JP2009181740A - Fuel cell module, and fuel cell - Google Patents
Fuel cell module, and fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009181740A JP2009181740A JP2008017998A JP2008017998A JP2009181740A JP 2009181740 A JP2009181740 A JP 2009181740A JP 2008017998 A JP2008017998 A JP 2008017998A JP 2008017998 A JP2008017998 A JP 2008017998A JP 2009181740 A JP2009181740 A JP 2009181740A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- fuel cell
- gas
- combustion chamber
- pipe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
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
Description
本発明は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に使用される燃料電池モジュール、及びそれを備える燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell module used for a solid oxide fuel cell (SOFC), and a fuel cell including the same.
固体酸化物形燃料電池は、動作温度が７００〜１０００℃と高く、発電する際に出る排熱が利用できるので、高効率な発電システムとして開発が進んでいる。このような固体酸化物形燃料電池に用いられる燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セルを収容するセル室を、主に燃料電池セルにおける発電に寄与する発電室と、燃料電池セルの発電反応において使用された残余の燃料ガス及び酸化剤ガスが混合され燃焼される燃焼室とに区分する仕切板が設けられている。 Solid oxide fuel cells have a high operating temperature of 700 to 1000 ° C. and can use exhaust heat generated during power generation, and therefore are being developed as highly efficient power generation systems. A fuel cell module used for such a solid oxide fuel cell includes a cell chamber that houses a plurality of fuel cells, a power generation chamber that mainly contributes to power generation in the fuel cells, and a power generation reaction of the fuel cells. A partition plate is provided that divides into a combustion chamber in which the remaining fuel gas and oxidant gas used are mixed and burned.
この仕切板には、燃料電池セルがその開口部が燃焼室内に突出するように取り付けられている。この燃料電池セルには、燃焼室に配置された酸化剤ガスヘッダから酸化剤ガス導入管を通って燃料電池セル内に酸化剤ガスが分配供給され、燃料電池セル内で発電反応を起こした後に燃料電池セルの開口部から燃焼室に残余の酸化剤ガスが排出される。また、仕切板には、発電室から燃焼室に残余の燃料ガスを通気させる燃料ガス排出孔が設けられており、燃料ガス排出孔から排出される残余の燃料ガスが燃焼されて生じる排出ガスによって発電室等が加熱される。 The fuel cell is attached to the partition plate so that the opening protrudes into the combustion chamber. In this fuel cell, the oxidant gas is distributed and supplied from the oxidant gas header arranged in the combustion chamber through the oxidant gas introduction pipe into the fuel cell, and after the power generation reaction occurs in the fuel cell, the fuel cell The remaining oxidant gas is discharged from the opening of the battery cell into the combustion chamber. Further, the partition plate is provided with a fuel gas discharge hole for allowing the remaining fuel gas to flow from the power generation chamber to the combustion chamber, and the remaining fuel gas discharged from the fuel gas discharge hole is burned to generate exhaust gas. The power generation chamber is heated.
ところで、単に燃料ガス排出孔を設けたのみであると、燃焼室内で残余の燃料ガスが燃焼されて生じる火炎により、燃料電池セルの開口部付近が劣化する可能性がある。このため、仕切板に燃料ガス排出管を挿入してその端部を燃料電池セルの開口部よりも上方に突出させることで、燃料電池セルの開口部よりも上方で残余の燃料ガスを燃焼させて燃料電池セルの劣化を防止する燃料電池モジュールが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
上記従来の技術では、仕切板に取り付けられる燃料ガス排出管に、燃料電池セルに比べて細く機械的強度の低いセラミックスパイプが用いられている。このため、燃料ガス排出管が燃料電池セルよりも上方に突出していると、酸化剤ガスヘッダや酸化剤ガス導入管を燃焼室内に取り付ける際に、これらが接触して燃料ガス排出管を破損する恐れがある。 In the above conventional technique, a ceramic pipe that is thinner than a fuel cell and has low mechanical strength is used for a fuel gas discharge pipe attached to the partition plate. For this reason, if the fuel gas discharge pipe protrudes above the fuel cell, when the oxidant gas header or oxidant gas introduction pipe is installed in the combustion chamber, they may come into contact with each other and damage the fuel gas discharge pipe. There is.
そこで、本発明では、燃料ガス又は酸化剤ガスを発電室から燃焼室へと導く管の破損を防止することができる燃料電池モジュール、及びそれを用いた燃料電池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 capable of preventing damage to a pipe that guides fuel gas or oxidant gas from a power generation chamber to a combustion chamber, and a fuel cell using the same.
