JP6909691B2 - 燃料電池モジュール - Google Patents
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Description
特に、1次側のセル群と2次側のセル群との熱影響を抑制し、さらに、燃焼部の熱による1次側のセル群の上端の固定部の劣化を抑止できる燃料電池モジュールを提供することを目的としている。
上記構成の本発明によれば、第2のセルスタックに向けて大量の空気が噴出されるため、第2のセルスタックにおける発電効率を積極的に向上することができる。
上記構成の本発明によれば、簡易な構成により、第2のセルスタックに向けて大量の空気を噴出させることができる。
上記の構成の本発明によれば、燃焼部に向けて空気が噴出されるため、燃焼部において確実に完全燃焼を実現できる。
燃焼部よりも上方の位置では、第1のセルスタック側と第2のセルスタック側とで排ガスに温度ムラが生じやすい。排ガスにより発電用空気を加熱する場合には、排ガスに温度ムラがないことが好ましい。これに対して、上記構成の本発明によれば、燃焼部の上方で第1のセルスタック側と第2のセルスタック側とで排ガスが流通するため、排ガスの温度ムラを抑えることができる。
仕切り板を設けることにより、第1のセルスタックと第2のセルスタックとの間の熱影響は低減できるものの、このような場合に、一方のセルスタック側の温度が下がってしまい、発電効率が低下するおそれがある。これに対して、上記構成の本発明によれば、貫通孔を介して空気が流通することにより、一方のセルスタック側の温度が下がってしまうことを抑止できる。
燃料ガスを図2(A)に記載のように、セル群10a及びセル群10bとの二段階で消費させて発電する場合、マニホールド2aに供給される改質ガスを含む燃料ガスを100とし、セル群10aで消費される量を40とすると、セル群10aは40÷100=0.4と計算されるから燃料利用率(Uf)は40%となる。さらに、セル群10aから排出される未使用の燃料ガスは60であり、これがセル群10bに供給される。セル群10bで消費される量をセル群10aと同じ40とすると、セル群10bにおける燃料利用率は、40÷60=0.667・・・であるから、燃料利用率は約67%となる。
燃料電池セル1aは、一対の対向する平坦面をもつ柱状の導電性支持基板34と、支持基板34の一方の平坦面上に形成された燃料側電極層36と、燃料側電極層36の外面に形成された固体電解質層38と、固体電解質層38の外面に形成された空気側電極層40と、からなる。また、燃料電池セル1aの他方の平坦面上にはインターコネクタ42が設けられている。
原料ガス及び水(水蒸気)は、燃料電池モジュール100に供給管13A,13Bを通じて外部から改質器12に供給される。改質器12に供給された水は改質器12の蒸発部12Aにおいて燃焼部18の熱により蒸発される。そして、原料ガス及び水蒸気は改質部12Bへ送られる。原料ガス及び水蒸気は、改質部12Bにおいて燃焼部18の熱により、水素を含む燃料ガスに改質される。
本実施形態によれば、第1のセルスタック10aで使用された燃料ガスが第2のセルスタック10bに流れ込み、さらに消費される構成となるため、燃料利用率を高めることができる。また、燃料電池セル1a、1bの配列を大きく変更することなく二段階に燃料ガスを消費させることが可能となるため、発電効率が高く、製造が容易な燃料電池モジュールを提供することができる。
まず、本発明の第2実施形態で用いる燃料電池セルについて図12及び図13を参照して説明する。
図12は、本発明の第2実施形態におけるセルスタックを構成するセルを示す図である。図13は、セル端部の拡大断面図である。
なお、支持体として多孔質の絶縁性支持体を用いることもでき、この場合においては、絶縁性支持体の外側に、内側電極層として燃料極層を形成する。
1a 燃料電池セル
1b 燃料電池セル
2a (第1の)マニホールド
2b (第2の)マニホールド
2b1 室
2b2 室
10a 第1のセルスタック(セル群)
10b 第2のセルスタック(セル群)
12 改質器
12A 蒸発部
12B 改質部
13A 供給管
13B 供給管
14 接続部
18 燃焼部
20 分配管
20A 開口
22 筐体
22A 開口
24 枠体
24A 開口
30 集電部材
30a 端部集電部材
30b 端部集電部材
32 連結集電部材
34 導電性支持基板
