JP3621849B2

JP3621849B2 - Fuel cell module

Info

Publication number: JP3621849B2
Application number: JP21476899A
Authority: JP
Inventors: 浩二池田; 長生久留; 和男冨田; 潤一神前; 行男吉田; 康森
Original assignee: Electric Power Development Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Electric Power Development Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2019-07-29
Also published as: JP2001043886A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モジュール出力密度の向上を図る円筒型固体電解質燃料電池モジュールに関する。
【０００２】
【背景技術】
従来の円筒型固体電解質燃料電池モジュールの概略構造を図８に示す。
【０００３】
図８に示すように、断熱材で包囲されたモジュール本体０１の内には、天板０２，上部管板０３及び下部管板０４が配設され、下部管板０４の下方には、電池室０１ａが形成されている。
一方、モジュール本体０１の天板０２と上部管板０３との間には、燃料供給室０５が形成されている。また、上部管板０３と下部管板０４の間には、燃料排出室０６が形成されている。
上記燃料供給室０５の天板０２には、当該燃料供給室０５とモジュール本体０１の外部とを連通する外側管０７が当該モジュール本体０１を貫通して連結されている。この外側管０７の内側には、上記燃料排出室０６と当該モジュール本体０１の外部とを連通するように下部管板０４を貫通する内側管０８が配設されている。
なお、前記外側管０７の下端部分には、Ｎｉ系の触媒を配設して、燃料ガスの改質をするようにしている。
【０００４】
上記下部管板０４には、外周面に単電池膜（図示せず）を成膜してなるセルチューブ０１０が、上端を燃料排出室０６内に位置させると共に下方寄りをモジュール本体０１の電池室０１ａ内に位置させるようにして貫通支持されている。
セルチューブ０１０の内側には、当該セルチューブ０１０の内部下方側と燃料供給室０５内とを連通させるように上部管板０３を貫通する燃料注入管０１１が配設されている。
【０００５】
前記案内管０１１の内側には、上端を燃料供給室０５に位置させると共に下端をセルチューブ０１０の下端近傍に位置させた集電棒０１２が配設されている。該集電棒０１２の下端は、前記単電池膜と電気的に接続すると共にセルチューブ０１０の下端を閉塞する集電部材０１３に連結している。該集電棒０１２の上端は、ニッケル製の集電部材０１３および導電棒０１４を介してモジュール本体０１の外部へ電気的に接続されている。
一方、セルチューブ０１０の上端には、前記単電池膜と電気的に接続する集電コネクタ０１５が取り付けられており、当該集電コネクタ０１５は、他のセルチューブ０１と当該集電コネクタ（Ｎｉフェルト）０１５を介して並列に接続されている。また、セルチューブの上端及び下端の装着向きにより直列つなぎとしている。
【０００６】
前記モジュール本体０１の電池室０１ａの下部には、多孔質のセラミックス製の仕切板０１６が設けられている。該仕切板０１６の下方には、当該仕切板０１６を介して上記電池室０１ａと連通する空気予熱室０１７が設けられている。
該空気予熱室０１７には、モジュール本体０１の外部と連通する空気供給管０１８が接続している。また、モジュール本体０１の電池室０１ａの内部には、空気排出管０１９の一端側が位置している。この空気排出管０１９は、他端側がモジュール本体０１の外側に位置し、中程部分が前記空気予熱室０１７の内部を通過するように配設されて、熱交換されている。
【０００７】
このような構造をなす円筒型固体電解質燃料電池モジュールの作用を次に説明する。
【０００８】
モジュール本体０１の電池室０１ａ内を作動温度（約９００〜１０００℃）に加熱し、外側管０７から水素などの燃料ガス０２０を供給すると共に、空気供給管０１８から酸化剤ガスである空気０２１を供給する。
外側管０７を介して供給された燃料ガス０２０は、燃料供給室０５から注入管０１１を介してセルチューブ０１０下端側までに流入する。
一方、空気予熱室０１７を介して仕切板０１６を通過した空気０２１が電池室０１ａ内に流入する。
【０００９】
前記燃料０２０がセルチューブ０１０の多孔質性の基体管を透過して図示しない単電池膜に供給され、前記空気（酸素）０２１が単電池膜に接触すると、該単電池膜が水素と空気（酸素）とを電気化学的に反応させて電力を発生させ、当該電力が集電部材０１３，導電棒０１４を介して外部へ送り出されるようになっている。
【００１０】
なお、発電に供された後の残燃料ガス０２２は、セルチューブ０１０の上端から燃料排出室０６内に流入し、内側管０８を介して外部に排出される一方、発電に供された後の残空気０２３は、空気排出管０１９を介して外部に排出される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような円筒型固体電解質燃料電池モジュールでは、作動温度が高温（９００〜１１００℃近傍）であるので、モジュール本体０１内に配設された天板０２，上部管板０３及び下部管板０４の材質は耐熱合金で作製する必要がある。これは注入管０１１等の燃料供給・排出管はセラミックス製であるので、脆弱であり、温度変化があっても割れやヒビが入らないように、長期間に亙って健全性を保持する必要があるからである。
【００１２】
また、天板０２，上部管板０３及び下部管板０４は歪み等が生じないように、耐久性を考慮して厚くせざるを得なかったので、さらに製造コストが向上することとなっている。
【００１３】
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、モジュール構造を簡略化し、モジュール構成部材を減らすと共に、製造コストの低減化及び出力密度の向上を図った燃料電池モジュールを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する［請求項１］の発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、
断熱材で包囲されたモジュール本体と、
該モジュール本体内に配された天板及び管板と、
上記天板と管板との間を燃料室とし、
上記管板を貫通し、上記燃料室内に両端の開口部を臨むように設けた複数のセルチューブからなる反応管とを具備してなり、
上記燃料室内において上記セルチューブの燃料ガスの供給側と排出側とを一本又は複数本ごとに仕切る仕切り部材を有し、一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端から燃料を供給すると共に、該一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの出口端から排出された燃料ガスを、次の一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端へ供給して、順次、上記各セルチューブへ燃料ガスを連続的に供給しつつ発電することを特徴とする。
【００１６】
［請求項２］の発明は、請求項１において、上記セルチューブがＵ字型であり、上記反応管は上記電池室内で連続的に折り返した構造を有することを特徴とする。
また、［請求項３］の発明は、請求項２において、上記セルチューブにおけるＵ字管部分にも上記単電池膜が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
［請求項４］の発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、
断熱材で包囲されたモジュール本体と、
該モジュール本体内に配された天板及び管板と、
上記天板と管板との間を燃料室とし、
上記管板を貫通し、上記燃料室内に一端の開口部を臨むように複数のセルチューブを設けると共に、該複数のセルチューブの他端の開口部を連通部材で連結し、