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する複数の電気的に繋げられた管状の燃料電池セルと、前記燃料電池セルを収容するためのセル室を形成する容器と、を備える燃料電池モジュールであって、前記セル室を、前記燃料電池セルにおいて燃料ガス及び酸化剤ガスが作用して発電がおこなわれる発電室と、前記燃料電池セルの管内を流れる燃料ガス及び酸化剤ガスの一方と前記燃料電池セルの管外を流れる燃料ガス及び酸化剤ガスの他方とを燃焼させて排出ガスを生成する燃焼室とに分離する仕切板と、前記燃焼室に配置され前記燃料電池セルに燃料ガス及び酸化剤ガスの一方を供給するためのガスヘッダと、前記ガスヘッダに繋げられており、前記ガスヘッダから前記燃料電池セルの管内へと燃料ガス及び酸化剤ガスの一方を導く第一導通管と、前記燃焼室に前記発電室から燃料ガス及び酸化剤ガスの他方を導く第二導通管と、を備え、前記燃料電池セルは、前記仕切板を挟んで前記発電室から前記燃焼室へと一端が突出すると共に、前記第二導通管も、前記仕切板を挟んで前記発電室から前記燃焼室へと一端が突出しており、前記燃料電池セルが前記仕切板から前記燃焼室へ突出する長さよりも、前記第二導通管が前記仕切板から前記燃焼室へ突出する長さが同等以下である。 To achieve the above object, a fuel cell module according to the present invention accommodates a plurality of electrically connected tubular fuel cells operated by a fuel gas and an oxidant gas, and the fuel cells. A fuel cell module comprising: a container for forming a cell chamber of the fuel cell, wherein the cell chamber is configured to generate power by the action of a fuel gas and an oxidant gas in the fuel cell; and the fuel cell. A partition plate for separating one of the fuel gas and the oxidant gas flowing in the pipe and the other of the fuel gas and the oxidant gas flowing outside the pipe of the fuel battery cell into a combustion chamber for generating exhaust gas; A gas header disposed in the combustion chamber for supplying one of fuel gas and oxidant gas to the fuel cell, and connected to the gas header, from the gas header to the fuel cell A first conducting pipe for guiding one of fuel gas and oxidant gas into the pipe of the cell; and a second conducting pipe for guiding the other of the fuel gas and oxidant gas from the power generation chamber to the combustion chamber. One end of the battery cell protrudes from the power generation chamber to the combustion chamber with the partition plate in between, and the other end of the second conduction pipe also protrudes from the power generation chamber to the combustion chamber with the partition plate in between. The length by which the second conducting pipe projects from the partition plate to the combustion chamber is equal to or less than the length by which the fuel battery cell projects from the partition plate to the combustion chamber.
本発明によれば、燃料ガス又は酸化剤ガスを発電室から燃焼室へと導く管の破損を効果的に抑制することができる燃料電池モジュールを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell module which can suppress effectively the failure | damage of the pipe | tube which guide | induces fuel gas or oxidizing agent gas from a power generation chamber to a combustion chamber can be provided.
本発明を実施するための最良の形態を説明するのに先立って、本発明の作用効果について説明する。 Prior to describing the best mode for carrying out the present invention, the function and effect of the present invention will be described.
本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する複数の電気的に繋げられた管状の燃料電池セルと、前記燃料電池セルを収容するためのセル室を形成する容器と、を備える燃料電池モジュールであって、前記セル室を、前記燃料電池セルにおいて燃料ガス及び酸化剤ガスが作用して発電がおこなわれる発電室と、前記燃料電池セルの管内を流れる燃料ガス及び酸化剤ガスの一方と前記燃料電池セルの管外を流れる燃料ガス及び酸化剤ガスの他方とを燃焼させて排出ガスを生成する燃焼室とに分離する仕切板と、前記燃焼室に配置され前記燃料電池セルに燃料ガス及び酸化剤ガスの一方を供給するためのガスヘッダと、前記ガスヘッダに繋げられており、前記ガスヘッダから前記燃料電池セルの管内へと燃料ガス及び酸化剤ガスの一方を導く第一導通管と、前記燃焼室に前記発電室から燃料ガス及び酸化剤ガスの他方を導く第二導通管と、を備え、前記燃料電池セルは、前記仕切板を挟んで前記発電室から前記燃焼室へと一端が突出すると共に、前記第二導通管も、前記仕切板を挟んで前記発電室から前記燃焼室へと一端が突出しており、前記燃料電池セルが前記仕切板から前記燃焼室へ突出する長さよりも、前記第二導通管が前記仕切板から前記燃焼室へ突出する長さが同等以下である。 A fuel cell module according to the present invention includes a plurality of electrically connected tubular fuel cells operated by a fuel gas and an oxidant gas, and a container forming a cell chamber for accommodating the fuel cells. A fuel cell module comprising: a power generation chamber in which fuel gas and oxidant gas act on the fuel cell to generate power; and fuel gas and oxidation flowing in a pipe of the fuel cell. A partition plate for separating one of the agent gas and the other of the fuel gas and the oxidant gas flowing outside the tube of the fuel cell into a combustion chamber that generates exhaust gas, and the fuel disposed in the combustion chamber A gas header for supplying one of the fuel gas and the oxidant gas to the battery cell; and connected to the gas header; the fuel gas and the fuel cell are fed from the gas header into the pipe of the fuel cell. A first conducting pipe for guiding one of the oxidant gases, and a second conducting pipe for guiding the other of the fuel gas and the oxidant gas from the power generation chamber to the combustion chamber, and the fuel cell includes the partition plate. One end protrudes from the power generation chamber to the combustion chamber across the second conduction pipe, and one end protrudes from the power generation chamber to the combustion chamber across the partition plate. The length that the second conducting pipe projects from the partition plate to the combustion chamber is equal to or less than the length that projects from the partition plate to the combustion chamber.
