JP5836823B2 - 燃料電池モジュール - Google Patents
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Description
12、132、140、150…燃料電池モジュール
14…原燃料供給装置 16…酸化剤ガス供給装置
18…水供給装置 20…制御装置
22…燃料電池 24…燃料電池スタック
26…電解質 28…カソード電極
30…アノード電極 32…電解質・電極接合体
38…酸化剤ガス流路 40…燃料ガス流路
46…改質器 48…蒸発器
50…熱交換器 52…排ガス燃焼器
54…起動用燃焼器 56…FC周辺機器
57…空気供給管 58…原燃料供給管
60a〜60d、134a〜134d…仕切り板
62a〜62d…燃焼ガス連通孔 64…熱交換管路
66a、66b、78a、78b、94a、94b、138…内側リング
68a、68b、80a、80b、96a、96b…外側リング
70a…酸化剤ガス供給室 70b…酸化剤ガス排出室
74、110…酸化剤ガス通路 76…改質管路
82a…混合ガス供給室 82b…改質ガス排出室
84…ペレット状触媒 88…原燃料供給路
90…燃料ガス通路 92…蒸発管路
98a…水供給室 98b…水蒸気排出室
100…水通路 102…蒸発リターン管路
103、142…凝縮水回収機構 103a〜103c…凝縮水流通孔部
105…回収管路 116a〜116d…燃焼ガス通路
136a〜136c…抽気孔部
Claims (11)
- 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を複数積層した燃料電池スタックと、
炭化水素を主体とする原燃料と水蒸気との混合ガスを改質し、前記燃料電池スタックに供給される前記燃料ガスを生成する改質器と、
水を蒸発させるとともに、前記水蒸気を前記改質器に供給する蒸発器と、
燃焼ガスとの熱交換により前記酸化剤ガスを昇温させるとともに、前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給する熱交換器と、
前記燃料電池スタックから排出される前記燃料ガスである燃料排ガスと前記酸化剤ガスである酸化剤排ガスとを燃焼させ、前記燃焼ガスを発生させる排ガス燃焼器と、
それぞれ前記燃料電池スタックとは個別に供給される前記原燃料と前記酸化剤ガスとを燃焼させて前記燃焼ガスを発生させる起動用燃焼器と、
を備える燃料電池モジュールであって、
前記排ガス燃焼器及び前記起動用燃焼器が構成される第1領域と、
前記改質器又は前記熱交換器の一方が構成されるとともに、前記第1領域を環状に周回する第2領域と、
前記改質器又は前記熱交換器の他方が構成されるとともに、前記第2領域を環状に周回する第3領域と、
前記蒸発器が構成されるとともに、前記第3領域を環状に周回する第4領域と、
前記燃焼ガス中の前記水蒸気が凝縮した凝縮水を、前記第4領域、前記第3領域、前記第2領域及び前記第1領域の順に流通させて回収する凝縮水回収機構と、
を備えることを特徴とする燃料電池モジュール。 - 請求項1記載の燃料電池モジュールにおいて、前記改質器は、前記混合ガスが供給される環状の混合ガス供給室、生成された前記燃料ガスが排出される環状の改質ガス排出室、一端が前記混合ガス供給室に連通し且つ他端が前記改質ガス排出室に連通する複数本の改質管路、及び前記改質管路間に前記燃焼ガスを供給する燃焼ガス通路を備え、
前記蒸発器は、前記水が供給される環状の水供給室、前記水蒸気が排出される環状の水蒸気排出室、一端が前記水供給室に連通し且つ他端が前記水蒸気排出室に連通する複数本の蒸発管路、及び前記蒸発管路間に前記燃焼ガスを供給する燃焼ガス通路を備え、
