JPH03133065A - 固体電解質燃料電池モジュール - Google Patents
固体電解質燃料電池モジュールInfo
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- JPH03133065A JPH03133065A JP1270795A JP27079589A JPH03133065A JP H03133065 A JPH03133065 A JP H03133065A JP 1270795 A JP1270795 A JP 1270795A JP 27079589 A JP27079589 A JP 27079589A JP H03133065 A JPH03133065 A JP H03133065A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、固体電解質燃料電池モジュールに関し、特に
、固体電解質燃料電池に供給する反応用空気および燃料
の予熱と固体電解質燃料電池の加熱とを同時に最適化し
て行なう固体電解質燃料電池モジュールに関する。
、固体電解質燃料電池に供給する反応用空気および燃料
の予熱と固体電解質燃料電池の加熱とを同時に最適化し
て行なう固体電解質燃料電池モジュールに関する。
［従来の技術］
従来の固体電解質燃料電池（以後５ＯＦＧと略記）モジ
ュールは、例えば第４図に示すものが知られている。こ
こで、１はその内壁に断熱材２を配置した鋼板製のモジ
ュール外殻である。この外殻１の内部は５ＯＦＣ室３、
燃焼室４および空気室５に分けられている。
ュールは、例えば第４図に示すものが知られている。こ
こで、１はその内壁に断熱材２を配置した鋼板製のモジ
ュール外殻である。この外殻１の内部は５ＯＦＣ室３、
燃焼室４および空気室５に分けられている。
５ＯＦＣ室３には燃料（）＋２＋ＧＯ）導入口６が設け
られている。５ＯＦＣ室３には複数のｓｏｐ＋、ｙｔｏ
が配列固定されており、５ＯＦＣ管ｌＯの外壁は水素霊
囲気にさらされる。 ５ＯＦ（：管１０に設けられた空
気導入管９には、後述する空気導入口８から導入された
空気が導入される。
られている。５ＯＦＣ室３には複数のｓｏｐ＋、ｙｔｏ
が配列固定されており、５ＯＦＣ管ｌＯの外壁は水素霊
囲気にさらされる。 ５ＯＦ（：管１０に設けられた空
気導入管９には、後述する空気導入口８から導入された
空気が導入される。
燃焼室４には排ガスを排気する排気ロアが設けられてい
る。燃焼室４は、水素と空気とを混合させて燃焼させる
ことにより５ＯＦＣ管１０の温度を設定温度に維持する
機能を有する。
る。燃焼室４は、水素と空気とを混合させて燃焼させる
ことにより５ＯＦＣ管１０の温度を設定温度に維持する
機能を有する。
空気室５には空気導入口８が設けられている。
空気室５は反応用空気および燃焼用空気を５ＯＦＣ管１
０に分配供給する機能を有する。
０に分配供給する機能を有する。
このような構造のモジュールは、断熱材２により５ＯＦ
Ｃ室３、燃料室４および空気室５を断熱し、［発明が解
決しようとする課題］ ５ＯＦＣモジユールは１０００ｔ程度の温度で運転する
ので、燃料室４においてなされる燃料と空気との燃焼に
よる運転温度を維持することが発電プラントにおいては
不可欠の要素である。燃焼室４の温度はその場所に応じ
て温度の不均一が生じる。この温度幅は燃焼室４の構造
あるいは水素と空気の混合流動状態等により変化するも
のと考えられる。この温度幅を約±１００℃と考えると
、その上限および下限はそれぞれ１１００ｔおよび９０
０ ℃である。
Ｃ室３、燃料室４および空気室５を断熱し、［発明が解
決しようとする課題］ ５ＯＦＣモジユールは１０００ｔ程度の温度で運転する
ので、燃料室４においてなされる燃料と空気との燃焼に
よる運転温度を維持することが発電プラントにおいては
不可欠の要素である。燃焼室４の温度はその場所に応じ
て温度の不均一が生じる。この温度幅は燃焼室４の構造
あるいは水素と空気の混合流動状態等により変化するも
のと考えられる。この温度幅を約±１００℃と考えると
、その上限および下限はそれぞれ１１００ｔおよび９０
０ ℃である。