上記燃料室内において上記セルチューブの燃料ガスの供給側と排出側とを一本又は複数本ごとに仕切る仕切り部材を有し、一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端から燃料を供給し、上記連通部材を介して連結された一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの出口端から排出された燃料ガスを、次の一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端へ供給して、順次、上記各セルチューブへ燃料ガスを連続的に供給しつつ発電することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明による燃料電池モジュールの実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１９】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態を図１及び図２を用いて説明する。
図１は燃料電池モジュールの概略図であり、図２は該モジュール内に配されるＵ字型セルチューブの概略図である。
図１に示すように、本実施の形態にかかる燃料電池モジュールは、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気）とを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、断熱材で包囲されたモジュール本体１０と、該モジュール本体１０内に配された天板１１及び管板１２と、上記天板１１と管板１２との間に構成される燃料室１３と、上記管板１２を貫通し、上記燃料室１３内に両端の開口部１５ａ，１５ｂを臨むように設けた複数のセルチューブ１５からなる反応管と、上記モジュール本体１０の一端側から燃料２０を導入する燃料導入管１６と、他端側から未反応の燃料２１を排出する燃料排出管１７と、供給する燃料ガス２０の供給側と排出側とを仕切る仕切り部材１８と、上記モジュール本体１０の下端側に設けられ一端側から空気２２を導入する空気導入管１９と、他端側から排空気２３を排出する空気排出管２０とを具備してなるものである。
本発明では、従来のようにセルチューブ内に燃料を供給する燃料注入管を用いることなく、供給された燃料を連続して供給するようにしたものである。
【００２０】
なお、図１においては、説明のために、セルチューブは２本としているが、所定の発電レベルまで達するように、モジュール本体１１内に複数のセルチューブを適宜配している。
【００２１】
ここで、上記燃料室１３はセルチューブ内に燃料を供給する機能とセルチューブから燃料を排出する機能とを併用している。
なお、本発明で燃料供給側とは燃料室１３に上方から燃料を流通させて反応管で反応させる側をいい、燃料排出側とは燃料室１３に下方から燃料を流通させて反応管で反応させる側をいう。
【００２２】
上記燃料室１３内には、当該燃料室１３とモジュール本体１０の外部とを連通する燃料導入管１６が連結されている。この燃料導入管１６の内側には、上記連続して形成された反応管の最終端からから未反応の燃料２１を排出する燃料排出管１７が内側管として配設されている。
なお、燃料ガスの水素を改質反応により供給する場合には、上記燃料導入管１６内に触媒（例えばＮｉ系の触媒等）を内設するようにすればよい。
【００２３】
以下、本実施の形態のモジュール構造を詳細に説明する。
上記管板１２には、外周面に単電池膜（図示せず）を成膜してなるセルチューブ１５が、両端開口１５ａ，１５ｂを上記燃料室１３内に臨むように位置させると共に、下方側のＵ字管１５ｃを電池室１１ａ内に位置させるようにして貫通支持されている。
【００２４】
上記セルチューブ１５の燃料供給端側の最初の開口１５ａは、前記単電池膜と電気的に接続するニッケル製の集電フェルト２５ａおよび導電棒２５ｂを介してモジュール本体１０の外部へ電気的（正極側）に接続されている。
一方、上記燃料が排出・供給されるセルチューブ１５の開口部には、前記単電池膜と電気的に接続する集電コネクタ２６が取り付けられており、当該集電コネクタ２６は、隣接する他のセルチューブ１５と当該集電コネクタ２６を介して直列に接続されている。
また、上記セルチューブ１５の燃料排出端側の最後の開口１５ｂは、前記単電池膜と電気的に接続するニッケル製の集電フェルト２５ａおよび導電棒２５ｂを介してモジュール本体１０の外部へ電気的（負極側）に接続されている。
【００２５】
前記モジュール本体１０の電池室１０ａの下部には、多孔質のセラミックス製の仕切板２７が設けられている。該仕切板２７の下方には、当該仕切板２７を介して上記電池室１０ａと連通する空気予熱室２８が設けられている。
該空気予熱室２８には、モジュール本体１０の外部と連通する空気供給管１９が接続している。また、モジュール本体１０の電池室１０ａの内部には、空気排出管２０の一端側が位置している。この空気排出管２０は、他端側がモジュール本体１０の外側に位置し、中程部分が前記空気予熱室２８の内部を通過するように配設されて、熱交換されている。
【００２６】
上記供給する燃料ガス２０の供給側と排出側とを仕切る仕切り部材１８は、連続的に形成された反応管内に供給する燃料２０を連続的に供給するためのものであり、排出された燃料が次のセルチューブ内に順次供給するようにしている。
【００２７】
図２はセルチューブ１５の概略図である。
図２に示すように、セルチューブ１５は、基体管３１と該基体管３１の表面に設けた燃料極３２と、該燃料極３２の表面に設けた酸素イオン電動製の電解質３３と、該電解質３３の表面に設けた空気極３４とを単電池膜３５とし、これらをインタコネクタ３６を介在させつつ成膜してなるものである。
セルチューブ１５の下端側の最終端のインタコネクタ３６にはリード膜３７が設けられている。また該リード膜３７の外側には機密性の気密膜３９が成膜されている。
また、基体管３１の他端部にはＵ字管４０が接合部４１で接合されている。
該Ｕ字管４０は上記基体管同材質又は集電性を付与した材質とし、その外側にインタコネクタ３６と同材質の集電膜４２及び気密性を保持する気密膜４３が成膜されている。
【００２８】
なお、Ｕ字管にも単電池膜３５を形成して、発電密度を向上させるようにしてもよい。
【００２９】
このような構造をなす円筒型固体電解質燃料電池モジュールの作用を次に説明する。
【００３０】
モジュール本体１０の電池室１０ａ内を作動温度（約９００〜１０００℃）に加熱し、燃料導入管１６から水素などの燃料ガス２０を供給すると共に、空気供給管１９から酸化剤ガスである空気２２を供給する。
燃料導入管１６を介して供給された燃料ガス２０は、燃料室１３に開口する開口部１５ａからセルチューブ１５内に流入する。
セルチューブ１５内に流入した燃料ガスは反応に供され他端の開口部１５ｂから排出し、隣接する開口部１５ａからセルチューブ１５内に流入する。
最終セルチューブまで供給された燃料ガスは排出管１７から外部へ排出される。
なお、この二重管構造により、供給される燃料ガス２０は予熱がなされる。
【００３１】
なお、燃料導入管１６内に触媒を配して燃料ガスを改質して水素を発生させる場合には、導入するガスとして、メタン，プロパン等のガスを用いることができる。
【００３２】
前記燃料２０がセルチューブ１５の多孔質性の基体管を透過して図示しない単電池膜に供給され、前記空気（酸素）２２が単電池膜に接触すると、該単電池膜が水素と空気（酸素）とを電気化学的に反応させて電力を発生させ、当該電力が集電部材２５ａ，導電棒２５ｂを介して外部へ送り出されるようになっている。
【００３３】
なお、発電に供された後の排空気２３は、空気排出管２４を介して外部に排出される。
【００３４】
本実施の形態によれば、従来のような円筒型燃料電池のセルチューブでは必須であった燃料あるいは空気の注入管が不要となり、モジュール構成部材の省力化を図ることができる。
また、この省力化の結果、シール部品及び集電部品の点数が半減する。
また、燃料又は空気の注入管を支持するための耐高温性の高価な支持管板が不要となり、モジュールの制作費が低減する。
また、従来は注入管とセルチューブとの二重構造であったので、管板を厚くして歪みの発生による接触等を防止していたが、本発明では注入管が不要となる結果、単に管板にセルチューブを支持することでよいので、管板の厚さを従来よりも薄くすることができる。
さらに、セルチューブの装着密度も向上させることができるので、モジュール全体の出力密度の向上を図ることができる。
【００３５】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態を図３乃至図６を用いて説明する。
図３は燃料電池モジュールの概略斜視図であり、図４はそのＡ矢視図、図５はそのＢ矢視図及び図６は図５のＣ−Ｃ断面図、図７は該モジュール内に配されるセルチューブの概略図である。
