JP2015050026A - Cell stack device, fuel cell module and fuel cell apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セルスタック装置、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 cell stack device, 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）と酸素含有ガス（空気）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セル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（例えば、特許文献１参照。）。 In recent years, as a next-generation energy, a fuel cell module in which a fuel cell capable of obtaining electric power using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air) is stored in a storage container, or a fuel cell Various fuel cell devices in which a module is housed in an outer case have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
このような燃料電池装置においては、燃料電池セルを複数個配列してなるセルスタックが、該燃料電池セルに燃料ガスを供給するマニホールドに固定されているとともに、セルスタックの上方に、マニホールドに接続されて、燃料電池セルに供給する燃料ガスを水蒸気改質にて生成するための改質器が配置されてなるセルスタック装置が、収納容器内に収納されている。 In such a fuel cell device, a cell stack formed by arranging a plurality of fuel cells is fixed to a manifold that supplies fuel gas to the fuel cells, and is connected to the manifold above the cell stack. A cell stack device in which a reformer for generating fuel gas supplied to the fuel battery cell by steam reforming is disposed is housed in a housing container.
ところで、このようなセルスタック装置を構成するセルスタックにおいて、燃料ガスの供給側となる部位の温度が低下し、温度分布を生じる場合があった。これは、改質器での原燃料の改質反応が不十分であり、未改質の原燃料が燃料電池セル内で改質（内部改質）され、その際、吸熱反応によって燃料電池セル自身が温度低下することが原因の１つとして考えられる。 By the way, in the cell stack that constitutes such a cell stack apparatus, the temperature of the portion on the fuel gas supply side is lowered, and a temperature distribution may occur. This is because the reforming reaction of the raw fuel in the reformer is insufficient, and the unreformed raw fuel is reformed (internal reforming) in the fuel battery cell. One possible cause is a temperature drop.
それゆえ、本発明の目的は、改質器での改質率を向上させることで、セルスタックにおける温度分布を改善でき、発電効率を向上したセルスタック装置、およびそれを備えてなる燃料電池モジュールならびに燃料電池装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to improve the temperature distribution in the cell stack by improving the reforming rate in the reformer, and to improve the power generation efficiency, and a fuel cell module including the cell stack device The present invention also provides a fuel cell device.
本発明のセルスタック装置は、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なうとともに、内部を長手方向に貫通するガス流路を有し、上端側で発電で使用されなかった前記燃料ガスを燃焼させる構成の燃料電池セルを複数個を備えてなるセルスタックと、前記セルスタックの上方に配置され、前記燃料ガスの燃焼により生じる燃焼ガスの熱を利用して水蒸気改質を行なう改質器とを備え、該改質器は、水を気化させるための気化部と、該気化部で気化した水と原燃料とで改質反応を行う改質部とを備えるとともに、前記改質部に前記燃焼ガスが下方から上方に流れる貫通部が設けられていることを特徴とする。 The cell stack device of the present invention generates power with fuel gas and oxygen-containing gas, and has a gas flow path penetrating the inside in the longitudinal direction, and burns the fuel gas that has not been used for power generation at the upper end side. A cell stack comprising a plurality of fuel cells, and a reformer that is disposed above the cell stack and performs steam reforming using heat of combustion gas generated by combustion of the fuel gas. The reformer includes a vaporization unit for vaporizing water, and a reforming unit that performs a reforming reaction with water vaporized in the vaporization unit and raw fuel, and the combustion is performed in the reforming unit A through-portion through which gas flows upward from below is provided.
また、本発明の燃料電池モジュールは、収納容器内に、上記のセルスタック装置を収納してなることを特徴とする。 The fuel cell module of the present invention is characterized in that the cell stack device is stored in a storage container.
さらに、本発明の燃料電池装置は、外装ケース内に、上記の燃料電池モジュールと、該モジュールの運転を行なうための補機とを収納してなることを特徴とする。 Furthermore, the fuel cell device of the present invention is characterized in that the above-described fuel cell module and auxiliary equipment for operating the module are housed in an outer case.
