JP6714486B2 - Fuel cell device - Google Patents
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Description
本発明は、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 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備える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 fuel cell in which a cell stack device having a fuel battery cell capable of obtaining electric power using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and air (oxygen-containing gas) is housed in a housing container. Various fuel cell devices in which a module or a fuel cell module is housed in an outer case have been proposed.
燃料電池モジュールに収納されるセルスタック装置は、マニホールド上に燃料電池セルを多数立設して構成したセルスタックの上方に改質器を配置してなり、改質器で改質されたガスをマニホールドから燃料電池セルに供給して発電を行うとともに、セルスタック上方の燃焼部で燃料電池セルから排出されたガスを燃焼させて改質器を加熱する。このような固体酸化物形の燃料電池モジュールは、内部が６００℃〜１０００℃程度の温度で動作する（たとえば、特許文献１参照）。 A cell stack device housed in a fuel cell module has a reformer disposed above a cell stack configured by vertically arranging a large number of fuel cells on a manifold, and a gas reformed by the reformer The fuel is supplied from the manifold to the fuel cells to generate electric power, and the gas discharged from the fuel cells is burned in the combustion section above the cell stack to heat the reformer. Such a solid oxide fuel cell module operates at a temperature of about 600° C. to 1000° C. inside (for example, refer to Patent Document 1).
このような燃料電池モジュールは、燃料電池モジュールの内部の各部の温度を計測するための熱電対あるいは燃料ガスに点火するための着火ヒータなどの導電部品を備える。このような導電部品は、燃料電池モジュールの収納容器を貫通して、セルスタック上方に配置され、セルスタック上方の燃焼部の温度を計測するほか、燃料ガスを着火する目的で用いられる。 Such a fuel cell module includes a thermocouple for measuring the temperature of each part inside the fuel cell module or a conductive component such as an ignition heater for igniting a fuel gas. Such a conductive component penetrates the storage container of the fuel cell module, is arranged above the cell stack, and is used for the purpose of igniting the fuel gas as well as measuring the temperature of the combustion portion above the cell stack.
ところで、近年、燃料電池モジュールの小型化が求められている。それに伴い、セルスタック上方に配置される複数の導電部品については、その配置間隔を狭くする必要がある。それゆえ、導電部品の固定構造についても、燃料電池モジュールの気密性を確保しつつ、配置間隔が狭い複数の導電部品を固定することが可能な固定構造が求められている。 By the way, in recent years, miniaturization of fuel cell modules has been demanded. Along with this, it is necessary to narrow the arrangement intervals of the plurality of conductive components arranged above the cell stack. Therefore, also regarding the fixing structure of the conductive parts, there is a demand for a fixing structure capable of fixing a plurality of conductive parts having a narrow arrangement interval while ensuring the airtightness of the fuel cell module.
本発明の実施態様の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セルを配列してなるセルスタックと、セルスタックを収納する収納容器と、収納容器の内部に一部が突出するように貫通している複数の導電部品を有し、複数の導電部品は、導電性を有する本体部と、本体部に設けられたフランジ部とを有し、フランジ部を介して取付部材によって隣接して前記収納容器に取り付けられており、フランジ部の外周面同士が当接している燃料電池モジュールであって、前記取付部材は、前記複数の導電部品をそれぞれ挿入する複数の取付孔を有し、前記複数の導電部品は、それぞれ厚さが異なるフランジ部を備え、前記フランジ部のうち最も厚さの厚いフランジ部は、前記取付部材の押圧面に当接しており、他の厚さの薄いフランジ部は、前記取付部材より突出する突出片に当接していることを特徴とするものである。 A fuel cell module according to an embodiment of the present invention has a cell stack formed by arranging a plurality of fuel cells, an accommodating container for accommodating the cell stack, and a penetrating part of the accommodating container so as to project therein. Having a plurality of conductive components, the plurality of conductive components has a conductive main body portion and a flange portion provided on the main body portion, adjacent to the storage container by a mounting member via the flange portion. A fuel cell module which is mounted and in which outer peripheral surfaces of flange portions are in contact with each other , wherein the mounting member has a plurality of mounting holes into which the plurality of conductive components are respectively inserted, and the plurality of conductive components. Are provided with flange portions having different thicknesses, the thickest flange portion of the flange portions is in contact with the pressing surface of the mounting member, and the other thin flange portions are the mounting portions. It is characterized in that it is in contact with a protruding piece protruding from the member .
本発明の実施態様の燃料電池装置は、上記燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールを作動させるための補機と、燃料電池モジュールおよび補機を収納する外装ケースとを備えることを特徴とするものである。 A fuel cell device according to an embodiment of the present invention is characterized by including the fuel cell module, an auxiliary machine for operating the fuel cell module, and an outer case for housing the fuel cell module and the auxiliary machine. is there.
本発明の一実施態様の燃料電池モジュールによれば、燃料電池モジュールの気密性を確保しつつ、燃料電池モジュールを小型化することができる。また、小型化した燃料電池モジュールを備えることにより、燃料電池装置の小型化を実現することができる。 According to the fuel cell module of one embodiment of the present invention, the fuel cell module can be downsized while ensuring the airtightness of the fuel cell module. Further, by providing the miniaturized fuel cell module, miniaturization of the fuel cell device can be realized.