５ＯＦＣ管１０の加熱において両端部や中央部で温度の
不均一が生ずると、それらの部分において５ＯＦＣ管ｌ
Ｏの軸方向熱歪や熱応力が発生するために、５ＯＦＣ管
１０を破壊する要因となる。同様にこの不拘は、５ＯＦ
Ｃ管ｌＯノ高温領域（例えば１１００℃’）が運転温度
を規定するため、低温領域（例えば９００’Ｃ）での発
電性能の低下を免れることはできない。
不均一が生ずると、それらの部分において５ＯＦＣ管ｌ
Ｏの軸方向熱歪や熱応力が発生するために、５ＯＦＣ管
１０を破壊する要因となる。同様にこの不拘は、５ＯＦ
Ｃ管ｌＯノ高温領域（例えば１１００℃’）が運転温度
を規定するため、低温領域（例えば９００’Ｃ）での発
電性能の低下を免れることはできない。
従って、 ５ＯＦＧモジユールにおいては、５ＯＦＣの
軸方向温度が均一となるような温度維持が行なわれるこ
とが重要である。従来の５ＯＦＣモジユールでは、燃焼
室４と５ＯＦＣ室３が個別に設けられているために５Ｏ
ＦＣ内部で反応空気温度の不均一が生じ、このため５０
ＦＣの軸方向において均一な温度温度分布を実現するこ
とが困難である。
軸方向温度が均一となるような温度維持が行なわれるこ
とが重要である。従来の５ＯＦＣモジユールでは、燃焼
室４と５ＯＦＣ室３が個別に設けられているために５Ｏ
ＦＣ内部で反応空気温度の不均一が生じ、このため５０
ＦＣの軸方向において均一な温度温度分布を実現するこ
とが困難である。
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものあ
り、燃焼室４と５ＯＦＣ室３とを一体化することにより
５ＯＦＣモジユールの小形軽量化を実現し、断熱材スペ
ースの削減および５ＯＦＣ温度の最適化による発電効率
の向上を達成することができる固体電解質燃料電池モジ
ュールを提供することを目的とする。
り、燃焼室４と５ＯＦＣ室３とを一体化することにより
５ＯＦＣモジユールの小形軽量化を実現し、断熱材スペ
ースの削減および５ＯＦＣ温度の最適化による発電効率
の向上を達成することができる固体電解質燃料電池モジ
ュールを提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］
このような目的を達成するために、本発明は、中空円筒
状の固体電解質燃料電池と、この固体電解質燃料電池を
囲んで設けられた電気化学反応に関与する空気を加熱す
るための中空円筒状の反応空気加熱管と、この反応空気
加熱管を囲んで設けられた加熱のための空気を供給する
中空円筒状の燃焼空気供給管とで構成された固体電解質
燃料電池本体と、加熱のための燃料を供給する燃料供給
管とを有する電池室兼燃焼室と、この電池兼燃焼室と断
熱材を介して設けられた反応空気供給室と、この反応空
気供給室と金属製仕切板を介して設けられた燃料供給室
とを備えたことを特徴とする。
状の固体電解質燃料電池と、この固体電解質燃料電池を
囲んで設けられた電気化学反応に関与する空気を加熱す
るための中空円筒状の反応空気加熱管と、この反応空気
加熱管を囲んで設けられた加熱のための空気を供給する
中空円筒状の燃焼空気供給管とで構成された固体電解質
燃料電池本体と、加熱のための燃料を供給する燃料供給
管とを有する電池室兼燃焼室と、この電池兼燃焼室と断
熱材を介して設けられた反応空気供給室と、この反応空
気供給室と金属製仕切板を介して設けられた燃料供給室
とを備えたことを特徴とする。
本発明においては、燃料供給管の設置により５ＯＦＣ室
は燃焼室を兼ねることにより、そのため断熱材の使用が
大幅に削減されると同時に、熱効率の向上を実現するこ
とができる。また、反応空気加熱管は反応空気の予熱お
よび５ＯＦＧの均一加熱を可能にするので、発電効率の
向上を図ることができる。
は燃焼室を兼ねることにより、そのため断熱材の使用が
大幅に削減されると同時に、熱効率の向上を実現するこ
とができる。また、反応空気加熱管は反応空気の予熱お
よび５ＯＦＧの均一加熱を可能にするので、発電効率の
向上を図ることができる。
［実施例］
以下に本発明の一実施例を第１，２および３図を参照し
て説明する。
て説明する。
第１図は本発明の固体電解質燃料電池モジュールの構成
