JP6272208B2 - 燃料電池カートリッジおよび燃料電池モジュール - Google Patents
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Description
本発明による燃料電池カートリッジは、基体管の表面に複数の燃料電池セルを積層して固体酸化物形燃料電池を形成する筒状の複数のセルスタックと、前記複数のセルスタックの内部に燃料ガスを供給する燃料ガス供給室と、前記複数のセルスタックの外部に酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給室とを備えている。各前記セルスタックは、前記基体管の内部に配置される中子と、前記基体管と前記中子との間に形成される燃料ガス流路に配置されて、前記基体管の温度が高いほど前記燃料ガス流路の圧力損失を低下させるように変形する抵抗体とを有している。
このような燃料電池モジュールは、燃料電池カートリッジが複数のセルスタックの温度分布のばらつきの拡大を抑制することができることにより、高効率に発電することができる。
[第1実施形態]
第1実施形態の燃料電池カートリッジ(以下、「SOFCカートリッジ」と記載される)は、燃料電池モジュール201に設けられている。燃料電池モジュール201は、図1に示すように、例えば、複数のSOFCカートリッジ203と、これら複数のSOFCカートリッジ203を収納する圧力容器205とを有する。また、燃料電池モジュール201は、燃料ガス供給管207と複数の燃料ガス供給枝管207aとを有する。また燃料電池モジュール201は、燃料ガス排出管209と複数の燃料ガス排出枝管209aとを有する。また、燃料電池モジュール201は、さらに、図示されていない酸化性ガス供給管と複数の酸化性ガス供給枝管と酸化性ガス排出管と複数の酸化性ガス排出枝管とを備える。
燃料電池モジュール201は、燃料ガス供給管207と複数の燃料ガス供給枝管207aとを介して燃料ガスと水蒸気との混合ガスを燃料ガス供給室217に供給することにより、複数のセルスタック101の基体管103の内側の流路に混合ガスを供給する。燃料電池モジュール201は、さらに、酸化性ガス供給管と複数の酸化性ガス供給枝管とを介して酸化性ガス供給室221に酸化性ガスを供給することにより、複数のセルスタック101の基体管103の外側の発電室215に酸化性ガスを供給する。
CH4+2H2O→4H2+CO
により表現される改質反応を主に進行させ、水素(H2)と一酸化炭素(CO)とを生成する。この改質反応は、吸熱反応であるので、基体管103の上部部分の温度上昇が抑制される。
第2実施形態のSOFCカートリッジは、既述の第1実施形態のSOFCカートリッジ203における抵抗体11が他の抵抗体に置換されており、それ以外は、既述の第1実施形態のSOFCカートリッジ203と同様に形成されている。その抵抗体21は、熱膨張率が負である材料から中実に形成され、図6に示されるように、環状に形成されている。熱膨張率が負である材料としては、ZrW2O8、ビスマス・ランタノイド・ニッケル酸化物Bi1−xLnxNiO3、マンガン窒化物Mn3XN(X=Cu−Sn,Zn−Sn等)、Aサイト秩序型ペロブスカイト構造酸化物LaCu3Fe4O12、BiCu3Fe4O12が例示される。抵抗体21は、燃料ガス流路8の断面の一部を閉塞して抵抗体21と基体管103の内周面との間の隙間が形成されるように、中子1の小径円筒部分6の下流端の外周面と基体管103の内周面との間の隙間に配置され、小径円筒部分6の下流端に接合されている。
5 :大径円筒部分
6 :小径円筒部分
8 :燃料ガス流路
11 :抵抗体
21 :抵抗体
101:セルスタック
103:基体管
201:燃料電池モジュール
203:SOFCカートリッジ(燃料電池カートリッジ)
215:発電室
Claims (6)
- 基体管の表面に複数の燃料電池セルを積層して固体酸化物形燃料電池を形成する筒状の複数のセルスタックと、
前記複数のセルスタックの内部に燃料ガスを供給する燃料ガス供給室と、
前記複数のセルスタックの外部に酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給室とを備え、
各前記セルスタックは、
前記基体管の内部に配置される中子と、
前記基体管と前記中子との間に形成される燃料ガス流路に配置されて、前記基体管の温度が高いほど前記燃料ガス流路の圧力損失を低下させるように変形する抵抗体とを有する燃料電池カートリッジ。 - 前記抵抗体は、熱膨張率が正である連続多孔質材料から形成され、前記燃料ガス流路の断面を閉塞する請求項1に記載される燃料電池カートリッジ。
- 前記抵抗体は、熱膨張率が負である中実材料から形成されて、前記燃料ガス流路の断面の一部を閉塞する請求項1に記載される燃料電池カートリッジ。
- 前記中子は、前記基体管の内部の上流端に配置され、
前記抵抗体は、前記中子の下流端に接合される請求項1〜請求項3のうちのいずれか一項に記載される燃料電池カートリッジ。 - 前記中子は、
大径円筒部分と、
前記大径円筒部分より外径が小さい小径円筒部分とを有し、
前記抵抗体は、前記小径円筒部分に接合される請求項1〜請求項4のうちのいずれか一項に記載される燃料電池カートリッジ。 - 請求項1〜請求項5のうちのいずれか一項に記載される燃料電池カートリッジを備える燃料電池モジュール。
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