本発明に係る燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セルを収容するためのセル室を仕切板によって仕切り、発電室と燃焼室とに分離している。発電室では、燃料電池セルの管外を流れる燃料ガス又は酸化剤ガスと、燃料電池セルの管内を流れる燃料ガス又は酸化剤ガスとが反応して発電される。その発電に寄与しなかった残余の燃料ガス又は酸化剤ガスの内、燃料電池セルの管外を流れたガスは第二導通管を通って燃焼室へと導かれ、第一導通管から燃料電池セルの管内に導かれた後のガスと燃焼して排出ガスを生成する。本発明の場合、燃料電池セルの一端が仕切板から燃焼室内へと突出し、第二導通管も仕切板から燃焼室内へと突出しているが、燃料電池セルが仕切板から燃焼室へ突出する長さよりも、第二導通管が仕切板から燃焼室へ突出する長さが同等以下となるように構成している。従って、ガスヘッダに繋がれた第一導通管を燃料電池セルの管内に挿入し、ガスヘッダを燃料電池セルの上方に配置する際に、燃料電池セルよりも第二導通管が突出していないので、ガスヘッダを第二導通管にぶつけて破損してしまうことを防止できる。 In the fuel cell module according to the present invention, a cell chamber for housing a plurality of fuel cells is partitioned by a partition plate and separated into a power generation chamber and a combustion chamber. In the power generation chamber, the fuel gas or oxidant gas flowing outside the tube of the fuel cell and the fuel gas or oxidant gas flowing inside the tube of the fuel cell react to generate power. Of the remaining fuel gas or oxidant gas that did not contribute to the power generation, the gas that flowed outside the tube of the fuel cell was led to the combustion chamber through the second conduction tube, and the fuel cell from the first conduction tube Combusted with the gas after being introduced into the tube of the cell to generate exhaust gas. In the case of the present invention, one end of the fuel cell protrudes from the partition plate into the combustion chamber, and the second conduction pipe also protrudes from the partition plate into the combustion chamber. However, the length of the fuel cell protruding from the partition plate into the combustion chamber is long. In addition, the length by which the second conducting pipe projects from the partition plate to the combustion chamber is equal to or less than that. Therefore, when the first conducting pipe connected to the gas header is inserted into the pipe of the fuel cell and the gas header is arranged above the fuel battery cell, the second conducting pipe does not protrude from the fuel battery cell. Can be prevented from hitting the second conducting tube and being damaged.
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記燃料電池セルが前記仕切板から前記燃焼室へと突出する長さと、前記第二導通管が前記仕切板から前記燃焼室へと突出する長さとの差は、前記第二導通管の一端において燃料ガス及び酸化剤ガスが燃焼する際に発生する熱が、前記燃料電池セルの性能を阻害する程度には前記燃料電池セルに伝わらないように設定されていることも好ましい。 In the fuel cell module according to the present invention, the length of the fuel cell protruding from the partition plate to the combustion chamber, and the length of the second conducting tube protruding from the partition plate to the combustion chamber. The difference is set so that the heat generated when the fuel gas and the oxidant gas are burned at one end of the second conducting pipe is not transmitted to the fuel battery cell to the extent that it impedes the performance of the fuel battery cell. It is also preferable.
この好ましい態様によれば、燃料電池セルが仕切板から燃焼室へ突出する長さよりも、第二導通管が仕切板から燃焼室へ突出する長さが短くなるように構成されており、その長さの差は、燃料ガスと酸化剤ガスとが燃焼する際に発生する熱が、燃料電池セルの性能を阻害しない程度に設定されている。従って、ガスヘッダを第二導通管にぶつけて破損してしまうことが防止できると共に、使用時において燃料電池セルの性能を阻害することが防止できるので、破損防止効果と発電性能低下防止効果とが両立して実現できる。 According to this preferable aspect, the length by which the second conductive pipe projects from the partition plate to the combustion chamber is shorter than the length by which the fuel battery cell projects from the partition plate to the combustion chamber. The difference is set to such an extent that the heat generated when the fuel gas and the oxidant gas burn does not hinder the performance of the fuel cell. Therefore, it is possible to prevent the gas header from being damaged by hitting the second conducting pipe and to prevent the performance of the fuel cell from being impaired during use. Can be realized.