本発明のセルスタック装置は、改質部に設けられた貫通部を介して燃焼ガスの熱がより効率よく改質部に伝熱されることで、改質率が向上し、ひいては発電効率の向上したセルスタック装置とすることができる。 In the cell stack device of the present invention, the heat of combustion gas is more efficiently transferred to the reforming section through the penetration section provided in the reforming section, so that the reforming rate is improved, and consequently the power generation efficiency is improved. Cell stack device.
また、本発明の燃料電池モジュールは、収納容器内に、上記のセルスタック装置を収納してなることから、発電効率が向上した燃料電池モジュールとすることができる。 In addition, the fuel cell module of the present invention can be a fuel cell module with improved power generation efficiency because the cell stack device is stored in a storage container.
さらに、本発明の燃料電池装置は、外装ケース内に、上記の燃料電池モジュールと、該モジュールの運転を行なうための補機とを収納してなることから、発電効率が向上した燃料電池装置とすることができる。 Furthermore, the fuel cell device of the present invention comprises the above fuel cell module and an auxiliary device for operating the module in an outer case, and thus a fuel cell device with improved power generation efficiency. can do.
図１は、本実施形態の燃料電池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（以下、モジュールという場合がある。）の一例を示す外観斜視図であり、図２は図１の断面図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。 FIG. 1 is an external perspective view showing an example of a fuel cell module (hereinafter sometimes referred to as a module) in which the fuel cell stack device of the present embodiment is accommodated in a storage container, and FIG. FIG. In the following drawings, the same numbers are assigned to the same members.
図１に示すモジュール１においては、収納容器２の内部に、内部を長手方向に貫通し、燃料ガスが流通するガス流路（図示せず）を有する燃料電池セル３を立設させた状態で一列に配列し、隣接する燃料電池セル３間が集電部材（図１においては図示せず）を介して電気的に直列に接続されているとともに、燃料電池セル３の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材（図示せず）でマニホールド４に固定してなるセルスタック５を２つ備え、かつセルスタック５の上方に、燃料電池セル３に供給する燃料ガスを生成するための改質器６が配置されたセルスタック装置１２が収納されている。
In the
なお、セルスタック５の両端部には、セルスタック５（燃料電池セル３）の発電により生じた電気を集電して外部に引き出すための、電気引き出し部を有する導電部材が配置されている（図示せず）。ちなみに、図１においては、セルスタック装置１２が２つのセルスタック５を備えている場合を示しているが、適宜その個数は変更することができ、例えばセルスタック５を３つ以上備えていてもよい。なお、以下の説明においてはセルスタック５を２つ備えている場合を例として説明する。
At both ends of the
また、図１においては、燃料電池セル３として、内部を長手方向に貫通し、燃料ガスが流通するガス流路を複数有する中空平板型で、ガス流路を有する支持体の表面に、燃料極層、固体電解質層および酸素極層を順に積層してなる固体酸化物形の燃料電池セル３を例示している。なお、燃料電池セル３の間に酸素含有ガスが流通する。燃料電池セル３の構成については後述する。
In FIG. 1, the
また、本実施形態のモジュール１（セルスタック装置１２）においては、燃料電池セル３が固体酸化物形の燃料電池セルであればよく、例えば平板型や円筒型とすることもでき、あわせて収納容器２の形状も適宜変更することができる。
Moreover, in the module 1 (cell stack apparatus 12) of this embodiment, the
また、図１に示す改質器６においては、改質器６の内部に原燃料を導入する原燃料導入部である原燃料供給管１０を介して供給される天然ガスやメタンガス、さらには灯油等の原燃料と、水供給管１３を介して供給される水とで、水蒸気改質を行ない、燃料ガスを生成する。それゆえ、改質器６は、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され、水を気化させるための気化部７と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部８とを備えている。改質部８には、ＲｕやＰｔ等が担持した粒状や粉状のセラミックボールやペレット等からなる改質触媒が充填されている。そして、改質器６で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管９を介してマニホールド４に供給され、マニホールド４より燃料電池セル３の内部に設けられた燃料ガス流路に供給される。なお改質器６については後に詳述する。
Further, in the
また図１においては、収納容器２の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置１２を後方に取り出した状態を示している。ここで、図１に示したモジュール１においては、セルスタック装置１２を、収納容器２内にスライドして収納することが可能である。
FIG. 1 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the