上述した第１の実施の形態ではセルチューブの下端側をＵ字管で連結して連続した反応管を構成したが、本実施の形態ではＵ字管を用いる代わりに燃料連通部材を設けて燃料ガスを連続的に供給するようにしたものである。なお、本実施の形態ではモジュール構造は省略する。
【００３６】
図３乃至図５に示すように、本実施の形態においては、図示しないモジュール本体内には天板１１及び管板１２が配設されており、上記天板１１と管板１２との間を燃料室１３としている。
上記管板１２には、該管板１２を貫通し、上記燃料室１３内に両端の開口部５０ａ，５０ｂを臨むように設けた複数のセルチューブ５０が押さえリング５１ａ及びナット５１ｂ等の締結手段５１を介して設けられている。
なお、上記セルチューブ５０の周囲には気密性の接合膜５２を介してジルコニア等の緻密体のシール部材５３が設けられている。
【００３７】
本実施の形態では、燃料を下方に供給しつつ反応させる供給側のセルチューブ５０を３本及び、燃料を上方に供給しつつ反応させる排出側のセルチューブ５０を３本を１単位としてユニットを構成し、これらを複数ユニットがモジュール本体内に設置しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３８】
また、上記天板１１と管板１２との間を燃料室１３内に、供給する燃料ガス２０を供給側と排出側とに仕切る仕切り部材１８が天板１１から垂下されており、管板１２側にはシール部材５５を設けて、燃料供給側と燃料排出側とを仕切るようにしている。
【００３９】
なお、電池室１０ａ内側には断熱材５６が設けられており、電池室の高温状態を保持している。
【００４０】
また、上記セルチューブ５０の下端側には、隣接するセルチューブ５０，５０同士を下端側で一体的に連通するシールキャップ５７が設けられている。
【００４１】
上記シールキャップ５７内のセルチューブ５０の下端部には、中心に集電棒５８を配すると共に複数の燃料通過孔５９を有する多孔質体の導電性の集電部材６０がＮｉ集電部材６１と共に装着されている。
そして、集電棒５８はシールキャップ５７に配された導電棒６２によりこれらを電気的に連結している。
また、隣接するセルチューブ５０，５０同士をシールするために機密性の接合膜５２を介してジルコニア等の多孔質体のシール部材６３が設けられている。
なお、セルチューブ５０，５０同士の上端側には、集電キャップ６０が設けられており、集電している。
【００４２】
図７はセルチューブ５０の概略図である。
図７に示すように、セルチューブ５０は、基体管３１と該基体管３１の表面に設けた燃料極３２と、該燃料極３２の表面に設けた酸素イオン電動製の電解質３３と、該電解質３３の表面に設けた空気極３４とを単電池膜３５とし、これらをインタコネクタ３６を介在させつつ横縞状に成膜してなるものである。
セルチューブ５０の下端側の最終端のインタコネクタ３６にはリード膜３７が設けられている。該リード膜３７の外周側には気密性を保持する気密膜４３が成膜されており、基体管３１の端部内側にはリード膜３７と電気的に接続する集電膜４２が成膜されている。
【００４３】
このような構造をなす円筒型固体電解質燃料電池モジュールの作用を次に説明する。
【００４４】
図示しない燃料供給管から供給された燃料ガス２０は、燃料室１３に開口する開口部５０ａからセルチューブ５０内に流入する。
セルチューブ５０内に流入した燃料ガスは反応に供され、セルチューブ５０の下端まで到達した燃料は、シールキャップ５２内で折り返され、セルチューブ５０内を上昇し、開口部５０ｂから燃料室１３内に排出される。次いで隣接するセルチューブ５０内に順次下流側のセルチューブ５０内に供給され、発電に供される。
そして、最終のセルチューブ５０まで供給された未反応の燃料ガスは排出管を介して外部へ排出される。
【００４５】
本実施の形態によれば、従来のような円筒型燃料電池のセルチューブでは必須であった燃料あるいは空気の注入管が不要となり、モジュール構成部材の省力化を図ることができる。
また、この省力化の結果、シール部品及び集電部品の点数が半減する。
また、燃料又は空気の注入管を支持するための耐高温性の高価な支持管板が不要となり、モジュールの制作費が低減する。
また、第１の実施の形態と異なりＵ字管を接合することなく、現状で使用している円筒管のセルチューブを使用できる。
従来は注入管とセルチューブとの二重構造であったので、管板を厚くして歪みの発生による接触等を防止していたが、本発明では注入管が不要となる結果、単に管板にセルチューブを支持することでよいので、管板の厚さを従来よりも薄くすることができる。
さらに、セルチューブの装着密度も向上させることができるので、モジュール全体の出力密度の向上を図ることができる。
【００４６】
本発明では、燃料供給をセルチューブ内にし、空気の供給をセルチューブ外としたが、本発明はこれに限定されず、空気供給をセルチューブ内にし、燃料の供給をセルチューブ外とする逆の構成としてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、［請求項１］の発明によれば、酸化剤ガスと燃料ガスとを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、断熱材で包囲されたモジュール本体と、該モジュール本体内に配された天板及び管板と、上記天板と管板との間を燃料室とし、上記管板を貫通し、上記燃料室内に両端の開口部を臨むように設けた複数のセルチューブからなる反応管とを具備してなるので、従来のような円筒型燃料電池のセルチューブでは必須であった燃料あるいは空気の注入管が不要となり、モジュール構成部材の省力化を図ることができる。また、この省力化の結果、シール部品及び集電部品の点数が半減する。また、燃料又は空気の注入管を支持するための耐高温性の高価な支持管板が不要となり、モジュールの制作費が低減する。さらに、セルチューブの装着密度も向上させることができるので、モジュール全体の出力密度の向上を図ることができる。
また、上記燃料室内において上記セルチューブの燃料ガスの供給側と排出側とを一本又は複数本ごとに仕切る仕切り部材を有し、一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端から燃料を供給すると共に、該一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの出口端から排出された燃料ガスを、次の一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端へ供給して、順次、上記各セルチューブへ燃料ガスを連続的に供給しつつ発電することにより、セルチューブの装着密度も向上させることができるので、モジュール全体の出力密度の向上を図ることができる。また、排出された燃料が次のセルチューブ内に順次供給するようにして、連続的に形成された反応管内に供給する燃料を連続的に供給することができる。
【００４９】
［請求項２］の発明は、請求項１において、上記セルチューブがＵ字型であり、上記反応管は上記電池室内で連続的に折り返した構造を有するので、従来のような円筒型燃料電池のセルチューブでは必須であった燃料あるいは空気の注入管が不要となり、モジュール構成部材の省力化を図ることができ、また［請求項３］の発明は、請求項２において、上記セルチューブにおけるＵ字管部分にも発電膜を形成することでモジュール全体の出力密度の向上を図ることができる。
【００５０】
［請求項４］の発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、
断熱材で包囲されたモジュール本体と、
該モジュール本体内に配された天板及び管板と、
上記天板と管板との間を燃料室とし、
上記管板を貫通し、上記燃料室内に一端の開口部を臨むように複数のセルチューブを設けると共に、該複数のセルチューブの他端の開口部を連通部材で連結し、
上記燃料室内において上記セルチューブの燃料ガスの供給側と排出側とを一本又は複数本ごとに仕切る仕切り部材を有し、一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端から燃料を供給し、上記連通部材を介して連結された一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの出口端から排出された燃料ガスを、次の一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端へ供給して、順次、上記各セルチューブへ燃料ガスを連続的に供給しつつ発電するので、Ｕ字管を接合することなく、現状で使用している円筒管のセルチューブを使用できる。また、Ｕ字管よりもセルチューブの充填密度を向上させることができ、モジュール全体の出力密度の向上を図ることができる。更に、排出された燃料が次のセルチューブ内に順次供給するようにして、連続的に形成された反応管内に供給する燃料を連続的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる燃料電池モジュールの概略図である。
