JP3727906B2 - 燃料電池モジュール - Google Patents
燃料電池モジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JP3727906B2 JP3727906B2 JP2002176355A JP2002176355A JP3727906B2 JP 3727906 B2 JP3727906 B2 JP 3727906B2 JP 2002176355 A JP2002176355 A JP 2002176355A JP 2002176355 A JP2002176355 A JP 2002176355A JP 3727906 B2 JP3727906 B2 JP 3727906B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- tube
- chamber
- plate
- fuel cell
- 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.)
- Expired - Lifetime
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)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に関し、特に、筒型構造を有する燃料電池のモジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の円筒型固体電解質燃料電池モジュール100の概略構成の一例を図7に示す。図7では、発電された電力の集電に関わる部分は省略している。
【0003】
図7を参照して、燃料電池モジュール100は、燃料ガス供給部110と、酸化剤ガス供給室107と、発電部である燃料電池セル管103とを具備する。燃料ガス供給部110は、供給室108と排出室109とを有する。また、燃料電池セル管103は、外管104、内管105を有する。そして、酸化剤ガス供給室107は、側板121と底面板122を有する。
【0004】
上面板112、側板113及び管板114で構成される供給室108は、燃料電池セル管103に燃料ガス1を供給する。また、管板114、側板116及び管板117で構成される排出室109は、燃料電池セル管103で未使用の燃料ガス1を排出する。
燃料電池セル管103の外管104は、一端部を管板117に開放されて接続(連通)され、他端部を酸化剤ガス供給室107へ延ばし閉止している。外管104は、固定冶具により管板117に固定され、支持されている。内管105は、一端部を管板114に開放されて接続(連通)され、他端部を外管104の他端部近傍へ延ばし開放されている。内管105は、固定冶具により管板114に固定され、支持されている。
管板117、側板121と底面板122で構成される酸化剤ガス供給室107は、燃料電池セル管103を含み、燃料電池セル管103へ酸化剤ガス2を供給する。
【0005】
上記構造を維持するためには、構造材の導入が重要となる。
例えば、構造材を燃料ガス供給部110の外側に溶接などの方法により接合する。そして、その構造材を介して、燃料ガス供給部110及び燃料電池セル管103を保持(支持)する。あるいは、側板121及び底面板122に、強度の強い材料を用いる。そうすることにより、それらを構造材として機能させ、燃料ガス供給部110及び燃料電池セル管103を保持(支持)する。又は、構造材を側板121に接合し、その構造材で側板121を介して燃料ガス供給部110及び燃料電池セル管103を保持(支持)する。
【0006】
これらのような方法は、燃料電池モジュール100の他に、構造材を追加で使用する必要があり、設備の容積及び設置面積の増加、重量の増加、コストの増加などを招く。
設備の容積及び設置面積の増加を招くことなく、燃料電池モジュールの構造を保持(支持)することが可能な技術が求められている。用いる部材が少なく、簡潔な方法で燃料電池モジュールの構造を保持(支持)することが可能な技術が望まれている。低コストで燃料電池モジュールの構造を保持(支持)することが可能な技術が望まれている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、設備の容積及び設置面積の増加を招くことなく構造を保持(支持)することが可能な燃料電池モジュールを提供することである。
【0008】
また、本発明の他の目的は、不要な部材を用いず、簡潔な方法で構造を保持(支持)することが可能な燃料電池モジュールを提供することである。
【0009】
本発明の更に他の目的は、低コストで構造を保持(支持)することが可能な燃料電池モジュールを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
以下に、[発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]との対応関係を明らかにするために括弧付で付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【0011】
従って、上記課題を解決するために、本発明の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セル管(3)と、第1燃料室(8)と、第2燃料室(9)と、空気室(7)とを具備する。複数の燃料電池セル管(3)は、表面に燃料電池セル(21)を形成される。第1燃料室(8)は、複数の燃料電池セル管(3)内に燃料ガス(1)を供給する。第2燃料室(9)は、複数の燃料電池セル管(3)で使用済みの燃料ガス(1)を排出する。空気室(7)は、第1燃料室(8)と第2燃料室(9)との間に設置され、複数の燃料電池セル管(3)を含み、燃料電池セル(21)に酸化剤ガス(2)を供給する。そして、第1燃料室(8)は、複数の燃料電池セル管(3)の一端部が第1燃料室(8)の一側面としての第1管板(14)に開放され、嵌合された複数の第1嵌合部(8−2)を含む。また、第2燃料室(9)は、複数の燃料電池セル管(3)の他端部が第2燃料室(9)の一側面としての第2管板(15)に開放され、嵌合された複数の第2嵌合部(9−2)を含む。