図１は、本実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。また、図２は、本実施形態の燃料電池モジュールを構成するセルスタック装置の一例を示す模式図である。以下に図１および図２を用いて、燃料電池モジュールおよびセルスタック装置について説明する。図１、図２に示すセルスタック装置１０は、内部を燃料ガスが一端から他端に流通するガス流路を有する中空平板型の柱状の燃料電池セル１１を立設させた状態で一列に配列し、配列方向に隣接する燃料電池セル１１間が導電部材を介して電気的に直列に接続されている。そして、燃料電池セル１１の下端を絶縁性接着材でマニホールド１２に固定してなる一列のセルスタック１３が配設されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the fuel cell module of this embodiment. In addition, FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a cell stack device that constitutes the fuel cell module of the present embodiment. The fuel cell module and the cell stack device will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. The cell stack device 10 shown in FIG. 1 and FIG. 2 is arranged in a row in a state in which hollow flat columnar fuel cell units 11 each having a gas flow path through which a fuel gas flows from one end to the other end are erected. The fuel cells 11 adjacent in the arrangement direction are electrically connected in series via the conductive member. Then, a row of cell stacks 13 in which the lower ends of the fuel cells 11 are fixed to the manifold 12 with an insulating adhesive material are arranged.
セルスタック１３の配列方向の両端部には、燃料電池セル１１の発電により生じた電流を収集して外部に引き出すための、電流引き出し部を有する導電部材（図示せず）が配置されている。ここで、燃料電池セル１１としては、例えば、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た固体酸化物形燃料電池セルが挙げられる。燃料電池セル１１として固体酸化物形燃料電池セルを用いる場合には、燃料電池セル１１の発電温度が、６００℃〜１０００℃程度と非常に高温となる。なお、燃料電池セル１１としては、例えば円筒型、横縞型、平板型等各種の燃料電池セルが適用できる。 At both ends of the cell stack 13 in the arrangement direction, conductive members (not shown) having current drawing portions for collecting and drawing the current generated by the power generation of the fuel cells 11 to the outside are arranged. Here, the fuel cell 11 is, for example, a hollow flat plate having a gas flow path through which a fuel gas flows in the longitudinal direction, and a fuel side electrode layer, a solid electrolyte layer and an oxygen side electrode are formed on the surface of a support. An example is a solid oxide fuel cell unit in which layers are provided in order. When a solid oxide fuel cell is used as the fuel cell 11, the power generation temperature of the fuel cell 11 becomes a very high temperature of about 600°C to 1000°C. As the fuel cell 11, various types of fuel cell such as a cylindrical type, a horizontal stripe type, and a flat type can be applied.
セルスタック１３の上方には、燃料電池セル１１に供給する燃料ガスを生成するための改質器１４が配置されている。マニホールド１２とセルスタック１３と改質器１４とでセルスタック装置１０が構成されている。 A reformer 14 for generating a fuel gas to be supplied to the fuel cell 11 is arranged above the cell stack 13. The manifold 12, the cell stack 13, and the reformer 14 constitute a cell stack device 10.
改質器１４は、原燃料供給管を介して供給される天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成する。なお、改質器１４は、改質効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とすることが好ましく、水を気化させるための気化部１４ａと、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒が配置された改質部１４ｂとを備えている。水供給管１４ｃは、気化部１４ａに接続され、改質器１４に原燃料を改質するための水を供給する。水供給管１４ｃで、水と原燃料の両方を供給する構成にすることも可能である。 The reformer 14 reforms raw fuel such as natural gas or kerosene supplied through the raw fuel supply pipe to generate fuel gas. The reformer 14 preferably has a structure capable of performing steam reforming, which is a reforming reaction with high reforming efficiency, and includes a vaporizing section 14a for vaporizing water and a raw fuel to be a fuel gas. And a reforming section 14b in which a reforming catalyst for reforming is arranged. The water supply pipe 14c is connected to the vaporizer 14a and supplies the reformer 14 with water for reforming the raw fuel. The water supply pipe 14c may be configured to supply both water and raw fuel.
上述の改質器１４においては、水供給管１４ｃから供給された水を気化部１４ａで気化させる。さらに改質部１４ｂにおいて、天然ガスや灯油等の原燃料と気化部１４ａで発生させた水蒸気を反応させて水素を含む燃料ガスを発生させる。改質部１４ｂで発生させた燃料ガスは、燃料ガス供給管１４ｄを介してマニホールド１２に供給される。マニホールド１２に供給された燃料ガスが燃料電池セル１１に供給される。さらに、燃料電池セル１１の外側から酸素含有ガスとして空気が供給され、燃料ガス（水素含有ガス）と空気（酸素含有ガス）とを用いて、燃料電池セル１１において発電が行なわれる。 In the reformer 14 described above, the water supplied from the water supply pipe 14c is vaporized by the vaporization unit 14a. Further, in the reforming section 14b, the raw fuel such as natural gas or kerosene is reacted with the steam generated in the vaporizing section 14a to generate a fuel gas containing hydrogen. The fuel gas generated in the reforming section 14b is supplied to the manifold 12 via the fuel gas supply pipe 14d. The fuel gas supplied to the manifold 12 is supplied to the fuel cell unit 11. Further, air is supplied as an oxygen-containing gas from the outside of the fuel cell 11, and the fuel cell 11 generates electricity using the fuel gas (hydrogen-containing gas) and air (oxygen-containing gas).