なお、収納容器２の内部には、マニホールド４に並置されたセルスタック５の間に配置され、酸素含有ガスが燃料電池セル３の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、酸素含有ガス導入部材１１が配置されている。
The
図２に示すように、モジュール１を構成する収納容器２は、内壁１４と外壁１５とを有する二重構造で、外壁１５により収納容器２の外枠が形成されるとともに、内壁１４によりセルスタック装置１２を収納する発電室１６が形成されている。さらに収納容器２においては、内壁１４と外壁１５との間を、燃料電池セル３に導入する酸素含有ガスが流通する酸素含有ガス流路２２としている。なおこれらの構造は、収納するセルスタック装置１２を構成するセルスタック５の個数によって、適宜変更することができる。
As shown in FIG. 2, the
ここで、収納容器２内には、収納容器２の上部より、上端側に酸素含有ガスが流入するための酸素含有ガス流入口（図示せず）とフランジ部２６とを備え、下端部に燃料電池セル３の下端部に酸素含有ガスを導入するための酸素含有ガス流出口１７が設けられてなる酸素含有ガス導入部材１１が、内壁１４を貫通して挿入されて固定されている。なお、フランジ部２６と内壁１４との間には断熱部材１８が配置されている。
Here, the
なお、図２においては、酸素含有ガス導入部材１１が、収納容器２の内部に並置された２つのセルスタック５間に位置するように配置されているが、セルスタック５の数により、適宜配置することができる。例えば、収納容器２内にセルスタック５を３つ収納する場合には、酸素含有ガス導入部材１１を２つ設け、それぞれのセルスタック５の間に位置するように配置するほか、さらにセルスタック５の配列方向における両端側にも配置することができる。
In FIG. 2, the oxygen-containing
また発電室１６内には、モジュール１内の熱が極端に放散され、燃料電池セル３（セルスタック５）の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール１内の温度を高温に維持するための断熱部材１８が適宜設けられている。
Also, in the
断熱部材１８は、セルスタック５の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル３の配列方向に沿ってセルスタック５の側面側に配置するとともに、セルスタック５の側面における燃料電池セル３の配列方向に沿った幅と同等またはそれ以上の幅を有する断熱部材１８を配置することが好ましい。なお、セルスタック５の両側面側に断熱部材１８を配置することが好ましい。それにより、セルスタック５の温度が低下することを効果
的に抑制できる。さらには、酸素含有ガス導入部材１１より導入される酸素含有ガスが、セルスタック５の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック５を構成する燃料電池セル３間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。なお、セルスタック５の両側面側に配置された断熱部材１８においては、燃料電池セル３に供給される酸素含有ガスの流れを調整し、セルスタック５の長手方向および燃料電池セル３の積層方向における温度分布を低減するための開口部１９が設けられている。
The
また、燃料電池セル３の配列方向に沿った内壁１４の内側には、排ガス用内壁２０が設けられており、内壁１４と排ガス用内壁２０との間が、発電室１６内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路２３とされている。なお、排ガス流路２３は、収納容器２の底部に設けられた排気孔２１と通じている。また、排ガス用内壁２０のセルスタック５側にも断熱部材１８が設けられている。
Further, an exhaust gas
それにより、モジュール１の稼動（起動処理時、発電時、停止処理時）に伴って生じる排ガスは、排ガス流路２３を流れた後、排気孔２１より排気される構成となっている。なお、排気孔２１は収納容器２の底部の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を設けることにより形成してもよい。
As a result, the exhaust gas generated during operation of the module 1 (during start-up processing, power generation, and stop processing) flows through the
なお、酸素含有ガス導入部材１１の内部には、セルスタック５近傍の温度を測定するための熱電対２５が、その測温部２４が燃料電池セル３の長手方向の中央部でかつ燃料電池セル３の配列方向における中央部に位置するように配置されている。
Note that a
また、上述の構成のモジュール１においては、燃料電池セル３で発電に使用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスとを、燃料電池セル３の上端側、すなわち燃料電池セル３と改質器６との間で燃焼させることにより、燃料電池セル３の温度を上昇・維持させることができる。あわせて、燃料電池セル３（セルスタック５）の上方に配置された改質器６を温めることができ、改質器６で効率よく改質反応を行なうことができる。なお、通常発電時においては、上記燃焼や燃料電池セル３の発電に伴い、モジュール１内の温度は５００〜８００℃程度となる。
Further, in the
以下に、本実施形態における燃料電池セル３の一例について説明する。
Below, an example of the
燃料電池セル３は、一対の対向する平坦面をもつ柱状の導電性支持基板（以下、支持基板と略す場合がある）の一方の平坦面上に燃料側電極層、固体電解質層及び空気側電極層を順次積層してなる柱状（中空平板状等）からなる。また、燃料電池セルの他方の平坦面上にはインターコネクタが設けられており、インターコネクタの外面（上面）にはＰ型半導体層が設けられている。なお、支持基板は燃料側電極層を兼ねるものとし、その表面に固体電解質層および空気側電極層を順次積層してセルを構成することもできる。
The
燃料側電極層は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ２（安定化ジルコニアと称し、部分安定化も含むものとする）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。 As the fuel-side electrode layer, generally known ones can be used, and porous conductive ceramics, for example, ZrO 2 in which rare earth elements are dissolved (referred to as stabilized zirconia, including partial stabilization). ) And Ni and / or NiO.