【図２】モジュール内に配されるＵ字型セルチューブの概略図である。
【図３】図３は燃料電池モジュールの概略斜視図である。
【図４】図３のＡ矢視図である。
【図５】図３のＢ矢視図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】セルチューブの概略図である。
【図８】従来技術の燃料電池モジュールの概略図である。
【符号の説明】
１０モジュール本体
１１天板
１２管板
１３燃料室
１５ａ，１５ｂ開口部
１５セルチューブ
１６燃料導入管
１７燃料排出管
１８仕切り部材
１９空気導入管
２０燃料
２１未反応の燃料
２２空気
２３排空気
２４空気排出管
２５ａ集電フェルト
２５ｂ導電棒
２６集電コネクタ
２７仕切板
２８空気予熱室
５０ａ，５０ｂ開口部
５０セルチューブ
５２気密性の接合膜
５３シール部材
５５シール部材
５７シールキャップ
５８集電棒
５９燃料通過孔
６０シール部材
６１Ｎｉ集電部材
６２導電棒
６３シール部材
３１基体管
３２燃料極
３３電解質
３４空気極
３５インタコネクタ
３７リード膜
３９気密膜
４０Ｕ字管
４１接合部
４２集電膜
４３気密膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cylindrical solid electrolyte fuel cell module that improves module output density.
[0002]
[Background]
A schematic structure of a conventional cylindrical solid electrolyte fuel cell module is shown in FIG.
[0003]
As shown in FIG. 8, a top plate 02, an upper tube plate 03, and a lower tube plate 04 are disposed in a module body 01 surrounded by a heat insulating material, and a battery chamber is disposed below the lower tube plate 04. 01a is formed.
On the other hand, a fuel supply chamber 05 is formed between the top plate 02 and the upper tube plate 03 of the module body 01. A fuel discharge chamber 06 is formed between the upper tube plate 03 and the lower tube plate 04.
An outer pipe 07 that communicates the fuel supply chamber 05 and the outside of the module main body 01 is connected to the top plate 02 of the fuel supply chamber 05 through the module main body 01. An inner tube 08 that penetrates the lower tube plate 04 is disposed inside the outer tube 07 so as to communicate the fuel discharge chamber 06 and the outside of the module main body 01.
Note that a Ni-based catalyst is disposed at the lower end portion of the outer tube 07 to reform the fuel gas.
[0004]
In the lower tube sheet 04, a cell tube 010 formed by forming a single cell membrane (not shown) on the outer peripheral surface has an upper end positioned in the fuel discharge chamber 06 and a lower side is a battery chamber of the module body 01. Through-holes are supported so as to be positioned within 01a.
Inside the cell tube 010, a fuel injection pipe 011 penetrating the upper tube plate 03 is disposed so as to communicate the inside lower side of the cell tube 010 with the inside of the fuel supply chamber 05.
[0005]
Inside the guide tube 011, a current collecting rod 012 having an upper end positioned in the fuel supply chamber 05 and a lower end positioned near the lower end of the cell tube 010 is disposed. The lower end of the current collecting rod 012 is connected to a current collecting member 013 that is electrically connected to the unit cell membrane and closes the lower end of the cell tube 010. The upper end of the current collecting rod 012 is electrically connected to the outside of the module main body 01 via a nickel current collecting member 013 and a conductive rod 014.
On the other hand, a current collector connector 015 that is electrically connected to the cell membrane is attached to the upper end of the cell tube 010. The current collector connector 015 is connected to another cell tube 01 and the current collector connector (Ni felt). ) Are connected in parallel via 015. Moreover, it connects in series by the mounting direction of the upper end and lower end of a cell tube.
[0006]
A porous ceramic partition plate 016 is provided below the battery chamber 01a of the module body 01. An air preheating chamber 017 communicating with the battery chamber 01a through the partition plate 016 is provided below the partition plate 016.