34A ガス流路
36 燃料側電極層
38 固体電解質層
40 空気側電極層
42 インターコネクタ
44 P型半導体層
46 断熱材
50 筐体
50a 下方筐体
50b 上方筐体
50c 第1の開口
50d 第2の開口
50e 突部
52 第1の枠体
52a 開口
52b 応力吸収機構
54 第2の枠体
54a 開口
56a ガラスシール
56b ガラスシール
60 仕切り板
60A 表面
60B 表面
60a 空気流通路
60b 上部貫通孔
60c 下部貫通孔
60d 下端噴出孔
60e 第1の空気噴出孔
60f 第2の空気噴出孔
90 断熱材
92 内側ハウジング
92a 排ガス排出孔
94 外側ハウジング
96 排ガス流路
98 空気流路
100 燃料電池セルスタック(装置)
1001 セル
1002a マニホールド
1002b マニホールド
1003 燃料極
1004 金属キャップ
1005 ガラス材料
1006 絶縁性支持部材
1007 ガラスリング
1008 空気極
1009 集電体
1010a セル群
1010b セル群
1011 改質器
1020 燃料ガス供給管
1100 燃料電池セルスタック
1101 セル本体
1102 キャップ
1102b 円環部
1103 燃料ガス流路
1104 内側電極層
1105 電解質層
1106 外側電極層
1107 燃料ガス流路
1108 銀ペースト
1109 ガラスシール
Claims (8)
- 内部に長手方向に延びるガス流路を有する複数の柱状の燃料電池セルを並置してなる第1のセルスタック及び第2のセルスタックが水平方向に並べて配置されたセル群と、
前記第1のセルスタックの上方に接続され、前記第1のセルスタックのそれぞれの燃料電池セルに燃料ガスを供給するための第1のマニホールドと、
前記第1のセルスタックから排出された燃料ガスを回収するとともに、前記第2のセルスタックのそれぞれの燃料電池セルに回収した燃料ガスを供給するための第2のマニホールドと、
前記第2のセルスタックの上方に設けられ、前記第2のセルスタックから排出されたガスを燃焼する燃焼部と、
を備えた燃料電池モジュールであって、
前記第1のセルスタック及び前記第2のセルスタックは、それぞれ複数の燃料電池セルが一列に配列されて構成されており、
前記第1のセルスタック及び前記第2のセルスタックは、複数の燃料電池セルの配列方向が平行になるように配置されており、
前記第1のセルスタックと前記第1のマニホールドとの接続部、及び、前記燃焼部の間には、互いの温度影響を低減するための仕切り板が設けられていることを特徴とする燃料電池モジュール。 - 前記仕切り板には、空気が流通する中空の空気流通路と、前記空気流通路から前記第1のセルスタック及び前記第2のセルスタックに空気を噴出させる空気噴出孔とが形成されている、請求項1に記載の燃料電池モジュール。
- 前記仕切り板に形成された空気噴出孔は、前記第2のセルスタックに向けて噴出される空気の噴出量が、前記第1のセルスタックに向けて噴出される空気の噴出量よりも多くなるように構成されている、請求項2に記載の燃料電池モジュール。
- 前記空気噴出孔は、少なくとも前記仕切り板の下端、及び、前記第2のセルスタック側の表面に形成されている、請求項3に記載の燃料電池モジュール。
- 前記空気噴出孔は、前記仕切り板の前記第1のセルスタック側の表面にも形成され、
前記仕切り板の前記第2のセルスタック側の表面に形成された空気噴出孔の総開口面積が、前記仕切り板の前記第1のセルスタック側の表面に形成された空気噴出孔の総開口面積よりも大きい、請求項4に記載された燃料電池モジュール。 - 前記仕切り板の前記第2のセルスタック側の表面には、前記燃焼部に向けて空気噴出孔が形成されている、請求項2〜5の何れか1項に記載された燃料電池モジュール。
- 前記仕切り板には、前記燃焼部よりも上方の位置に、前記第1のセルスタック側の表面から前記第2のセルスタック側の表面まで到達する貫通孔が形成されている、請求項1〜6の何れか1項に記載された燃料電池モジュール。
- 前記仕切り板には、前記燃焼部よりも下方の位置に、前記第1のセルスタック側の表面から前記第2のセルスタック側の表面まで到達する貫通孔が形成されている、請求項1〜6の何れか1項に記載された燃料電池モジュール。
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