固体電解質層は、燃料側電極層、空気側電極層間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ２から形成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。 The solid electrolyte layer functions as an electrolyte that bridges the electrons between the fuel side electrode layer and the air side electrode layer, and at the same time has a gas barrier property to prevent leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas. And is formed from ZrO 2 in which 3 to 15 mol% of rare earth elements are dissolved. In addition, as long as it has the said characteristic, you may form using another material etc.
空気側電極層は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆる
ＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができる。空気側電極層３９はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。
The air-side electrode layer is not particularly limited as long as it is generally used. For example, the air-side electrode layer can be formed from a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. The air-side electrode layer 39 needs to have gas permeability, and the open porosity is preferably 20% or more, particularly preferably in the range of 30 to 50%.
支持基板としては、燃料ガスを燃料側電極層まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタを介して集電するために導電性であることが要求される。したがって、支持基板としては、導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。燃料電池セル３を作製するにあたり、燃料側電極層または固体電解質層との同時焼成により支持基板を作製する場合においては、鉄族金属成分（Ｎｉ等）と特定希土類酸化物とから支持基板を形成することが好ましい。また鉄族金属成分としてＮｉを含有する場合には、燃料電池セル３自身で原燃料を改質（内部改質）することも可能となる。なお、支持基板は、ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５〜５０％の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であるのが好ましい。また、支持基板３６の形状は柱状であれば良く、円筒状であってもよい。
The support substrate is required to be gas permeable in order to permeate the fuel gas to the fuel side electrode layer, and further to be conductive in order to collect current through the interconnector. Therefore, conductive ceramics or cermets can be used as the support substrate. In producing the
Ｐ型半導体層としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる層を例示することができる。具体的には、インターコネクタを構成する材料よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、ＢサイトにＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏなどが存在するＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＦｅＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３系酸化物などの少なくとも一種からなるＰ型半導体セラミックスを使用することができる。このようなＰ型半導体層の厚みは、一般に、３０〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。 An example of the P-type semiconductor layer is a layer made of a transition metal perovskite oxide. Specifically, a material having higher electronic conductivity than the material constituting the interconnector, for example, LaMnO 3 -based oxide, LaFeO 3 -based oxide, LaCoO 3 -based oxide in which Mn, Fe, Co, etc. are present at the B site P-type semiconductor ceramics made of at least one kind of material can be used. In general, the thickness of such a P-type semiconductor layer is preferably in the range of 30 to 100 μm.
インターコネクタは、上述したとおり、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）、もしくは、ランタンストロンチウムチタン系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＳｒＴｉＯ３系酸化物）が好適に使用される。これらの材料は、導電性を有し、かつ燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガス（空気等）と接触しても還元も酸化もされない。また、インターコネクタは支持基板に形成されたガス流路を流通する燃料ガス、および支持基板の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが好ましい。 As described above, a lanthanum chromite-based perovskite oxide (LaCrO 3 -based oxide) or a lanthanum strontium titanium-based perovskite-type oxide (LaSrTiO 3 -based oxide) is preferably used as the interconnector. These materials have conductivity and are neither reduced nor oxidized even when they come into contact with a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air or the like). In addition, the interconnector must be dense to prevent leakage of the fuel gas flowing through the gas flow path formed in the support substrate and the oxygen-containing gas flowing outside the support substrate, 93% or more, In particular, it is preferable to have a relative density of 95% or more.