An air supply pipe 018 communicating with the outside of the module main body 01 is connected to the air preheating chamber 017. Further, one end side of the air discharge pipe 019 is located inside the battery chamber 01a of the module body 01. The air discharge pipe 019 has the other end located outside the module main body 01, and the middle part is disposed so as to pass through the inside of the air preheating chamber 017 so that heat is exchanged.
[0007]
Next, the operation of the cylindrical solid electrolyte fuel cell module having such a structure will be described.
[0008]
The inside of the battery chamber 01a of the module main body 01 is heated to an operating temperature (about 900 to 1000 ° C.), fuel gas 020 such as hydrogen is supplied from the outer pipe 07, and air 021 which is oxidant gas is supplied from the air supply pipe 018. Supply.
The fuel gas 020 supplied via the outer pipe 07 flows from the fuel supply chamber 05 to the lower end side of the cell tube 010 via the injection pipe 011.
On the other hand, the air 021 that has passed through the partition plate 016 flows into the battery chamber 01a through the air preheating chamber 017.
[0009]
When the fuel 020 passes through the porous base tube of the cell tube 010 and is supplied to a cell membrane (not shown), and the air (oxygen) 021 contacts the cell membrane, the cell membrane becomes hydrogen and air ( Oxygen) is reacted electrochemically to generate electric power, and the electric power is sent to the outside through the current collecting member 013 and the conductive rod 014.
[0010]
The remaining fuel gas 022 after being used for power generation flows into the fuel discharge chamber 06 from the upper end of the cell tube 010 and is discharged to the outside through the inner pipe 08, while The remaining air 023 is discharged to the outside through the air discharge pipe 019.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the cylindrical solid electrolyte fuel cell module as described above, since the operating temperature is high (around 900 to 1100 ° C.), the top plate 02, the upper tube plate 03, and the lower tube plate 04 disposed in the module main body 01. The material must be made of a heat-resistant alloy. This is because the fuel supply / discharge pipes such as the injection pipe 011 are made of ceramics, so they are fragile and need to maintain soundness over a long period of time so that they will not crack or crack even if the temperature changes. Because there is.
[0012]
Further, since the top plate 02, the upper tube plate 03, and the lower tube plate 04 have to be made thick in consideration of durability so as not to be distorted, the manufacturing cost is further improved. .
[0013]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell module in which the module structure is simplified, the number of module components is reduced, the manufacturing cost is reduced, and the output density is improved.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The invention of [Claim 1] that solves the above-described problem is to supply an oxidant gas and a fuel gas to a cell tube formed by forming a single cell membrane on the outer peripheral surface of a battery chamber under an operating temperature environment. In the cylindrical solid electrolyte fuel cell module in which electric power is obtained by electrochemical reaction of the oxidant gas and the fuel gas,
A module body surrounded by heat insulating material;
A top plate and a tube plate arranged in the module body;
A fuel chamber is formed between the top plate and the tube plate,
Comprising a reaction tube comprising a plurality of cell tubes penetrating the tube plate and facing the openings at both ends in the fuel chamber ,
The fuel chamber has a partition member that partitions the fuel gas supply side and the discharge side of the cell tube into one or a plurality, and supplies fuel from the fuel gas inlet end of one or a plurality of cell tubes. In addition, the fuel gas discharged from the outlet end of the fuel gas of the one or more cell tubes is supplied to the inlet end of the fuel gas of the next one or more cell tubes. Electricity is generated while fuel gas is continuously supplied to each cell tube .
[0016]
Invention [Claim 2], in claim 1, the cell tube Ri U-shaped der, the reaction tube is characterized by having a continuously folded structure above the battery compartment.
The invention of [Claim 3] is characterized in that, in Claim 2, the unit cell film is also formed on a U-shaped tube portion of the cell tube.
[0017]
According to the invention of [Claim 4], the oxidant gas and the fuel gas are supplied to a cell tube formed by forming a single cell membrane on the outer peripheral surface of the battery chamber under an operating temperature environment, thereby In a cylindrical solid electrolyte fuel cell module in which electric power is obtained by electrochemical reaction with fuel gas,
A module body surrounded by heat insulating material;
A top plate and a tube plate arranged in the module body;
A fuel chamber is formed between the top plate and the tube plate,
A plurality of cell tubes are provided so as to pass through the tube plate and face the opening at one end in the fuel chamber, and the opening at the other end of the plurality of cell tubes is connected by a communication member,
The fuel chamber has a partition member that partitions the fuel gas supply side and the discharge side of the cell tube into one or a plurality, and supplies fuel from the fuel gas inlet end of one or a plurality of cell tubes. Then, the fuel gas discharged from the outlet end of the fuel gas of one or a plurality of cell tubes connected via the communication member is supplied to the inlet end of the fuel gas of the next one or a plurality of cell tubes. It supplies, and it produces electric power, supplying fuel gas to each said cell tube sequentially sequentially .
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the fuel cell module according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these embodiments.
[0019]
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell module, and FIG. 2 is a schematic view of a U-shaped cell tube disposed in the module.
As shown in FIG. 1, in the fuel cell module according to the present embodiment, a fuel cell (for example, hydrogen) and an oxidant gas (for example, air) are formed into a single cell membrane on the outer peripheral surface in a battery chamber under an operating temperature environment. A cylindrical solid electrolyte fuel cell module in which electric power is obtained by electrochemically reacting the oxidant gas and the fuel gas by supplying the membrane cell tube, and the module is surrounded by a heat insulating material A main body 10, a top plate 11 and a tube plate 12 disposed in the module main body 10, a fuel chamber 13 configured between the top plate 11 and the tube plate 12, and the tube plate 12, A reaction tube comprising a plurality of cell tubes 15 provided so as to face the openings 15a and 15b at both ends in the fuel chamber 13, a fuel introduction tube 16 for introducing the fuel 20 from one end side of the module body 10, and others End The fuel discharge pipe 17 for discharging the unreacted fuel 21, the partition member 18 for partitioning the supply side and the discharge side of the fuel gas 20 to be supplied, and the air 22 from one end side provided on the lower end side of the module body 10. An air introduction pipe 19 to be introduced and an air exhaust pipe 20 for exhausting the exhaust air 23 from the other end side are provided.
In the present invention, the supplied fuel is continuously supplied without using the fuel injection pipe for supplying the fuel into the cell tube as in the prior art.
[0020]
In FIG. 1, for the sake of explanation, two cell tubes are used, but a plurality of cell tubes are appropriately arranged in the module main body 11 so as to reach a predetermined power generation level.
[0021]
Here, the fuel chamber 13 uses both the function of supplying the fuel into the cell tube and the function of discharging the fuel from the cell tube.
