JP5882870B2 - Fuel cell module - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池モジュールに関し、特に、セルスタック装置を複数並列配置してなる燃料電池モジュールに関する。 The present invention relates to a fuel cell module, and more particularly to a fuel cell module in which a plurality of cell stack devices are arranged in parallel.
近年、次世代エネルギーとして、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が知られている。さらに、複数の燃料電池セルを1列に配列し電気的に直列に接続してなるセルスタックを、ガスタンクに複数列となるように並列に設けたセルスタック装置を作製し、該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が種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells that can obtain power using hydrogen-containing gas and oxygen-containing gas (air) are known as next-generation energy. Furthermore, a cell stack device in which a plurality of fuel cells are arranged in a row and electrically connected in series is provided in parallel in a gas tank so as to form a plurality of rows, and the cell stack device is Various fuel cell modules housed in storage containers have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
この特許文献1では、セルスタック間に酸素含有ガス供給板が配置され、両側のセルスタックを構成する燃料電池セルに酸素含有ガスを供給している。
In
近年、家庭用以外にも燃料電池の用途が検討されており、例えば、病院、ホテル、店舗等の業務用の燃料電池では、数kW以上の発電量が要求されている。 In recent years, the use of fuel cells has been studied in addition to home use. For example, fuel cells for business use in hospitals, hotels, stores, etc. are required to generate electricity of several kW or more.
このように燃料電池の発電量が多くなると、一つの収納容器内に収納される燃料電池セル数が多くなり、収納容器における燃料電池セル以外の空間も広くなるため、燃料電池セルに酸素含有ガスを効率良く供給することが要求されている。 As the amount of power generated by the fuel cell increases, the number of fuel cells stored in one storage container increases, and the space other than the fuel cells in the storage container also increases. Is required to be supplied efficiently.
本発明は、燃料電池セルに酸素含有ガスを効率良く供給できる燃料電池モジュールを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the fuel cell module which can supply oxygen-containing gas efficiently to a fuel cell.
本発明の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セルを1列に立設してなるセルスタックと、複数の前記セルスタックが、前記燃料電池セルのセル配列方向が平行になるように並列配置され、かつ前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのガスタンクとを具備す
るセルスタック装置を、該セルスタック装置におけるセル配列方向が平行になるように複数並列配置してなるとともに、前記セルスタック装置の配列方向の両端、および前記セルスタック装置間に、セル配列方向と平行になるようにかつ前記燃料電池セルの立設方向に沿って配置された酸素含有ガス供給板を有しており、前記酸素含有ガス供給板の下端は、前記ガスタンクの上面よりも下方に位置しており、前記酸素含有ガス供給板は、下部の側面であって下端よりも上方に酸素含有ガス供給孔を有しており、該酸素含有ガス供給孔は、前記ガスタンクの上面よりも上方に位置していることを特徴とする。
In the fuel cell module of the present invention, a cell stack formed by standing a plurality of fuel cells in a row and a plurality of the cell stacks are arranged in parallel so that the cell arrangement directions of the fuel cells are parallel. A plurality of cell stack devices each having a gas tank for supplying fuel gas to the fuel cells, and arranged in parallel so that the cell arrangement directions in the cell stack devices are parallel to each other, and the cell stack device the arrangement direction of the both ends, and between the cell stack device, which possess an oxygen-containing gas supply plate disposed so and along the standing direction of the fuel cell becomes parallel to the cell arrangement direction, wherein The lower end of the oxygen-containing gas supply plate is positioned below the upper surface of the gas tank, and the oxygen-containing gas supply plate is a lower side surface and is located above the lower end. Has a containing gas supply hole, the oxygen-containing gas supply hole is characterized that you have located above the upper surface of the gas tank.