そして、各燃料電池セル３間には、燃料電池セル３を電気的に接続するために集電部材が介装され、このような集電部材は、弾性を有する金属または合金からなる部材あるいは金属繊維または合金繊維から成るフェルトに所要の表面処理を加えた部材から構成することができる。
And between each
上述した燃料電池セル３、集電部材、導電部材を組み合わせ、マニホールド４に固定するとともに、改質器６をマニホールド４と接続することで、本実施形態のセルスタック装置１２とすることができる。
The above-described
ところで、上述したようなセルスタックにおいて、燃料電池セルを構成する支持基板がＮｉ等の鉄族金属成分を含んでいる場合には、燃料電池セル自身で原燃料を改質することができる。しかしながら、燃料電池セル自身で水蒸気改質を行うと、水蒸気改質が吸熱反応であることから、燃料電池セルの原燃料の供給側となる部位（図１、２に示すセルスタック装置１２においては燃料電池セル３の下端部）の温度が低下する場合がある。この場合、セルスタック５の高さ方向における温度分布が生じ、それにより発電効率が低下するおそれがある。
By the way, in the cell stack as described above, when the support substrate constituting the fuel cell contains an iron group metal component such as Ni, the fuel cell itself can reform the raw fuel. However, if steam reforming is performed by the fuel cell itself, the steam reforming is an endothermic reaction, and therefore, the portion on the fuel cell supply side of the raw fuel (in the
このようにセルスタック５の発電効率が低下することを抑制するためには、改質器６で
の改質率を向上し、燃料電池セル３自身での改質反応を極力抑制することが望ましい。
In order to suppress the reduction in power generation efficiency of the
そこで、図１、２で示す改質器６においては、原燃料の流れる最も上流側に位置するセルスタック５（図１、２における右側のセルスタック５）の上方に気化部７と改質部８とを配置し、原燃料の流れる下流側に位置するセルスタック５（図１、２における左側のセルスタック５）の上方に改質部８を配置し、この原燃料の流れる下流側に位置するセルスタック５の上方における改質部８に、燃焼ガスが下方から上方に流れる貫通部２７が設けられている。
Therefore, in the
それにより、原燃料の流れる下流側に位置するセルスタック５の上方における改質部８において、改質部８に収納できる改質触媒の量は減るものの、燃焼ガスと接触する表面積が増加することで、改質部８の温度をより上昇させることができ、改質部８での改質率を向上させることができる。それにより、燃料電池セル３での内部改質を低減することができることから、セルスタック５での高さ方向における温度分布が生じることを抑制でき、発電効率を向上することができる。
As a result, in the reforming
なお、貫通部２７の大きさとしては、貫通部２７を設けていない場合に比べて表面積が大きくなるように、かつ改質触媒の量が適量となるような大きさで、適宜設定することができる。また、図１、２においては、原燃料の流れる方向に沿って長く伸びた１つの貫通部２７を設けた例を示しているが、この貫通部２７を複数設けてもよい。さらには貫通孔の形状の貫通部２７を複数設けてもよい。
The size of the penetrating
また、図１、２に示す改質器６においては、原燃料の流れる最も上流側に位置するセルスタック５の上方に配置されている改質器には、気化部７と改質部８とが設けられている。ここで、気化部７に連続する改質部８の温度が高い場合には、原燃料が熱分解され、炭素析出が生じ、燃料電池セル３や改質触媒が劣化するおそれがある。そのため、改質部８のうち、気化部７近傍の部分においては、改質部８の温度が高くなりすぎないようにすることが好ましい。すなわち、図１、２に示す改質器においては、原燃料の流れる最も上流側に位置するセルスタック５の上方に配置されている改質部８には、上記貫通部２７を設けないことが好ましい。なお、例えばセルスタック５を３つ以上有し、原燃料の流れる最も上流側に位置するセルスタック５の上方に配置されている改質器が気化部７のみが配置されている場合には、原燃料の流れる方向に隣接するセルスタック５の上方に配置する改質部８には、貫通部２７を設けないようにすることもできる。
Moreover, in the
図３は、本実施形態のセルスタック装置を構成する改質器の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は改質部の流路内にフィンを設けた例を示す断面図、（ｃ）は改質部の外面にフィンを設けた例を示す断面図である。 FIG. 3 shows an example of a reformer constituting the cell stack device of the present embodiment, (a) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view showing an example in which fins are provided in the flow path of the reforming unit. (C) is sectional drawing which shows the example which provided the fin in the outer surface of the modification | reformation part.