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記燃料電池セルと前記第二導通管との距離は、前記第二導通管の一端において燃料ガス及び酸化剤ガスが燃焼する際に発生する熱が、前記燃料電池セルの性能を阻害する程度には前記燃料電池セルに伝わらないように設定されていることも好ましい。 Further, in the fuel cell module according to the present invention, the distance between the fuel cell and the second conducting pipe is determined by the heat generated when the fuel gas and the oxidant gas burn at one end of the second conducting pipe. It is also preferable that the fuel cell is set so as not to be transmitted to the extent that it impedes the performance of the fuel cell.
この好ましい態様によれば、燃料電池セルと第二導通管との距離を、燃料ガスと酸化剤ガスとが燃焼する際に発生する熱が、燃料電池セルの性能を阻害しない程度に引き離して設定されている。従って、ガスヘッダを第二導通管にぶつけて破損してしまうことが防止できると共に、使用時において燃料電池セルの性能を阻害することが防止できるので、破損防止効果と発電性能低下防止効果とが両立して実現できる。例えば、燃料電池セルと第二導通管との距離を十分に確保して、仕切板から燃料電池セルが突出する長さと第二導通管が突出する長さとの差を小さく設定して、残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガスとの燃焼を促進することもできる。 According to this preferable aspect, the distance between the fuel battery cell and the second conducting pipe is set so that the heat generated when the fuel gas and the oxidant gas burn does not disturb the performance of the fuel battery cell. Has been. Therefore, it is possible to prevent the gas header from being damaged by hitting the second conducting pipe and to prevent the performance of the fuel cell from being impaired during use. Can be realized. For example, a sufficient distance between the fuel battery cell and the second conduction pipe is secured, and the difference between the length of the fuel battery cell projecting from the partition plate and the length of the second conduction pipe projecting is set small, and the remaining It is also possible to promote combustion of the fuel gas and the remaining oxidant gas.
また、本発明に係る燃料電池モジュールを備える燃料電池では、上述したような作用効果を奏する燃料電池を提供することができる。 Moreover, in a fuel cell provided with the fuel cell module according to the present invention, a fuel cell having the above-described effects can be provided.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図１は、本実施形態に係る燃料電池モジュールＦＣを部分的に破断した概略的な斜視図である。燃料電池モジュールＦＣは、燃料ガスと空気（酸化剤ガス）とを電気化学反応させることで発電するための装置として構成されている。 FIG. 1 is a schematic perspective view in which the fuel cell module FC according to this embodiment is partially broken. The fuel cell module FC is configured as a device for generating electric power by causing an electrochemical reaction between fuel gas and air (oxidant gas).
燃料電池モジュールＦＣは、燃料電池セル２と、集電部材３，４と、集電ロッド５と、空気ヘッダ６（ガスヘッダ）と、空気供給管７と、モジュール容器８と、絶縁断熱部材９と、断熱部材１０とを備えている。
The fuel cell module FC includes a
燃料電池セル２は、２列×６列の１２本ごとに燃料電池セルスタック（図１において明示しない）として構成され、モジュール容器８（容器）内に収められている。各燃料電池セル２は、有底筒状であって、セラミックス材料からなり筒の内側から外側に向かって空気極、固体酸化物電解質、燃料極の多層構造を形成している。燃料電池セル２の内壁すなわち空気極に空気、外壁すなわち燃料極に燃料ガスが接触すると、セル内でＯ２−イオンが移動して電気化学反応が起こり空気極と燃料極との間に電位差が生じで発電が行われる。燃料電池セル２が発電した電気は、集電部材３，４によって集電され、集電ロッド５によって外部に取出される。