燃料電池モジュール１に内蔵されるセルスタック装置１０は、収納容器２０に収納されている。収納容器２０は直方体形状の箱体２１と、箱体２１の開口面を覆う蓋体２６を有している。箱体２１の天板２２と平行に、流路天板２３が設けられており、天板２２と流路天板２３の間の空間が空気流路２４となっている。収納容器２０の一部である流路天板２３は、箱体２１に溶接されて固定されている。セルスタック装置１０を収納する収納室２７の周りは断熱材２８ａ、２８ｂ、２８ｃが配置されている。 The cell stack device 10 built in the fuel cell module 1 is housed in a housing container 20. The storage container 20 has a rectangular parallelepiped box body 21 and a lid body 26 that covers the opening surface of the box body 21. A flow path top plate 23 is provided in parallel with the top plate 22 of the box body 21, and a space between the top plate 22 and the flow path top plate 23 is an air flow path 24. The flow path top plate 23, which is a part of the storage container 20, is welded and fixed to the box body 21. Insulation materials 28a, 28b, and 28c are arranged around the storage chamber 27 that stores the cell stack device 10.
セルスタック装置１０の長手方向側面を覆うように酸素含有ガス導入板２５が配置されている。酸素含有ガス導入板２５は、流路天板２３と接合されている。酸素含有ガス導入板２５は、内部が中空であって、酸素含有ガス導入路２５ｂを備えている。酸素含有ガス導入路２５ｂの上端には、セルスタック１３の配列方向に延びた酸素含有ガス導入口２５ａが設けられている。酸素含有ガス導入板２５は、マニホールド１２付近まで延設されており、酸素含有ガス導入板２５の下方であって、セルスタック装置１０に臨む面に、セルスタック１３の長手方向に多数の孔が直線上に並んだ酸素含有ガス流出口２５ｃが設けられている。空気流路２４と酸素含有ガス導入路２５ｂとは酸素含有ガス導入口２５ａを介して連通している。 An oxygen-containing gas introduction plate 25 is arranged so as to cover the side surface in the longitudinal direction of the cell stack device 10. The oxygen-containing gas introduction plate 25 is joined to the flow channel top plate 23. The oxygen-containing gas introduction plate 25 has a hollow interior and includes an oxygen-containing gas introduction passage 25b. An oxygen-containing gas introduction port 25a extending in the arrangement direction of the cell stack 13 is provided at the upper end of the oxygen-containing gas introduction passage 25b. The oxygen-containing gas introducing plate 25 is extended to the vicinity of the manifold 12, and a large number of holes are provided in the longitudinal direction of the cell stack 13 on the surface facing the cell stack device 10 below the oxygen-containing gas introducing plate 25. An oxygen-containing gas outlet 25c arranged in a straight line is provided. The air flow path 24 and the oxygen-containing gas introduction passage 25b communicate with each other through the oxygen-containing gas introduction port 25a.
蓋体２６には、酸素含有ガスを導入するための吸気口２６ａが設けられている。酸素含有ガスは、吸気口２６ａから酸素含有ガス流路２６ｂを通って空気流路２４に流入する。さらに、酸素含有ガスは、酸素含有ガス導入口２５ａから酸素含有ガス導入路２５ｂを通って、酸素含有ガス流出口２５ｃからセルスタック装置１０が収納された収納室２７の下方に流入する。 The lid 26 is provided with an intake port 26a for introducing an oxygen-containing gas. The oxygen-containing gas flows from the intake port 26a into the air flow path 24 through the oxygen-containing gas flow path 26b. Further, the oxygen-containing gas flows from the oxygen-containing gas introduction port 25a through the oxygen-containing gas introduction passage 25b and flows from the oxygen-containing gas outlet 25c into the lower part of the storage chamber 27 in which the cell stack device 10 is stored.
収納室２７に流入した酸素含有ガスは、燃料電池セル１１の外側を通過する。上述のようにマニホールド１２に供給された燃料ガスが燃料電池セル１１に供給されることによって、燃料ガス（水素含有ガス）と空気（酸素含有ガス）とを用いて、燃料電池セル１１において発電が行なわれる。発電に使用されなかった余剰の燃料ガスは、セルスタック１３と改質器１４との間に位置する燃焼部１５において空気と合流させて燃焼させる。 The oxygen-containing gas flowing into the storage chamber 27 passes outside the fuel cell unit 11. By supplying the fuel gas supplied to the manifold 12 to the fuel cell 11 as described above, the fuel cell 11 generates electric power using the fuel gas (hydrogen-containing gas) and air (oxygen-containing gas). Done. Excess fuel gas that has not been used for power generation is combined with air and burned in the combustion section 15 located between the cell stack 13 and the reformer 14.