In the present invention, the fuel supply side refers to the side in which the fuel is circulated from above into the fuel chamber 13 and reacts in the reaction tube, and the fuel discharge side refers to the fuel in the fuel chamber 13 from below and reacts in the reaction tube. The side to be made.
[0022]
In the fuel chamber 13, a fuel introduction pipe 16 that connects the fuel chamber 13 and the outside of the module body 10 is connected. Inside the fuel introduction pipe 16, a fuel discharge pipe 17 for discharging unreacted fuel 21 from the final end of the continuously formed reaction pipe is provided as an inner pipe.
In the case where hydrogen of the fuel gas is supplied by a reforming reaction, a catalyst (for example, a Ni-based catalyst) may be provided in the fuel introduction pipe 16.
[0023]
Hereinafter, the module structure of the present embodiment will be described in detail.
A cell tube 15 formed by forming a cell membrane (not shown) on the outer peripheral surface of the tube plate 12 is positioned so that both end openings 15a and 15b face the fuel chamber 13, and on the lower side. The U-shaped tube 15c is supported so as to be positioned in the battery chamber 11a.
[0024]
The first opening 15a on the fuel supply end side of the cell tube 15 is electrically connected to the outside of the module body 10 via a nickel collecting felt 25a and a conductive rod 25b electrically connected to the unit cell membrane (positive electrode). Side).
On the other hand, a current collecting connector 26 that is electrically connected to the unit cell membrane is attached to an opening of the cell tube 15 through which the fuel is discharged and supplied. The cell tube 15 and the current collecting connector 26 are connected in series.
The last opening 15b on the fuel discharge end side of the cell tube 15 is electrically connected to the outside of the module main body 10 through a nickel current collecting felt 25a and a conductive rod 25b electrically connected to the unit cell membrane. (Negative electrode side) is connected.
[0025]
A porous ceramic partition plate 27 is provided in the lower part of the battery chamber 10 a of the module body 10. An air preheating chamber 28 that communicates with the battery chamber 10 a through the partition plate 27 is provided below the partition plate 27.
An air supply pipe 19 that communicates with the outside of the module body 10 is connected to the air preheating chamber 28. Further, one end side of the air discharge pipe 20 is located inside the battery chamber 10 a of the module body 10. The other end side of the air discharge pipe 20 is located outside the module main body 10, and the middle part is disposed so as to pass through the inside of the air preheating chamber 28 to exchange heat.
[0026]
The partition member 18 that divides the supply side and the discharge side of the fuel gas 20 to be supplied is for continuously supplying the fuel 20 to be supplied into the reaction tube formed continuously. The next cell tube is sequentially supplied.
[0027]
FIG. 2 is a schematic view of the cell tube 15.
As shown in FIG. 2, the cell tube 15 includes a base tube 31, a fuel electrode 32 provided on the surface of the base tube 31, an oxygen ion electric electrolyte 33 provided on the surface of the fuel electrode 32, and the electrolyte An air electrode 34 provided on the surface of 33 is used as a unit cell film 35, which is formed with an interconnector 36 interposed therebetween.
A lead film 37 is provided on the final interconnector 36 on the lower end side of the cell tube 15. A confidential airtight film 39 is formed outside the lead film 37.
A U-shaped tube 40 is joined to the other end of the base tube 31 by a joint 41.
The U-shaped tube 40 is made of the same material as that of the above-mentioned base tube or a material having a current collecting property, and a current collecting film 42 made of the same material as the interconnector 36 and an airtight film 43 for keeping airtightness are formed on the outside. .
[0028]
Note that the cell membrane 35 may be formed on the U-shaped tube to improve the power generation density.
[0029]
Next, the operation of the cylindrical solid electrolyte fuel cell module having such a structure will be described.
[0030]
The inside of the battery chamber 10 a of the module body 10 is heated to an operating temperature (about 900 to 1000 ° C.), and a fuel gas 20 such as hydrogen is supplied from the fuel introduction pipe 16 and air 22 that is an oxidant gas is supplied from the air supply pipe 19. Supply.
The fuel gas 20 supplied through the fuel introduction pipe 16 flows into the cell tube 15 from the opening 15 a that opens to the fuel chamber 13.
The fuel gas that has flowed into the cell tube 15 is used for reaction, discharged from the opening 15b at the other end, and flows into the cell tube 15 through the adjacent opening 15a.
The fuel gas supplied to the final cell tube is discharged from the discharge pipe 17 to the outside.
In addition, the fuel gas 20 to be supplied is preheated by this double tube structure.
[0031]
When hydrogen is generated by arranging a catalyst in the fuel introduction pipe 16 to reform the fuel gas, a gas such as methane or propane can be used as the introduced gas.
[0032]
When the fuel 20 passes through the porous base tube of the cell tube 15 and is supplied to a single cell membrane (not shown), and the air (oxygen) 22 contacts the single cell membrane, the single cell membrane becomes hydrogen and air ( Oxygen) is reacted electrochemically to generate electric power, and the electric power is sent to the outside through the current collecting member 25a and the conductive rod 25b.
[0033]
The exhausted air 23 after being used for power generation is exhausted to the outside through the air exhaust pipe 24.
[0034]
According to the present embodiment, the fuel or air injection pipe, which is essential for the cell tube of the conventional cylindrical fuel cell, is not required, and the module component can be saved in labor.
In addition, as a result of this labor saving, the number of seal parts and current collecting parts is halved.
In addition, an expensive support tube plate having high temperature resistance for supporting the fuel or air injection tube is not required, and the production cost of the module is reduced.
In addition, since the injection tube and the cell tube had a double structure in the past, the tube sheet was thickened to prevent contact due to the occurrence of distortion, but the present invention simply eliminates the need for an injection tube. Since it suffices to support the cell tube on the tube sheet, the thickness of the tube sheet can be made thinner than before.
Furthermore, since the mounting density of the cell tube can be improved, the output density of the entire module can be improved.
[0035]
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
3 is a schematic perspective view of the fuel cell module, FIG. 4 is a view as viewed from the arrow A, FIG. 5 is a view as viewed from the arrow B, FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. It is the schematic of the cell tube arranged.
In the first embodiment described above, the lower end side of the cell tube is connected by a U-shaped tube to form a continuous reaction tube. In this embodiment, instead of using a U-shaped tube, a fuel communication member is provided to provide fuel. Gas is continuously supplied. In this embodiment, the module structure is omitted.
[0036]
As shown in FIGS. 3 to 5, in the present embodiment, a top plate 11 and a tube plate 12 are disposed in a module body (not shown), and the space between the top plate 11 and the tube plate 12 is provided. A fuel chamber 13 is provided.