図３（ａ）は、セルスタック５を３つ有するセルスタック装置の上方に配置される改質器２８を示しており、原燃料の流れる最も上流側に位置するセルスタックの上方に配置されている改質器には、気化部７と改質部８が設けられており、原燃料の流れる下流側のセルスタックの上方に配置される改質部８にはそれぞれ貫通部２７が設けられている例を示している。このように、原燃料の流れる下流側のセルスタックの上方に配置される改質部８に貫通部２７を設けることで、改質率を向上することができ、ひいては発電効率を向上することができる。
FIG. 3 (a) shows a
ここで、上述したように、気化部７に連続する改質部８の温度が高い場合には、原燃料が熱分解され、炭素析出が生じ、燃料電池セル３や改質触媒が劣化するおそれがある。それゆえ、図３（ａ）に示す改質器２８においては、原燃料の流れる最も上流側に位置するセルスタックの上方に配置されている改質部８には貫通部２７を設けていないほか、貫通
部２７を、原燃料の流れる下流側に向けて大きくなるように設けている。それにより、より効率的に、原燃料が熱分解して炭素析出が生じることを抑制しつつ、改質部８の温度を上昇して改質率を向上することができる。
Here, as described above, when the temperature of the reforming
図３（ｂ）は、本実施形態の改質器の他の一例を示す断面図である。改質部８における温度を上昇させるにあたり、貫通部２７を設けるほか、例えばフィン等の伝熱部材２９を設けることができる。図３（ｂ）においては、このフィンを改質部８の流路内（改質部８の内部）に設けた例を示している。
FIG. 3B is a cross-sectional view showing another example of the reformer of the present embodiment. In order to raise the temperature in the reforming
それにより、改質部８を流れる原燃料の温度をより効率よく上昇させることができることから、さらに改質率を向上させることができる。なお、伝熱部材２９は、改質器の大きさ等に基づいて、適宜その大きさや形状を変化させて設けることができる。図３（ｂ）においては断面視で平板状のフィンを設けた例を示しているが、例えば波型等であってもよい。なお、上述の貫通部２７と同様に、原燃料の熱分解を抑制すべく、改質部８のうち、気化部７近傍の部分には伝熱部材２９を設けないことが好ましい。
Thereby, the temperature of the raw fuel flowing through the reforming
図３（ｃ）は伝熱部材（フィン）２９を、改質部８の外面に設けた例を示す断面図である。上述の図３（ｂ）においては、伝熱部材２９を改質部８の流路内に設けた例を示したが、図３（ｃ）に示すように、改質部８の外面に設けることもできる。それにより、改質部８の温度を効率よく上昇させることができる。
FIG. 3C is a cross-sectional view showing an example in which the heat transfer member (fin) 29 is provided on the outer surface of the reforming
ここで、図３（ｃ）においては、伝熱部材２９を改質部８の上端側に設けている。セルスタック５の上方で発電に使用されなかった燃料ガスが燃焼されて生じる燃焼ガスは、改質器の側面側を流れて上方に流れることとなる。そのため、伝熱部材２９を改質部８の外部に設ける場合には、この燃焼ガスが改質部８の側面を伝って流れることを妨げないよう、上端側に設けることが好ましい。なお、伝熱部材２９の大きさや形状は、改質部８の大きさに合わせて適宜設定すればよい。
Here, in FIG. 3C, the
図４は、外装ケース内に図１で示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）とを収納してなる本実施形態の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図４においては一部構成を省略して示している。
FIG. 4 shows an example of the fuel cell device of the present embodiment in which the
図４に示す燃料電池装置３０は、支柱３１と外装板３２から構成される外装ケース内を仕切板３３により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール１を収納するモジュール収納室３４とし、下方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３５として構成されている。なお、補機収納室３５に収納する補機を省略して示している。
The
また、仕切板３３には、補機収納室３５の空気をモジュール収納室３４側に流すための空気流通口３６が設けられており、モジュール収納室３４を構成する外装板３２の一部に、モジュール収納室３４内の空気を排気するための排気口４３が設けられている。
Further, the partition plate 33 is provided with an
このような燃料電池装置３０においては、上述したように、長期信頼性の向上した燃料電池モジュール１をモジュール収納室３４に収納し、燃料電池モジュール１を動作させるための補機を補機収納室３５に収納して構成されることにより、長期信頼性の向上した燃料電池装置３０とすることができる。
In such a
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。 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.
