポンプ２および水ポンプ１２等の補機類を補機収納室５５内に収納するとともに、仕切板５４を断熱部材とする、もしくは仕切板５４に付設して断熱部材を設けることにより、モジュール収納室５６と補機収納室５５とが断熱部材により仕切られることとなり、補機類に故障が生じることを抑制することができる。 Specifically, taking the fuel cell device 51 shown in FIG. 5 as an example, accessories such as the raw fuel supply pump 1, the oxygen-containing gas supply pump 2, and the water pump 12 are stored in the accessory storage chamber 55. At the same time, by using the partition plate 54 as a heat insulating member, or by providing a heat insulating member attached to the partition plate 54, the module storage chamber 56 and the auxiliary device storage chamber 55 are partitioned by the heat insulating member. It is possible to suppress the occurrence of a failure.

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.

また、上述の例ではいわゆる中空平板型と呼ばれる燃料電池セル２２を用いて説明したが、一般に横縞型と呼ばれる複数の発電素子部を支持体上に設けてなる横縞型の燃料電池セルを用いることもできる。 In the above-described example, the fuel cell 22 called a so-called hollow plate type has been described. However, a horizontally striped fuel cell in which a plurality of power generation element portions generally called a horizontal stripe type are provided on a support is used. You can also.

また、上述の例では燃料電池セル２２としてガス流路に燃料ガスを流す構成の燃料電池セル２２を用いて説明したが、ガス流路が酸素含有ガスを流す構成の燃料電池セルであっても同様とすることができる。 Further, in the above-described example, the fuel battery cell 22 configured to flow the fuel gas through the gas flow path has been described as the fuel battery cell 22. However, even if the gas flow path is a fuel battery cell configured to flow the oxygen-containing gas. The same can be said.

１：原燃料供給ポンプ（原燃料供給装置）
２：酸素含有ガス供給ポンプ（酸素含有ガス供給装置）
３：改質器
４、４２：燃料電池モジュール
１２：水ポンプ（水供給装置）
１３：水供給管
１８：原燃料供給管
１９：酸素含有ガス供給管
２１、４３：収納容器
２２：燃料電池セル
５１：燃料電池装置 1: Raw fuel supply pump (raw fuel supply device)
2: Oxygen-containing gas supply pump (oxygen-containing gas supply device)
3: Reformer 4, 42: Fuel cell module 12: Water pump (water supply device)
13: Water supply pipe 18: Raw fuel supply pipe 19: Oxygen-containing gas supply pipe 21, 43: Storage container 22: Fuel cell 51: Fuel cell device

Claims

Steam reforming for generating a fuel gas to be supplied to the fuel cell with a solid oxide fuel cell that generates power with a fuel gas and an oxygen-containing gas, and raw fuel and water in a storage container A fuel cell module containing a possible reformer;
An electric oxygen-containing gas supply device for supplying an oxygen-containing gas into the fuel cell module;
An electric raw fuel supply device for supplying raw fuel to the reformer;
An electric water supply device for supplying water to the reformer;
In the exterior case ,
Said oxygen-containing gas supply device, the raw fuel supply device and the water supply equipment is, the fuel cell apparatus characterized by being arranged above the fuel cell module.

Said oxygen-containing gas supply device, of the raw fuel supply device and the water supply device, the fuel cell system according to claim 1, wherein the oxygen-containing gas supply unit is disposed at the highest position.

The oxygen-containing gas supply pipe connected to the oxygen-containing gas supply device, the raw fuel supply pipe connected to the raw fuel supply device, and the water supplied to the water supply device on the side or upper surface of the fuel cell module the fuel cell system according to claim 1 or claim 2, characterized in that the supply pipe is connected.

Before Symbol fuel cell module, wherein the oxygen-containing gas supply device, wherein the raw fuel supply device and the water supply device, of claims 1 to 3, characterized in that it is housed partitioned by the heat insulating member The fuel cell device according to any one of the above.