燃焼部１５において燃料ガスの燃焼後に発生する排ガスは、収納室２７の上部に設けられた排ガス流路２７ａを通って蓋体２６に設けられた排ガス流路２６ｃを通って排気口２６ｄから排出される。 Exhaust gas generated after the combustion of the fuel gas in the combustion unit 15 is discharged from the exhaust port 26d through the exhaust gas passage 27a provided in the upper part of the storage chamber 27 and the exhaust gas passage 26c provided in the lid 26. It
燃焼部１５には複数の導電部品が配設され、本実施形態では、複数の導電部品の一例として着火ヒータ１６および熱電対１７を用いて説明する。着火ヒータ１６および熱電対１７は棒状であって、セルスタック装置１０の長手方向に沿って、収納容器２０の側面から挿入され、収納容器２０の内部に一部が突出するように貫通している。着火ヒータ１６と熱電対１７とは、横並びに配置されている。 A plurality of conductive parts are arranged in the combustion section 15, and in the present embodiment, an ignition heater 16 and a thermocouple 17 will be described as an example of the plurality of conductive parts. The ignition heater 16 and the thermocouple 17 are rod-shaped, are inserted from the side surface of the storage container 20 along the longitudinal direction of the cell stack device 10, and penetrate through the storage container 20 so as to partially project. .. The ignition heater 16 and the thermocouple 17 are arranged side by side.
着火ヒータ１６は、燃料電池モジュール１の起動時において、未改質の原燃料ガスに着火するために用いられる。また、着火ヒータ１６は、燃料電池モジュール１の動作中に燃焼部１５にて燃料ガスの燃焼が停止した失火状態になった場合に、燃料ガスに点火して、燃料ガスの燃焼を再開するために用いられる。 The ignition heater 16 is used to ignite unreformed raw fuel gas when the fuel cell module 1 is started. Further, the ignition heater 16 ignites the fuel gas and restarts the combustion of the fuel gas when the combustion section 15 is in the misfire state where the combustion of the fuel gas is stopped during the operation of the fuel cell module 1. Used for.
熱電対１７は、燃焼部１５の温度を測定して、原燃料ガスまたは燃料ガスの燃焼状態を把握する。失火状態になると、燃焼部１５の温度が低下するので、熱電対１７によって失火状態を検知することができる。 The thermocouple 17 measures the temperature of the combustion section 15 to grasp the combustion state of the raw fuel gas or the fuel gas. When the misfire state occurs, the temperature of the combustion section 15 decreases, so the thermocouple 17 can detect the misfire state.
このように、燃料電池モジュール１の起動時および動作時には、燃焼部１５において原燃料ガスまたは燃料ガスを燃焼させて改質器１４を加熱し、改質器１４において原燃料から燃料ガスを発生させる改質反応が行われる。 In this way, at the time of starting and operating the fuel cell module 1, the raw fuel gas or the fuel gas is burned in the combustion unit 15 to heat the reformer 14, and the reformer 14 generates the fuel gas from the raw fuel. A reforming reaction is performed.
図３は、本実施形態の燃料電池モジュール１の一例を示す部分斜視図であり、着火ヒータ１６および熱電対１７が収納容器２０の側面２１ａから挿入されている状態を示す図である。また、図４は、本実施形態の燃料電池モジュール１の一例を示す分解斜視図である。また、図５は、本実施形態の燃料電池モジュール１の一例を示す部分断面図であり、着火ヒータ１６および熱電対１７が収納容器２０の側面２１ａから挿入されている部分の断面を示すものである。図６は、本実施形態の燃料電池モジュール１の一例を示す部分平面図である。図７は、本実施形態の燃料電池モジュール１の一例を示す部分断面図であり、図６の断面Ａ−Ａを示すものである。以下に図３〜図７を用いて、本実施形態について説明する。 FIG. 3 is a partial perspective view showing an example of the fuel cell module 1 of the present embodiment, and is a view showing a state in which the ignition heater 16 and the thermocouple 17 are inserted from the side surface 21 a of the storage container 20. Further, FIG. 4 is an exploded perspective view showing an example of the fuel cell module 1 of the present embodiment. Further, FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing an example of the fuel cell module 1 of the present embodiment, showing a cross section of a portion where the ignition heater 16 and the thermocouple 17 are inserted from the side surface 21 a of the storage container 20. is there. FIG. 6 is a partial plan view showing an example of the fuel cell module 1 of this embodiment. FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing an example of the fuel cell module 1 of the present embodiment, and shows a cross section AA of FIG. 6. The present embodiment will be described below with reference to FIGS.
図３および図４に示すように、着火ヒータ１６および熱電対１７が、箱体２１の側面２１ａに水平方向に並んで平行に挿通されている。着火ヒータ１６には碍子１６ａが取付けられている。碍子１６ａは円筒形状のセラミックで構成されており、円盤状のフランジ部１６ｂが設けられている。また、熱電対１７は熱電対本体が棒状の金属管１７ａ内に挿入されたものであり、金属管１７ａの周囲に、フランジ部１７ｂが設けられている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the ignition heater 16 and the thermocouple 17 are inserted in parallel to the side surface 21 a of the box body 21 side by side in the horizontal direction. An insulator 16a is attached to the ignition heater 16. The insulator 16a is made of a cylindrical ceramic and is provided with a disc-shaped flange portion 16b. The thermocouple 17 has a thermocouple body inserted into a rod-shaped metal tube 17a, and a flange portion 17b is provided around the metal tube 17a.