上述の例では、燃料電池セルとして内部改質が可能な燃料電池セルを用いて説明したが、内部改質可能な燃料電池セルに限られるものではない。また、 上述の例ではいわゆる縦縞型と呼ばれる燃料電池セル３を用いて説明したが、一般に横縞型と呼ばれる複数の発電素子部を支持体上に設けてなる横縞型の燃料電池セルを用いることもできる。
In the above-described example, the fuel battery cell that can be internally reformed is described as the fuel battery cell, but the fuel battery cell is not limited to the fuel battery cell that can be internally reformed. In the above-described example, the
また、上述の例ではセルスタック５を２つ配列してなるセルスタック装置１２を用いて説明したが、例えばセルスタック５を１つだけ配列してなるセルスタック装置１２を用いることもできる。この場合、改質部８に設ける貫通部２７は気化部７と距離を置いて設けることが好ましい。
In the above example, the
１：燃料電池モジュール
２：収納容器
３：燃料電池セル
５：セルスタック
６：改質器
７：気化部
８：改質部
１２：セルスタック装置
２７：貫通部
３０：燃料電池装置
1: Fuel cell module 2: Storage container 3: Fuel cell 5: Cell stack 6: Reformer 7: Vaporizer 8: Reformer 12: Cell stack device 27: Penetration unit 30: Fuel cell device
Claims (5)
該改質器は、水を気化させるための気化部と、該気化部で気化した水と原燃料とで改質反応を行う改質部とを備えるとともに、前記改質部に前記燃焼ガスが下方から上方に流れる貫通部が設けられていることを特徴とするセルスタック装置。 A plurality of fuel cells each configured to generate power with a fuel gas and an oxygen-containing gas and to have a gas flow path penetrating the inside in the longitudinal direction and to burn the fuel gas not used for power generation on the upper end side And a reformer that is disposed above the cell stack and performs steam reforming using the heat of the combustion gas generated by the combustion of the fuel gas,
The reformer includes a vaporization unit for vaporizing water and a reforming unit that performs a reforming reaction with water vaporized in the vaporization unit and raw fuel, and the combustion gas is contained in the reforming unit. A cell stack device comprising a through portion that flows upward from below.
5. A fuel cell device comprising: a fuel cell module according to claim 4; and an auxiliary device for operating the fuel cell module.
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11343101A (en) * | 1998-06-01 | 1999-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Hydrogen generating device |
| JP2002179406A (en) * | 2000-10-05 | 2002-06-26 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel reforming apparatus |
| JP2003286003A (en) * | 2002-03-27 | 2003-10-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Reformer |
| JP2011249160A (en) * | 2010-05-27 | 2011-12-08 | Kyocera Corp | Fuel battery module and fuel battery device |
| JP2013069669A (en) * | 2011-09-07 | 2013-04-18 | Toto Ltd | Solid oxide fuel cell |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11343101A (en) * | 1998-06-01 | 1999-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Hydrogen generating device |
| JP2002179406A (en) * | 2000-10-05 | 2002-06-26 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel reforming apparatus |
| JP2003286003A (en) * | 2002-03-27 | 2003-10-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Reformer |
| JP2011249160A (en) * | 2010-05-27 | 2011-12-08 | Kyocera Corp | Fuel battery module and fuel battery device |
| JP2013069669A (en) * | 2011-09-07 | 2013-04-18 | Toto Ltd | Solid oxide fuel cell |
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