を示す。ここで、１１はモジュール外殻であり、その側
面部に燃料（Ｈ２十ＣＯ）入口１２、反応空気人口１３
および排ガス出口１４が設けられている。
を示す。ここで、１１はモジュール外殻であり、その側
面部に燃料（Ｈ２十ＣＯ）入口１２、反応空気人口１３
および排ガス出口１４が設けられている。
この燃料および反応空気は電気化学反応のためのもので
ある。外殻１１の上部に設けられている燃料供給室１５
と反応空気供給室１６とは金属製仕切板２９により区切
られている。
ある。外殻１１の上部に設けられている燃料供給室１５
と反応空気供給室１６とは金属製仕切板２９により区切
られている。
５ＯＦＣ室兼燃焼室１７および燃料排出室１９は、モジ
ュール外殻１１の内部に断熱材１８を装着し断熱材１８
に接して設けられ、外部とは断熱して構成されている。
ュール外殻１１の内部に断熱材１８を装着し断熱材１８
に接して設けられ、外部とは断熱して構成されている。
断熱材１８としては、例えば断熱レンガが用いられるが
、還元性雰囲気中における安定性にすぐれた材料であれ
ばよい。
、還元性雰囲気中における安定性にすぐれた材料であれ
ばよい。
５ＯＦＣ室兼燃焼室１７には５ＯＦＧ２１、反応空気加
熱管２２および燃焼空気供給管２３が一体構成で配置さ
れている。燃焼室温度の最適化を図るための加熱に必要
な燃料を供給する燃料供給管２４も燃焼空気供給管２３
と同様の配列構成をとる。５ＯＦＧ２１は例えばＺｒＯ
□−Ｙ２Ｏ，のような固体電解質を有している。
熱管２２および燃焼空気供給管２３が一体構成で配置さ
れている。燃焼室温度の最適化を図るための加熱に必要
な燃料を供給する燃料供給管２４も燃焼空気供給管２３
と同様の配列構成をとる。５ＯＦＧ２１は例えばＺｒＯ
□−Ｙ２Ｏ，のような固体電解質を有している。
第２図は第１図中のＡＡ’断面を示す。ここでは５ＯＦ
（：２１、反応空気加熱管２２、燃焼空気供給管２３お
よび燃焼室１７への燃料供給管２４の配置例とアノード
またはカソード電極用の電流導出板２０を示す。
（：２１、反応空気加熱管２２、燃焼空気供給管２３お
よび燃焼室１７への燃料供給管２４の配置例とアノード
またはカソード電極用の電流導出板２０を示す。
第３図（Ａ）および（Ｂ）は第２図に示した５ＯＦＣ２
１のＣＣ゛断面および燃料供給管２４のＤＤ’断面の部
分図である。第３図（Ｃ）は第３図（八）のＥＥ’断面
の部分図である。５ＯＦＣ２１は燃焼空気供給管２３に
スペーサー２５および反応空気加熱管２２を介して接合
され、反応空気加熱管２２はモジュール他部の断熱材１
８に固定されている。
１のＣＣ゛断面および燃料供給管２４のＤＤ’断面の部
分図である。第３図（Ｃ）は第３図（八）のＥＥ’断面
の部分図である。５ＯＦＣ２１は燃焼空気供給管２３に
スペーサー２５および反応空気加熱管２２を介して接合
され、反応空気加熱管２２はモジュール他部の断熱材１
８に固定されている。
５ＯＦＧ２１の端部からの電流は、発泡性金属または繊
維質金属からなる金属板２７を介して金属製の電流導出
板２０に導出される。空気供給室１６に設けられた断熱
仕切板２８への空気加熱管２２の貫通部はシールを要し
ない。
維質金属からなる金属板２７を介して金属製の電流導出
板２０に導出される。空気供給室１６に設けられた断熱
仕切板２８への空気加熱管２２の貫通部はシールを要し
ない。
断熱仕切板２８と空気加熱管２２との間には若干のクリ
アランスを設けることにより、空気加熱管２２の熱膨張
による伸縮を容、易にすると共に、空気室１６から燃焼
室１７へ燃焼用空気を積極的に１洩させて燃料を燃焼さ
せる。燃料の燃焼は空気および燃料を導入する５ＯＦ（
：入口端部の加熱をやや強化して行なう。
アランスを設けることにより、空気加熱管２２の熱膨張
による伸縮を容、易にすると共に、空気室１６から燃焼
室１７へ燃焼用空気を積極的に１洩させて燃料を燃焼さ
せる。燃料の燃焼は空気および燃料を導入する５ＯＦ（
：入口端部の加熱をやや強化して行なう。
燃料室１５と空気室１６とを仕切る金属製仕切板２９と
５ＯＦＣ２１との貫通部は５ＯＦＣ２１の熱膨張による
伸縮を許容し、かつ気密構造とする必要がある。０−リ