本発明の燃料電池モジュールは、セルスタック装置の配列方向の両端、およびセルスタック装置間に、セル配列方向と平行になるようにかつ燃料電池セルの立設方向に沿って配置された酸素含有ガス供給板を有するため、酸素含有ガス供給板を用いて供給された酸素含有ガスが、酸素含有ガス供給板間の燃料電池セルに確実に供給されるとともに、対向する酸素含有ガス供給板間を燃料電池セルの立設方向に流れ易くなり、燃料電池セルに酸素含有ガスを効率良く供給できる。 The fuel cell module according to the present invention includes an oxygen-containing gas disposed between both ends of the cell stack device in the arrangement direction and between the cell stack devices so as to be parallel to the cell arrangement direction and along the standing direction of the fuel cell. Since the supply plate is provided, the oxygen-containing gas supplied using the oxygen-containing gas supply plate is reliably supplied to the fuel cells between the oxygen-containing gas supply plates, and the fuel between the opposing oxygen-containing gas supply plates is fueled. It becomes easy to flow in the standing direction of the battery cell, and the oxygen-containing gas can be efficiently supplied to the fuel battery cell.
図1は、燃料電池モジュールの一形態の一部を示している。燃料電池モジュールは、図1(b)に示すように、収納容器2内に2個のセルスタック装置8を有するもので、図1(a)では、収納容器を省略している。
FIG. 1 shows a part of one form of a fuel cell module. As shown in FIG. 1B, the fuel cell module has two
図1に示す燃料電池モジュールにおいては、収納容器2の内部に、内部をガスが流通するガス流路を有する柱状の燃料電池セル3を立設させた状態で1列に配列し、隣接する燃料電池セル3間を集電部材(図示せず)を介して電気的に直列に接続してセルスタック5が構成され、このセルスタック5の燃料電池セル3のセル配列方向xにおける両端側からセルスタック5を挟み込むように、燃料電池セル3の発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部を有する端部集電部材9が配置されている。なお、セルスタック5を構成する燃料電池セル3および端部集電部材9の下端部側を、ガラスシール材等の絶縁性接合材(図示せず)により、燃料電池セル3に燃料ガスを供給するためのガスタンク4に固定して収納容器2内に収納する。
In the fuel cell module shown in FIG. 1, adjacent fuel cells are arranged in a row with
さらに図1においては、燃料電池セル3として、内部を水素含有ガス(燃料ガス)が長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層を順に設けてなる固体酸化物形の燃料電池セル3を例示している。燃料電池セル3は、図1(b)の長さ方向(立設方向)の略全体に燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層が重畳した発電部が形成されている。
Further, in FIG. 1, the
なお、燃料電池セル3としては、上記以外に、例えば円筒状、平板状の燃料電池セルを用いることもできる。この場合において、端部集電部材9の形状は適宜変更することができる。
In addition to the above, as the
さらに図1においては、燃料電池セル3の発電で使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器(図示せず)をセルスタック5(燃料電池セル3)の上方に配置することもできるが、燃料電池モジュールとは別個に改質器を設け、この改質器から燃料電池モジュールに燃料ガスを供給することもできる。燃料ガスは、ガス流通管によりガスタンク4に供給され、ガスタンク4を介して燃料電池セル3の内部に設けられたガス流路に供給される。
Further, in FIG. 1, a reformer (not shown) for generating a fuel gas by reforming raw fuel such as natural gas or kerosene in order to obtain a fuel gas used for power generation of the
