JP2008251493A - Fuel cell module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スタックから発生する熱を利用して燃料ガス及び空気の予熱を行うようにした燃料電池モジュールに関し、特にガス供給の均等化および温度勾配の低減によるスタック性能の向上に加え、熱の有効利用による高性能化、低コスト化を可能にする燃料電池モジュールに関する。 The present invention relates to a fuel cell module in which heat generated from a stack is used to preheat fuel gas and air, and in particular, in addition to improving stack performance by equalizing gas supply and reducing temperature gradient, The present invention relates to a fuel cell module that enables high performance and low cost through effective use.
燃料電池には、電解質の種類などによってタイプの異なる様々なものが開発されているが、その一つに1000℃程度の高温で動作することを特徴とする固体酸化物形燃料電池(SOFC)がある。固体酸化物形燃料電池は、固体電解質板と、固体電解質板のそれぞれの面に積層された電極層からなる平板型の単セルを、ガスセパレータを介して多数積層することで平板型のスタックが形成される。そして、スタックに対して空気および燃料ガスを供給することによりセルで電気化学反応が生じ、電気エネルギーが発生する。そのスタックで発生した電気エネルギーは集電され、出力端子を経て外部に取り出される。 Various types of fuel cells having different types depending on the type of electrolyte have been developed. One of them is a solid oxide fuel cell (SOFC) characterized by operating at a high temperature of about 1000 ° C. is there. A solid oxide fuel cell has a flat type stack by stacking a large number of flat type single cells each comprising a solid electrolyte plate and electrode layers laminated on each surface of the solid electrolyte plate via a gas separator. It is formed. Then, by supplying air and fuel gas to the stack, an electrochemical reaction occurs in the cell and electric energy is generated. Electric energy generated in the stack is collected and taken out to the outside through the output terminal.
こうしたSOFCでは、セルがセラミックスを使用して形成されるため、作動温度が高く、供給する燃料ガスや空気を予熱した状態で送り込む必要が生じる。高温で動作しているスタック内に温度の低い燃料ガスや空気が供給されると、セラミックスが破損するおそれがあるからである。そこで、従来からスタックの手前に熱交換器が設けられ、その熱交換器を通した配管に燃料ガスや空気を流し、予熱された状態で燃料ガスや空気をスタック内に供給するようにしている。また、この熱交換作用では、燃料ガスや空気がモジュール内で発生した熱を吸収することにより冷却効果を果たしている。
ところで、複数個のスタックを使用して構成された従来の燃料電池モジュールには、次のような問題があった。例えば、熱交換器を用いた予熱及び吸熱構造によっては、発電により生じる熱がモジュール内部にこもってしまい、スタックなどに悪影響を及ぼすことが考えられる。すなわち、熱交換器と複数あるスタックとの位置関係によって、スタックによってはバランス良く冷却されないものがある。そうした場合、スタックを構成するセラミックスのセルに温度勾配ができてしまい、温度差によって生じる熱応力でセルが破壊されるおそれがあった。 However, the conventional fuel cell module configured using a plurality of stacks has the following problems. For example, depending on the preheating and heat absorption structure using a heat exchanger, heat generated by power generation may be trapped inside the module, which may adversely affect the stack and the like. That is, depending on the positional relationship between the heat exchanger and the plurality of stacks, some stacks may not be cooled in a well-balanced manner. In such a case, a temperature gradient is generated in the ceramic cells constituting the stack, and the cells may be destroyed by thermal stress caused by the temperature difference.
また、予熱された燃料ガスや空気を供給する配管構造によっては、各スタックの配置に上流と下流の区別ができてしまい、下流側のスタックには上流に位置するスタックの発電に使用された燃料が供給されることになる。すると、下流側のスタックほど燃料ガスの濃度が薄くなり、複数あるスタック間に性能のバラツキができてしまう。複数個のスタックで構成された燃料電池モジュールでは、性能の低いものに合わせて運転することになるため、これによってモジュール全体の性能を下げてしまうことになる。 In addition, depending on the piping structure for supplying preheated fuel gas and air, it is possible to distinguish between upstream and downstream in the arrangement of each stack, and in the downstream stack, the fuel used for power generation of the stack located upstream Will be supplied. As a result, the concentration of the fuel gas becomes lower in the stack on the downstream side, and the performance varies among the plurality of stacks. Since the fuel cell module configured by a plurality of stacks is operated in accordance with a low performance module, the performance of the entire module is lowered.