The tube plate 12 includes a plurality of cell tubes 50 that pass through the tube plate 12 and face the openings 50a and 50b at both ends in the fuel chamber 13, and fastening means such as a pressing ring 51a and a nut 51b. 51 is provided.
A dense sealing member 53 such as zirconia is provided around the cell tube 50 via an airtight bonding film 52.
[0037]
In this embodiment, the unit is composed of three supply-side cell tubes 50 that react while supplying fuel downward, and three discharge-side cell tubes 50 that react while supplying fuel upward. Although a plurality of units are installed in the module body, the present invention is not limited to this.
[0038]
A partition member 18 that divides the supplied fuel gas 20 into a supply side and a discharge side is suspended from the top plate 11 between the top plate 11 and the tube plate 12 in the fuel chamber 13. A seal member 55 is provided on the side to partition the fuel supply side and the fuel discharge side.
[0039]
A heat insulating material 56 is provided inside the battery chamber 10a to maintain the high temperature state of the battery chamber.
[0040]
Further, a seal cap 57 is provided on the lower end side of the cell tube 50 so as to integrally communicate the adjacent cell tubes 50, 50 on the lower end side.
[0041]
At the lower end of the cell tube 50 in the seal cap 57, a current collecting rod 58 is arranged at the center and a porous conductive current collecting member 60 having a plurality of fuel passage holes 59 together with the Ni current collecting member 61. It is installed.
The current collecting rods 58 are electrically connected by the conductive rods 62 disposed on the seal cap 57.
Further, a porous sealing member 63 such as zirconia is provided through a confidential bonding film 52 in order to seal the adjacent cell tubes 50, 50.
In addition, the current collection cap 60 is provided in the upper end side of cell tubes 50 and 50, and it collects electricity.
[0042]
FIG. 7 is a schematic view of the cell tube 50.
As shown in FIG. 7, the cell tube 50 includes a base tube 31, a fuel electrode 32 provided on the surface of the base tube 31, an oxygen ion electric electrolyte 33 provided on the surface of the fuel electrode 32, and the electrolyte The air electrode 34 provided on the surface 33 is used as a unit cell film 35, which is formed in a horizontal stripe pattern with an interconnector 36 interposed therebetween.
A lead film 37 is provided on the final interconnector 36 on the lower end side of the cell tube 50. An airtight film 43 that maintains airtightness is formed on the outer peripheral side of the lead film 37, and a current collecting film 42 that is electrically connected to the lead film 37 is formed on the inner side of the end of the base tube 31. ing.
[0043]
Next, the operation of the cylindrical solid electrolyte fuel cell module having such a structure will be described.
[0044]
The fuel gas 20 supplied from a fuel supply pipe (not shown) flows into the cell tube 50 from the opening 50 a that opens to the fuel chamber 13.
The fuel gas that has flowed into the cell tube 50 is used for the reaction, and the fuel that has reached the lower end of the cell tube 50 is folded back within the seal cap 52 and ascends within the cell tube 50 to enter the fuel chamber 13 from the opening 50b. To be discharged. Next, the cells are sequentially supplied into the cell tubes 50 on the downstream side into the adjacent cell tubes 50 and used for power generation.
Then, the unreacted fuel gas supplied to the final cell tube 50 is discharged to the outside through the discharge pipe.
[0045]
According to the present embodiment, the fuel or air injection pipe, which is essential for the cell tube of the conventional cylindrical fuel cell, is not required, and the module component can be saved in labor.
In addition, as a result of this labor saving, the number of seal parts and current collecting parts is halved.
In addition, an expensive support tube plate having high temperature resistance for supporting the fuel or air injection tube is not required, and the production cost of the module is reduced.
In addition, unlike the first embodiment, a cylindrical cell tube that is currently used can be used without joining a U-shaped tube.
Conventionally, since the injection tube and the cell tube had a double structure, the tube plate was made thick to prevent contact due to the occurrence of distortion. Therefore, the thickness of the tube sheet can be made thinner than before.
Furthermore, since the mounting density of the cell tube can be improved, the output density of the entire module can be improved.
[0046]
In the present invention, the fuel supply is made in the cell tube and the air supply is made outside the cell tube. However, the present invention is not limited to this, and the air supply is made in the cell tube and the fuel supply is made outside the cell tube. It is good also as a structure of.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention of [Claim 1], the oxidant gas and the fuel gas are supplied to the cell tube formed by forming the unit cell film on the outer peripheral surface of the battery chamber under the operating temperature environment. Thus, in the cylindrical solid electrolyte fuel cell module in which electric power is obtained by electrochemical reaction of the oxidant gas and the fuel gas, the module main body surrounded by a heat insulating material, and the module main body are arranged in the module main body. And a plurality of cell tubes provided between the top plate and the tube plate as a fuel chamber, penetrating the tube plate, and facing the openings at both ends in the fuel chamber. Since the reaction tube is provided, the fuel or air injection tube, which is essential for the cell tube of the conventional cylindrical fuel cell, is not required, and the labor of the module component can be saved. In addition, as a result of this labor saving, the number of seal parts and current collecting parts is halved. In addition, an expensive support tube plate having high temperature resistance for supporting the fuel or air injection tube is not required, and the production cost of the module is reduced. Furthermore, since the mounting density of the cell tube can be improved, the output density of the entire module can be improved.
The fuel chamber has a partition member for partitioning the fuel gas supply side and the discharge side of the cell tube into one or a plurality of fuel cells, and fuel is supplied from the fuel gas inlet end of the one or more cell tubes. And the fuel gas discharged from the outlet end of the fuel gas of the one or more cell tubes is supplied to the inlet end of the fuel gas of the next one or more cell tubes. Since power generation is performed while continuously supplying fuel gas to each of the cell tubes, the mounting density of the cell tubes can be improved, so that the output density of the entire module can be improved. Further, the fuel to be supplied in the continuously formed reaction tube can be continuously supplied by sequentially supplying the discharged fuel into the next cell tube.
[0049]
[Claim 2] The invention of [Claim 2] is that, according to Claim 1, the cell tube is U-shaped, and the reaction tube has a continuously folded structure in the battery chamber. A fuel or air injection pipe, which is essential in the cell tube, is no longer necessary, and the module component can be saved. In addition , the invention of [Claim 3] is the U. The power density of the entire module can be improved by forming a power generation film on the tube portion.