図1においては、1つのガスタンク4上にセルスタック5を2つ並置しているセルスタック装置8を示している。なお、各セルスタック5は、燃料電池セル3のセル配列方向xが互いに平行になるように並列配置され、セルスタック5の同じ側における電流引き出し
部12同士を導電性の連結部材11を連結することで、2つのセルスタック5を直列に連結した構成となっている。なお、セルスタック5を3つ以上並列配置する場合も同様に、セルスタック5の同じ側における電流引き出し部12同士を連結部材11にて接続する構成とすることができる。なお、セルスタック5を並列接続しても良く、直列と並列を混在させても良い。
FIG. 1 shows a
また、セルスタック装置8同士は、図1(a)に示したように、それぞれの隣接する電流引き出し部12同士を連結部材11にて接続することで、4つのセルスタック5が直列に接続されている。
In addition, as shown in FIG. 1A, the
なお、各燃料電池セル3間および燃料電池セル3の配列方向における端部と端部集電部材9との間には、集電部材が配置され(燃料電池セル3間の集電部材は図示せず)、それにより各燃料電池セル3が電気的に直列に接続されている。燃料電池セル3の発電により得られる電流(電圧)は、燃料電池セル3のセル配列方向xの端部に配置された集電部材を介して端部集電部材12により接続される。
A current collecting member is disposed between each
そして、本形態の燃料電池モジュールは、図1に示したように、セルスタック装置8を、該セルスタック装置8におけるセル配列方向xが平行になるように複数並列配置してなるとともに、セルスタック装置8の配列方向の両端、およびセルスタック装置8間に、酸素含有ガス供給板14を有している。すなわち、図1(a)では、酸素含有ガス供給板14が、2つのセルスタック装置8の左右にそれぞれ配置されているとともに、2つのセルスタック装置8間に配置されている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell module according to the present embodiment includes a plurality of
これらの酸素含有ガス供給板14は、セル列と平行になるように配置されている。また、酸素含有ガス供給板14は、燃料電池セル3の長さ方向のほぼ全域に沿って配置されている。すなわち、酸素含有ガス供給板14は、高さが、燃料電池セル3よりも高く、長さがスタック5よりも長い矩形板形状とされている。
These oxygen-containing
酸素含有ガス供給板14は、内部に酸素含有ガスが流れる流路(図示せず)を有しており、酸素含有ガス供給板14の下端は、ガスタンク4の上面よりも下方に位置している。
The oxygen-containing
酸素含有ガス供給板14の下部の側面には、セルスタック5の下部に対応するように複数の酸素含有ガス供給孔を有しており、セルスタック装置8の列を挟むような位置に配置された両端の酸素含有ガス供給板14には、一方の側面に酸素含有ガス供給孔が形成され、セルスタック装置8間に配置された酸素含有ガス供給板14には、両方の側面に酸素含有ガス供給孔が形成され、図1(b)の矢印で示す方向に酸素含有ガスが供給されるように構成されている。
The oxygen-containing
酸素含有ガス供給板14の下端は、ガスタンク4の上面よりも下方に位置しているため、酸素含有ガス供給孔を酸素含有ガス供給板14の下端よりも上方に形成して、燃料電池セル3の下端部に十分にかつ確実に酸素含有ガスを供給することが可能となる。
Since the lower end of the oxygen-containing
また、例えば、収納容器2の上壁から酸素含有ガス供給板14が下方に延設されており、収納容器の上壁の一部に形成された酸素含有ガス供給路16と3つの酸素含有ガス供給板14の流路とが連通している。なお、収納容器2の側壁から酸素含有ガス供給板14が延設される場合であっても良い。
Further, for example, an oxygen-containing
このような燃料電池モジュールでは、酸素含有ガス供給板14を用いて、酸素含有ガス供給板14間のセルスタック5を構成する燃料電池セル3に酸素含有ガスを供給するため、供給された酸素含有ガスが酸素含有ガス供給板14間の燃料電池セル3に確実に供給さ
れ、対向する酸素含有ガス供給板14間をセルの立設方向(上方)に流れ易くなり、数kW以上の発電量が要求される業務用の燃料電池モジュールであっても、燃料電池セル3の長さ方向に効率良く酸素含有ガスを供給できる。
In such a fuel cell module, since the oxygen-containing gas is supplied to the
なお、図1では、セルスタック5を2列有するセルスタック装置8を用いて燃料電池モジュールを構成した形態について説明したが、図2に示すように、セルスタック5を3列有するセルスタック装置8を用いて燃料電池モジュールを構成することもできる。さらに、セルスタック5を4列以上有するセルスタック装置を用いることもできる。
In addition, although FIG. 1 demonstrated the form which comprised the fuel cell module using the
