WO2007066619A1

WO2007066619A1 - 燃料電池

Info

Publication number: WO2007066619A1
Application number: PCT/JP2006/324178
Authority: WO
Inventors: Katsuya Hirata; Takashi Miyazawa; Naoya Murakami; Norihisa Chitose
Original assignee: Mitsubishi Materials Corporation; The Kansai Electric Power Co., Inc.
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2006-12-04
Publication date: 2007-06-14
Also published as: US20090130533A1; EP1970988A1; EP1970988A4; JP2007157480A; JP5109253B2

Abstract

　本発明の課題は、高さ方向に積層された燃料電池スタックの積層方向の温度を均一化した高効率の燃料電池を提供することである。かかる課題を解決するため、本発明に係る燃料電池（１）においては、複数の発電セル（７）とセパレータ（１０）を交互に積層し、架台１８上に固定して構成した燃料電池スタック（３）を発電反応室（２１）の中央付近に少なくとも高さ方向に複数積層する。これら燃料電池スタック（３）に近接して高さ方向に燃料改質器（３０）を配置する。この燃料改質器（３０）上端部に未改質燃料ガスの導入管（３４）が接続され、下端部に改質された燃料ガスの排出管（３２）が接続される。

Description

明細書

燃料電池

技術分野

[0001] 本発明は、燃料電池スタックを高さ方向に複数積層した燃料電池に関し、特に、燃料電池スタックの積層方向における温度分布を均一化した燃料電池に関するものである。

背景技術

[0002] 近年、燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池は、高効率でクリーンな発電装置として注目されており、特に、固体酸化物形燃料電池は発電効率が高ぐ且つ、他の燃料電池と比べて作動温度が高いため排熱を有効に利用できるなどの多くの利点を有することから、第三世代の発電用燃料電池として研究開発が進められている。

[0003] この固体酸化物形燃料電池は、酸化物イオン導電体から成る固体電解質層を両側カゝら空気極層と燃料極層で挟み込んだ積層構造を有し、発電時には、反応用ガスとして空気極層側に酸化剤ガス (酸素）が、また燃料極層側に燃料ガス (H、 CO等）

2 が供給される。

[0004] 発電セル内において、空気極層側に供給された酸素（例えば空気）は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、この部分で空気極層から電子を受け取って酸ィ匕物イオン (O²—)にイオンィ匕される。この酸ィ匕物イオンは、燃料極層に向カゝつて固体電解質層内を拡散移動して燃料極層との界面近傍に到達し、この部分で、燃料ガスと反応して燃料極層に電子を放出すると共に、 H 0、 CO

2 2等の反応生成物を排ガスとして発電セルの外に放出する。電極反応で生じた電子は、別ルートの外部負荷にて起電力として取り出すことができる。

[0005] この発電セル単体では出力が極めて小さいため、通常はこの発電セルを多数直列状態に積層して高出力化した燃料電池スタックを用いている力より高出力を得たヽ場合は、この燃料電池スタックを複数接続 (積層）して用いることが行われて、る。

[0006] ところで、複数の燃料電池スタックを高さ方向に積層して密閉容器に収容した燃料電池では、両端の燃料電池スタック力ゝらの放熱が他の燃料電池スタックに比べて顕著であるため、両端の燃料電池スタックの温度が中段部分の燃料電池スタックに比ベて低下し、且つ、自然対流の影響で容器内雰囲気は下部より上部が高温となるため、上下両端の燃料電池スタックでは、上端部の燃料電池スタックに比べて下端部の燃料電池スタックが温度が低くなる傾向が見られる。温度が低、部分の燃料電池スタックは、高温部分の燃料電池スタックに比べて発電性能が低下しているため、燃料電池としての性能は低下してしまうことになる。発明の開示

[0007] 本発明は、係る問題に鑑みて成されたもので、高さ方向に複数積層された燃料電池スタックの積層方向の温度を均一化を図った高効率の燃料電池を提供することを目的としている。

[0008] 上記目的を達成するため、本発明は、複数の発電セルとセパレータを交互に積層し、電気的絶縁性の固定部材上に固定して燃料電池スタックを構成し、発電反応室に収容すると共に、運転時、前記燃料電池スタックに改質された燃料ガスおよび酸ィ匕剤ガスを供給して発電反応を生じさせる燃料電池にぉヽて、前記燃料電池スタックは、前記発電反応室の中央付近において少なくとも高さ方向に複数積層されると共に、これら燃料電池スタックに近接して高さ方向に燃料改質器が配置され、当該燃料改質器の上端部に未改質燃料ガスの導入管が接続され、下端部に改質された燃料ガスの排出管が接続されることを特徴として、る。

[0009] 前記燃料電池にお!ヽては、前記燃料改質器を、最上段の燃料電池スタックから最下段の燃料電池スタックに至るまで近接して配置することが望ましい。

[0010] また、前記燃料電池においては、前記発電反応室に、高さ方向に延びる燃料熱交が設けられ、当該燃料熱交^^の下端部に外部力ゝらの未改質燃料ガスが導入される燃料ガス供給管が接続されると共に、上端部に前記未改質燃料ガスの導入管が接続される構成とすることが可能である。

[0011] また、前記燃料電池においては、各燃料電池スタックに、スタック内に空気を供給するための空気分配管が接続されており、且つ、高さ方向中央より上側の燃料電池スタックにおいては、前記空気分配管力スタック下端部に接続されると共に、下側の燃料電池スタックにおいては、前記空気分配管がスタック上端部に接続される構成とすることが可能である。

[0012] さらに、前記燃料電池においては、前記発電反応室の最下段の燃料電池スタックに対向する部位に、当該燃料電池スタックを昇温するための予熱パーナを配設することが可能である。

[0013] 本発明は、発電反応に使用されなかった残余のガスを発電セルの外周部より放出するシールレス構造の固体酸ィ匕物形燃料電池に適用することが可能である。

[0014] 本発明によれば、高さ方向に複数積層された燃料電池スタックに近接して高さ方向に燃料改質器が配置され、その上端部のガス入口より改質器内部に燃料ガスが供給されるので、当燃料改質器における改質反応時の吸熱量は改質器上部にぉヽて最も多く、下方に向力つて減少する。この吸熱により、主として改質器上部に近接する燃料電池スタックの温度を低下させることができる。これにより、高さ方向に積層された燃料電池スタックの積層方向の温度が均一化され、発電効率を高めることができる

[0015] また、本発明においては、燃料改質器が、最上段の燃料電池スタックから最下段の燃料電池スタックに至るまで近接して配置されているため、改質反応の吸熱による燃料電池スタックの温度低下は最上段において最も多ぐ最下段において最も少なくなり、よって、最上段と最下段の燃料電池スタックの温度差が緩和され、高さ方向に積層された燃料電池スタックの積層方向の温度が均一化される。

[0016] また、本発明においては、高さ方向に延びる燃料熱交^^の下端部より導入された燃料ガスが上方に流通する過程で燃料電池スタックの輻射熱により昇温され、高温の燃料ガスとなって上記燃料改質器のガス入口に供給されるため、燃料改質器にぉ、て安定した改質反応が行われる。

[0017] また、本発明によれば、高さ方向中央より上側の燃料電池スタックにおいては、空気分配管を介して燃料電池スタック下端部より空気が供給されると共に、下側の燃料電池スタックにおいては、空気供給管を介して燃料電池スタック上端部より空気が供給されるため、燃料電池スタック内において、空気は燃料電池スタック列の高さ方向中央部分から上下方向に流通することになり、その過程で昇温された空気により中段部に比べて温度の低い両端部の燃料電池スタックが昇温される。これにより、高さ方向に積層された燃料電池スタックの積層方向の温度が均一化される。

[0018] また、本発明においては、特に温度の低い最下段の燃料電池スタックが予熱バーナの輻射熱を効率的に受熱するため、高さ方向に積層された燃料電池スタックの積層方向の温度が均一化されると共に、この最下段の燃料電池スタックの昇温速度が向上し、燃料電池の起動時間が短縮される。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]図 1は、本発明に係る燃料電池の内部概略構成を示す上面図である。

[図 2]図 2には、本発明に係る燃料電池の内部概略構成を示す側面図である。

[図 3]図 3は、燃料電池スタックの要部概略構成を示す説明図である。

[図 4]図 4は、燃料電池スタックへの反応用ガスの供給形態を示す説明図である。符号の説明

[0020] 1 燃料電池（固体酸化物形燃料電池）

3 燃料電池スタック

7 発電セル

10 セパレータ

15 燃料ガス供給管

18 架台

21 発電反応室

24 予熱パーナ

29 空気分配管

30 燃料改質器

32 排出管

34 導入管

40 燃料熱交

50 空気熱交換器発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、図 1〜図 4に基づいて本発明の実施形態を説明する。

[0022] 図 1、図 2は本発明が適用された固体酸化物形燃料電池の内部概略構成を示し、図 3は燃料電池スタックの要部概略構成を示し、図 4は燃料電池スタックへの反応用ガスの供給形態を示してヽる。

[0023] 図 1、図 2において、符号 1は固体酸ィ匕物形燃料電池 (燃料電池モジュール)である。符号 2はモジュール缶体、符号 20は内部缶体で、このモジュール缶体 2と内部缶体 20の間に断熱材 23が介装されている。内部缶体 20は、缶内（すなわち、発電反応室 21)を気密状態に保持している。この発電反応室 21のほぼ中央に積層方向を縦にして複数の燃料電池スタック 3が配設されて、る。

[0024] 燃料電池スタック 3は、図 3に示すように、固体電解質層 4の両面に燃料極層 5と空気極層 6を配した発電セル 7と、燃料極層 5の外側の燃料極集電体 8と、空気極層 6 の外側の空気極集電体 9と、各集電体 8、 9の外側のセパレータ 10とを単位セルとして、これら単位セルを複数積層すると共に、この単位セルによる積層体を電気的絶縁を施した部材（図示せず）により固定してユニットィ匕したものである。

[0025] ここで、固体電解質層 4はイットリアを添加した安定ィ匕ジルコユア (YSZ)等で構成され、燃料極層 5は Ni等の金属あるいは Ni—YSZ等のサーメットで構成され、空気極層 6は LaMnO、 LaCoO等で構成され、燃料極集電体 8は Ni等のスポンジ状の多

3 3

孔質焼結金属板で構成され、空気極集電体 9は Ag等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、セパレータ 10はステンレス等で構成されて、る。

[0026] セパレータ 10は、発電セル 7間を電気的に接続すると共に、発電セル 7に反応用ガスを供給する機能を有し、燃料ガスマ-ホールド 13より供給される燃料ガスをセパレータ 10の外周面力も導入してセパレータ 10の燃料極集電体 8に対向するほぼ中央部から吐出する燃料ガス通路 11と、空気マ-ホールド 14より供給される空気をセパレータ 10の外周面力導入してセパレータ 10の空気極集電体 9に対向する面のほぼ中央から吐出する空気通路 12を備えている。

尚、上述した燃料ガスマ-ホールド 13と空気マ-ホールド 14は、何れも各燃料電池スタック 3の内部に形成されており、スタック内において、燃料マ-ホールド 13は、後述する燃料バッファタンク 45の燃料分配管 28に接続され、空気マ-ホールド 14は後述する空気バッファタンク 55の空気分配管 29に接続されている。

[0027] また、この燃料電池スタック 3は、発電セル 7の外周部にガス漏れ防止シールを設けないシールレス構造であり、運転時には、図 3に示すように、燃料ガス通路 11および空気通路 12を通してセパレータ 10の略中心部力も発電セル 7に向けて吐出される反応用ガス (燃料ガスおよび空気)を、発電セル 7の外周方向に拡散させながら燃料極層 5および空気極層 6の全面に行き渡らせて発電反応を生じさせると共に、発電反応で消費されなカゝつた残余のガス (排ガス）を発電セル 7の外周部カゝら外に自由に放出するようになっている。

[0028] 本実施形態は、上記構成の燃料電池スタック 3が発電反応室 21内のほぼ中央付近に平面視において縦横 2列に配置されると共に、架台 18を間に介在して高さ方向に 4段積み上げ、合計 16基が一体的に配置されることにより、高出力型の燃料電池モジュール 1が構成されている。

尚、図 2に示すように、発電反応室 21の上部と下部の中央には、各燃料電池スタツク 3より発電反応室 21内に放出された高温の排ガスを外部に排出するための排気管 19a、 19bが設けられている。

[0029] また、発電反応室 21内には、平面視において縦横 2列に配設された各々燃料電池スタック 3の対向側面間にそれぞれ改質触媒を充填した扁平箱形の翼部 30a、 30b、 30c、 30dを有する十字型の燃料改質器 30が最上段の燃料電池スタック 3から最下段の燃料電池スタック 3に近接する位置まで配設され、上記複数の燃料電池スタック 3と共に底部のスタック台 22上に固定されて、る。

[0030] このように、本実施形態では、燃料改質器 30を燃料電池スタック 3からの輻射熱を効率良く受熱でき、且つ、最も高温となる部位に配置すると共に、自然対流の影響で下部より高温雰囲気となる発電反応室 21内の上部に位置する各翼部 30a〜30dの上端部に各々燃料ガス導入用のガス入口 31が設けられ、各翼部 30a〜30dの下端部に改質ガス排出用の排出管 32が設けられる構成と成されている。

[0031] そして、発電反応室 21内において、これら燃料電池スタック 3と燃料改質器 30の周囲に、側部燃料熱交換器 40、燃料バッファタンク 45、側部空気熱交換器 50、空気バッファタンク 55等が燃料電池スタック 3の高さ方向に沿って立設されている。側部燃料熱交 40の下端部には、モジュール缶体 2の底部より導入される燃料供給管 15が接続され、側部空気熱交の下端部には後述するパーナ 24の冷却ジャケットからの温空気配管 25が接続されて、る。

[0032] また、上記側部燃料熱交換器 40と上記側部空気熱交換器 50は、省スペース化を図り、且つ、各燃料電池スタック 3からの輻射熱を効率良く受熱できるように何れも平板型と成され、中央の燃料電池スタック 3に対して距離を置いた内部缶体 20側に配置されていると共に、スタック側の面にフィン（図示せず)を配設して熱交換性能の向上が図られている。

そして、側部燃料熱交 40と側部空気熱交 50は、燃料電池スタック 3の周囲において燃料改質器 30の各翼部 30a〜30dに対向するようにそれぞれ 4基配置され、且つ、平面視、縦 2列の燃料電池スタック 3、および平面視、横 2列の燃料電池スタック 3を挟んで、側部燃料熱交と側部空気熱交が対向するように、それぞれが燃料電池スタック 3の周方向に交互に配置されて、る。

[0033] これら熱交翻類 40、 50と燃料電池スタック 3との間には、上記した燃料バッファタンク 45と空気バッファタンク 55が配設されて、る。燃料バッファタンク 45は平面視、縦横 2列に配置された燃料電池スタック 3の各列の中央に位置され、空気バッファタンク 55は各隅部に位置されている。

[0034] また、燃料電池スタック 3の上方には、水平方向に上部燃料熱交翻 41と上部空気熱交翻51が配設されている。これらもフィン付き平板型の熱交^^である。

[0035] 上部燃料熱交換器 41は、上述した側部燃料熱交換器 40の下流側の熱交換器であり、その入口が配管 33により側部燃料熱交の上端部に接続されると共に、出口が導入管 34により上述した燃料改質器 30の各ガス入口 31に接続されて、る。尚、燃料改質器 30の排出管 32は上述した燃料バッファタンク 45の下端部に接続されている。

上部空気熱交翻51は、上述した側部空気熱交翻50の下流側熱交翻であり、その入口が配管 35により側部空気熱交翻50の上端部に接続されると共に、出口が配管 36により上述した空気バッファタンク 55の上端部に接続されている。 [0036] 上記燃料バッファタンク 45の出口は複数の燃料分配管 28により、また、空気バッファタンク 55の出口は複数の空気分配管 29により、それぞれ各燃料電池スタック 3に接続されている。

燃料バッファタンク 45からの燃料分配管 28は各々燃料電池スタック 3の上端部と下端部に接続され、空気バッファタンク 55からの空気分配管 29は、上側 2段の燃料電池スタック 3においてはスタック下端部に接続され、下側 2段の燃料電池スタック 3にぉ、てはスタック上端部に接続されて!、る。

[0037] また、内部缶体 20の下部側面には、各燃料電池スタック 3と対向する 4基の起動用の予熱パーナ 24 (例えば、赤外線パーナ）が配設され、各燃料電池スタック 3が予熱パーナ 24からの輻射熱を受熱できるようになって、る。

これは、下方に位置する燃料電池スタック 3の昇温速度を向上し、起動時間を短縮するためであり、スタックが予熱パーナ 24の輻射熱を直接的に効率良く受熱できるよう、側部燃料熱交換器 40および側部空気熱交換器 50は、その下端が予熱パーナ 2 4よりも上方に位置する長さに形成されており、これにより、パーナ前面にこれら熱交翻 40、 50が位置しないようにしている。

本実施形態では、これらパーナ 24の側面と背面に冷却ジャケット（図示せず)を設けると共に、空気供給管 16によりジャケット内部に外部空気を導入してパーナ本体を冷却することにより、パーナ本体が過度の高温に加熱されるのを防止している。この冷却ジャケットからの冷却空気 (温空気）は温空気配管 25を介して上述した側部空気熱交に導入されるようになって!/ヽる。

[0038] 他方、内部缶体 20の下方には、水蒸気発生器 60が配設されている。

この水蒸気発生器 60は、燃料改質用の高温水蒸気を得るための熱交換器であつて、水蒸気の発生には高温よりも寧ろ多量の熱量を必要とすることから、発電反応室 21から離隔し、且つ、上述した熱交 40、 50より外側の低温部位となる下部排気管 19b内に配設されている。

尚、本実施形態では、発電反応室 21内から外部に排出される排ガスを熱源として効率良く利用できるように、下部排気管 19bの口径を上部排気管 19aより大きくして下部排気管 19bより多量の排ガスが排出されるようになっている。 [0039] この水蒸気発生器 60には水供給管 17が接続され、この水供給管 17からの外部供給水が水蒸気発生器 60の水流路内において発電反応室 21から排出される高温排ガスと熱交換されて水蒸気を発生する。水蒸気出口側は水蒸気配管 26により発電反応室 21内において燃料供給管 15の燃料混合部 27に接続されている。

[0040] また、上記水蒸気発生器 60の水流路内には多数のセラミックビーズが充填されている。セラミックビーズを充填することにより、水蒸気のハンチングが防止され、発電反応室 21内に安定した水蒸気量を供給することができると共に、熱伝導率の高いアルミナ製ビーズ等を用いることにより、水蒸気発生器 60の熱交換性を向上することができる。

[0041] また、下部排気管 19b内であって、水蒸気発生器 60の排ガス入口部分 61にハ- カム燃焼触媒が配置されている。本実施形態では、この燃焼触媒により排ガス中の未燃メタンを燃焼させ、その燃焼ガスを水蒸気発生器 60の熱源に利用している。燃焼触媒としては、ハニカム触媒の他、燃焼触媒塗料を塗布しても良い。

[0042] 上記構成の燃料電池 1にお!/ヽて、運転時には、外部燃料ガス (例えば、都市ガス）が燃料供給管 15を介して発電反応室 21内に導入されると共に、発電反応室 21内において水蒸気発生器 60からの高温水蒸気と燃料混合部 27において合流し、混合ガスとなって燃料電池スタック 3周辺の各側部燃料熱交 40に下方より導入される。混合ガスは、これら側部燃料熱交内を上方に流通する過程で対向する燃料電池スタック 3からの輻射熱を受熱して昇温されると共に、より雰囲気温度が高いスタック上部に誘導され、上部燃料熱交において、さらに昇温されて高温の混合ガスとなる。

[0043] この高温の混合ガスは燃料改質器 30の上端部において、各翼部 30a〜30dの端部のガス入口 31より改質器内部に導入される。中央部に比べて輻射熱が多く得られる各翼部 30a、 30b、 30c、 30dの各端部に上記ガス入口 31を設けることにより、各燃料電池スタック 3からの輻射熱を効率的に受熱できる。

導入ガスは各翼部 30a〜30d内を下方に流通する過程で改質触媒による改質反応が行われる。この改質反応は吸熱反応であって、改質反応に必要な熱は、燃料電池スタック 3からの輻射熱を回収して得られる。改質反応による吸熱量は温度の高い改質器上部において多ぐ改質器下方に向力つて減少するため、この吸熱量の変化により、燃料電池スタック 3の高さ方向の熱的バランスを均一化することができる。

[0044] 燃料改質器 30で改質された水素リッチな燃料ガスは、下流部（下部)の各排出管 3 2より排出され、配管を介して燃料バッファタンク 45に導入'貯留された後、各燃料電池スタック 3 (詳しくは、燃料ガスマ-ホールド 13)に分配される。

ここで、燃料バッファタンク 45内の燃料ガスは、図 4に示すように、それぞれ各燃料電池スタック 3の上端部および下端部カゝら供給される。このように、燃料ガスをスタック上下 (スタック両端)より供給することで、ガス流通過程での圧損差を緩和し、各発電セル 7へ等分配された燃料ガスを安定的に供給することができる。これにより、各発電セルの発電性能を均一にし、発電効率を向上できる。

[0045] 一方、外部空気は、空気供給管 16を介してパーナ 24の冷却ジャケットに供給され、パーナ本体を冷却すると共に、冷却ジャケットを経由した冷却空気 (温空気）は温空気配管 25を介して燃料電池スタック 3周辺の各側部空気熱交換器 50に下方より導入される。

冷却空気は、各側部空気熱交換器 50内を上方に流通する過程でそれぞれ対向する燃料電池スタック 3からの輻射熱を効率良く受熱して昇温されると共に、スタック上部において、上部空気熱交にてさらに昇温された後、配管を介して空気バッファタンク 55に導入'貯留され、そこから、各燃料電池スタック 3 (詳しくは、空気マ- ホールド 14)に分配される。

ここで、空気バッファタンク 55内の空気は、図 4に示すように、温度の高い燃料電池モジュール 1の中央部より供給 (上側 2段のスタックは下端部から、下側 2段のスタックは上端部力供給する）され、そこから上下方向に流通する過程で昇温された空気が比較的温度の低いスタック両端側を昇温する。これにより、スタックの高さ方向の温度を均一化できる。

[0046] また、この空気バッファタンク 55には、上端より上部空気熱交^^ 51からの温空気が導入され、下端力もは空気供給管 16からの外部空気が導入されているため、この予熱空気と外部空気との供給割合でスタック温度をコントロールすることも可能である [0047] 各燃料電池スタック 3に供給された反応用ガス (燃料ガス、空気）の流れは図 3に示した通りである。

[0048] 以上のように本発明では、高さ方向に複数列状に配置された燃料電池スタック 3に近接して高さ方向に燃料改質器 30が配置され、その上端部より燃料ガスが供給されるので、当燃料改質器 30における改質反応時の吸熱量は改質器上部にぉ、て最も多ぐ下部に向かって減少する。この吸熱により、最上段の燃料電池スタック 3と最下段の燃料電池スタック 3の温度差が少なくなり、高さ方向に積層された燃料電池スタック 3の積層方向の温度が均一化される。

[0049] また、高さ方向中央より上側の燃料電池スタック 3においては、空気分配管 29を介して燃料電池スタック下端部より空気が供給されると共に、下側の燃料電池スタック 3 においては、空気供給管 29を介して燃料電池スタック上端部より空気が供給されるので、燃料電池スタック内において、空気は燃料電池スタック列の高さ方向中央部分力上下方向に流通することになり、その過程で昇温された空気が比較的温度の低い両端部の燃料電池スタックを昇温する。これにより、高さ方向に積層された燃料電池スタック 3の積層方向の温度が均一化される。

[0050] また、内部缶体 20の下部側面に予熱パーナ 24が配設されているため、この予熱バーナ 24の輻射熱により温度の低い最下段の燃料電池スタック 3が重点的に昇温される。これにより、最上段の燃料電池スタックと最下段の燃料電池スタック 3の温度差が少なくなり、高さ方向に積層された燃料電池スタック 3の積層方向の温度が均一化されると共に、この最下段の燃料電池スタック 3の昇温速度が速くなり、燃料電池モジュール 1の起動時間が短縮される。

[0051] 上記した作用効果により、列状に配置された燃料電池スタックの高さ方向の温度分布が均一化され、高効率の燃料電池モジュール 1を提供することができる。

[0052] 以上、本実施形態の燃料電池モジュール 1は、燃料電池スタック 3を平面方向に 4 基配置し、さらに縦方向に 4段積み上げた構成を説明したが、積層段数は 4段に限るものではなぐまた、平面方向の配置も 4基に限るものではない。

産業上の利用可能性

[0053] 本発明によれば、燃料電池スタックを高さ方向に複数積層した燃料電池にぉヽて、燃料電池スタックの積層方向における温度分布を均一化することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の発電セルとセパレータを交互に積層し、架台に固定して燃料電池スタックを構成し、発電反応室に収容すると共に、運転時、前記燃料電池スタックに改質された燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給して発電反応を生じさせる燃料電池において、前記燃料電池スタックは、前記発電反応室の中央付近において少なくとも高さ方向に複数積層されると共に、これら燃料電池スタックに近接して高さ方向に燃料改質器が配置され、当該燃料改質器の上端部に未改質燃料ガスの導入管が接続され、下端部に改質された燃料ガスの排出管が接続されることを特徴とする燃料電池。

[2] 前記燃料改質器は、最上段の燃料電池スタックから最下段の燃料電池スタック〖こ至るまで近接して配置されることを特徴とする請求項 1に記載の燃料電池。

[3] 前記発電反応室には、高さ方向に延びる燃料熱交^^が設けられ、当該燃料熱交の下端部に外部力ゝらの未改質燃料ガスが導入される燃料ガス供給管が接続されると共に、上端部に前記未改質燃料ガスの導入管が接続されることを特徴とする請求項 1に記載の燃料電池。

[4] 各燃料電池スタックには、燃料電池スタック内に酸化剤ガスを供給するための空気分配管が接続されており、且つ、高さ方向中央より上側の燃料電池スタックにおいては、前記空気分配管が燃料電池スタック下端部に接続されると共に、下側の燃料電池スタックにおヽては、前記空気分配管が燃料電池スタック上端部に接続されることを特徴とする請求項 1に記載の燃料電池。

[5] 前記発電反応室の最下段の燃料電池スタックに対向する部位に、予熱パーナが配設されて!/ヽることを特徴とする請求項 1に記載の燃料電池。

[6] 前記燃料電池は、発電反応に使用されなかった残余のガスを発電セルの外周部より放出するシールレス構造の固体酸ィ匕物形燃料電池であることを特徴とする請求項 1 に記載の燃料電池。