[0050]
According to the invention of [Claim 4], the oxidant gas and the fuel gas are supplied to a cell tube formed by forming a single cell membrane on the outer peripheral surface of the battery chamber under an operating temperature environment, thereby In a cylindrical solid electrolyte fuel cell module in which electric power is obtained by electrochemical reaction with fuel gas,
A module body surrounded by heat insulating material;
A top plate and a tube plate arranged in the module body;
A fuel chamber is formed between the top plate and the tube plate,
A plurality of cell tubes are provided so as to pass through the tube plate and face the opening at one end in the fuel chamber, and the opening at the other end of the plurality of cell tubes is connected by a communication member,
The fuel chamber has a partition member that partitions the fuel gas supply side and the discharge side of the cell tube into one or a plurality, and supplies fuel from the fuel gas inlet end of one or a plurality of cell tubes. Then, the fuel gas discharged from the outlet end of the fuel gas of one or a plurality of cell tubes connected via the communication member is supplied to the inlet end of the fuel gas of the next one or a plurality of cell tubes. Since the fuel gas is supplied and sequentially generated while continuously supplying the fuel gas to each of the cell tubes , the currently used cylindrical tube cell tube can be used without joining the U-shaped tube. Moreover, the packing density of the cell tube can be improved as compared with the U-shaped tube, and the output density of the entire module can be improved. Further, the fuel to be supplied into the continuously formed reaction tube can be continuously supplied by sequentially supplying the discharged fuel into the next cell tube.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell module according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic view of a U-shaped cell tube disposed in a module.
FIG. 3 is a schematic perspective view of a fuel cell module.
4 is a view as seen from an arrow A in FIG. 3;
5 is a view taken in the direction of arrow B in FIG. 3;
6 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
FIG. 7 is a schematic view of a cell tube.
FIG. 8 is a schematic view of a conventional fuel cell module.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Module main body 11 Top plate 12 Tube plate 13 Fuel chamber 15a, 15b Opening part 15 Cell tube 16 Fuel introduction pipe 17 Fuel discharge pipe 18 Partition member 19 Air introduction pipe 20 Fuel 21 Unreacted fuel 22 Air 23 Exhaust air 24 Air discharge Tube 25a Current collecting felt 25b Conductive rod 26 Current collecting connector 27 Partition plate 28 Air preheating chamber 50a, 50b Opening 50 Cell tube 52 Airtight bonding film 53 Seal member 55 Seal member 57 Seal cap 58 Current collecting rod 59 Fuel passage hole 60 Sealing member 61 Ni current collecting member 62 Conductive rod 63 Sealing member 31 Base tube 32 Fuel electrode 33 Electrolyte 34 Air electrode 35 Interconnector 37 Lead film 39 Airtight film 40 U-shaped pipe 41 Joint 42 Current collecting film 43 Airtight film

Claims

酸化剤ガスと燃料ガスとを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、
断熱材で包囲されたモジュール本体と、
該モジュール本体内に配された天板及び管板と、
上記天板と管板との間を燃料室とし、
上記管板を貫通し、上記燃料室内に両端の開口部を臨むように設けた複数のセルチューブからなる反応管とを具備してなり、
上記燃料室内において上記セルチューブの燃料ガスの供給側と排出側とを一本又は複数本ごとに仕切る仕切り部材を有し、一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端から燃料を供給すると共に、該一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの出口端から排出された燃料ガスを、次の一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端へ供給して、順次、上記各セルチューブへ燃料ガスを連続的に供給しつつ発電することを特徴とする円筒型固体電解質燃料電池モジュール。The oxidant gas and the fuel gas are electrochemically reacted by supplying the oxidant gas and the fuel gas to a cell tube formed with a single cell membrane on the outer peripheral surface of the battery chamber under the operating temperature environment. In the cylindrical solid electrolyte fuel cell module which is made to obtain electric power,
A module body surrounded by heat insulating material;
A top plate and a tube plate arranged in the module body;
A fuel chamber is formed between the top plate and the tube plate,
Comprising a reaction tube comprising a plurality of cell tubes penetrating the tube plate and facing the openings at both ends in the fuel chamber ,
The fuel chamber has a partition member that partitions the fuel gas supply side and the discharge side of the cell tube into one or a plurality, and supplies fuel from the fuel gas inlet end of one or a plurality of cell tubes. In addition, the fuel gas discharged from the outlet end of the fuel gas of the one or more cell tubes is supplied to the inlet end of the fuel gas of the next one or more cell tubes. A cylindrical solid electrolyte fuel cell module that generates electricity while continuously supplying fuel gas to each cell tube .

請求項１において、上記セルチューブがＵ字型であり、上記反応管は上記電池室内で連続的に折り返した構造を有することを特徴とする燃料電池モジュール。2. The fuel cell module according to claim 1, wherein the cell tube is U-shaped, and the reaction tube has a structure that is continuously folded in the battery chamber.

請求項２において、上記セルチューブにおけるＵ字管部分にも上記単電池膜が形成されていることを特徴とする燃料電池モジュール。3. The fuel cell module according to claim 2, wherein the unit cell membrane is also formed on a U-shaped tube portion of the cell tube.

酸化剤ガスと燃料ガスとを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、
断熱材で包囲されたモジュール本体と、
該モジュール本体内に配された天板及び管板と、
上記天板と管板との間を燃料室とし、
上記管板を貫通し、上記燃料室内に一端の開口部を臨むように複数のセルチューブを設けると共に、該複数のセルチューブの他端の開口部を連通部材で連結し、
上記燃料室内において上記セルチューブの燃料ガスの供給側と排出側とを一本又は複数本ごとに仕切る仕切り部材を有し、一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端から燃料を供給し、上記連通部材を介して連結された一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの出口端から排出された燃料ガスを、次の一本又は複数本のセルチューブの燃料ガスの入口端へ供給して、順次、上記各セルチューブへ燃料ガスを連続的に供給しつつ発電することを特徴とする円筒型固体電解質燃料電池モジュール。 The oxidant gas and the fuel gas are electrochemically reacted by supplying the oxidant gas and the fuel gas to a cell tube formed with a single cell membrane on the outer peripheral surface of the battery chamber under the operating temperature environment. In the cylindrical solid electrolyte fuel cell module which is made to obtain electric power,
A module body surrounded by heat insulating material;
A top plate and a tube plate arranged in the module body;
A fuel chamber is formed between the top plate and the tube plate,
A plurality of cell tubes are provided so as to pass through the tube plate and face the opening at one end in the fuel chamber, and the opening at the other end of the plurality of cell tubes is connected by a communication member,
The fuel chamber has a partition member that partitions the fuel gas supply side and the discharge side of the cell tube into one or a plurality, and supplies fuel from the fuel gas inlet end of one or a plurality of cell tubes. Then, the fuel gas discharged from the outlet end of the fuel gas of one or a plurality of cell tubes connected via the communication member is supplied to the inlet end of the fuel gas of the next one or a plurality of cell tubes. A cylindrical solid electrolyte fuel cell module that generates power while supplying and sequentially supplying fuel gas to each of the cell tubes .