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、予熱及び吸熱に優れた燃料電池モジュールを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell module excellent in preheating and heat absorption in order to solve such problems.
本発明の燃料電池モジュールは、単セルを積層して構成された複数のスタックと、そのスタックに供給する燃料ガスを改質する改質器と、その改質器に送る燃料ガスを予熱する燃料予熱器と、スタックに供給する空気を予熱する熱交換器とを有するものであって、前記複数のスタックは略円周上に配置され、前記改質器と燃料予熱器とが当該円周の内側に配置され、前記熱交換器が当該円周の外側に配置されたものであることを特徴とする。 The fuel cell module of the present invention includes a plurality of stacks configured by stacking single cells, a reformer that reforms fuel gas supplied to the stack, and a fuel that preheats the fuel gas sent to the reformer. A preheater and a heat exchanger for preheating air supplied to the stack, wherein the plurality of stacks are arranged on a substantially circumference, and the reformer and the fuel preheater are arranged on the circumference. It is arranged inside, and the heat exchanger is arranged outside the circumference.
本発明の燃料電池モジュールは、前記複数のスタックは同一円周上に等間隔で配置され、前記燃料予熱器が筒状の前記改質器内に設けられ、当該円周の中心位置に配置されたものであることが好ましい。
本発明の燃料電池モジュールは、前記改質器から送り出された燃料ガスを溜めるガスチャンバが、前記スタックが配置された円周の内側に配置され、そのガスチャンバから放射状に伸びた複数のガス供給管によって前記スタックに接続されたものであることが好ましい。
本発明の燃料電池モジュールは、前記ガスチャンバが前記スタックを配置し円周の中心位置に配置され、そのガスチャンバからほぼ等しい長さの前記ガス供給管によって前記スタックにそれぞれ接続されたものであることが好ましい。
In the fuel cell module of the present invention, the plurality of stacks are arranged at equal intervals on the same circumference, the fuel preheater is provided in the cylindrical reformer, and is arranged at the center position of the circumference. It is preferable that
In the fuel cell module of the present invention, a gas chamber for storing the fuel gas sent out from the reformer is arranged inside a circumference where the stack is arranged, and a plurality of gas supplies extending radially from the gas chamber Preferably, the tube is connected to the stack.
In the fuel cell module of the present invention, the gas chamber is disposed at the center of the circumference with the stack disposed therein, and is connected to the stack by the gas supply pipe having an approximately equal length from the gas chamber. It is preferable.
本発明の燃料電池モジュールは、前記熱交換器が略円周上に配置された前記スタックの外側を螺旋状に配管された空気管であって、各スタックに連結された空気供給管に接続されたものであることが好ましい。
本発明の燃料電池モジュールは、前記スタックや燃料予熱器及び改質器を覆う気密な内部空間を構成し、天井に形成された排気口から二重壁になった排ガス空間を介して、その内部空間に発生した燃焼ガスを排気するようにした容体を有し、前記空気管は、その容体の周りを螺旋状に配管されたものであることが好ましい。
The fuel cell module of the present invention is an air pipe spirally piped outside the stack where the heat exchanger is arranged substantially on the circumference, and is connected to an air supply pipe connected to each stack. It is preferable that
The fuel cell module of the present invention constitutes an airtight internal space that covers the stack, the fuel preheater, and the reformer, and the exhaust gas space formed in the ceiling through an exhaust gas space that is a double wall. It is preferable to have a container for exhausting combustion gas generated in the space, and the air pipe is spirally piped around the container.
本発明の燃料電池モジュールは、前記熱交換器には理論反応量の数倍の流量を送り込み、前記スタックに対する燃料ガスの供給量変化に対応して空気の供給量を変化させるようにしたものであることが好ましい。
本発明の燃料電池モジュールは、前記複数のスタックが、2以上のスタックに跨って荷重プレートが上から当てられ、その荷重プレートに対して荷重を加えるベローズが設けられたものであることが好ましい。
本発明の燃料電池モジュールは、前記複数のスタックに接続された電流取り出し端子が、前記容体の内部空間から外に突き出され、前記容体外側で接続されたものであることが好ましい。
In the fuel cell module of the present invention, a flow rate several times the theoretical reaction amount is sent to the heat exchanger, and the supply amount of air is changed in response to a change in the supply amount of fuel gas to the stack. Preferably there is.