The
各燃料電池セル２に供給される空気は、空気供給管７を通って空気ヘッダ６に供給された空気が分配されて供給される。本実施形態の場合空気ヘッダ６は３つ設けられており、それぞれの空気ヘッダ６に空気供給管７が繋がれている。空気供給管７の上流側は空気の供給元に連結されている。
The air supplied to each
空気ヘッダ６は、各燃料電池セル２に供給される空気を一時的に貯留して昇温させる役割を果たすと共に、各燃料電池セル２に空気を分配する役割も果たしている。空気ヘッダ６は、各燃料電池セル２に供給する空気の流路を燃料電池セル２の数に応じて複数の系統に分配するためのものでもあるので、燃料電池セル２の数に応じてその配置数量が増減される。
The
各燃料電池セル２に供給される燃料ガスは、各燃料電池セル２の下方から供給される（詳細は後述する）。
The fuel gas supplied to each
燃料電池セル２、集電部材３，４、及び空気ヘッダ６は、直方体形状のモジュール容器８に収容されている。従って、モジュール容器８は、燃料電池セル２を収容するためのセル室を形成している。このモジュール容器８は、運転時に高温になることから、例えば、インコネルやステンレスなどの耐熱性の合金材料により形成されている。また、燃料ガスや空気を外部に漏出させないために密閉構造となっている。モジュール容器８の内側には、燃料電池セル２とモジュール容器８とを絶縁すると共に、モジュール容器８内部を保温するための絶縁断熱部材９が設けられている。絶縁断熱部材９は、アルミナ繊維等で形成されている。モジュール容器８は更に、動作温度を安定に保つためにその全体が断熱部材１０で覆われている。
The
続いて、図２を参照しながら、燃料電池セル２の配置態様について説明する。図２は、図１において空気ヘッダ６側から燃料電池セル２側を見通す方向における横断面図である。燃料電池セル集合体２１は、複数の燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備えている。各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、１２本の燃料電池セル２を有し、それぞれの燃料電池セル２は、２列（図中ｘ方向）×６列（図中ｙ方向）に配置されている。
Then, the arrangement | positioning aspect of the
各燃料電池セル２は有底円筒状であって、その開口部２ａを空気ヘッダ６側に向けて配置されている。各燃料電池セル２は、セル間集電部材１３及び導電性のセル接続部材１４を介して、電気的に２並列×６直列に接続されている。なお、燃料電池セル２は、発電容量等に応じて本数や配列が適宜選択される。
Each
各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、所定の間隔を置いて３列（図中ｘ方向）に配置されており、３６本の燃料電池セル２を有する燃料電池セル集合体２１を構成している。それぞれの燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、集電部材４を介して電気的に直列に接続されている。直列接続された燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃの両端に配置される燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｃの端部には、集電部材５が繋がれている。集電部材５は集電ロッド６に繋がれているので、集電ロッド６を介して外部に電力が取り出すことができる。
The
各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃにはそれぞれ、燃料電池セル２が６列に並べられている一対の側面に接するように絶縁板１６が配置されている。更に、隣接する絶縁板１６の間には熱伝導板１５が配置されている。燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｃと絶縁断熱部材１１との間にも熱伝導板１５が配置されている。熱伝導板１５と集電部材４，５との間には、絶縁棒１１が配置されている。
Each of the
このように熱伝導板１５が配置されることで、局部的に燃料電池セル２の温度が高くなっても、熱伝導板１５を介して高温部分から低温部分へ熱が移動しやすくなり、燃料電池セル２の温度分布を均一化させることができる。
By disposing the
また、上述したように絶縁板１６及び絶縁棒１１が配置されることで、熱伝導板１５と燃料電池セル２との間の電気絶縁性、及び熱伝導板１５と集電部材４，５との間の電気絶縁性が確保される。
Further, as described above, the insulating
続いて、図３を参照しながら、燃料電池セル２の配置態様と燃料ガス及び空気の供給態様について説明する。図３は、燃料電池モジュールＦＣの縦断面図であって、モジュール容器８の内部を示す図である。
Subsequently, an arrangement mode of the
図３に示すように、モジュール容器８の下方には、モジュール容器８内に導入する燃料ガスを均一に分散するための燃料ガス分散室１７が形成されている。この燃料ガス分散室１７内には、燃料ガスを予備分散する予備分散板１８が配置されている。この予備分散板１８は、例えばアルミナからなり、燃料ガス通気孔１９が一様に形成されている。また、予備分散板１８の上方には、例えばＮｉフォームからなる燃料ガス分散材２１が配置されている。燃料ガス分散室１７の上流側（図中下側）には、燃料ガス供給管２２が設けられ、この燃料ガス供給管２２の上流側は燃料ガスの供給元に連結されている。また、モジュール容器８と燃料ガス分散室１７との間には、燃料ガスを燃料ガス分散室１７からモジュール容器８に通気させるための燃料ガス分散板２３が設けられている。この燃料ガス分散板２３には、複数の燃料ガス供給孔２４が形成されている。