【0012】
また、本発明の燃料電池モジュールは、複数の第1嵌合部(8−2)が、第1管板(14)と複数の燃料電池セル管(3)とによる締り嵌めである。
【0013】
また、本発明の燃料電池モジュールは、複数の第2嵌合部(9−2)が、第2管板(15)と複数の燃料電池セル管(3)とによる締り嵌めである。
【0014】
また、本発明の燃料電池モジュールは、第1管板(14)と複数の燃料電池セル管(3)との間、及び、第2管板(15)と複数の燃料電池セル管(3)との間の少なくとも一方にガスシール剤(24)を含む。
【0015】
また、本発明の燃料電池モジュールは、複数の第1嵌合部(8−2)が、第1管板(14)に嵌合した複数の第1嵌合リング(26)を備える。そして、複数の燃料電池セル管(3)は、複数の第1嵌合リング(26)の内側に結合されている。
【0016】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、複数の第1嵌合部(8−2)が、第1管板(14)と複数の第1嵌合リング(26)とによる締り嵌めである。
【0017】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、第1管板(14)と複数の第1嵌合リング(26)との間に、ガスシール剤(24)を含む。
【0018】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、複数の第2嵌合部(9−2)が、第2管板(15)に嵌合した複数の第2嵌合リング(26’)を備える。そして、複数の燃料電池セル管(3)は、複数の第2嵌合リング(26’)の内側に結合されている。
【0019】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、複数の第2嵌合部(9−2)が、第2管板(15)と複数の第2嵌合リング(26’)とによる締り嵌めである。
【0020】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、第2管板(15)と複数の第2嵌合リング(26’)との間に、ガスシール剤(24’)を含む。
【0021】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セル管(3)と、第1空気室(8)と、第2空気室(9)と、燃料室(7)とを具備する。複数の燃料電池セル管(3)は、表面に燃料電池セル(21)を形成されている。第1空気室(8)は、複数の燃料電池セル管(3)内に酸化剤ガス(2)を供給する。第2空気室(9)は、複数の燃料電池セル管(3)で使用済みの酸化剤ガス(2)を排出する。燃料室(7)は、第1空気室(8)と第2空気室(9)との間に設置され、複数の燃料電池セル管(3)を含み、燃料電池セル(21)に燃料ガス(1)を供給する。そして、第1空気室(8)は、複数の燃料電池セル管(3)の一端部が第1空気室(8)の一側面としての第3管板(14)に開放され、嵌合された複数の第3嵌合部(8−2)を含む。また、第2空気室(9)は、複数の燃料電池セル管(3)の他端部が第2空気室(9)の一側面としての第4管板(15)に開放され、嵌合された複数の第4嵌合部(9−2)とを含む。
【0022】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、複数の第3嵌合部(8−2)が、第3管板(14)と複数の燃料電池セル管(3)とによる締り嵌めであり、複数の第4嵌合部(9−2)は、第4管板(15)と複数の燃料電池セル管(3)とによる締り嵌めである。
【0023】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、複数の第3嵌合部(8−2)が、第3管板(14)に嵌合した複数の第3嵌合リング(26)を備える。そして、複数の第4嵌合部(9−2)は、第4管板(15)に嵌合した複数の第4嵌合リング(26’)を備える。また、複数の燃料電池セル管(3)は、複数の第3嵌合リング(26)の内側、及び、複数の第4嵌合リング(26’)の内側に結合されている。
【0024】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、複数の第3嵌合部(8−2)が、第3管板(14)と複数の第3嵌合リング(26)とによる締り嵌めである。そして、複数の第4嵌合部(9−2)は、第4管板(15)と複数の第4嵌合リング(26’)とによる締り嵌めである。
【0025】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セル管(3)と、第1燃料室(8)と、第2燃料室(9)と、空気室(7)とを具備する。複数の燃料電池セル管(3)は、表面に燃料電池セル(21)を形成されている。第1燃料室(8)は、複数の燃料電池セル管(3)内に燃料ガス(1)を供給する。第2燃料室(9)は、複数の燃料電池セル管(3)で使用済みの燃料ガス(1)を排出する。空気室(7)は、第1燃料室と(8)第2燃料室(9)との間に設置され、複数の燃料電池セル管(3)を含み、燃料電池セル(21)に酸化剤ガス(2)を供給する。そして、複数の燃料電池セル管(3)は、一端部は第1燃料室(8)の一側面としての第1管板(14)に開放されて嵌合され、他端部は第2燃料室(9)の一側面としての第2管板に開放されて嵌合され、複数の燃料電池セル管(3)と第1燃料室(8)と第2燃料室(9)との構造を保持する構造材である。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明である燃料電池モジュールの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
本実施例において、筒型のうち円筒型の燃料電池モジュールについて例を示して説明するが、他の筒型構造を有する燃料電池にも適用が可能である。なお、各実施の形態において同一又は相当部分には同一の符号を付して説明する。
【0027】
図1は、本発明である燃料電池モジュールの一実施の形態の構成を示す図(断面図)である。燃料電池モジュール33は、複数の燃料電池セル管3、空気室としての酸化剤ガス供給室7、第1燃料室としての供給室8、第2燃料室としての排出室9、断熱体10(−1〜2)を備える。