In the fuel cell module of the present invention, it is preferable that the plurality of stacks are provided with a load plate applied from above over two or more stacks and provided with a bellows for applying a load to the load plate.
In the fuel cell module of the present invention, it is preferable that the current extraction terminals connected to the plurality of stacks are protruded outside from the internal space of the container and connected outside the container.
よって、本発明の燃料電池モジュールによれば、複数のスタックを円周上に配置して内側と外側との各々に熱交換器を配置した構成としたので、スタックから発生する熱を燃料ガスや空気の予熱において効果的に利用することができる。
また、本発明の燃料電池モジュールによれば、ガスチャンバを使用するなどして複数あるスタックに対し均等に燃料ガスを供給するようにし、またベローズで押さえつけることにより複数あるスタックの構成を均一化させるようにすることで、各スタック間で性能の差を無くしてモジュール全体の性能を向上させている。そして、荷重プレートを使用して2以上のスタックを1つのベローズで押さえつけるようにすることでコストを押さえることができる。
Therefore, according to the fuel cell module of the present invention, the plurality of stacks are arranged on the circumference and the heat exchanger is arranged on each of the inner side and the outer side. It can be effectively used for preheating air.
Further, according to the fuel cell module of the present invention, the fuel gas is uniformly supplied to the plurality of stacks by using a gas chamber or the like, and the structure of the plurality of stacks is made uniform by pressing with the bellows. By doing so, the performance difference of each stack is eliminated and the performance of the entire module is improved. And cost can be held down by using a load plate and pressing two or more stacks with one bellows.
次に、本発明に係る燃料電池モジュールの一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図1は、燃料電池モジュールの内部構造を示した概念図であり、図2は、その主要部分の平面図である。
燃料電池モジュール1は、平板型の単セルがガスセパレータを介して多数積層されたスタック2を有するものであり、そのスタック2が同一円周上に6個配置して構成されている。本実施形態では、こうした6個のスタック2に対して燃料ガス及び空気を供給することにより、各スタック2毎にセルでの電気化学反応により電気エネルギーを取り出すものである。
Next, an embodiment of a fuel cell module according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the internal structure of the fuel cell module, and FIG. 2 is a plan view of the main part thereof.
The fuel cell module 1 has a
各スタック2には、それぞれプラス側の電流取り出し端子21とマイナス側の電流取り出し端子22が取り付けられ、これらが直列に接続される。本実施形態では、5キロワットの電力を発生させることを目的として6個のスタック2を配置した構成となっている。1個のスタック2につき1キロワット程度の出力が見込めるが、この燃料電池モジュール1では、後述するように空気の供給にブロワなどを使用するため、そうした図示しない補助装置の駆動電力を確保する目的で6個のスタック2が設けられている。なお、本実施形態で示すこうしたスタック2の数やスペックは単なる一例である。
Each
6個のスタック2は、同一円周上に均等の間隔で配置され、その中心位置には燃料予熱器3と改質器4とが配置されている。燃料予熱器3は、ドーナツ状の改質器4内に設けられ、下側から燃料ガスが送り込まれるように構成されている。すなわち、この燃料予熱器3や改質器4及びスタック2はベースプレート5の上に固定されており、ベースプレート5の下を通して配管された燃料ガス管11が燃料予熱器3へと接続されている。燃料予熱器3は、内部に流路が形成されており、そこを上昇するように流れる燃料ガスが、加熱された予熱器本体から熱を受けるようになっている。
The six
燃料予熱器3と改質器4とは上部で流路が連結し、予熱された燃料ガスが燃料予熱器3の周りの改質器4内を上から下へと流れるように構成されている。そして、その改質器4内には改質触媒が入れられており、改質反応によって燃料ガス(天然ガスなど)から改質ガス(水素等)が得られるようになっている。本実施形態では、こうして同一円周上に配置したスタック2から発生する熱を、その中心位置に配置した燃料予熱器3と改質器4に燃料ガスを流すことによって熱交換が行われるよう構成されている。
