JP6296541B2 - 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 - Google Patents
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これによれば、固体酸化物形燃料電池筒状セルをベース部材に組み付ける際に、固体酸化物形燃料電池筒状セルの一端を支持板に当接させることで、固体酸化物形燃料電池筒状セルをより確実に長手方向に位置決めすることができる。よって、固体酸化物形燃料電池筒状セルのベース部材に対する組付性をより向上することができる。
これによれば、固体酸化物形燃料電池筒状セルが一種類のタイプから構成されている固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。
これによれば、固体酸化物形燃料電池筒状セルが二種類のタイプから構成されている固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。
これによれば、固体酸化物形燃料電池筒状セルが一種類のタイプから構成されるとともに、固体酸化物形燃料電池筒状セルの両端部の一方に設けられる第一キャップと固体酸化物形燃料電池筒状セルの両端部の他方に設けられる第二キャップとを備えている固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。
これによれば、固体酸化物形燃料電池モジュールにおいて、上述した請求項1〜請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池スタックに係る作用・効果を得ることができる。
これによれば、固体酸化物形燃料電池システムにおいて、上述した請求項1〜請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池スタックに係る作用・効果を得ることができる。
以下、本発明による固体酸化物形燃料電池システムの第一実施形態について説明する。図1はこの固体酸化物形燃料電池システムの概要を示す概要図である。この固体酸化物形燃料電池システムは、発電ユニット10および貯湯槽21を備えている。
発電ユニット10は、固体酸化物形燃料電池モジュール11、熱交換器12、インバータ装置13、水タンク14、および制御装置15を備えている。
断熱部材32は、ベース部材31の上面に当接して設置されている。断熱部材32の上面には、接続部材34の少なくとも一部が当接して設置されている。断熱部材32は、接続部材34の高さ方向(固体酸化物形燃料電池円筒セル33の長手方向に沿った方向)の位置決め用治具として使用されている。
なお、両タイプ33−A,33−Bの一端側であって、第一燃料極層被接続部33a1および第二空気極層被接続部33c2より一端側には、空気極層33cが形成されていない。また、本実施形態では、固体酸化物形燃料電池円筒セル33は円筒形に形成されているが、筒状であれば、断面方形に形成するようにしてもよい。
接続部材34は、電気的に隣り合う2つの固体酸化物形燃料電池円筒セル33(すなわち第一タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル33−Aと第2タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル33−B)の、他端側の電極層被接続部同士または一端側の電極層被接続部同士を電気的に接続する。一端側の接続部材34は、第一燃料極層被接続部33a1と第二空気極層被接続部33c2とを接続する。図6に示すように、接続部材34は、第一燃料極層被接続部33a1(燃料極層被接続部:他端側では第二燃料極層被接続部33a2)と接続される第一接続部34aと、第二空気極層被接続部33c2(空気極層被接続部:第一空気極層被接続部33c1)と接続される第二接続部34bと、第一接続部34aと第二接続部34bとを連結する連結部34cと、を備えている。第一接続部34aには、貫通穴34a1が形成され、第二接続部34bには、貫通穴34b1が形成されている。貫通穴34a1および貫通穴34b1は、固体酸化物形燃料電池円筒セル33の外径より大きく設定されている。貫通穴34a1および貫通穴34b1の外径寸法は、同一に設定されることが望ましい。
これによれば、固体酸化物形燃料電池円筒セル33をベース部材31に組み付ける際に、固体酸化物形燃料電池円筒セル33の一端を支持板36aに当接させることで、固体酸化物形燃料電池円筒セル33をより確実に長手方向に位置決めすることができる。よって、固体酸化物形燃料電池円筒セル33のベース部材31に対する組付性をより向上することができる。
これによれば、固体酸化物形燃料電池円筒セル33が二種類のタイプから構成されている固体酸化物形燃料電池スタック30において、固体酸化物形燃料電池スタック30自体の組立性を向上することができる。
以下、本発明による固体酸化物形燃料電池システムの第二実施形態について説明する。図7は、第二実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池モジュールを固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った方向に切断した切断部端面図である。第二実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池スタック130は、以下の点で上述した固体酸化物形燃料電池スタック30と異なる。固体酸化物形燃料電池円筒セル133は、2種類で構成されておらず、1種類で構成されている。接続部材134は、平板状に形成されている。固体酸化物形燃料電池円筒セル133の両端には、両端の各被接続部133a1,133c1(または133a2,133c2)と接続部材134とを電気的に接続する第一および第二キャップ71,72が設けられている。アノードガスマニホールド36には、金属製の支持板36a(絶縁板36b)が設けられていない。なお、第一実施形態と同様に構成されるものは、同一符号を付してその説明を省略する。
電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池円筒セル133は、図9に示すように、長手方向の取り付け向きが逆となるようにベース部材31に配設されている。
また、第二実施形態によっても、上述した第一実施形態による作用・効果を得ることができる。
以下、本発明による固体酸化物形燃料電池システムの第三実施形態について説明する。図11は、第三実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池モジュールを固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った方向に切断した切断部端面図である。第三実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池スタック230は、以下の点で上述した固体酸化物形燃料電池スタック230と異なる。固体酸化物形燃料電池円筒セル33は、2種類で構成されておらず、2種類のうちいずれか一方の1種類(本実施形態では第二タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル33−B)のみで構成されている。電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池円筒セル33は、長手方向の取り付け向きが同一となるようにベース部材31に配設されている。接続部材234は、第一接続部234aと第二接続部234bとが固体酸化物形燃料電池円筒セル33の長手方向にて異なる位置となるように形成されている。なお、第一実施形態と同様に構成されるものは、同一符号を付してその説明を省略する。