前記熱交換器は、前記酸化剤ガスが供給される環状の酸化剤ガス供給室、昇温された前記酸化剤ガスが排出される環状の酸化剤ガス排出室、一端が前記酸化剤ガス供給室に連通し且つ他端が前記酸化剤ガス排出室に連通する複数本の熱交換管路、及び前記熱交換管路間に前記燃焼ガスを供給する燃焼ガス通路を備えることを特徴とする燃料電池モジュール。 - 請求項2記載の燃料電池モジュールにおいて、前記燃焼ガスは、前記第1領域の燃焼ガス通路、前記第2領域の前記燃焼ガス通路、前記第3領域の前記燃焼ガス通路及び前記第4領域の前記燃焼ガス通路の順に流通した後、前記燃料電池モジュールの外部に排出されることを特徴とする燃料電池モジュール。
- 請求項2又は3記載の燃料電池モジュールにおいて、前記混合ガス供給室及び前記改質ガス排出室は、それぞれ高さ方向に離間して配置され、前記改質管路の端部が挿入される一対の内側リングと、前記一対の内側リングよりも高さ方向外側に配置される一対の外側リングとの間に形成され、
前記水供給室及び前記水蒸気排出室は、それぞれ高さ方向に離間して配置され、前記蒸発管路の端部が挿入される内側リング一対の内側リングと、前記一対の内側リングよりも高さ方向外側に配置される一対の外側リングとの間に形成され、
前記酸化剤ガス供給室及び前記酸化剤ガス排出室は、それぞれ高さ方向に離間して配置され、前記熱交換管路の端部が挿入される一対の内側リングと、前記一対の内側リングよりも高さ方向外側に配置される一対の外側リングとの間に形成されることを特徴とする燃料電池モジュール。 - 請求項4記載の燃料電池モジュールにおいて、前記改質ガス排出室、前記水蒸気排出室及び前記酸化剤ガス排出室は、前記燃料電池スタックに近接する上方の端部側に設けられる一方、
前記混合ガス供給室、前記水供給室及び前記酸化剤ガス供給室は、前記燃料電池スタックとは反対の下方の端部側に設けられることを特徴とする燃料電池モジュール。 - 請求項5記載の燃料電池モジュールにおいて、前記凝縮水回収機構は、前記第2領域の底部を構成する第1内側リング面、前記第3領域の底部を構成する第2内側リング面及び前記第4領域を構成する第3内側リング面を備えるとともに、
前記第2内側リング面の底面高さは、前記第1内側リング面の底面高さよりも高く設定される一方、前記第3内側リング面の底面高さは、前記第2内側リング面の底面高さよりも高く設定されることを特徴とする燃料電池モジュール。 - 請求項5又は6記載の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池モジュールは、前記第1領域と前記第2領域との間に鉛直方向に配置される第1仕切り板、前記第2領域と前記第3領域との間に鉛直方向に配置される第2仕切り板及び前記第3領域と前記第4領域との間に鉛直方向に配置される第3仕切り板を備え、
前記凝縮水回収機構は、前記燃料電池スタックが配置される上部側とは反対の前記第1仕切り板の下部側に形成される第1凝縮水流通孔部、前記第2仕切り板の下部側に形成される第2凝縮水流通孔部及び前記第3仕切り板の下部側に形成される第3凝縮水流通孔部を有し、且つ、前記第2凝縮水流通孔部は、前記第1凝縮水流通孔部よりも高さ方向に高く設定される一方、前記第3凝縮水流通孔部は、前記第2凝縮水流通孔部よりも高さ方向に高く設定されることを特徴とする燃料電池モジュール。 - 請求項7記載の燃料電池モジュールにおいて、前記第1凝縮水流通孔部、前記第2凝縮水流通孔部及び前記第3凝縮水流通孔部は、それぞれ環状方向に3つ以上に設定されることを特徴とする燃料電池モジュール。
- 請求項7又は8記載の燃料電池モジュールにおいて、前記第1凝縮水流通孔部、前記第2凝縮水流通孔部及び前記第3凝縮水流通孔部は、開口直径が8mm以上に設定されることを特徴とする燃料電池モジュール。
- 請求項2〜9のいずれか1項に記載の燃料電池モジュールにおいて、少なくとも前記蒸発管路の1本以上は、前記水蒸気排出室と前記混合ガス供給室とを連通し、前記水蒸気を前記混合ガス供給室に供給する蒸発リターン管路を構成することを特徴とする燃料電池モジュール。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池モジュールは、固体酸化物形燃料電池モジュールであることを特徴とする燃料電池モジュール。
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