第1燃料室としての供給室8は、側板12、側板13、第1燃料室の一側面としての第1管板(又は第3管板)である管板A14、燃料ガス供給口8−1及び(複数の)第1嵌合部8−2を有する。
第2燃料室としての排出室9は、側板17、側板16、第2燃料室の一側面としての第2管板(又は第4管板)である管板B15、燃料ガス排出口9−1及び(複数の)第2嵌合部9−2を有する。
酸化剤ガス供給室7は、側板31と、管板A14、管板B15、酸化剤ガス供給口7−1及び酸化剤ガス排出口7−2を有する。
なお、図1の構成は、本図面においては、集電に関する構成について、省略している。
【0028】
本発明では、複数の燃料電池セル管3が、その一端部において供給室8の管板A14に締り嵌めで接合(第1嵌合部8−2)されている。そして、管板A14の締め付け力により、供給室8側において、強固に保持されている。同様に、複数の燃料電池セル管3が、その他端部において排出室9の管板B15に締り嵌めで接合(第2嵌合部9−2)されている。そして、管板B15の締め付け力により、排出室9側において、強固に保持されている。この管板A14及び管板B15による両端保持の力と燃料電池セル管3の強度により、供給室8−燃料電池セル管3−排出室9が一体となる。そして、その構造が強く保持(支持、維持)される。その結果、構造を維持するための構造材を使用することなく、燃料電池モジュール33の構造の保持が可能となる。
【0029】
以下に各構成を詳細に説明する。
燃料電池セル管3は、多孔質セラミックスの円筒型の基体管である。外周面上には、発電を行う燃料電池セル21とリード膜23(後述)を有する。燃料電池セル管3は、一端部を供給室8の管板A14に、開放されて嵌合されている。同様に、他端部は排出室9の管板B15に、開放されて嵌合されている。材質は、安定化ジルコニアである。
【0030】
第1燃料室としての供給室8は、側板12と側板13と管板A14とで囲まれた中空の直方体や円柱等の形をしているガス分配室である。各板は、ステンレスや耐熱合金などの金属製である。燃料ガス1の供給を受けるための燃料ガス供給口8−1を有する。管板A14は、供給室8と酸化剤ガス供給室7とを隔てている。燃料電池セル管3の一端部とは、供給室8に入った燃料ガス1が燃料電池セル管3へ供給されるように、第1嵌合部8−2で連結し、接合している。複数存在する各燃料電池セル管3へ、均等に燃料ガス1を供給する。内部にガスの流れを整え易くするために整流板のような機構を用いても良い。本実施例では、ステンレス製の直方体形状を有する。
【0031】
第2燃料室としての排出室9は、側板17と側板16と管板B15とで囲まれた中空の直方体や円柱等の形をしているガス分配室である。各板は、ステンレスや耐熱合金などの金属製である。使用済みの燃料ガス1の排出を行なうための燃料ガス排出口9−1を有する。一側面である管板B15は、排出室9と酸化剤ガス供給室7とを隔てている。燃料電池セル管3の他端部とは、燃料電池セル管3から排出される使用済み燃料ガス1を収集可能なように、第2嵌合部9−2で連結し、接合している。内部にガスの流れを整え易くする整流板のような機構を用いても良い。本実施例では、ステンレス製の直方体形状を有する。
【0032】
空気室としての酸化剤ガス供給室7は、供給室8(の管板A14)と排出室9(の管板B15)との間にあり、それらと隔離され、燃料電池セル管3を含んでいる。燃料電池セル管3に酸化剤ガス2を供給する室である。酸化剤ガス2の供給を受けるための酸化剤ガス供給口7−1及び使用済みの酸化剤ガス2の排出を行なうための酸化剤ガス排出口7−2を有する。管板A14及び管板B15の近傍の内部に、断熱体10(断熱体A10−1及び断熱体B10−2)を固定している。ステンレスや耐熱合金などの金属製の室である。
【0033】
供給室8(第1燃料室)の一側面としての第1管板(又は第3管板)である管板A14は、燃料電池セル管3を接続するための孔が(燃料電池セル管3の数だけ)開口している。そして、燃料電池セル管3の一端部と、ガスの出入りが出来るように連結し、開放されて接合している。
【0034】
排出室9(第2燃料室)の一側面としての第2管板(又は第4管板)である管板B15は、燃料電池セル管3を接続するための孔が(燃料電池セル管3の数だけ)開口している。燃料電池セル管3の他端部とガスの出入りが出来るように連結し、開放されて接合している。
【0035】
断熱体10は、管板A14及び管板B15の近傍であって、供給室8及び排出室9の外側の酸化剤ガス供給室7内に固定されている。管板A14側が、断熱体A10−1であり、管板B15側が、断熱体B10−2である。そして、燃料電池セル管3上の両端部の近傍において、管板と共に酸化剤ガス2の流路を形成し、その流通を制限している。また、燃料電池セル管3の発電部21(後述)側の熱を遮断し、管板A14及び管板B15、あるいは、第1嵌合部及び第2嵌合部を、熱的に保護する。材料としては、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、シリカ、アルミナ、マグネシアなどを主成分とする断熱材などである。
【0036】
図3(b)に、断熱体10(断熱体A10−1及び断熱体B10−2)の正面図(図1(断面図)において供給室8側又は排出室9側から見た図)を示す。断熱体10は、図3に示すように一体の部材である。図3(b)にあるように、断熱体10は千鳥格子状に燃料電池セル管3用の孔が開口している。その孔の直径は、燃料電池セル管3の直径よりもやや大きい。燃料電池セル管3と断熱体10の孔との隙間を酸化剤ガス2が通過するためである。
ただし、本発明における燃料電池の燃料電池セル管3の配置及びその本数が、図3(b)に示すような配置に限定されるものではない。
【0037】
なお、燃料ガス1は、燃料電池セル21が直接内部改質型の場合には、メタン、プロパン等の炭化水素と水蒸気との混合ガスである。そうでない場合には、水素と水蒸気とを含む混合ガスである。
また、酸化剤ガス2は、酸素、空気、あるいはそれらを含む混合ガスである。
【0038】