As shown in FIG. 3, a fuel
また、燃料電池セル集合体２１の上方に配置される空気ヘッダ６には、燃料電池セル２の空気極に空気を導入する複数の空気導入管（第一導通管）２５が連結されている。この空気導入管２５は、燃料電池セル２の管内に挿入され、その下端部は燃料電池セル２の底面付近まで延びている。
The
また、モジュール容器８内には、燃料電池セル２の長尺方向に対して垂直方向に沿って形成される矩形状の仕切板２６が設けられている。この仕切板２６は、アルミナ繊維を積層してブランケット状に形成したものが用いられている。モジュール容器８内において、この仕切板２６で仕切られた上側に燃焼室２７が形成され、下側に発電室２８が形成される。従って、モジュール容器８内に形成されているセル室は、燃料室２７と発電室２８とに分離されている。ここで、燃焼室２７は、発電室２８で反応に寄与しなかった余剰の燃料ガスと、各燃料電池セル２の筒内で反応に寄与しなかった余剰の空気とを混合して燃焼させるための空間である。発電室２８は、燃料ガス供給孔２４から導入される燃料ガスを各燃料電池セル２に接触させ、各燃料電池セル２の管内に流れる空気との電気化学反応を生じさせて発電させるための空間である。
In the
続いて、仕切板２６について更に詳しく説明する。図４は、図３の仕切板２６近傍を拡大した図である。図５は、図４に示す仕切板２６を上方から見た状態を示す図である。
Subsequently, the
図４及び図５に示すように、仕切板２６には、残余の燃料ガスを発電室２８から燃焼室２７に排出するための、例えばアルミナからなる筒状の燃料ガス排出管２９（第二導通管）が複数挿通されている。また、燃料電池セル２を挿入するための円形の挿入孔３１が複数形成され、各燃料電池セル２の開口部側が挿入孔３１に固定されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
また、図４に示すように、燃料電池セル２は、開口部２ａ側が仕切板２６から燃焼室２７内に突出して設けられている。また、燃料ガス排出管２９は、一端側が仕切板２６から燃焼室２７内に突出しており、燃料電池セル２の突出量よりも燃料ガス排出管２９の突出量が少なくなるように設けられている。なお、燃料ガス排出管２９の突出量は、燃料電池セル３の突出量と同等であっても良い。
As shown in FIG. 4, the
また、図５に示すように、各燃料電池セル２は、直径（Ｄ１）が１６ｍｍであり、ｘ方向の中心間距離（Ｌｘ）、ｙ方向の中心間距離（Ｌｙ）がそれぞれ２０ｍｍの間隔をおいて配置されている。燃料ガス排出管２９（２９１，２９２）は、それぞれ直径（Ｄ２）が １．５ ｍｍであり、各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃにおける２列の燃料電池セル２と平行に３列配列されている。
Further, as shown in FIG. 5, each
説明の便宜上、燃料ガス排出管２９を、各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃにおいて、２列配置されている燃料電池セル２の間に配置されている列のものを燃料ガス排出管２９１と、２列配置されている燃料電池セル２の両側に配置されている列のものを燃料ガス排出管２９２と表記する。従って、中央に配列される燃料ガス排出管２９１は、各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃにおける２列に配列された各燃料電池セル２の列間に、隣接する各燃料電池セル２と等間隔になるように配列されている。また、外側に配列される燃料ガス排出管２９２燃料電池セル２の各行を挟んで両側に、隣接する各燃料電池セル２と等間隔になるように配列されている。
For convenience of explanation, the fuel
燃料ガス排出管２９１は、隣接する燃料電池セル２までの中心間距離（Ｌ１）が１４．１４ｍｍであり、燃料電池セル２の外周面までの距離が、６．１４ｍｍである。また、燃料ガス排出管２９２は、隣接する燃料電池セル２までの中心間距離（Ｌ２）が１２．８ｍｍであり、燃料電池セル２の外周面までの距離が、４．８ｍｍである。そして、図４に示されるように、燃料ガス排出管２９１、２９２は、排出される残余の燃料ガスの燃焼により生じる火炎Ｆにより、隣接する燃料電池セル２に影響を与えない距離を確保している。
Fuel
続いて、図６を参照しながら、燃料電池モジュールＦＣを用いた燃料電池ＦＣＳの構成について説明する。図６は、燃料電池ＦＣＳの構成を示すブロック図である。図６に示すように、燃料電池ＦＣＳは、燃料電池モジュールＦＣと、燃料供給部ＦＰと、空気供給部ＡＰと、水供給部ＷＰと、電力取出部ＥＰと、制御部ＣＳとを備えている。燃料供給部ＦＰ、空気供給部ＡＰ、水供給部ＷＰ、及び電力取出部ＥＰは、燃料電池ＦＣＳの補器ＡＤを構成している。 Next, the configuration of the fuel cell FCS using the fuel cell module FC will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell FCS. As shown in FIG. 6, the fuel cell FCS includes a fuel cell module FC, a fuel supply unit FP, an air supply unit AP, a water supply unit WP, a power extraction unit EP, and a control unit CS. . The fuel supply unit FP, the air supply unit AP, the water supply unit WP, and the power extraction unit EP constitute an auxiliary device AD of the fuel cell FCS.
