JP6463828B2 - 運転中に個別に入れ替えられる単位電池モジュールを含む燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール - Google Patents
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Description
Oxide Fuel Cell)及び高分子(PEMFC、Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)燃料電池に分類される。
Cell−SOEC)と呼ばれる。すなわち、安定化ジルコニア(zirconia)などを酸素イオン伝導体の電解質として使用して、750℃以上の高温で水蒸気を電解する方法で水素を生産する。
CeO2)、YDC(Y2O3 doped CeO3)、YSZ(Yttrium stabilized
zirconia)、スカンジウム安定化ジルコニア(ScSZ(Scandium stabilized
zirconia))などが利用される。
11:管状固定手段
11−1:燃料供給口
11−2:燃料排出口
11−3:空気供給口
11−4:空気排出口
12:多孔性支持体チューブ
13:電極積層体
13−1:燃料電極
13−2:電解質層
13−3:空気電極
14:外部チューブ
15:第1キャップ
15−1:燃料供給口
15−2:空気供給口
15−3:電気配線引出口
15−4:温度制御配線引出口
11−5:フック
16:第2キャップ
16−1:燃料排出口
16−2:空気排出口
16−3:電気配線引出口
17:固定プレート
18−1:第1配管
18−2:第3配管
18−3:第2配管
18−4:第4配管
19:電気配線コネクト端子
19−1:電気配線
20:燃料移送パネル
20−1:燃料供給口
20−2:燃料排出口
20−3:空気供給口
20−4:空気排出口
21:単位電池モジュール挿入溝
21−1:燃料供給口
21−2:燃料排出口
21−3:空気供給口
21−4:空気排出口
22−1:燃料循環配管
22−2:空気循環配管
23:配管プレート
23−1,23−2:配管
24:弾性部材
25:電気配線コネクト端子収容溝
30:単位電池モジュールハウジング
Claims (18)
- 複数の単位電池モジュール及び前記複数の単位電池モジュールが結合される燃料移送パネルを含み、
前記複数の単位電池モジュールは、それぞれ燃料供給口、空気供給口、燃料排出口及び空気排出口を備えて、
前記燃料移送パネルは、外壁に燃料供給口、燃料排出口、空気供給口及び空気排出口が設けられて、内部に前記燃料供給口及び燃料排出口と連結されている燃料循環配管及び前記空気供給口及び空気排出口と連結されている空気循環配管を備え、
前記単位電池モジュールが燃料移送パネルに結合される場合、単位電池モジュールの燃料供給口及び燃料排出口が、前記燃料循環配管に結合しながら燃料循環配管の連結を切り、同時に切られた燃料循環配管をブリッジさせて燃料が単位電池モジュールの内部を介して循環するようにして、同時に空気供給口及び空気排出口が前記空気循環配管に結合しながら空気循環配管の連結を切り、同時に切られた空気循環配管をブリッジさせて空気が単位電池モジュールの内部を介して循環するようにし、
前記単位電池モジュールが燃料移送パネルから分離される場合、燃料循環配管及び空気循環配管を元通りに復元することを特徴とする、燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。 - 複数の単位電池モジュール及び前記単位電池モジュールが固定される複数の単位電池モジュール挿入溝を備えた燃料移送パネルを含み、
前記複数の単位電池モジュールは、一端部に、燃料移送パネルの単位電池モジュール挿入溝に挿入及び分離が可能であり、外壁に燃料供給口、空気供給口、燃料排出口及び空気排出口が形成された管状固定手段を備えて、
前記燃料移送パネルは、外壁に燃料供給口、燃料排出口、空気供給口及び空気排出口を備えて、
前記燃料移送パネルの内部に形成された複数の単位電池モジュール挿入溝は、それぞれ燃料供給口、燃料排出口、空気供給口及び空気排出口を備えて、
前記それぞれ挿入溝の燃料供給口及び空気供給口は、隣接する1つの挿入溝の燃料排出口及び空気排出口とそれぞれ燃料循環配管及び空気循環配管によって連通されて、燃料排出口及び空気排出口は、隣接するもう1つの挿入溝の燃料供給口及び空気供給口とそれぞれ燃料循環配管及び空気循環配管によって連通されて、
燃料移送パネルの全体挿入溝のいずれか挿入溝の燃料供給口及び空気供給口は、燃料移送パネルの外壁の燃料供給口及び空気供給口とそれぞれ燃料循環配管及び空気循環配管によって連通されて、もう1つの挿入溝の燃料排出口及び空気排出口は、燃料移送パネル外壁の燃料排出口及び空気排出口とそれぞれ燃料循環配管及び空気循環配管によって連通され、
前記挿入溝には、単位電池モジュールが挿入されていない状態で、挿入溝に備えた燃料供給口と燃料排出口及び空気供給口と空気排出口をそれぞれ連通されるように連結させる2つの配管を含む配管プレートが具備されて、前記配管プレートは、弾性部材を備えて単位電池モジュールが挿入される場合、圧力によって下方に押されて、単位電池モジュールが分離される場合、弾性によって上昇して、挿入溝に含まれている燃料供給口と燃料排出口及び空気供給口と空気排出口をそれぞれ連通されるように連結させることを特徴とする、燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。 - 前記単位電池モジュールは、チューブ型であって、燃料電極、電解質層及び空気電極がこの順または逆順に積層されたチューブ状電極積層体を含むことを特徴とする、請求項2に記載の燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。
- 前記チューブ型単位電池モジュールは、前記チューブ状電極積層体を内部に収容する外部チューブをさらに含むことを特徴とする、請求項3に記載の燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。