また、図1では、収納容器2の上壁から酸素含有ガス供給板14が垂直方向に下方に延設されている場合について説明したが、図3(a)に示すように、ガスタンク4の下方に、例えば収納容器2の下壁に酸素含有ガス供給路18を有しており、この酸素含有ガス供給路18と3つの酸素含有ガス供給板19の流路とが連通し、酸素含有ガス供給板14が上方に向けて延設されている場合であっても良い。この図3(a)においても、酸素含有ガス供給板19が、燃料電池セル3の長さ方向のほぼ全域に沿って配置されている。なお、酸素含有ガス供給孔は、燃料電池セル3の下端部に供給できるような位置に形成されている。
Moreover, although FIG. 1 demonstrated the case where the oxygen-containing
さらに、図1では、酸素含有ガス供給板14の下端が、ガスタンク4の上面よりも下方に位置する場合について説明したが、図3(b)に示すように、酸素含有ガス供給板14の下端が、ガスタンク4の上面よりも上方に位置するように構成することもできる。この場合には、セルスタック装置8同士の間隔を狭めることができるため、小型の燃料電池モジュールを得ることができる。
Furthermore, although FIG. 1 demonstrated the case where the lower end of the oxygen containing
図4では、燃料電池モジュールの他の形態を示すもので、この燃料電池モジュールでは、セルスタック装置8の配列方向の両端、およびセルスタック装置8間に、酸素含有ガス供給板14を有しているとともに、セルスタック5間には、収納容器2の上壁から酸素含有ガス遮断板21が延設されている。この酸素含有ガス遮断板21は、その下端が、ガスタンク4の上面と所定間隔を置いて位置するように、収納容器2の上壁から延設されており、燃料電池セル3の立設方向のほぼ全域に沿って、かつ、セル配列方向xに沿って配置されている。
FIG. 4 shows another form of the fuel cell module. This fuel cell module has oxygen-containing
図1(b)の燃料電池モジュールでは、対向する一対の酸素含有ガス供給板14から、中央の2列のセルスタック5に酸素含有ガスが供給されるため、2列のセルスタック5に供給される酸素含有ガスの供給量が不安定になるおそれがあるが、図4に示す燃料電池モジュールでは、セルスタック装置8における2つのセルスタック5間に酸素含有ガス遮断板21を有するため、一方の酸素含有ガス供給板14からは一方のセルスタック5のみに酸素含有ガスを供給できるため、セルスタック5に一定の酸素含有ガスを安定して確実に供給できる。
In the fuel cell module of FIG. 1B, since the oxygen-containing gas is supplied from the pair of opposed oxygen-containing
また、図5はさらに他の形態を示すもので、セル配列方向xの両端に、かつセルスタック装置8の複数のセルスタック5を挟んで設けられた酸素含有ガス流路規制板23を有している。この酸素含有ガス流路規制板23は、セル配列方向xと直交するように配置されており、酸素含有ガス供給板14と酸素含有ガス流路規制板23とで、酸素含有ガスの流路を規制している。なお、酸素含有ガス流路規制板23は、セル配列方向xと直交しない場合であっても、ある程度の流路規制効果を有する。
FIG. 5 shows still another embodiment, which has oxygen-containing gas flow
酸素含有ガス流路規制板23は、その下端が、ガスタンク4の上面と所定間隔を置いて位置するように、収納容器2の上壁から延設されており、燃料電池セル3の立設方向のほぼ全域に沿って配置されている。酸素含有ガス流路規制板23の上端は、収納容器2との
接合部を除いて、収納容器2の上壁との間に所定間隔の酸素含有ガス導出空間25を有しており、酸素含有ガス供給板14と酸素含有ガス流路規制板23とで形成された酸素含有ガスの流路を、下方から上方に流れた酸素含有ガスが、酸素含有ガス導出空間25から導出されるように構成されている。
The oxygen-containing gas flow
このような燃料電池モジュールでは、酸素含有ガス供給板14から供給された酸素含有ガスが、酸素含有ガス供給板14と酸素含有ガス流路規制板23とで形成された酸素含有ガスの流路を通過するため、数kW以上の発電量が要求される業務用の燃料電池モジュールであっても、燃料電池セル3に十分に安定して供給することができ、酸素含有ガスを燃料電池セル3に効率良く供給できる。
In such a fuel cell module, the oxygen-containing gas supplied from the oxygen-containing
図6は、セルスタック装置8を2行3列に配列した燃料電池モジュールを示すもので、この燃料電池モジュールでは、図5に示したように、酸素含有ガス流路規制板23は、その下端が、ガスタンク4の上面と所定間隔を置いて位置するように、収納容器2の上壁から延設されており、酸素含有ガス供給板14と酸素含有ガス流路規制板23とで酸素含有ガスの流路を形成している。なお、図5(b)および図6では、燃料電池セル3の一部を省略している。
FIG. 6 shows a fuel cell module in which