燃料供給部ＦＰは、燃料供給源としての都市ガス配管から燃料ガスを燃料電池モジュールＦＣに供給する部分であって、燃料ポンプ、電磁弁を有している。燃料供給部ＦＰから供給される燃料ガスは燃料ガス供給管２２へと送り出される。
The fuel supply unit FP is a part that supplies fuel gas from a city gas pipe as a fuel supply source to the fuel cell module FC, and includes a fuel pump and an electromagnetic valve. The fuel gas supplied from the fuel supply unit FP is sent out to the fuel
空気供給部ＡＰは、空気供給源としての大気中から空気を固体酸化物形燃料電池モジュール１に供給する部分であって、空気ブロア、電磁弁を有している。空気供給部ＡＰから供給される空気は空気供給管８へと送り出される。
The air supply part AP is a part that supplies air from the atmosphere as an air supply source to the solid oxide
水供給部ＷＰは、水供給源としての水道管から水を固体酸化物形燃料電池モジュール１に供給する部分であって、水ポンプ、電磁弁を有している。水供給部ＷＰから供給される水は、燃料電池モジュールＦＣ内部で水蒸気となって送り出される。
The water supply unit WP is a part that supplies water to the solid oxide
電力取出部ＥＰは、燃料電池モジュールＦＣから電力を取り出す部分であって、インバータ等の電力変換装置を有している。電力取出部ＥＰは、集電ロッド５と繋がっていて、変換した電力は電力供給先へと送り出すように構成されている。
The power extraction unit EP is a part that extracts electric power from the fuel cell module FC, and includes a power conversion device such as an inverter. The power extraction unit EP is connected to the
制御部ＣＳは、燃料供給部ＦＰ、空気供給部ＡＰ、駆動補器ＡＤ、及び電力取出部ＥＰのそれぞれを制御するための部分であって、ＣＰＵやＲＯＭを有している。燃料電池モジュールＦＣの動作は、制御部ＣＳからの指示信号に基づいて実行される。 The control unit CS is a part for controlling each of the fuel supply unit FP, the air supply unit AP, the driving auxiliary device AD, and the power extraction unit EP, and includes a CPU and a ROM. The operation of the fuel cell module FC is executed based on an instruction signal from the control unit CS.
このように構成された燃料電池ＦＣＳの動作について説明する。発電室２８を電気化学反応が生じる温度（７００〜１０００℃）に昇温する。空気供給部ＡＰから空気を空気供給管７に供給し、空気ヘッダ６内に貯留する。貯留された空気は、複数の空気導入管２５内を下方に流れ、下端から燃料電池セル２の筒内に流出する。流出した空気は、燃料電池セル２の筒内を上方に流れる。このとき、空気は、空気極に接触して反応に供される。反応で消費されなかった空気は、燃料電池セル２の開口部２ａから燃焼室２７に達する。
The operation of the fuel cell FCS configured as described above will be described. The
また、燃料供給部ＦＰから燃料ガスを燃料ガス供給管２２に供給し、燃料ガス分散室１７内に貯留する。貯留された燃料ガスは、燃料ガス分散板２３に形成された複数の燃料ガス供給孔２４から発電室２８内に導入され、発電室２８内を各燃料電池セル２を包囲しながら上方に流れる。このとき、燃料ガスは、燃料極に接触して反応に供される。反応で消費されなかった燃料ガスは、仕切板２６の燃料ガス排出管２９を通って燃焼室２７に達する。
Further, the fuel gas is supplied from the fuel supply unit FP to the fuel
燃焼室２７に達した残余の燃料ガスと残余の空気とは、所定の点火装置を用いて燃焼され排出ガスが、モジュール容器９の上壁に連結された排ガス管から燃焼室２７の外に排出される。この排出ガスは高温となるために、発電室２８を加熱するための熱源として利用される。
The remaining fuel gas and the remaining air that have reached the
ＦＣ…燃料電池モジュール、２１…燃料電池セル集合体、２…燃料電池セル、６…空気ヘッダ、２５…空気導入管、８…モジュール容器、２６…仕切板、２７…燃焼室、２８…発電室、２９、２９１、２９２…燃料ガス排出管。 FC ... Fuel cell module, 21 ... Fuel cell assembly, 2 ... Fuel cell, 6 ... Air header, 25 ... Air introduction pipe, 8 ... Module container, 26 ... Partition plate, 27 ... Combustion chamber, 28 ... Power generation chamber , 29, 29 1 , 29 2 ... Fuel gas discharge pipe.