- 前記チューブ型単位電池モジュールは、チューブ状電極積層体の中心部を介して燃料ガスが供給されて、外部チューブを介して空気が供給されることを特徴とする、請求項4に記載の燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。
- 前記チューブ型単位電池モジュールは、
前記チューブ状電極積層体の内部に挿入して配置された多孔性支持体チューブをさらに含むことを特徴とする、請求項3に記載の燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。 - 前記多孔性支持体チューブは、
中空構造のチューブボディーと、
前記チューブボディーの中空内部の中央部に配置された隔壁と、
前記隔壁と離隔した上側及び下側へチューブボディー12−1の一部をそれぞれ貫通する第1及び第2の開口を有することを特徴とする、請求項6に記載の燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。 - 前記多孔性支持体チューブが集電体機能を行うことを特徴とする、請求項6に記載の燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。
- 前記外部チューブの外部または内部には熱線をさらに備えることを特徴とする、請求項4に記載の燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。
- 前記外部チューブまたは燃料電池支持体チューブの内部には、熱電対をさらに備えることを特徴とする、請求項4に記載の燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。
- 前記チューブ型単位電池モジュールは、
前記チューブ状電極積層体及び外部チューブの一端部をカバーして、燃料供給口及び空気供給口を備えた第1キャップ;
前記チューブ状電極積層体及び外部チューブの他端部をカバーして、燃料排出口及び空気排出を備えた第2キャップ;
一面に前記第1キャップが固定されて、他面に管状固定手段が固定された固定プレート:及び、
前記第1キャップの燃料供給口と管状固定手段の燃料供給口を連結する第1配管、第1キャップの空気供給口と管状固定手段の空気供給口を連結する第2配管、第2キャップの燃料排出口と管状固定手段の燃料排出口を連結する第3配管、及び第2キャップの空気排出口と管状固定手段の空気排出口を連結する第4配管を含む配管部;をさらに含むことを特徴とする、請求項4に記載の燃料電池及び高温水電解ヨングスタックモジュール。 - 前記第1配管ないし第4配管は、前記プレートを貫通して連結されることを特徴とする、請求項11に記載の燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。
- 前記固定プレートには、電気配線コネクト端子が管状固定手段の側部に燃料移送パネルに挿脱可能に突き出て設けられて、
前記燃料電極から延びる電気配線及び空気電極から延びる電気配線が前記電気配線コネクト端子の個別端子に連結されて、
前記燃料移送パネルの単位電池モジュール挿入溝それぞれの側部には、前記電気配線コネクト端子が挿入される電気配線コネクト端子収容溝をさらに備えたことを特徴とする、請求項11に記載の燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。 - 前記燃料移送パネルの内部の電気配線コネクト端子収容溝は、電気配線により相互連結されていることを特徴とする、請求項11に記載の燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。
- 前記固定プレートには、単位電池モジュールをカバーできる単位電池モジュールハウジングをさらに備えたことを特徴とする、請求項11に記載の燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。
- 前記管状固定手段の外壁に形成された燃料供給口、空気供給口、燃料排出口及び空気排出口にはシーリング部材をさらに備えて、
燃料移送パネルの内部に形成された複数の単位電池モジュール挿入溝に備えた燃料供給口、燃料排出口、空気供給口及び空気排出口には、シーリング部材をさらに備えることを特徴とする、請求項2に記載の燃料電池及び高温水電解用スタックモジュール。 - 前記燃料電池及び高温水電解用スタックモジュールは、多様な出力密度性能を有する単位電池モジュールを含むことを特徴とする、請求項2に記載の燃料電池及び高温水電解用スタックモディユル。
- 複数の単位電池モジュール及び前記複数の単位電池モジュールが結合される燃料移送パネルを含み、
前記複数の単位電池モジュールは、それぞれ燃料供給口、空気供給口、燃料排出口及び空気排出口を備えて、
前記燃料移送パネルは、外壁に燃料供給口、燃料排出口、空気供給口及び空気排出口が設けられて、内部に前記燃料供給口及び燃料排出口と連結されている燃料循環配管及び前記空気供給口及び空気排出口と連結されている空気循環配管を備える単位電池モジュールの燃料電池及び高温水電解用スタックモジュールにおいて、
前記単位電池モジュールを燃料移送パネルに結合させる場合、単位電池モジュールの燃料供給口及び燃料排出口を前記燃料循環配管に結合して燃料循環配管の連結を切り、同時に切られた燃料循環配管をブリッジさせて燃料が単位電池モジュールの内部を介して循環するようにして、同時に空気供給口及び空気排出口を前記空気循環配管に結合して空気循環配管の連結を切り、同時に切られた空気循環配管をブリッジさせて空気が単位電池モジュールの内部を介して循環するようにし、
前記単位電池モジュールを燃料移送パネルから分離する場合、燃料循環配管及び空気循環配管を元通りに復元することを特徴とする、単位電池モジュールの燃料移送パネルに対する結合及び分離方法。
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