ングシール構造２６またはベローの螺接（図示せず）構
造がこの目的に適合する。前者のＯ−リングシールを採
用すれば金属製仕切板２９は図示のごとく水冷構造とな
る。
５ＯＦＣ２１との貫通部は５ＯＦＣ２１の熱膨張による
伸縮を許容し、かつ気密構造とする必要がある。０−リ
ングシール構造２６またはベローの螺接（図示せず）構
造がこの目的に適合する。前者のＯ−リングシールを採
用すれば金属製仕切板２９は図示のごとく水冷構造とな
る。
燃料供給管２４は５ＯＦＣ２１が均一温度になるよう燃
焼室１７への供給燃料を燃焼室１７の内部に最適化して
分散させる機能を有し、この機能によって任意の温度分
布に制御することができる。このため複数個設置される
燃料供給管２４の長さと各々のて、燃料は燃料入口１２
より燃料供給室１５に入り、５ＯＦＣ２１へ導入される
。５ＯＦＣ２１で未利用の燃料は燃料排出室１９および
燃料供給管２４を経て燃焼室１７に導入される。
焼室１７への供給燃料を燃焼室１７の内部に最適化して
分散させる機能を有し、この機能によって任意の温度分
布に制御することができる。このため複数個設置される
燃料供給管２４の長さと各々のて、燃料は燃料入口１２
より燃料供給室１５に入り、５ＯＦＣ２１へ導入される
。５ＯＦＣ２１で未利用の燃料は燃料排出室１９および
燃料供給管２４を経て燃焼室１７に導入される。
一方、反応用空気は前記空気人口１３より空気供給室１
７に導入され、反応空気加熱管２２と５ＯＦＣ２１の間
隙へ導かれる。その間隙で加熱された空気は５０ＦＣ：
２１で発電プロセスに関与した後、反応済みの空気は燃
焼空気供給管２３を経由して燃焼室１７に導入される。
７に導入され、反応空気加熱管２２と５ＯＦＣ２１の間
隙へ導かれる。その間隙で加熱された空気は５０ＦＣ：
２１で発電プロセスに関与した後、反応済みの空気は燃
焼空気供給管２３を経由して燃焼室１７に導入される。
燃焼室１７において発生した反応熱は反応空気加熱管２
２により熱回収が行なわれ、排ガス出口１４から５Ｏ５
Ｆモジユールの外部に排出される。
２により熱回収が行なわれ、排ガス出口１４から５Ｏ５
Ｆモジユールの外部に排出される。
［発明の効果］
以上説明したように本発明においては、以下の効果を発
揮する。
揮する。
（１）ＳＯＦＣ室は燃焼室を兼ねるので、断熱材の使用
が削減されると共に５ＯＦＧ発電プラントの小形軽量化
を実現することができる。
が削減されると共に５ＯＦＧ発電プラントの小形軽量化
を実現することができる。
（２）燃料供給管の設置により、燃焼温度分布の制御が
可能である。この制御により５ＯＦＧの温度分布を均一
化することができる。
可能である。この制御により５ＯＦＧの温度分布を均一
化することができる。
（３） ５ｏＦｃを均一に加熱することができるので、
その動作温度を使用材料の限界まで上昇させることがで
きる。
その動作温度を使用材料の限界まで上昇させることがで
きる。
第１図は本発明の一実施例に係る固体電解質燃料電池モ
ジュールの縦方向断面図、 第２図は第１図に示した固体電解質燃料電池モジュール
の横方向断面図、 第３図は第２図に示した固体電解質燃料電池および燃料
供給管の断面図、 第４図は従来の固体電解質燃料電池モジュールの縦方向
断面図である。 １１・・・モジュール外殻、 １２・・・燃料（ｌｈ”ｃｏ）入口、 １３・・・反応空気入口、 １４・・・排ガス出口、 １５・・・燃料供給室、 １６・・・反応空気供給室、 １７・・・５ＯＦＣ室兼燃焼室、 １８・・・断熱材、 １９・・・燃料排出室、 ２０・・・電流導出板、 ２１・・・固体電解質燃料電池（ＳＯＦＧ）、２２・・
・反応空気加熱管、 ２３・・・燃焼空気供給管、 ２４・・・燃料供給管、 ２５・・・スペーサー ２６・・・Ｏ−リングシール、 ２７・・・金属板、 ２８・・・断熱仕切板、 ２９・・・金属製仕切板、 ３０・・・燃料噴射ノズル。 指定代理人 工業技術院電子技術総合研究所長 ２７衾Ａ紙 参発ｇ只の尖比１ハΣ＝ｔ’ｖｕ頭区 第３図 （Ｃ） ゛−２３
ジュールの縦方向断面図、 第２図は第１図に示した固体電解質燃料電池モジュール
の横方向断面図、 第３図は第２図に示した固体電解質燃料電池および燃料