そして、この燃料電池モジュールでは、酸素含有ガス供給板14と酸素含有ガス流路規制板23とで囲まれている空間には、酸素含有ガス供給板14から酸素含有ガスが供給され、酸素含有ガス供給板14と酸素含有ガス流路規制板23とで囲まれていない空間には、別途の酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段を有している。
In this fuel cell module, the oxygen-containing gas is supplied from the oxygen-containing
このような酸素含有ガス供給手段としては、酸素含有ガス供給板31を用いることができ、この酸素含有ガス供給板31は、例えば、収納容器2の下壁に形成された酸素含有ガス供給流路から、セルスタック装置8間を、上方に向けて延設されている。酸素含有ガス供給板31からは、酸素含有ガス供給板14から供給される酸素含有ガスとは異なる成分、温度、量の酸素含有ガスを供給可能とされている。
As such an oxygen-containing gas supply means, an oxygen-containing
このような燃料電池モジュールでは、酸素含有ガス供給板14からの酸素含有ガスを、燃料電池セル3の発電用として用いる一方で、酸素含有ガス供給板31からの酸素含有ガスを、例えば、収納容器2内の温度調整用として用いることができ、酸素含有ガス供給板14とは異なる成分、供給量、温度の酸素含有ガスを供給制御することができ、これにより、燃料電池モジュールを発電量等に応じて最適運転状態とすることが可能となる。
In such a fuel cell module, the oxygen-containing gas from the oxygen-containing
なお、酸素含有ガス供給板14を、2行のセルスタック装置8の配列方向両端と、セルスタック間にそれぞれ配置したが、図6における上下2つの酸素含有ガス供給板14を1つの酸素含有ガス供給板14で構成しても良い。
The oxygen-containing
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.
2:収納容器
3:燃料電池セル
4:ガスタンク
5:セルスタック
8:セルスタック装置
14、19:酸素含有ガス供給板
21:酸素含有ガス遮断板
23:酸素含有ガス流路規制板
2: storage container 3: fuel cell 4: gas tank 5: cell stack 8:
Claims (4)
前記酸素含有ガス供給板の下端は、前記ガスタンクの上面よりも下方に位置しており、
前記酸素含有ガス供給板は、下部の側面であって下端よりも上方に酸素含有ガス供給孔を有しており、
該酸素含有ガス供給孔は、前記ガスタンクの上面よりも上方に位置していることを特徴とする燃料電池モジュール。 A cell stack formed by standing a plurality of fuel cells in a row and a plurality of the cell stacks are arranged in parallel so that the cell arrangement directions of the fuel cells are parallel, and fuel is supplied to the fuel cells. A plurality of cell stack devices each having a gas tank for supplying gas are arranged in parallel so that the cell arrangement direction in the cell stack device is parallel, both ends of the cell stack device in the arrangement direction, and the between the cell stack device, which have a positioned manner and along the standing direction of the fuel cell becomes parallel to the cell arrangement direction an oxygen containing gas supply plate,
The lower end of the oxygen-containing gas supply plate is located below the upper surface of the gas tank,
The oxygen-containing gas supply plate has a lower side surface and an oxygen-containing gas supply hole above the lower end,
Oxygen-containing gas supply hole, a fuel cell module which is characterized that you have located above the upper surface of the gas tank.
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