The fuel preheater 3 and the reformer 4 are connected to each other at the upper part so that the preheated fuel gas flows in the reformer 4 around the fuel preheater 3 from top to bottom. . A reforming catalyst is placed in the reformer 4, and a reformed gas (such as hydrogen) can be obtained from a fuel gas (such as natural gas) by a reforming reaction. In the present embodiment, the heat generated from the
すなわち、複数のスタック2で発生した熱を効率良く利用するため、同一円周上に配置した複数のスタック2から放射された熱を、中心に配置した燃料予熱器3及び改質器4によって吸熱する構造になっている。運転時のスタック2が800℃程度にまで発熱し、改質反応は600℃ほどで行われ、燃料予熱器3による予熱はそれ以下であってもよい。そのため、燃料予熱器3が改質器4内に設けられ、また、改質反応は吸熱反応でもあるので、こうした構造及び配置によってスタック2と改質器4との間の熱交換がより促進するよう構成されている。
That is, in order to efficiently use the heat generated in the plurality of
改質器4は、改質された改質ガスを排出する排出管12が、ベースプレート5を突き抜けて下のガスチャンバ6へと接続されている。本実施形態では、改質器4を経て改質された改質ガスを各スタック2へ直接供給するのではなく、一旦このガスチャンバ6に溜めてから各スタック2へと送るよう構成されている。そのため、改質器4の直下にガスチャンバ6が配置され、排出管12によって接続されている。ここで図3は、燃料電池モジュール1の配管構造を概念的に示した平面図である。
In the reformer 4, a
ガスチャンバ6は、同一円周上に並んだスタック2の中心に配置され、その中心位置から放射状に伸びた6本のガス供給管13によって6個のスタック2それぞれに接続されている。スタック2には、燃料ガスや空気が流れる流路が形成されているが、スタック間で誤差が生じていると、そこを流れる改質ガスの圧力損失にバラツキが生じてしまう。そうした場合に改質器4から6個のスタック2に対して改質ガスを直接送り込むと、圧力損失が大きいスタック2には改質ガスが流れ難くなり、スタック間で性能に差が生じてしまう。そこで、本実施形態では、スタック2の流路に比べて容量の大きなガスチャンバ6を設けてスタック2への供給圧を下げることで、圧力損失に差が生じていても均等に改質ガスが流れるようにしている。
The
次に、スタック2へ供給される空気に関しても予熱が行われるが、空気は同一円周上に並んだスタック2の外側を流れるよう構成されている。すなわち、燃料ガスは中心位置に設けられた燃料予熱器3及び改質器4を通って熱交換することでスタック2の内側を冷却するが、空気は円周の外側を流れて熱交換することでスタック2の外側を冷却するよう構成されている。具体的には、スタック2や燃料予熱器3及び改質器4を囲んでベースプレート5上に容体7が固定され、その周りに空気を流す空気管14が巻き付けられるようにして設けられている。ここで、図4は、容体7の構造を概念的に示した図である。
Next, the air supplied to the
容体7は、二重構造の壁31で形成された円筒形をした筺体であって、内部にスタック2や燃料予熱器3及び改質器4を配置して気密な空間を構成している。そして、天井には排気口32が形成され、二重壁31は、容体7内で燃焼した燃焼ガスが排気口32から入り、壁31に沿って流れる排ガス空間33が形成されている。スタック2に供給された燃料は80%程度が発電に使用されるが、それ以外は使用されずにスタック2の外に排出される。また、供給された空気も一部がスタック2の外に排出されるため、ともに排出された燃料ガスと空気が、高温の容体7内の雰囲気で混ざり合って燃焼する。排ガス空間33は、そうした容体7内の燃焼ガスを排出するための構造であり、容体7内の圧力によって押し出された燃焼ガスが排気管34から排気されるようになっている。
The
そのため、排ガス空間33には燃焼した高温の排気ガスが流れ、更にスタック2から発生する高温の熱も外側に向けて放熱されて容体7が熱せられる。そこで、容体7の周りを、上から下へ流れるように螺旋状の空気管14が配管され、その空気管14を流れる空気が熱交換によって予熱され、スタック2の外側を冷却するようなっている。そして、その空気管14はベースプレート5を貫き、予熱された空気が各スタック2の下側から送り込まれるようになっている。
Therefore, the high-temperature exhaust gas burned flows into the
ベースプレート5の下には、図3に示すように各スタック2の下を通るように円弧状の空気供給管15が設けられ、各スタック2に対して直下で接続されている。そして、空気管14が、円弧状の空気供給管15に対しその中心位置で接続されている。そのため、各スタック2に対する空気の供給は、燃料ガスと異なり空気供給管15との接続位置によって空気管14からの距離が異なっている。ただし、空気の場合は、理論反応量の2〜3倍の流量を流してスタック2へ送り込んでいるため、圧力損失差が生じてもスタック間での性能に影響はない。
Under the