次に、図2を参照して、燃料電池セル管3の第1嵌合部8−2及びその周辺について説明する。図2は、図1の燃料電池セル管3の1本分の第1嵌合部8−2及びその周辺について拡大した図である。本図面においては、集電に関する構成について、省略している。
第1嵌合部8−2は、燃料電池セル21と発電部22とリード膜23とを含む燃料電池セル管3、管板A14、シール剤24、第1嵌合リング26及び充填材27を備える。その周辺の酸化剤ガス2の流れを断熱体A10−1が制限している。
【0039】
燃料電池セル21は、燃料電池セル管3の外周面上に、燃料極、電解質、空気極を順に少しずつずらして積層(図示せず)した燃料電池のセルである。それぞれの燃料電池セル21同士は、インターコネクタ膜(図示せず)で直列に接合されている。燃料電池セル管3の内側から拡散してくる燃料ガス1と、燃料電池セル管3の外側から供給される酸化剤ガス2とにより、発電を行う。
発電部22は、燃料電池セル管3上の燃料電池セル21が複数ある領域である。ここで、発電がなされ、それと同時に、セルの抵抗損などにより熱が発生し高温になっている。
【0040】
リード膜23は、発電部22で発電された電力を導く一方の極としての導電性の膜である。排出室9側にも同様にあり、両膜から引き出した電極から電力を取り出す。
【0041】
シール剤24は、第1嵌合リング26の外周面側と管板A14の第1嵌合部8−2の内周面側と間の領域に充填されるガスシール剤である。その隙間を埋め、供給室8の燃料ガス1と、酸化剤ガス供給室7の酸化剤ガス2との間をガスシールする。その周辺の最高使用温度に合わせたシール剤を用いる。
なお、第1嵌合リング26の表面と管板A14の第1嵌合部8−2(25)の内周面とのすり合わせが非常に高精度の場合には、シール剤を用いない場合もある。
【0042】
第1嵌合リング26は、その内径が燃料電池セル管3よりもやや大きい円筒状のリングである。その外周面と、管板A14の第1嵌合部8−2(25)の内周面とが密接している。燃料電池セル管3の寸法の多少のずれ、表面の凹凸を、この第1嵌合リング26と充填材27(後述)とが緩衝材として働き、吸収する。
【0043】
充填材27は、第1嵌合リング26の内周面側と燃料電池セル管3の両端の外周面側と間の領域に充填されるガスシール剤かつ接着材である。その隙間を埋め、供給室8及び排出室9の燃料ガス1と、酸化剤ガス供給室7の酸化剤ガス2との間をガスシールする。また、燃料電池セル管3の寸法の多少のずれを、その変形で吸収する。その周辺の最高使用温度に合わせてハンダを行なう方法、接着剤や樹脂などを埋め込む方法などが使用できる。
【0044】
断熱体A10−1については既述の通りなのでその説明を省略する。
【0045】
管板A14は、第1嵌合リング26(及び燃料電池セル管3)を通す孔が、開口している。第1嵌合部8−2の孔の直径は、第1嵌合リング26の直径より、やや小さい。このようにすることにより、図2で示すように、その孔に第1嵌合リング26を通した時、管板A14の孔部の内周部分が、第1嵌合リング26を通した方向に内側に変形し、第1嵌合リング26の外周部と管板A14の孔部の内周部分が密着する。
【0046】
ここで、管板A14について更に説明する。
図3に、管板A14の正面図(図1は、断面図(図3(a)のAA’断面)である)を示す。図3(a)にあるように、管板A14は千鳥格子状に第1嵌合リング26(及び燃料電池セル管3)用の孔32が開口している。各孔32の直径は、第1嵌合リング26の外径よりも小さい。
ただし、本発明における燃料電池の燃料電池セル管3の配置及びその本数が、図3(a)に限定されるものではない。その他の配置の例としては、蜂の巣状、正方配列などがある。
【0047】
管板A14に第1嵌合リング26を通して密着させる方法として、深絞り加工や、焼嵌め加工などの締り嵌め加工がある。孔32は、締り嵌め加工を実施できるように、その直径が第1嵌合リング26の外径よりも小さい。ただし、第1嵌合リング26を用いず、直接燃料電池セル管3を通す場合には、燃料電池セル管3の外径よりも小さくする。
【0048】
管板A14の孔32の内周部分は、第1嵌合リング26と密接する際、締り嵌めによる弾性力により、強く密着し、ガスシール性を発揮する。それと同時に、第1嵌合リング(及びそれに接続している燃料電池セル管3)を強力に保持する。管板A14およびA5は、その間にある燃料電池セル管3によりハニカム構造をとるため、変形することなく複数の燃料電池セル管3を強力に支持することができる。
また、孔32近傍の管板A14の弾性変形に伴い、その周辺部に強い反力が発生する。そのため、管板A14全体として、弾性変形能を有しながらも、管板A14は燃料電池セル管3に拘束されているので薄板管板の面外変形が抑えられる。すなわち、管板A14は、セルの拘束力により、大きな荷重(複数の燃料電池セル管3)に対しても、変形することなくその形状を維持することが出来る。そして、複数の第1嵌合リング26及びそれに接続している複数の燃料電池セル管3を強力に保持することが可能となる。
【0049】
管板A14は、第1嵌合部8−2が、燃料電池セル管3を支持する役割があるので、ある程度の強度を有する材料であることが好ましい。また、接合部分(第1嵌合部)8−2が、燃料電池セル管3と管板A14(のシール剤24と嵌合リング26及び充填材27)との隙間からガスをリークさせないように、且つ、応力などによる位置ずれや振動や衝撃を吸収することが可能なように、金属製の板のような弾性のある部材であることが好ましい。その際、酸化雰囲気で使用することから、耐熱合金などの耐酸化性の部材であることがより好ましい。そのような材料として、鉄系又はインコネル系の金属材料が好ましい。より好ましくは、SUS304やSUS316のようなオーステナイト系ステンレス鋼である。
【0050】
また、その厚みの上限は、締り嵌め加工が可能な厚みであることから、また、下限は、燃料電池セル管3を支持することが可能な厚みであることから、それぞれ実験的に決定される。板の材料の種類により異なる。例えば、オーステナイト系ステンレスでは、0.1mm以上、2mm以下であることが好ましい。より好ましくは0.2以上、1mm以下である。
【0051】