また、接続部材234の第二接続部234bは、断熱部材32の上面に当接して配設されている。これにより、接続部材234は、長手方向に位置決めされる。
また、第三実施形態によっても、上述した第一実施形態による作用・効果を得ることができる。
Claims (7)
- ベース部材と、
前記ベース部材を貫通して該ベース部材に立設されて、筒状に形成され燃料および酸化剤ガスのうちいずれか一方が一端側から他端側に向けて流通する内側電極層と、前記内側電極層の外側に積層され前記燃料および前記酸化剤ガスのうちいずれか他方が前記一端側から前記他端側に向けて流通する外側電極層と、内側電極層と外側電極層の間に挟まれた電解質層を備えた複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルと、
前記ベース部材の、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する燃焼部側に当接して配設されるとともに前記各固体酸化物形燃料電池筒状セルが各貫通穴にそれぞれ圧入されて、前記燃焼部側である前記他端側と前記一端側とを断熱する断熱部材と、
前記固体酸化物形燃料電池筒状セルと、前記ベース部材に形成された貫通穴との間をシールするシール部材と、
複数の前記固体酸化物形燃料電池筒状セルを電気的に直列接続するとともに、一の前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記内側電極層に設けられた内側電極層被接続部と、前記一の固体酸化物形燃料電池筒状セルに電気的に隣り合う他の前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記外側電極層に設けられた外側電極層被接続部と、を接続する複数の接続部材であって、前記断熱部材の燃焼部側に一部が当接して配設される接続部材と、
を備えた固体酸化物形燃料電池スタック。 - 前記ベース部材に組付固定され、前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの一端が当接して前記固体酸化物形燃料電池筒状セルを長手方向に位置決め支持する支持板をさらに備えた請求項1記載の燃料電池スタック。
- 前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、前記外側電極層の前記他端側または前記一端側に前記外側電極層被接続部が形成されるとともに前記内側電極層の前記一端側または前記他端側に前記内側電極層被接続部が形成されている、一種類のタイプから構成されており、
電気的に隣り合う前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが同一となるように前記ベース部材に配設され、
前記接続部材は、前記一の固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記外側電極層被接続部と、前記他の固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記内側電極層被接続部とを接続するように構成されている請求項1または請求項2記載の固体酸化物形燃料電池スタック。 - 前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、前記外側電極層の前記他端側に第一外側電極層被接続部が形成されるとともに前記内側電極層の前記一端側に第一内側電極層被接続部が形成されている第一タイプと、前記内側電極層の前記他端側に第二内側電極層被接続部が形成されるとともに前記外側電極層の前記一端側に第二外側電極層被接続部が形成されている第二タイプとの、二種類のタイプから構成されており、
電気的に隣り合う前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが逆となるように前記ベース部材に配設され、
前記接続部材は、前記一の第一タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記外側電極層被接続部と、前記他の第二タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記内側電極層被接続部とを接続するように構成されている請求項1または請求項2記載の固体酸化物形燃料電池スタック。 - 前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、前記内側電極層の一方の端部は露出するとともに、前記内側電極層の他方の端部は前記外側電極層により覆われており、かつ、前記内側電極層の前記一方の端部の剥き出し部に前記内側電極層被接続部が形成されるとともに前記外側電極層の前記他方の端部に前記外側電極層被接続部が形成されており、
前記接続部材は、前記内側電極層被接続部と電気的に接続される第一接続部と、前記外側電極層被接続部と電気的に接続される第二接続部と、前記第一接続部と前記第二接続部とを連結する連結部と、を備え、
前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、前記内側電極層被接続部と前記接続部材の前記第一接続部との間に介在して、前記内側電極層被接続部と前記接続部材の前記第一接続部とを電気的に接続する第一本体部と、前記第一本体部に設けられて前記内側電極層内に形成された流路に連通する第一連通口部と、を備えた第一キャップと、前記外側電極層被接続部と前記接続部材の前記第二接続部との間に介在して、前記外側電極層被接続部と前記接続部材の前記第二接続部とを電気的に接続する第二本体部と、前記第二本体部に設けられて前記内側電極層内に形成された前記流路に連通する第二連通口部と、を備えた第二キャップと、をさらに備え、
電気的に隣り合う前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが逆となるように前記ベース部材に配設され、
前記第一キャップおよび前記第二キャップのうち前記ベース部材に近い側の各キャップの連通口部が、前記ベース部材にそれぞれ形成された各貫通穴に貫通して設けられ、
前記シール部材は、前記ベース部材に近い側の前記キャップの各連通口部と、前記各貫通穴との間をシールしている請求項1または請求項2記載の固体酸化物形燃料電池スタック。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池スタックと、
前記固体酸化物形燃料電池スタックの燃焼ガスにより加熱され、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された改質用燃料を予熱する蒸発部と、
前記蒸発部から供給された前記水蒸気と前記改質用燃料の混合ガスとから前記燃料である改質ガスを生成する改質部と、
を備えている固体酸化物形燃料電池モジュール。 - 発電ユニットと、
貯湯水を貯湯する貯湯槽と、
を備えている固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記発電ユニットは、
請求項6に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールと、
前記固体酸化物形燃料電池モジュールから排気される燃焼排ガスと前記貯湯槽から供給される前記貯湯水との間で熱交換を行い、前記燃焼排ガスを凝縮して凝縮水を排出する熱交換器と、
前記熱交換器から排出される前記凝縮水を純水化する水タンクと、
補機を駆動して前記固体酸化物形燃料電池システムの運転を制御する制御装置と、
少なくとも前記固体酸化物形燃料電池モジュールから出力される直流電力を交流電力に変換して交流の系統電源に接続されている電源ラインに出力する電力変換装置と、
を備えている固体酸化物形燃料電池システム。
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