Claims (4)
前記燃料電池セルを収容するためのセル室を形成する容器と、を備える燃料電池モジュールであって、
前記セル室を、前記燃料電池セルにおいて燃料ガス及び酸化剤ガスが作用して発電がおこなわれる発電室と、前記燃料電池セルの管内を流れる燃料ガス及び酸化剤ガスの一方と前記燃料電池セルの管外を流れる燃料ガス及び酸化剤ガスの他方とを燃焼させて排出ガスを生成する燃焼室とに分離する仕切板と、
前記燃焼室に配置され前記燃料電池セルに燃料ガス及び酸化剤ガスの一方を供給するためのガスヘッダと、
前記ガスヘッダに繋げられており、前記ガスヘッダから前記燃料電池セルの管内へと燃料ガス及び酸化剤ガスの一方を導く第一導通管と、
前記燃焼室に前記発電室から燃料ガス及び酸化剤ガスの他方を導く第二導通管と、を備え、
前記燃料電池セルは、前記仕切板を挟んで前記発電室から前記燃焼室へと一端が突出すると共に、前記第二導通管も、前記仕切板を挟んで前記発電室から前記燃焼室へと一端が突出しており、
前記燃料電池セルが前記仕切板から前記燃焼室へ突出する長さよりも、前記第二導通管が前記仕切板から前記燃焼室へ突出する長さが同等以下であることを特徴とする燃料電池モジュール。 A plurality of electrically connected tubular fuel cells operated by fuel gas and oxidant gas;
A container that forms a cell chamber for housing the fuel cell, and a fuel cell module comprising:
The cell chamber includes a power generation chamber in which fuel gas and oxidant gas act on the fuel battery cell to generate power, one of the fuel gas and oxidant gas flowing through the pipe of the fuel battery cell, and the fuel cell A partition plate for separating the other of the fuel gas and the oxidant gas flowing outside the pipe into a combustion chamber for generating exhaust gas;
A gas header disposed in the combustion chamber for supplying one of fuel gas and oxidant gas to the fuel cell;
A first conducting pipe that is connected to the gas header and guides one of fuel gas and oxidant gas from the gas header into the pipe of the fuel cell;
A second conducting pipe for guiding the other of the fuel gas and the oxidant gas from the power generation chamber to the combustion chamber,
One end of the fuel cell protrudes from the power generation chamber to the combustion chamber with the partition plate interposed therebetween, and the second conduction pipe also has one end from the power generation chamber to the combustion chamber with the partition plate interposed therebetween. Is protruding,
The fuel cell module is characterized in that the length of the second conductive pipe projecting from the partition plate to the combustion chamber is equal to or less than the length of the fuel cell projecting from the partition plate to the combustion chamber. .
前記第二導通管の一端において燃料ガス及び酸化剤ガスが燃焼する際に発生する熱が、前記燃料電池セルの性能を阻害する程度には前記燃料電池セルに伝わらないように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。 The difference between the length of the fuel cell projecting from the partition plate to the combustion chamber and the length of the second conducting tube projecting from the partition plate to the combustion chamber is:
It is set so that the heat generated when the fuel gas and the oxidant gas are burned at one end of the second conducting pipe is not transmitted to the fuel battery cell to the extent that it impedes the performance of the fuel battery cell. The fuel cell module according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008017998A JP2009181740A (en) | 2008-01-29 | 2008-01-29 | Fuel cell module, and fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008017998A JP2009181740A (en) | 2008-01-29 | 2008-01-29 | Fuel cell module, and fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009181740A true JP2009181740A (en) | 2009-08-13 |
Family
ID=41035555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008017998A Pending JP2009181740A (en) | 2008-01-29 | 2008-01-29 | Fuel cell module, and fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009181740A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011129280A (en) * | 2009-12-15 | 2011-06-30 | Toyota Motor Corp | Fuel battery module |
-
2008
- 2008-01-29 JP JP2008017998A patent/JP2009181740A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011129280A (en) * | 2009-12-15 | 2011-06-30 | Toyota Motor Corp | Fuel battery module |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8535844B2 (en) | Fuel cell module | |
| JP5235291B2 (en) | Fuel cell | |
| JP4986930B2 (en) | Fuel cell and operation method thereof | |
| JP5300172B2 (en) | Fuel cell | |
| JP4325924B2 (en) | Fuel cell | |
| JP4758074B2 (en) | Fuel cell assembly and fuel cell | |
| JP4942335B2 (en) | Fuel cell stack and fuel cell | |
| JP5435191B2 (en) | Fuel cell module and fuel cell including the same | |
| JP6406704B2 (en) | Fuel cell module | |
| JP2010232181A (en) | Current-collecting member, fuel cell stack, and fuel cell | |
| JP4313558B2 (en) | Fuel cell and operation method thereof | |
| JP2009181740A (en) | Fuel cell module, and fuel cell | |
| JP4814497B2 (en) | Fuel cell | |
| JP2009230855A (en) | Fuel battery module and fuel cell | |
| JP4776606B2 (en) | Fuel cell | |
| JP2009181823A (en) | Fuel cell module and fuel cell | |
| WO2020129372A1 (en) | Fuel cell module | |
| JP4546766B2 (en) | Current collecting member, fuel cell stack and fuel cell | |
| JP2011029201A (en) | Fuel battery and method of operating the same | |
| JP2005150077A (en) | Fuel cell | |
| JP2009231187A (en) | Fuel cell module and fuel cell including it | |
| JP5299839B2 (en) | Fuel cell module and fuel cell | |
| JP2009181822A (en) | Fuel cell module and fuel cell | |
| JP2009205996A (en) | Method of operating fuel cell system | |
| JP6498884B2 (en) | Fuel cell |