第1嵌合リング26の表面を滑らかにする、あるいは、シール剤24を潤滑性(固体)のあるものにすれば、管板A14の孔の内周面と第1嵌合リング26の外周面とを、ある大きさ以上の力で、互いに滑らせるようにすることも可能である。力の大きさ及び滑り具合は、第1嵌合リング26の表面状態、シール剤24の種類等に基づいて、実験的に決定する。
可動になると、熱膨張係数の違いにより、熱による伸びの相違が発生した場合でも、滑りで吸収することが可能となる。
【0052】
次に、図4を参照して、燃料電池セル管3の第2嵌合部9−2及びその周辺について説明する。図4は、図1の燃料電池セル管3の1本分の第2嵌合部9−2及びその周辺について拡大した図である。本図面においては、集電に関する構成について、省略している。
第1嵌合部9−2は、燃料電池セル21と発電部22とリード膜23とを含む燃料電池セル管3、管板B15、シール剤24’、第2嵌合リング26’及び充填材27’を備える。その周辺の酸化剤ガス2の流れを断熱体B10−2が制限している。
【0053】
燃料電池セル21と発電部22とリード膜23とを含む燃料電池セル管3は、既述の通りなのでその説明を省略する。断熱体B10−2、シール剤24’、第2嵌合リング26’及び充填材27’は、断熱体A10−1、シール剤24、第1嵌合リング26及び充填材27と同様であるので、その説明を省略する。
また、管板B15の構成及び機能は、管板A14と同様であるのでその説明を省略する。
【0054】
本実施例では、上記図2及び図4のように、第1嵌合リング26と充填材27及び第2嵌合リング26’と充填材27’を用いている。ただし、それらを用いず、直接、管板A14と燃料電池セル管3とを第1嵌合部8−2で嵌合、及び管板B15と燃料電池セル管3とを第2嵌合部9−2で嵌合することも可能である。
図5に、嵌合リングを用いない場合の第1嵌合部及びその周辺の拡大図を示す。各符号の意味は図2と同様であるので、その説明を省略する。燃料電池セル管3の寸法精度及び表面仕上げの状態によって嵌合リングを用いなくても良い。その場合、部材の点数が減称するので部品コストや製造コストを低減できる。
【0055】
また、本実施例では、図1のように断熱体10を用いて酸化剤ガス2の流路を限定している。ただし、流路を限定しなくても良い。
図6は、流路を限定しない場合の本発明である燃料電池モジュールの他の実施の形態の構成を示す図(断面図)である。この燃料電池モジュール33’の各符号の意味は図1と同様であるので、その説明を省略する。酸化剤ガス2を予め予熱することにより、流路を限定せずに実施できる。なお、断熱体10を用いても良い。
【0056】
次に、本発明である燃料電池モジュールの実施の形態の動作に関して、図1(図2、図4)を参照して説明する。
【0057】
燃料ガス1について説明する。
図1において、供給室8内に水素と水蒸気とを含むの燃料ガス1が、燃料ガス供給口8−1から供給される。燃料ガス1は、予熱されている(例えば、250℃程度)。その後、燃料ガス1は、燃料電池セル管3の一端部から、ばらつきの無い流量で流入する。
発電部22において、燃料ガス1は、燃料電池セル21に供給され、発電に寄与する。その際、燃料電池セル21は発熱するが、その熱は、燃料電池セル管3の外周部を流れる酸化剤ガス2により持ち去られるので、燃料電池セル21の温度は900℃〜1000℃に保持される。そして、燃料ガス1も、温度が上昇しない。燃料ガス1のうち、発電に用いられなかった燃料ガス1及び発電により発生した水蒸気は、燃料電池セル管3の排出室9側の他端部(左側)から排出室9へ送出される。
送出された使用済みの燃料ガス1は、排出室9で混合され、燃料ガス排出口9−1から排出される。
【0058】
次に、酸化剤ガス2について説明する。
図1において、酸素を含む酸化剤ガス2が、酸化剤ガス供給口7−1から酸化剤ガス供給室7に入る。そして、断熱体B10−2と管板B15とに挟まれ形成される空間を、管板B15に沿って移動する。排出室9側の燃料電池セル管3に達した酸化剤ガス2は、断熱体B10−2と燃料電池セル管3の外周部との間の空間に入る。そして、概ね燃料電池セル管3の外周部を、その排出室9側の他端部(左側)から供給室8の方向へ進む。
発電部14において、酸化剤ガス2は、燃料電池セル21に供給され、発電に寄与する。その際、燃料電池セル21は発熱するが、その熱は、酸化剤ガス2により持ち去られるので、燃料電池セル21の温度は900℃〜1000℃に保持される。また、酸化剤ガス2は、燃料電池セル21から発電によって生じた熱量を奪いながら温度を上昇させていく。そして、発電に用いられなかった酸化剤ガス2は、燃料電池セル管3の内側を対向して流れる燃料ガス1へ熱量を、燃料電池セル管3の側面(壁面)を介して放出し、温度を下降させていく。そして、燃料電池セル管3の外周部の供給室8側の一端部(右側)へ達する。その後、断熱体A10−1と管板A14との空間を進む。
使用済みの酸化剤ガス2は、断熱体A10−1と管板A14とに挟まれて形成された空間に沿って移動し、酸化剤ガス供給室7の酸化剤ガス排出口7−2から外部へ排出される。
【0059】
管板A14及び管板B15と燃料電池セル管3との嵌合(締り嵌め)に伴う各管板の弾性力より、燃料電池セル管3が強固に保持される。そして、管板A14及び管板B15と、それらに強固に保持された複数の燃料電池セル管3とが構成するハニカム構造により、供給室8及び排出室9、供給室8と排出室9との間に配設された酸化剤ガス供給室7を備える燃料電池モジュール33の構造が保持(維持)される。それにより、構造を維持するための枠あるいは骨組のような構造材を用いる必要が無くなる。すなわち、設備の容積及び設置面積の増加を招くことなく、構造を保持(支持)することが可能となる。
【0060】
また、本発明においては、従来の部材の他に特別な部材を用いず、管板と燃料電池セル管との接合による簡潔な方法で構造を保持(支持)することが可能となる。
その際、特別に高価な材料や、多量の材料、手間をかけていないので、低コストで構造を保持(支持)することが可能である。
【0061】