箱体２１の側面２１ａには孔２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが設けられている。孔２１ｄは、ねじ孔である。着火ヒータ１６および熱電対１７と側面２１ａとの間には気密性を保持するためのパッキン３１が介装されていてもよい。パッキン３１には、孔２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに対応した孔３１ａ、３１ｂ、３１ｃが設けられている。フランジ部１６ｂが取り付けられた着火ヒータ１６は、孔３１ｂおよび孔２１ｃを通って収納容器２０の内部に挿通されている。フランジ部１７ｂが取り付けられた熱電対１７は、孔３１ａおよび孔２１ｂを通って収納容器２０の内部に挿通されている。 The side surface 21a of the box body 21 is provided with holes 21b, 21c, 21d. The hole 21d is a screw hole. A packing 31 for maintaining airtightness may be interposed between the ignition heater 16 and the thermocouple 17 and the side surface 21a. The packing 31 is provided with holes 31a, 31b, 31c corresponding to the holes 21b, 21c, 21d. The ignition heater 16 to which the flange portion 16b is attached is inserted into the storage container 20 through the holes 31b and 21c. The thermocouple 17 to which the flange portion 17b is attached is inserted into the storage container 20 through the holes 31a and 21b.
着火ヒータ１６と熱電対１７は、フランジ部１６ｂ、１７ｂを介して、押さえ板３２によって隣接した状態で収納容器２０に取付けられており、フランジ部１６ｂ、１７ｂの外周面同士が当接している。この構成によって、複数の導電部品の間隔を狭くすることができるので、燃料電池モジュールを小型化することができる。 The ignition heater 16 and the thermocouple 17 are attached to the storage container 20 so as to be adjacent to each other by the pressing plate 32 via the flange portions 16b and 17b, and the outer peripheral surfaces of the flange portions 16b and 17b are in contact with each other. With this configuration, the interval between the plurality of conductive components can be narrowed, so that the fuel cell module can be downsized.
図４に示す例のフランジ部１７ｂは、円形の平板に円弧状の切り欠き部１７ｃを設けた形状である。切り欠き部１７ｃは、着火ヒータ１６のフランジ部１６ｂの円周に沿うように円弧状に切欠いた形状であり、切り欠き部１７ｃは、隙間無くフランジ部１６ｂの外周面と嵌合する。 The flange portion 17b of the example shown in FIG. 4 has a shape in which a circular flat plate is provided with an arcuate cutout portion 17c. The cutout portion 17c has an arcuate cutout shape along the circumference of the flange portion 16b of the ignition heater 16, and the cutout portion 17c fits the outer peripheral surface of the flange portion 16b without a gap.
フランジ部１７ｂの切り欠き部１７ｃを嵌合させることによって、着火ヒータ１６と熱電対１７とを近接して設けることができる。さらに、切り欠き部１７ｃを設けたフランジ部１７ｂが箱体２１の側面２１ａに対向する面積が小さくなっても、フランジ部１７ｂの切り欠き部１７ｃが隣のフランジ部１６ｂと嵌合しているので、切り欠き分の面積を隣のフランジ部１６ｂの面積と共有して補うことができるため、気密性を保持するために必要なフランジ部の面積を確保して収納容器２０の気密性の低下を抑制することができる。 By fitting the cutout portion 17c of the flange portion 17b, the ignition heater 16 and the thermocouple 17 can be provided close to each other. Further, even if the area where the flange portion 17b provided with the cutout portion 17c faces the side surface 21a of the box body 21 becomes small, the cutout portion 17c of the flange portion 17b fits with the adjacent flange portion 16b. Since the area of the notch can be shared by compensating for the area of the adjacent flange portion 16b, the area of the flange portion necessary for maintaining the airtightness is secured and the airtightness of the storage container 20 is reduced. Can be suppressed.
図４に示すように、取付部材である押さえ板３２には、孔３２ａ、３２ｂ、３２ｃが設けられている。２つの孔３２ｃそれぞれにねじ３３が取付けられ、ねじ３３がパッキン３１の孔３１ｃを通って箱体２１の孔２１ｄに設けられたねじ溝と螺合して押さえ板３２が側面２１ａに固定されている。押さえ板３２は、側面２１ａから離間するように凸部３２ｄが設けられており、凸部３２ｄは、側面２１ａに平行な面である押圧面３２ｅを有し、押圧面３２ｅに孔３２ａおよび孔３２ｂが設けられている。ねじ３３を締め付けると、碍子１６ａのフランジ部１６ｂが、押圧面３２ｅに押圧され、さらに、フランジ部１６ｂが、パッキン３１を押圧することによって、着火ヒータ１６が、箱体２１の側面２１ａに固定されて収納容器２０に取り付けられる。さらに、パッキン３１が弾性変形して孔２１ｃとフランジ部１６ｂとの隙間を塞ぐので、収納容器２０の気密を保つことができる。 As shown in FIG. 4, holes 32a, 32b, and 32c are provided in the holding plate 32 that is a mounting member. A screw 33 is attached to each of the two holes 32c, and the screw 33 passes through the hole 31c of the packing 31 and is screwed into a screw groove provided in the hole 21d of the box body 21 to fix the pressing plate 32 to the side surface 21a. There is. The pressing plate 32 is provided with a convex portion 32d so as to be separated from the side surface 21a, and the convex portion 32d has a pressing surface 32e that is a surface parallel to the side surface 21a, and the pressing surface 32e has holes 32a and 32b. Is provided. When the screw 33 is tightened, the flange portion 16b of the insulator 16a is pressed against the pressing surface 32e, and the flange portion 16b presses the packing 31 to fix the ignition heater 16 to the side surface 21a of the box body 21. Attached to the storage container 20. Further, the packing 31 is elastically deformed to close the gap between the hole 21c and the flange portion 16b, so that the airtightness of the storage container 20 can be maintained.
さらに、図４、図５、図６に示すように、押さえ板３２の孔３２ａは長方形状であり、向かい合う一組の辺に押圧面３２ｅからパッキン３１および側面２１ａに向かって突出する突出片３２ｆが設けられている。ねじ３３を締め付けると突出片３２ｆがフランジ部１７ｂを押圧して、フランジ部１７ｂが、パッキン３１を押圧することによって、熱電対１７が箱体２１の側面２１ａに固定される。さらに、パッキン３１が弾性変形して孔２１ｂとフランジ部１７ｂとの隙間を塞ぐので、収納容器２０の気密を保つことができる。 Further, as shown in FIGS. 4, 5, and 6, the hole 32a of the pressing plate 32 has a rectangular shape, and a protruding piece 32f protruding from the pressing surface 32e toward the packing 31 and the side surface 21a is formed on a pair of opposing sides. Is provided. When the screw 33 is tightened, the protruding piece 32f presses the flange portion 17b, and the flange portion 17b presses the packing 31, whereby the thermocouple 17 is fixed to the side surface 21a of the box body 21. Furthermore, since the packing 31 is elastically deformed to close the gap between the hole 21b and the flange portion 17b, the airtightness of the storage container 20 can be maintained.
つまり、取付部材である押さえ板３２は、着火ヒータ１６および熱電対１７をそれぞれ挿入する取付孔である３２ａ、３２ｂを有している。着火ヒータ１６のフランジ部１６ｂと熱電対１７のフランジ部１７ｂとの厚さは異なっている。厚さの厚いフランジ部１６ｂは、押さえ板３２の押圧面３２ｅに当接しており、厚さの薄いフランジ部１７ｂは、押さえ板３２より突出する突出片３２ｆに当接している。この構成によって、取付部材によってすべてのフランジ部を押圧できるので、箱体２１の側面２１ａに強固に固定されるとともに、収納容器の気密を保つことができる。 That is, the pressing plate 32, which is a mounting member, has mounting holes 32a and 32b into which the ignition heater 16 and the thermocouple 17 are inserted, respectively. The flange portion 16b of the ignition heater 16 and the flange portion 17b of the thermocouple 17 have different thicknesses. The thick flange portion 16b is in contact with the pressing surface 32e of the pressing plate 32, and the thin flange portion 17b is in contact with the protruding piece 32f protruding from the pressing plate 32. With this configuration, all the flange portions can be pressed by the mounting member, so that it can be firmly fixed to the side surface 21a of the box 21 and the airtightness of the storage container can be maintained.
図７に示すように、突出片３２ｆは、凸部３２ｄの側面２１ａに平行な部分の一部が、ねじ３３が取り付けられる側面２１ａの方向に切り起こされて形成されている。これにより、突出片３２ｆは、簡単な構造で形成することができる。また、この突出片３２ｆは切り起こしによって形成されるためにばね性を有しており、厚さの異なるフランジ部を固定する場合でも、突出片３２ｆを撓ませることによってフランジ部を確実に押圧することができる。したがって、フランジ部の寸法管理が難しく、誤差が生じるような場合であっても、この突出片３２ｆを採用することで寸法誤差を吸収できるので、簡単な構成で確実に押圧して固定することができる。 As shown in FIG. 7, the protruding piece 32f is formed by cutting and raising a part of a portion of the convex portion 32d parallel to the side surface 21a in the direction of the side surface 21a to which the screw 33 is attached. Thereby, the protruding piece 32f can be formed with a simple structure. Further, since the protruding piece 32f is formed by cutting and raising, it has a spring property, and even when fixing the flange portion having a different thickness, the protruding portion 32f is flexibly pressed to press the flange portion. be able to. Therefore, even if the dimensional control of the flange portion is difficult and an error occurs, the dimensional error can be absorbed by adopting the protruding piece 32f, so that it is possible to reliably press and fix with a simple configuration. it can.
図８（ａ）〜（ｃ）は、複数のフランジ部の当接した状態を示す部分平面図である。図中の二点鎖線の箇所は隣り合ったフランジ部同士で共有する部分を示す仮想線である。図８（ａ）は、本実施の形態において上記した例であり、切り欠き部を熱電対１７のフランジ部１７ｂにのみに設けた例である。図８（ｂ）は、着火ヒータ１６のフランジ１６ｂに切り欠き部を設けた例である。図８（ｃ）は、着火ヒータ１６と熱電対１７の双方のフランジ部に切り欠き部を設けて、切り欠き部同士を当接させた例である。これにより、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、図８（ａ）と同様に、フランジ部の径を小さくすることなく複数の導電部品の間隔を狭くすることができるので、燃料電池モジュールを小型化することができる。仮想線で示すように、この欠損した切り欠き分の面積を隣のフランジ部と共有することで補うことができるので、気密性を保持するために必要なフランジの面積を確保して収納容器２０の気密性の低下を抑制することができる。 8A to 8C are partial plan views showing a state in which a plurality of flange portions are in contact with each other. The location of the chain double-dashed line in the figure is an imaginary line showing the portion shared by the adjacent flange portions. FIG. 8A is an example described above in the present embodiment, and is an example in which the cutout portion is provided only on the flange portion 17b of the thermocouple 17. FIG. 8B is an example in which the flange 16 b of the ignition heater 16 is provided with a cutout portion. FIG. 8C is an example in which notches are provided in the flanges of both the ignition heater 16 and the thermocouple 17 and the notches are brought into contact with each other. As a result, in FIGS. 8B and 8C, as in FIG. 8A, the gap between the plurality of conductive components can be narrowed without reducing the diameter of the flange portion. The module can be downsized. As indicated by the phantom line, the area of the missing cutout can be supplemented by sharing the area with the adjacent flange portion, so that the area of the flange required to maintain airtightness is secured and the storage container 20 is secured. It is possible to suppress the deterioration of the airtightness.
図９は本実施形態の一例である燃料電池モジュールの熱電対および着火ヒータの先端部付近を示す部分平面図である。燃料電池セル１１が一方向に整列されて並べられ、それぞれがインタコネクタ１８によって接続されてセルスタック１３を構成しているが、セルスタック１３と改質器１４との間隙であるセルスタック１３の上部の燃焼部１５に着火ヒータ１６と熱電対１７とが配置されている。熱電対１７は、セルスタック１３の上方から平面透視してセルスタック１３の配列方向に沿った中心線Ｌからずれた位置に配設されている。これにより、中心線Ｌ上は燃焼温度が高くなるため、熱電対１７を中心線Ｌからずれた位置に配設することで、熱電対１７の劣化を防止し、熱電対１７の耐久性を向上することで、燃料電池モジュールの信頼性を向上させることができる。 FIG. 9 is a partial plan view showing the vicinity of the tip of the thermocouple and the ignition heater of the fuel cell module which is an example of this embodiment. The fuel cells 11 are arranged side by side in one direction and connected to each other by an interconnector 18 to form a cell stack 13. The cell stack 13 is a gap between the cell stack 13 and the reformer 14. An ignition heater 16 and a thermocouple 17 are arranged in the upper combustion section 15. The thermocouple 17 is arranged at a position deviated from the center line L along the arrangement direction of the cell stack 13 when seen through from above the cell stack 13 in a plan view. As a result, the combustion temperature becomes higher on the center line L. Therefore, by disposing the thermocouple 17 at a position displaced from the center line L, deterioration of the thermocouple 17 is prevented and the durability of the thermocouple 17 is improved. By doing so, the reliability of the fuel cell module can be improved.
着火ヒータ１６の先端部は発熱部１６ｃとなっており、発熱部１６ｃは、セルスタック１３の上方から平面透視して、少なくとも１つの燃料電池セル１１に重なっている。これにより、燃料電池セル１１上部から流出するガスの流れの中に着火ヒータ１６がある状態になり、先端部の発熱部１６ｃを発熱させることによって着火することができる。 A tip portion of the ignition heater 16 is a heat generating portion 16c, and the heat generating portion 16c overlaps with at least one fuel battery cell 11 when seen in a plan view from above the cell stack 13. As a result, the ignition heater 16 is placed in the flow of the gas flowing out from the upper portion of the fuel cell 11, and the heat can be ignited by causing the heat generating portion 16c at the tip end to generate heat.
収納容器２０内のセルスタック１３の上方に配設され、原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質器１４を備え、熱電対１７がセルスタック１３と改質器１４との間隙に突出する突出長さは、着火ヒータ１６が間隙に突出する突出長さよりも長い。つまり、熱電対１７は、着火ヒータ１６とほぼ平行に配置されており、着火ヒータ１６よりも収納容器２０内に挿入されている長さが長い。このように、熱電対１７のセルスタック１３と改質器１４との間隙に突出する突出長さを着火ヒータ１６の突出長さよりも長くすることで、燃焼部１５において、熱電対１７、特に先端部１７ｄ近傍が燃料ガスおよび酸素含有ガスの障害物となって、燃料ガスと酸素含有ガスとが混合されて着火ヒータ１６の発熱部１６ｃに届くので着火しやすくなり、着火効率が向上する。 The reformer 14 is disposed above the cell stack 13 in the storage container 20 and reforms the raw fuel gas to generate the fuel gas. The thermocouple 17 is provided between the cell stack 13 and the reformer 14. The protrusion length of the ignition heater 16 is longer than the protrusion length of the ignition heater 16 protruding into the gap. That is, the thermocouple 17 is arranged substantially parallel to the ignition heater 16, and the length inserted into the storage container 20 is longer than that of the ignition heater 16. In this way, by making the protruding length of the thermocouple 17 protruding into the gap between the cell stack 13 and the reformer 14 longer than the protruding length of the ignition heater 16, the thermocouple 17, especially the tip end, in the combustion section 15. The vicinity of the portion 17d becomes an obstacle for the fuel gas and the oxygen-containing gas, and the fuel gas and the oxygen-containing gas are mixed and reach the heat generating portion 16c of the ignition heater 16, so that the ignition is facilitated and the ignition efficiency is improved.
図１０は、外装ケース５０内にセルスタック装置１０を収納した燃料電池モジュール１と、燃料電池モジュール１を動作させるための補機（図示せず）とを収納した、本実施形態の一例の燃料電池装置２の構成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. 10 shows a fuel of an example of the present embodiment in which a fuel cell module 1 having the cell stack device 10 housed in an outer case 50 and an auxiliary machine (not shown) for operating the fuel cell module 1 are housed. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the battery device 2. FIG. In addition, in FIG. 9, a part of the configuration is omitted.