供給管の断面図、 第４図は従来の固体電解質燃料電池モジュールの縦方向
断面図である。 １１・・・モジュール外殻、 １２・・・燃料（ｌｈ”ｃｏ）入口、 １３・・・反応空気入口、 １４・・・排ガス出口、 １５・・・燃料供給室、 １６・・・反応空気供給室、 １７・・・５ＯＦＣ室兼燃焼室、 １８・・・断熱材、 １９・・・燃料排出室、 ２０・・・電流導出板、 ２１・・・固体電解質燃料電池（ＳＯＦＧ）、２２・・
・反応空気加熱管、 ２３・・・燃焼空気供給管、 ２４・・・燃料供給管、 ２５・・・スペーサー ２６・・・Ｏ−リングシール、 ２７・・・金属板、 ２８・・・断熱仕切板、 ２９・・・金属製仕切板、 ３０・・・燃料噴射ノズル。 指定代理人 工業技術院電子技術総合研究所長 ２７衾Ａ紙 参発ｇ只の尖比１ハΣ＝ｔ’ｖｕ頭区 第３図 （Ｃ） ゛−２３
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）円筒状の固体電解質燃料電池と、この固体電解質燃
料電池を囲んで設けられた電気化学反応に関与する空気
を加熱するための中空円筒状の反応空気加熱管と、この
反応空気加熱管を囲んで設けられた加熱のための空気を
供給する中空円筒状の燃焼空気供給管とで構成された固
体電解質燃料電池本体と、加熱のための燃料を供給する
燃料供給管とを有する電池室兼燃焼室と、 この電池室兼燃焼室と断熱材を介して設けられた反応空
気供給室と、 この反応空気供給室と金属製仕切板を介して設けられた
燃料供給室と を備えたことを特徴とする固体電解質燃料電池モジュー
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1270795A JPH03133065A (ja) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | 固体電解質燃料電池モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1270795A JPH03133065A (ja) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | 固体電解質燃料電池モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03133065A true JPH03133065A (ja) | 1991-06-06 |
Family
ID=17491115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1270795A Pending JPH03133065A (ja) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | 固体電解質燃料電池モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03133065A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996007212A1 (de) * | 1994-08-31 | 1996-03-07 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Feststoffelektrolyt-hochtemperatur-brennstoffzelle und brennstoffzellen-anordnung |
| WO1998013892A1 (de) * | 1996-09-26 | 1998-04-02 | Wolfgang Winkler | Brennstoffzelleneinrichtung mit röhrenförmigen hochtemperatur-brennstoffzellen |
| JP2002298877A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池システム |
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