なお、図1において、供給室8−燃料電池セル管3−排気室9内に燃料ガス1、酸化剤ガス供給室7に酸化剤ガス2を流している。しかし、燃料電池21の積層方法を逆(図1、図2の場合、燃料電池セル管3の表面に近い側から順にアノード電極/電解質/カソード電極と積層)にした場合には、供給室8−燃料電池セル管3−排気室9内に酸化剤ガス2、酸化剤ガス供給室7に燃料ガス1を流すことにより、上記実施例と同様に発電を行える。そして、本発明の効果を同様に得ることが出来る。
【0062】
本発明においては、図1に示すような燃料電池セル管3を竪置きした場合だけでなく、横置きした場合(図1の燃料電池モジュール33を横に90度倒した形)でも実施可能である。
また、燃料電池セル管3を両端で支持している。そのため、燃料電池セル管3の構造が簡単となりメンテナンスがし易く、コストも低減する。
【0063】
【発明の効果】
本発明により、燃料電池モジュールにおいて、設備の容積及び設置面積の増加を招くことなく、構造を保持(支持)することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明である燃料電池モジュールの実施の形態の構成を示す図(断面図)である。
【図2】燃料電池セル管の1本分の第1嵌合部及びその周辺の拡大図である。
【図3】(a)本発明である燃料電池モジュールの実施の形態における管板の正面図である。
(b)本発明である燃料電池モジュールの実施の形態における断熱体の正面図である。
【図4】燃料電池セル管の1本分の第2嵌合部及びその周辺の拡大図である。
【図5】嵌合リングを用いない場合の第1嵌合部及びその周辺の拡大図である。
【図6】本発明である燃料電池モジュールの他の実施の形態の構成を示す図(断面図)である。
【図7】従来の円筒型固体電解質燃料電池モジュールの概略構成の一例をに示す図である。
【符号の説明】
1 燃料ガス
2 酸化剤ガス
3 燃料電池セル管
7 酸化剤ガス供給室
7−1 酸化剤ガス供給口
7−2 酸化剤ガス排出口
8 供給室
8−1 燃料ガス供給口
8−2 第1嵌合部
9 排出室
9−1 燃料ガス排出口
9−2 第2嵌合部
10 断熱体
10−1 断熱体A
10−2 断熱体B
10−3 孔
12 側板
13 側板
14 管板A
15 管板B
16 側板
17 側板
21 燃料電池セル
22 発電部
23(’) リード膜
24(’) シール剤
26 第1嵌合リング
26’ 第2嵌合リング
27(’) 充填材
31 側板
32 孔
33(’) 燃料電池モジュール
100 燃料電池モジュール
103 燃料電池セル管
104 外管
105 内管
107 酸化剤ガス供給室
108 供給室
109 排出室
110 燃料ガス供給部
112 上面板
113 側板
114 管板
116 側板
117 管板
121 側板
122 底面板
Claims (6)
- 表面に燃料電池セルを形成された複数の燃料電池セル管と、
前記複数の燃料電池セル管内に燃料ガスを供給する第1燃料室と、
前記複数の燃料電池セル管で使用済みの前記燃料ガスを排出する第2燃料室と、
前記第1燃料室と前記第2燃料室との間に設置され、前記複数の燃料電池セル管を含み、前記燃料電池セルに酸化剤ガスを供給する空気室と、
を具備し、
前記第1燃料室は、
前記複数の燃料電池セル管の一端部が嵌合された複数の第1嵌合部を含む一側面としての第1管板と、
前記第1管板と対向する一側面としての第1蓋板と、
前記第1管板とは別の部材で形成され、前記第1燃料室の残りの側面としての第1側板と
を備え、
前記第2燃料室は、
前記複数の燃料電池セル管の他端部が嵌合された複数の第2嵌合部を含む一側面としての第2管板と、
前記第2管板と対向する一側面としての第2蓋板と、
前記第2管板とは別の部材で形成され、前記第2燃料室の残りの側面としての第2側板と
を備え、
前記複数の第1嵌合部は、前記第1管板と前記複数の燃料電池セル管とによる締り嵌めであり、
前記複数の第2嵌合部は、前記第2管板と前記複数の燃料電池セル管とによる締り嵌めであり、
前記複数の燃料電池セル管と前記第1管板と前記第2管板とが一体で荷重を保持し、
前記複数の燃料電池セル管と前記第1燃料室と前記第2燃料室とが構造的に一体となりその構造を保持する構造材である
燃料電池モジュール。 - 前記第1管板と前記複数の燃料電池セル管との間、及び、前記第2管板と前記複数の燃料電池セル管との間の少なくとも一方にガスシール剤を含む
請求項1に記載の燃料電池モジュール。 - 表面に燃料電池セルを形成された複数の燃料電池セル管と、
前記複数の燃料電池セル管内に燃料ガスを供給する第1燃料室と、
前記複数の燃料電池セル管で使用済みの前記燃料ガスを排出する第2燃料室と、
前記第1燃料室と前記第2燃料室との間に設置され、前記複数の燃料電池セル管を含み、前記燃料電池セルに酸化剤ガスを供給する空気室と、
を具備し、
前記第1燃料室は、
前記複数の燃料電池セル管の一端部が嵌合された複数の第1嵌合部を含む一側面としての第1管板と、
前記第1管板と対向する一側面としての第1蓋板と、
前記第1管板とは別の部材で形成され、前記第1燃料室の残りの側面としての第1側板と
を備え、
前記第2燃料室は、
前記複数の燃料電池セル管の他端部が嵌合された複数の第2嵌合部を含む一側面として の第2管板と、
前記第2管板と対向する一側面としての第2蓋板と、
前記第2管板とは別の部材で形成され、前記第2燃料室の残りの側面としての第2側板と
を備え、
前記複数の第1嵌合部の各々は、
前記第1管板に嵌合し、前記燃料電池セル管を内側に通す第1嵌合リングと、
前記第1嵌合リングと前記燃料電池セル管とを接合し、前記第1嵌合リングと前記燃料電池セル管との隙間を充填する充填材と
を備え、
前記複数の第2嵌合部の各々は、
前記第2管板に嵌合し、前記燃料電池セル管を内側に通す第2嵌合リングと、
前記第2嵌合リングと前記燃料電池セル管とを接合し、前記第2嵌合リングと前記燃料電池セル管との隙間を充填する充填材と
を備え、
前記複数の第1嵌合部は、前記第1管板と前記複数の第1嵌合リングとによる締り嵌めであり、
前記複数の第2嵌合部は、前記第2管板と前記複数の第2嵌合リングとによる締り嵌めであり、
前記複数の燃料電池セル管と前記第1管板と前記第2管板とが一体で荷重を保持し、
前記複数の燃料電池セル管と前記第1燃料室と前記第2燃料室とが構造的に一体となりその構造を保持する構造材である