燃料電池装置２は、支柱５１と外装板５２から構成される外装ケース５０内を仕切板５３により上下に区画し、その上側を上述の燃料電池モジュール１を収納するモジュール収納室５４とし、下側を燃料電池モジュール１を動作させるための補機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。 In the fuel cell device 2, the inside of the outer case 50 composed of the support column 51 and the outer plate 52 is divided into upper and lower parts by a partition plate 53, and the upper side thereof is a module storage chamber 54 for storing the fuel cell module 1 and the lower side thereof. Is configured as an accessory storage chamber 55 that stores an accessory for operating the fuel cell module 1. It is to be noted that the auxiliary equipment stored in the auxiliary equipment storage chamber 55 is omitted.
また、仕切板５３には補機収納室５５の空気をモジュール収納室５４側に流すための空気流通口５６が設けられており、モジュール収納室５４を構成する外装板５２の一部にモジュール収納室５４内の空気を排気するための排気口５７が設けられている。 Further, the partition plate 53 is provided with an air circulation port 56 for allowing the air in the auxiliary equipment storage chamber 55 to flow to the module storage chamber 54 side, and the module storage is provided in a part of the exterior plate 52 forming the module storage chamber 54. An exhaust port 57 for exhausting the air in the chamber 54 is provided.
このような燃料電池装置２においては、小型化した燃料電池モジュール１を備えることにより、小型化を実現することができる。 Such a fuel cell device 2 can be miniaturized by including the miniaturized fuel cell module 1.
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、孔２１ｄは上記した実施形態ではねじ孔で、押さえ板３２は、ねじ３３で側面２１ａにねじ留めされているが、その他の例として、押さえ板３２は、ボルトとナットとで側面２１ａに固定されてもよい。 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. For example, the hole 21d is a screw hole in the above-described embodiment, and the pressing plate 32 is screwed to the side surface 21a with a screw 33, but as another example, the pressing plate 32 is a bolt and a nut on the side surface 21a. It may be fixed.
１ 燃料電池モジュール
２ 燃料電池装置
１０ セルスタック装置
１１ 燃料電池セル
１２ マニホールド
１３ セルスタック
１４ 改質器
１５ 燃焼部
１６ 着火ヒータ
１６ｂ フランジ部
１６ｃ 発熱部
１７ 熱電対
１７ｂ フランジ部
１７ｃ 切り欠き部
２０ 収納容器
３２ 押さえ板
３２ａ、３２ｂ 取付孔
３２ｅ 押圧部
３２ｆ 突出片
５０ 外装ケース
1 Fuel Cell Module 2 Fuel Cell Device 10 Cell Stack Device 11 Fuel Cell Cell 12 Manifold 13 Cell Stack 14 Reformer 15 Combustion Part 16 Ignition Heater 16b Flange Part 16c Heating Part 17 Thermocouple 17b Flange Part 17c Cutout Part 20 Storage Container 32 pressing plate 32a, 32b mounting hole 32e pressing portion 32f protruding piece 50 exterior case
Claims (9)
前記セルスタックを収納する収納容器と、
前記収納容器の内部に一部が突出するように貫通している複数の導電部品とを有し、
前記複数の導電部品は、導電性を有する本体部と、該本体部に設けられたフランジ部とを有し、該フランジ部を介して取付部材によって隣接して前記収納容器に取り付けられており、
前記フランジ部の外周面同士が当接している燃料電池モジュールであって、
前記取付部材は、前記複数の導電部品をそれぞれ挿入する複数の取付孔を有し、
前記複数の導電部品は、それぞれ厚さが異なるフランジ部を備え、
前記フランジ部のうち最も厚さの厚いフランジ部は、前記取付部材の押圧面に当接しており、
他の厚さの薄いフランジ部は、前記取付部材より突出する突出片に当接している、燃料電池モジュール。 A cell stack formed by arranging a plurality of fuel cells,
A storage container for storing the cell stack,
Having a plurality of conductive components that penetrate so as to partially protrude inside the storage container,
The plurality of conductive components have a conductive main body portion and a flange portion provided on the main body portion, and are attached to the storage container adjacently by a mounting member via the flange portion,
A fuel cell module in which outer peripheral surfaces of the flange portion are in contact with each other ,
The mounting member has a plurality of mounting holes into which the plurality of conductive components are respectively inserted,
The plurality of conductive components each include a flange portion having a different thickness,
The thickest flange portion of the flange portion is in contact with the pressing surface of the mounting member,
The other thin flange portion is in contact with a projecting piece projecting from the mounting member .
前記セルスタックの上方に配設された着火ヒータおよび熱電対である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。 The plurality of conductive components,
The cell is a ignition heater and thermocouple is disposed above the stack, the fuel cell module according to any one of claims 1-4.
前記熱電対が前記セルスタックと前記改質器との間隙に突出する突出長さは、前記着火ヒータが前記間隙に突出する突出長さよりも長い、請求項５〜７のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。 A reformer, which is disposed above the cell stack in the storage container and reforms raw fuel gas to generate fuel gas,
Protruding length of the thermocouple protrudes into the gap between the reformer and the cell stack, the ignition heater is longer than the projection length which projects into the gap, according to any one of claims 5-7 Fuel cell module.
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