また、大流量の空気を供給することは、冷却効果が高まるため容体7内の温度調整にも有効である。固体酸化物形燃料電池では、スタック2を構成する平板型のセルがセラミックスであるため、温度勾配が生じると熱応力によってセルが破損するおそれがある。そのため、同一円周上に配置したスタック2の内側と外側とで、それぞれに吸熱作用を行う場合には、両者のバランスがとれていることが必要になる。この点、本実施形態では、大流量の空気を外側に流すことで内側とのバランスがとられている。更には、電力使用量によって発電能力が変化すると、燃料ガスの供給量にも変動が生じるが、そうした場合でも、例えば流量センサの検出値を基にブロアの駆動制御を行うことで空気の供給量を変化させ、内側と外側とで吸熱バランスをとることができる。
Also, supplying a large flow of air is effective for adjusting the temperature in the
次に、固体酸化物形燃料電池は、スタック2が平板型単セルを多数積層して構成されているが、そのセルがセラミックスで形成されているため、単に重ね合わせただけでは、積層されたセルやセパレータとの間の密着性が良くない。そして、密着性が良くなければ、接触抵抗が大きくなってスタック2の性能を低下させることになる。そこで、本実施形態では、スタック2に対して上から荷重をかけて押さ付けることにより、セル同士が密着して当たるようにした構成がとられている。
Next, in the solid oxide fuel cell, the
スタック2を押さえ付ける押圧手段としてベローズ25が使用される。ベローズ25は、スタック2と容体7の天井との間に配置され、供給されるエア圧によってスタック2を押さえ付けるようにしている。ただし、6個あるスタック2それぞれにベローズ25を設けるのはコストがかかるため、スタック2の上にプレートを載せ、そのプレートを介してベローズ25による荷重を伝達するようにしている。そうした場合、スタック2の高さに微妙な誤差が生じていると、6個全部を一つのプレートで押さえようとしても全てに均等な荷重をかけ難い。
A bellows 25 is used as a pressing means for pressing the
そこで、本実施形態では、図5に示すように、3個のスタック2に対応したホームベース形の荷重プレート26が絶縁プレート27(図1参照)を介して当てられ、その上からベローズ25がほぼ重心位置に当たるように配置されている。また、このような構成に限らず、図6に示すように、三角の荷重プレート28の各頂点部分に絶縁の荷重バー29を固定し、直接は荷重バー29によって2個ずつのスタック2を押さえ、間接的に荷重プレート28で全部のスタック2を押さえるようにしたものであってもよい。この場合は、2個ずつのスタック2に組み分けしながらも、1つのベローズ25によって全てのスタック2を押さえ付けることができる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, a home base
このように押圧手段としてベローズ25を用いているが、これはスタック2の押さえ付け荷重を常に一定にするためである。そこで、本実施形態では、詳しく図示しないが、ベローズ25へ供給する空気の圧を管理する流体回路を有し、設定した荷重値でスタック2を押さえつけるよう構成されている。一方、押圧手段としてはベローズ以外にスプリングなどを用いることも可能である。ただし、スプリングでは、高温下ではばね定数が変わってしまい押し圧を調整することが難しく、目的とする荷重を発生させるのが困難である。そして、荷重が変化すればセルの当たり方にも変化が生じ、スタック2の性能にも影響を及ぼしてしまい、また、荷重が大きければセルを破損させることにもなる。
As described above, the
次に、燃料電池モジュール1は、各スタック2の電流取り出し端子21と22を交互に直列接続して所定の電力を得るようにしたものであるが、その電流取り出し端子21,22はベースプレート5を突き抜け、容体7の外で接続するように構成されている。容体7内は800℃ほどの高温になるため、本体内では接続部材に使用可能な材料が限定されてしまうためである。また、容体7の外で接続することにより、複数あるスタック2の一つに故障が生じても切り換えが容易で、故障したものを除いて運転を継続させることができるようになっている。
Next, the fuel cell module 1 is configured such that the
更に、この燃料電池モジュール1は、図1に示すように、ベースプレート5が架台35に載せられ、下に各パイプを配管させるためのスペースがつくられている。また、全体はハウジング36によって覆われ、容体7との間には断熱材が入れられている。図1では、ベースプレート5は解放した構成となっているが、予熱された燃料ガスや空気を冷やさないように、断熱材を入れた下蓋などで塞ぐようにする。
Furthermore, as shown in FIG. 1, the fuel cell module 1 has a
こうして構成された本実施形態の燃料電池モジュール1では、起動時は起動バーナを使用して燃焼ガスを発生させ、燃料電池の発電が開始できる温度にまで昇温させる必要があるが、その後は発電によって発生する熱によって運転が行われる。
運転時には、スタック2へ燃料ガス及び空気が送られ、それぞれ固体電解質を挟んで燃料極側には燃料が、空気極側には空気が供給されて、電気化学反応によって電力が取り出される。その際、スタック2では発電に伴って発熱し、更にスタック2から排出された燃料ガスや空気が混ざり合って容体7内で燃焼する。
In the fuel cell module 1 of the present embodiment configured as described above, it is necessary to generate combustion gas using a start burner at the time of start-up, and to raise the temperature to a temperature at which fuel cell power generation can be started. The operation is performed by the heat generated by.
During operation, fuel gas and air are sent to the
スタック2から放出された熱や燃焼ガスは、その中心位置にある燃料予熱器3や改質器4を加熱し、更に、外側の容体7の壁31が放射熱や燃焼ガスが排ガス空間33を通ることによって加熱される。そうしたなか、燃料ガス管11から送り込まれた燃料ガスは、加熱された燃料予熱器3内を上昇して予熱され、上部連絡流路を介して改質器内に流れ込み、改質反応によって水素に改質される。その後、改質ガスは一旦容量の大きなガスチャンバ6に溜められ、放射状に伸びたガス供給管13を介して6個のスタック2へと送り込まれる。一方、空気管14に送り込まれた空気は、加熱された容体7の壁31に沿って流れることで予熱され、空気供給管15から各スタック2へと送り込まれる。
The heat and combustion gas released from the
よって、本実施形態では、こうして複数のスタック2を円状に配置した中心位置に燃料予熱器3及び改質器4を、外側には排ガス空間33や空気管14を配置し、内側と外側との各々に熱交換器を配置した構成としたので、スタック2から発生する熱を燃料ガスや空気の予熱において効果的に利用することができるようになった。また、スタック2は内側と外側の両側からの吸熱反応によってバランス良く冷却されるため、熱応力の発生を防いでセルの破損を回避する効果も有する。特に、空気の供給量を調整できるようにしているので、スタック2の内側と外側との吸熱バランスをとることで更に熱応力によるセルの破損を回避できる。
Therefore, in the present embodiment, the fuel preheater 3 and the reformer 4 are arranged at the center position where the plurality of
また、改質器4を経て予熱された燃料ガスは、ガスチャンバ6を介して放射状に伸びたほぼ等しい長さのガス供給管13によって各スタック2へと送り込まれているので、複数あるスタック2の間で圧力損失差が生じていても、ほぼ同じ流量の燃料ガスを流すことができる。そのため、全てのスタック2について性能の差を無くし、或いはその差を小さくして運転することができ、モジュール全体の性能を向上させることが可能になった。
Further, since the fuel gas preheated through the reformer 4 is sent to each
また、本実施形態では、各スタック2にベローズ25による荷重をかけてセルとセパレータとの接触抵抗を減らして性能低下を回避するようにしている。そのため、複数のスタック2の構成が均一化され、これによっても性能の差を無くしてモジュール全体の性能向上が図られた。その際、荷重プレート26,28を使用することでベローズ25の数を減らすことができ、コストが抑えられている。そして、ベローズ25では、内部圧力をコントロールすることで、スタック2を所定の荷重値で安定して押し付けることができる。
Moreover, in this embodiment, the load by the
更に、本実施形態の燃料電池モジュール1では、電流取り出し端子21,22をベースプレート5から突き出し、容体7の外で接続するようにしているので、接続部材に使用可能な材料の選択が広がり、また、複数あるスタック2の一つに故障が生じても切り換えが容易で、故障したものを除いて運転を継続させることができる。
Furthermore, in the fuel cell module 1 of the present embodiment, the
以上、本発明に係る燃料電池モジュール1について一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。 As mentioned above, although one embodiment was described about fuel cell module 1 concerning the present invention, the present invention is not limited to this but various changes are possible in the range which does not deviate from the meaning.
1 燃料電池モジュール
2 スタック
3 燃料予熱器
4 改質器
6 ガスチャンバ
7 容体
11 燃料ガス管
13 ガス供給管
14 空気管
15 空気供給管
25 ベローズ
26 荷重プレート
33 排ガス空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
前記複数のスタックは略円周上に配置され、前記改質器と燃料予熱器とが当該円周の内側に配置され、前記熱交換器が当該円周の外側に配置されたものであることを特徴とする燃料電池モジュール。 A plurality of stacks configured by stacking single cells, a reformer for reforming fuel gas supplied to the stack, a fuel preheater for preheating fuel gas to be sent to the reformer, and supplying the stack In a fuel cell module having a heat exchanger for preheating air,
The plurality of stacks are arranged on a substantially circumference, the reformer and the fuel preheater are arranged inside the circumference, and the heat exchanger is arranged outside the circumference. A fuel cell module.
前記複数のスタックは同一円周上に等間隔で配置され、前記燃料予熱器が筒状の前記改質器内に設けられ、当該円周の中心位置に配置されたものであることを特徴とする燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to claim 1, wherein
The plurality of stacks are arranged at equal intervals on the same circumference, the fuel preheater is provided in the cylindrical reformer, and is arranged at the center position of the circumference. Fuel cell module.
前記改質器から送り出された燃料ガスを溜めるガスチャンバが、前記スタックが配置された円周の内側に配置され、そのガスチャンバから放射状に伸びた複数のガス供給管によって前記スタックに接続されたものであることを特徴とする燃料電池モジュール。 In the fuel cell module according to claim 1 or 2,
A gas chamber for storing fuel gas sent out from the reformer is disposed inside a circumference where the stack is disposed, and is connected to the stack by a plurality of gas supply pipes extending radially from the gas chamber. A fuel cell module characterized by being a thing.
前記ガスチャンバは、前記スタックが配置された円周の中心位置に配置され、そのガスチャンバからほぼ等しい長さの前記ガス供給管によって前記スタックにそれぞれ接続されたものであることを特徴とする燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to claim 3, wherein
The gas chamber is disposed at a central position of a circumference where the stack is disposed, and is connected to the stack by the gas supply pipe having a substantially equal length from the gas chamber. Battery module.
前記熱交換器は、略円周上に配置された前記スタックの外側を螺旋状に配管された空気管であって、各スタックに連結された空気供給管に接続されたものであることを特徴とする燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to any one of claims 1 to 4, wherein
The heat exchanger is an air pipe spirally piped outside the stack disposed substantially on the circumference, and is connected to an air supply pipe linked to each stack. Fuel cell module.
前記スタックや燃料予熱器及び改質器を覆う気密な内部空間を構成し、天井に形成された排気口から二重壁になった排ガス空間を介して、その内部空間に発生した燃焼ガスを排気するようにした容体を有し、前記空気管は、その容体の周りを螺旋状に配管されたものであることを特徴とする燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to claim 5, wherein
An airtight internal space that covers the stack, the fuel preheater, and the reformer is configured, and the combustion gas generated in the internal space is exhausted from an exhaust port formed in the ceiling through an exhaust gas space that is a double wall. A fuel cell module, comprising: a container configured to be configured, wherein the air pipe is spirally piped around the container.
前記熱交換器には理論反応量の数倍の流量を送り込み、前記スタックに対する燃料ガスの供給量変化に対応して空気の供給量を変化させるようにしたものであることを特徴とする燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to any one of claims 1 to 6,
A fuel cell characterized in that a flow rate several times the theoretical reaction amount is sent to the heat exchanger, and the supply amount of air is changed in response to a change in the supply amount of fuel gas to the stack. module.
前記複数のスタックは、2以上のスタックに跨って荷重プレートが上から当てられ、その荷重プレートに対して荷重を加えるベローズが設けられたものであることを特徴とする燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to any one of claims 1 to 7,
The fuel cell module, wherein the plurality of stacks are provided with a load plate applied from above over two or more stacks and provided with a bellows for applying a load to the load plate.
前記複数のスタックに接続された電流取り出し端子は、前記容体の内部空間から外に突き出され、前記容体外側で接続されたものであることを特徴とする燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to claim 6, wherein
The fuel cell module according to claim 1, wherein the current extraction terminals connected to the plurality of stacks protrude outward from the internal space of the container and are connected outside the container.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013178923A (en) * | 2012-02-28 | 2013-09-09 | Osaka Gas Co Ltd | Fuel cell system |
JP2016177881A (en) * | 2015-03-18 | 2016-10-06 | 富士電機株式会社 | Fuel cell module |
JP2017212215A (en) * | 2013-03-25 | 2017-11-30 | 住友精密工業株式会社 | Fuel cell |
Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0589901A (en) * | 1991-09-30 | 1993-04-09 | Fuji Electric Co Ltd | Solid electrolyte type fuel cell |
JPH05266910A (en) * | 1991-09-03 | 1993-10-15 | Sanyo Electric Co Ltd | Solid electrolyte fuel cell system |
JPH0722059A (en) * | 1993-06-29 | 1995-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | Flat solid electrolyte fuel cell |
JP2000208163A (en) * | 1999-01-19 | 2000-07-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Fuel cell fastening device |
JP2001297780A (en) * | 2000-04-12 | 2001-10-26 | Kokichi Uematsu | Fused carbonate fuel cell and electric power generating device using the same |
JP2003168469A (en) * | 2001-11-30 | 2003-06-13 | Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd | Solid electrolyte type fuel cell |
JP2004039257A (en) * | 2002-06-28 | 2004-02-05 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell |
JP2005019035A (en) * | 2003-06-24 | 2005-01-20 | Mitsubishi Materials Corp | Fuel cell |
JP2005235408A (en) * | 2004-02-17 | 2005-09-02 | Toyota Motor Corp | Fuel cell, and method for measuring length in cell laminate |
JP2005327553A (en) * | 2004-05-13 | 2005-11-24 | Mitsubishi Materials Corp | Solid oxide fuel cell |
JP2006054171A (en) * | 2004-07-12 | 2006-02-23 | Osaka Gas Co Ltd | Solid oxide fuel cell system |
JP2006147517A (en) * | 2004-10-22 | 2006-06-08 | Tokyo Gas Co Ltd | Power generating device |
JP2006260876A (en) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Hitachi Ltd | Fuel cell power generation system and its operation method |
JP2006331680A (en) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system and operation method of the same |
JP2007035498A (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Kyocera Corp | Current collection structure in fuel battery cell stack |
-
2007
- 2007-03-30 JP JP2007094869A patent/JP5242933B2/en active Active
Patent Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05266910A (en) * | 1991-09-03 | 1993-10-15 | Sanyo Electric Co Ltd | Solid electrolyte fuel cell system |
JPH0589901A (en) * | 1991-09-30 | 1993-04-09 | Fuji Electric Co Ltd | Solid electrolyte type fuel cell |
JPH0722059A (en) * | 1993-06-29 | 1995-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | Flat solid electrolyte fuel cell |
JP2000208163A (en) * | 1999-01-19 | 2000-07-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Fuel cell fastening device |
JP2001297780A (en) * | 2000-04-12 | 2001-10-26 | Kokichi Uematsu | Fused carbonate fuel cell and electric power generating device using the same |
JP2003168469A (en) * | 2001-11-30 | 2003-06-13 | Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd | Solid electrolyte type fuel cell |
JP2004039257A (en) * | 2002-06-28 | 2004-02-05 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell |
JP2005019035A (en) * | 2003-06-24 | 2005-01-20 | Mitsubishi Materials Corp | Fuel cell |
JP2005235408A (en) * | 2004-02-17 | 2005-09-02 | Toyota Motor Corp | Fuel cell, and method for measuring length in cell laminate |
JP2005327553A (en) * | 2004-05-13 | 2005-11-24 | Mitsubishi Materials Corp | Solid oxide fuel cell |
JP2006054171A (en) * | 2004-07-12 | 2006-02-23 | Osaka Gas Co Ltd | Solid oxide fuel cell system |
JP2006147517A (en) * | 2004-10-22 | 2006-06-08 | Tokyo Gas Co Ltd | Power generating device |
JP2006260876A (en) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Hitachi Ltd | Fuel cell power generation system and its operation method |
JP2006331680A (en) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system and operation method of the same |
JP2007035498A (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Kyocera Corp | Current collection structure in fuel battery cell stack |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013178923A (en) * | 2012-02-28 | 2013-09-09 | Osaka Gas Co Ltd | Fuel cell system |
JP2017212215A (en) * | 2013-03-25 | 2017-11-30 | 住友精密工業株式会社 | Fuel cell |
JP2016177881A (en) * | 2015-03-18 | 2016-10-06 | 富士電機株式会社 | Fuel cell module |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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