燃料電池モジュール。 - 前記第1管板と前記複数の第1嵌合リングとの間、及び、前記第2管板と前記複数の第2嵌合リングとの間の少なくとも一方にガスシール剤を含む、
請求項3に記載の燃料電池モジュール。 - 表面に燃料電池セルを形成された複数の燃料電池セル管と、
前記複数の燃料電池セル管内に酸化剤ガスを供給する第1空気室と、
前記複数の燃料電池セル管で使用済みの前記酸化剤ガスを排出する第2空気室と、
前記第1空気室と前記第2空気室との間に設置され、前記複数の燃料電池セル管を含み、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給する燃料室と、
を具備し、
前記第1空気室は、
前記複数の燃料電池セル管の一端部が嵌合された複数の第3嵌合部を含む一側面としての第1管板と、
前記第1管板と対向する一側面としての第1蓋板と、
前記第1管板とは別の部材で形成され、前記第1空気室の残りの側面としての第1側板と
を備え、
前記第2空気室は、
前記複数の燃料電池セル管の他端部が嵌合された複数の第4嵌合部を含む一側面としての第2管板と、
前記第2管板と対向する一側面としての第2蓋板と、
前記第2管板とは別の部材で形成され、前記第2空気室の残りの側面としての第2側板と
を備え、
前記複数の第3嵌合部は、前記第3管板と前記複数の燃料電池セル管とによる締り嵌めであり、
前記複数の第4嵌合部は、前記第4管板と前記複数の燃料電池セル管とによる締り嵌めであり、
前記複数の燃料電池セル管と前記第1管板と前記第2管板とが一体で荷重を保持し、
前記複数の燃料電池セル管と前記第1空気室と前記第2空気室とが構造的に一体となりその構造を保持する構造材である
燃料電池モジュール。 - 表面に燃料電池セルを形成された複数の燃料電池セル管と、
前記複数の燃料電池セル管内に酸化剤ガスを供給する第1空気室と、
前記複数の燃料電池セル管で使用済みの前記酸化剤ガスを排出する第2空気室と、
前記第1空気室と前記第2空気室との間に設置され、前記複数の燃料電池セル管を含み、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給する燃料室と、
を具備し、
前記第1空気室は、
前記複数の燃料電池セル管の一端部が嵌合された複数の第3嵌合部を含む一側面としての第1管板と、
前記第1管板と対向する一側面としての第1蓋板と、
前記第1管板とは別の部材で形成され、前記第1空気室の残りの側面としての第1側板と
を備え、
前記第2空気室は、
前記複数の燃料電池セル管の他端部が嵌合された複数の第4嵌合部を含む一側面としての第2管板と、
前記第2管板と対向する一側面としての第2蓋板と、
前記第2管板とは別の部材で形成され、前記第2空気室の残りの側面としての第2側板と
を備え、
前記複数の第3嵌合部の各々は、
前記第3管板に嵌合し、前記燃料電池セル管を内側に通す第3嵌合リングと、
前記第3嵌合リングと前記燃料電池セル管とを接合し、前記第3嵌合リングと前記燃料電池セル管との隙間を充填する充填材と
を備え、
前記複数の第4嵌合部の各々は、
前記第4管板に嵌合し、前記燃料電池セル管を内側に通す第4嵌合リングと、
前記第4嵌合リングと前記燃料電池セル管とを接合し、前記第4嵌合リングと前記燃料電池セル管との隙間を充填する充填材と
を備え、
前記複数の第3嵌合部は、前記第3管板と前記複数の第3嵌合リングとによる締り嵌めであり、
前記複数の第4嵌合部は、前記第4管板と前記複数の第4嵌合リングとによる締り嵌めであり、
前記複数の燃料電池セル管と前記第1管板と前記第2管板とが一体で荷重を保持し、
前記複数の燃料電池セル管と前記第1空気室と前記第2空気室とが構造的に一体となりその構造を保持する構造材である
燃料電池モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002176355A JP3727906B2 (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | 燃料電池モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002176355A JP3727906B2 (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | 燃料電池モジュール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004022368A JP2004022368A (ja) | 2004-01-22 |
JP3727906B2 true JP3727906B2 (ja) | 2005-12-21 |
Family
ID=31174717
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002176355A Expired - Lifetime JP3727906B2 (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | 燃料電池モジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3727906B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4908761B2 (ja) * | 2005-01-13 | 2012-04-04 | 三菱重工業株式会社 | セラミックスと金属との結合方法 |
JP4848178B2 (ja) * | 2005-11-09 | 2011-12-28 | 三菱重工業株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
JP5158557B2 (ja) * | 2006-09-15 | 2013-03-06 | Toto株式会社 | 燃料電池セル構造部及びそれを含む燃料電池 |
-
2002
- 2002-06-17 JP JP2002176355A patent/JP3727906B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004022368A (ja) | 2004-01-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1979969B1 (en) | Fuel cell | |
JP4969880B2 (ja) | 燃料電池 | |
US7947386B2 (en) | Solid oxide fuel cell module, fuel cell system using the same and manufacturing method thereof | |
US20100015491A1 (en) | Solid oxide fuel cell stack for portable power generation | |
US8021794B2 (en) | Fuel cell with cross-shaped reformer | |
US6322920B1 (en) | Fuel cell isolation system | |
CN107431231A (zh) | 单元堆装置、模块以及模块收容装置 | |
JP2007134096A (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
JPH03219563A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
JP2003323912A (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP2007188664A (ja) | 燃料電池スタック | |
JP3727906B2 (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP3649708B2 (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP3912997B2 (ja) | 空気予熱構造 | |
JP2007018813A (ja) | 燃料電池スタック | |
JP2012182032A (ja) | 燃料電池システム | |
JP3886763B2 (ja) | 燃料電池の熱交換構造 | |
JP6369081B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池スタック、固体酸化物形燃料電池モジュールおよび固体酸化物形燃料電池システム | |
JP2005339906A (ja) | 燃料電池 | |
JP4043457B2 (ja) | セラミック管と金属との結合構造、及び燃料電池モジュール | |
JP5318192B2 (ja) | 燃料電池スタックおよび燃料電池スタックを製造するための方法 | |
JPH11185793A (ja) | 固体電解質型燃料電池のマニホールド構造および固体電解質型燃料電池のスタック構造 | |
JP3672273B2 (ja) | 平板状固体電解質型燃料電池 | |
EP2754196B1 (en) | Fuel cell stack with thin endplate with integrated gas distribution tubes | |
JP2016029610A (ja) | 固体酸化物形燃料電池スタック、固体酸化物形燃料電池モジュールおよび固体酸化物形燃料電池システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20040623 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20040623 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041126 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041201 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050131 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050617 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050818 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20050829 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050920 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050929 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3727906 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081007 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091007 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101007 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111007 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111007 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121007 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121007 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131007 Year of fee payment: 8 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |