WO2007052704A1 - 燃料電池 - Google Patents

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Katsuya Hirata
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Mitsubishi Materials Corporation
The Kansai Electric Power Co., Inc.
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Definitions

  • the present invention relates to an internal reforming fuel cell, and more particularly to a fuel cell in which power generation efficiency is improved by performing fuel reforming with a high conversion rate.
  • This fuel reformer mixes steam and raw fuel gas into a mixed gas
  • Hydrogen is produced by reacting both in a high-temperature atmosphere of 350 ° C or higher.
  • methane which is the raw fuel gas
  • steam reforming methane, which is the raw fuel gas
  • methane reacts with steam to generate hydrogen and carbon monoxide
  • this carbon monoxide reacts with steam.
  • hydrogen is generated together with diacid and oxygen.
  • the reforming reaction described above is an endothermic reaction, and in order to perform a reforming reaction with a high conversion rate such as a residual methane content of 1% or less, the reforming catalyst in the fuel reformer is at least 640 °. C, preferably because it must be heated to 700 ° C or higher, in an internal reforming fuel cell, the thermal energy required for the reforming reaction is obtained from the high-temperature exhaust gas discharged from the fuel cell stack. (For example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 JP 2005-19034 A
  • the present invention has been made in view of such a problem, and is a high-efficiency fuel including a high-fuel ratio fuel reformer with a high conversion rate that can efficiently recover exhaust heat from the fuel cell stack.
  • the purpose is to provide batteries.
  • the present invention provides a fuel cell in which a plurality of fuel cell stacks configured by laminating a plurality of power generation cells are housed in a housing, and the fuel cell stack is It is characterized in that the fuel reformer filled with the reforming catalyst is arranged in a cross shape between the opposing side surfaces of the fuel cell stack, and is arranged in at least four planes in the plane direction in the housing.
  • the fuel reformer has a cross shape that fits between opposing side surfaces of the fuel cell stack.
  • a first buffer region not filled with the reforming catalyst is provided at a gas inlet portion of the fuel reformer, and a gas outlet of the fuel reformer is provided. It is possible to provide a structure in which the second buffer region not filled with the modified catalyst is provided in the portion.
  • the present invention can be applied to a solid oxide fuel cell having a sealless structure in which residual gas that has not been used in a power generation reaction is released from the outer periphery of the power generation cell.
  • the fuel reformer is disposed at the center portion in the housing that is surrounded by a plurality of fuel cell stacks and serves as a heat reservoir for radiant heat. Effectively receives the radiant heat from each side of the stack, and fuel reforming with a high conversion rate is performed at a sufficient reforming temperature, resulting in extremely low residual methane and hydrogen-rich reforming Gas can be obtained, which enables high-efficiency power generation.
  • the gas inlet A mixed gas introduced from the mouth diffuses widely in the first buffer region and is uniformly distributed in each cross-shaped reformer (in the catalyst layer).
  • a mixed gas of city gas and water vapor diffuses widely in the first buffer region and is uniformly distributed in each cross-shaped reformer (in the catalyst layer).
  • the second buffer region at the gas outlet portion of the fuel reformer, it is possible to prevent the fuel cell stack from being unnecessarily cooled by the cooling action due to the endothermic reaction, and moreover.
  • the reformed gas generated in each of the letter-shaped reformers is once stored in the second notch region, so that the reformed gas is supplied uniformly to each fuel cell stack, and the nuclear fuel Balanced power generation is performed in the battery stack.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the internal structure of a solid oxide fuel cell according to the present invention.
  • FIG. 2 is a top view of the fuel reformer according to the present invention.
  • FIG. 3 is a side view of a fuel reformer according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a main part of a fuel cell stack according to the present invention, and shows a gas flow during operation.
  • FIG. 1 shows an internal configuration of a solid oxide fuel cell to which the present invention is applied
  • FIG. 2 shows a plane of the fuel reformer according to the present invention
  • FIG. 3 shows the fuel reformer.
  • Figure 4 shows the main configuration of the fuel cell stack! /
  • reference numeral 1 is a solid oxide fuel cell
  • reference numeral 2 is a housing (can) having an inner wall provided with a heat insulating material 18, and reference numeral 3 is arranged inside the housing 2 with the stacking direction being vertical.
  • This is a fuel cell stack.
  • the above-described fuel cell stack 3 includes a power generation cell 7 in which a fuel electrode layer 5 and an air electrode layer (oxidant electrode layer) 6 are disposed on both surfaces of a solid electrolyte layer 4, and a fuel electrode.
  • a current collector 8 outside the layer 5, an air current collector (oxidant electrode current collector) 9 outside the air electrode layer 6, and a separator 10 outside each current collector 8, 9 It has a structure in which a number of layers are stacked in order.
  • the solid electrolyte layer 4 is composed of a stable zirconium oxide (YSZ) to which yttria is added, the fuel electrode layer 5 is composed of a metal such as Ni or a cermet such as Ni—YSZ, and the air electrode layer 6 is composed of It is composed of LaMnO, LaCoO, etc., and the anode current collector 8 is a sponge-like porous ceramic such as Ni.
  • YSZ stable zirconium oxide
  • the fuel electrode layer 5 is composed of a metal such as Ni or a cermet such as Ni—YSZ
  • the air electrode layer 6 is composed of It is composed of LaMnO, LaCoO, etc.
  • the anode current collector 8 is a sponge-like porous ceramic such as Ni.
  • the cathode current collector 9 is made of a sponge-like porous sintered metal plate such as Ag, and the separator 10 is made of stainless steel or the like.
  • the separator 10 has a function of electrically connecting the power generation cells 7 and supplying a reaction gas to the power generation cells 7.
  • the separator 10 separates the fuel gas supplied from the fuel gas holder 13.
  • the outer surface force of 10 is also introduced, and the fuel gas passage 11 discharged from the substantially central portion facing the fuel electrode current collector 8 of the separator 10 and the oxidant gas supplied from the oxidant gas marker 14 are supplied to the separator 10.
  • An oxidant gas passage 12 that is introduced from the outer peripheral surface of the separator 10 and is discharged from the substantially central portion of the surface of the separator 10 facing the air electrode current collector 9 is provided.
  • This solid oxide fuel cell 1 has a sealless structure in which a gas leakage prevention seal is not provided on the outer periphery of the power generation cell 7, and during operation, as shown in FIG. 1 and the oxidant gas passage 12, substantially the central force of the separator 10 also causes the fuel electrode layer 5 to diffuse while the fuel gas and oxidant gas (air) discharged toward the power generation cell 7 are diffused toward the outer periphery of the power generation cell 7.
  • the power generation reaction is caused to spread over the entire surface of the air electrode layer 6 with a good distribution, and the remaining gas (exhaust gas) that has not been consumed by the power generation reaction is also freely released to the outside of the outer periphery of the power generation cell 7. It has become.
  • an exhaust pipe 19a for discharging the high-temperature exhaust gas discharged into the internal space of the housing 2 to the outside is provided at the upper part of the housing 2.
  • the fuel heat exchanger ⁇ 20 and the downstream (downstream) fuel reformer 30, and the air preheat Air heat exchanger 40 etc. are installed in the nozzle 2 and the 16 fuel cell stacks 3 described above.
  • a fuel gas supply pipe 15 and a water supply pipe 17 are connected to the fuel heat exchanger 20, and an oxidant gas supply pipe 16 is connected to the air heat exchanger 40.
  • These heat exchangers 20 and 40 and the fuel reformer 30 are respectively arranged at appropriate positions near the fuel cell stack 3 so that sufficient heat transfer and radiant heat from the fuel cell stack 3 can be obtained. Consideration is given to ensure efficient heat recovery.
  • the fuel reformer 30 has an integral cross shape and is arranged in a grid shape on the same circle centered at the center of the housing 2 as shown in FIG.
  • Each of the installed fuel cell stacks 3 is arranged using a gap between the opposing side surfaces, and the installation surface of the plurality of fuel cell stacks 3 is made the same on the stack frame 37 provided at the bottom of the housing 2. Placed 'fixed'.
  • each flat box-shaped wing 30a, 30b, 30c, 30d is provided with 31 gas populations, and the lower end of each wing rod 30a, 30b, 30c, 30d.
  • a gas outlet 34 is provided in each of the rods, and each of the gas inlets 31 at the upper end is connected to the fuel heat exchange with the upper pipe 38 and each of the gas outlets 34 at the lower end is connected to the lower pipe. Connected to the fuel gas holder 13 shown in FIG.
  • the power reformer 30 is filled with a reforming catalyst 33.
  • a space region (first buffer region 32 and second buffer region 35) that is not filled with the reforming catalyst 33 is provided in the gas inlet 31 portion at the upper part of the gasifier and the gas outlet 34 portion at the lower part of the reformer.
  • the reforming catalyst 33 filling area and the upper and lower non-filling areas are partitioned by a punching plate 36 having good air permeability.
  • the reformed catalyst 33 is filled in the formed region.
  • the reforming catalyst 33 for example, a pellet catalyst in which a Ni-based or Ru-based hydrocarbon catalyst is attached to the surface of a granular carrier, or a catalyst itself is formed in a honeycomb structure (honeycomb structure).
  • the Hercam catalyst etc. which were made can be used.
  • a mixed gas of hydrocarbon gas (for example, city gas) and water vapor, which is a raw fuel gas, is preheated during fuel heat exchange 20 during operation, and is mixed with high temperature. Then, it is guided to the fuel reformer 30 through the upper pipe 38 and introduced into each reformer from the gas inlet 31 of each blade 30a to 30d. The introduced gas is brought into contact with the reforming catalyst 33 at each of the blade portions 30a to 30d, and a steam reforming reaction of hydrocarbon gas is performed.
  • This reforming reaction is an endothermic reaction, and the heat necessary for the reforming reaction (650 to 800 ° C.) is obtained by recovering the exhaust heat from the fuel cell stack 3.
  • the reformed gas obtained by the reforming reaction of the fuel reformer 30 is introduced into the fuel gas holder 13 of each fuel cell stack 3 through each lower pipe 39 from each gas outlet 34 in the downstream portion.
  • the flow of the reaction gas in each fuel cell stack 3 is as shown in FIG.
  • the fuel reformer 30 is surrounded by at least four fuel cell stacks 3 in the plane direction, and the fuel reforming is performed in the central portion of the housing 2 where the radiant heat is stored. Since the mass reformer 30 is disposed, the fuel reformer 30 effectively receives the radiant heat of each stack side force facing in the heat storage space, recovers a sufficient reforming temperature, and converts the conversion rate. High fuel reforming is performed. As a result, it is possible to obtain a hydrogen rich reformed gas with very little residual methane and supply it to the power generation cell 7, thereby enabling highly efficient power generation.
  • Fuel reformer 30 (reforming catalyst 33) outlet temperature can be stably reformed 65 It can be maintained above 0 ° C, which makes it possible to achieve and maintain 1% or less of residual methane.
  • the mixed gas introduced from the gas inlet 31 diffuses widely in the buffer region 32 in all directions.
  • the reforming catalyst 33 in each of the cross-shaped blades 30a to 30d is uniformly supplied to the reforming catalyst 33, and efficient reforming is performed by effectively using all the reforming catalysts in the reformer. be able to.
  • the fuel reformer 30 has a cross shape that fits between the opposing side surfaces of the fuel cell stack 3, but a flat box-shaped fuel reformer is individually provided between the opposing side surfaces of the stack. It can also be set as the structure arrange
  • the fuel reformer 30 is disposed in the central portion that is surrounded by the fuel cell stack 3 and serves as a heat reservoir for radiant heat.
  • a high-efficiency fuel cell including a fuel reformer with a high conversion rate that can efficiently recover the exhaust heat generated by the fuel cell stack force. be able to.

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Abstract

　本発明の課題は、燃料電池スタックからの排熱を効率良く回収できる転化率の高い燃料改質器を備えた高効率の燃料電池を提供することである。かかる課題を解決するため、本発明に係る燃料電池（１）おいては、発電セル（７）を多数積層して構成した燃料電池スタック（３）をハウジング（２）内の少なくとも平面方向に４基を方眼状に配設すると共に、これら燃料電池スタック（３）の対向側面間に改質触媒（３３）を充填した十字形状の燃料改質器（３０）を配設した。

Description

明 細 書
燃料電池
技術分野
[0001] 本発明は、内部改質式の燃料電池に関し、詳しくは、転化率の高い燃料改質を行 うことにより発電効率の向上を図った燃料電池に関するものである。
背景技術
[0002] 燃料電池に導入する反応用ガスとして都市ガス等の炭化水素系の燃料ガスを用い る場合は、この炭化水素系ガス (原燃料ガス)を水素リッチなガスに改質するための 燃料改質器が必要となる。
[0003] この燃料改質器は、水蒸気と原燃料ガスとを混合させて混合ガスとした後、例えば
、 350°C以上の高温雰囲気下において両者を反応させることにより、水素を生成する ものである。
すなわち、改質反応 (水蒸気改質)は、先ず、原燃料ガスであるメタンと水蒸気とが 反応して水素と一酸化炭素とが発生し、さらに、この一酸化炭素と水蒸気とが反応す ることにより、二酸ィ匕酸素とともに水素が発生する。
これを反応式で示せば、以下の通りである。
CH +H 0→H +CO
4 2 2
CO+H 0→3H +CO
2 2 2
[0004] 上述の改質反応は吸熱反応であって、残留メタンが 1%以下といった転ィ匕率の良 ぃ改質反応を行うには、燃料改質器内の改質触媒を少なくとも 640°C、望ましくは 70 0°C以上に加熱する必要があることから、内部改質式の燃料電池では、改質反応に 必要な熱エネルギーを燃料電池スタックカゝら排出される高温排ガスより得るようにして いる（例えば、特許文献 1参照)。
[0005] ところで、固体酸化物形燃料電池を例にとると、作動温度が 1000°C前後の高温作 動型では、燃料改質に要する熱エネルギーを回収するのは比較的容易であるが、作 動温度が 700°C前後の低温作動型では、先の高温型に比べて排出される熱エネル ギ一の量も少ないことから、吸熱反応に必要な十分な熱回収を行うことが難しくなる。 燃料改質器に対して十分な熱エネルギーが供給されな ヽ場合は、改質反応が不十 分となり、水素リッチな改質ガスが得られなくなる虞がある。
改質不十分で改質ガス中にメタンが多量に存在すると、発電セル内において改質 ガス中の炭素が析出して電池性能が急激に低下するため、効率的な発電を行えなく なるという問題が生じる。
特許文献 1 :特開 2005— 19034号公報
発明の開示
[0006] 本発明は、このような問題に鑑みて成されたもので、燃料電池スタックからの排熱を 効率良く回収できる転ィ匕率の高 ヽ燃料改質器を備えた高効率の燃料電池を提供す ることを目的としている。
[0007] 上記目的を達成するため、本発明は、発電セルを多数積層して構成した燃料電池 スタックをハウジング内に複数収納して成る燃料電池にぉ 、て、前記燃料電池スタツ クを、前記ハウジング内の少なくとも平面方向に 4基方眼状に配設すると共に、これら 燃料電池スタックの対向側面間に改質触媒を充填した燃料改質器を十字状に配設 したことを特徴としている。
[0008] 前記燃料電池にお!ヽては、前記燃料改質器を、前記燃料電池スタックの対向側面 間に収まる十字形状とすることが望ましい。
[0009] また、前記燃料電池にお!ヽては、前記燃料改質器のガス入口部分に前記改質触 媒が非充填の第 1のバッファ領域を設け、前記燃料改質器のガス出口部分に前記改 質触媒が非充填の第 2のバッファ領域を設ける構成とすることが可能である。
[0010] 本発明は、発電反応に使用されなかった残余のガスを発電セルの外周部より放出 するシールレス構造の固体酸ィ匕物形燃料電池に適用することが可能である。
[0011] 本発明によれば、複数の燃料電池スタックに囲まれて放射熱の熱溜まりとなるハウ ジング内の中央部分に燃料改質器が配設されているため、燃料改質器は対面する 各々スタック側部力 の放射熱を有効に受熱し、十分な改質温度にて転ィ匕率の高い 燃料改質が行われるようになり、残留メタンの極めて少な!、水素リッチな改質ガスを 得ることができ、これにより、高効率発電が可能となる。
[0012] また、燃料改質器のガス入口部分に第 1のバッファ領域を設けることにより、ガス入 口部より導入された混合ガス (例えば、都市ガスと水蒸気の混合ガス）がこの第 1バッ ファ領域内を広く拡散して十字形の各改質器内 (触媒層内）に、満遍なく均一に供給 されるようになり、改質器内の全ての改質触媒を有効に活用した効率的な改質を行う ことが可能となる。
[0013] また、燃料改質器のガス出口部分に第 2のバッファ領域を設けることにより、吸熱反 応による冷却作用により燃料電池スタックが不必要に冷却されるのを防止できると共 に、十字形の各改質器において発生した改質ガスが、一旦、この第 2のノ ッファ領域 内に貯留されることにより、改質ガスは各燃料電池スタックに均等に供給されるように なり、核燃料電池スタックにおいてバランスのとれた発電が行われるようになる。 図面の簡単な説明
[0014] [図 1]図 1は、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の内部構造を示す断面図である
[図 2]図 2は、本発明に係る燃料改質器の上面図である。
[図 3]図 3は、本発明に係る燃料改質器の側面図である。
[図 4]図 4は、本発明に係る燃料電池スタックの要部概略構成図で、運転時のガスの 流れを示している。
符号の説明
[0015] 1 燃料電池（固体酸化物形燃料電池）
2 ハウジング
3 燃料電池スタック
7 発電セル
30 燃料改質器
31 ガス人口
32 第 1のバッファ領域
33 改質触媒
34 ガス出口
35 第 2のバッファ領域 発明を実施するための最良の形態
[0016] 以下、図 1〜図 4に基づいて本発明の実施形態を説明する。
[0017] 図 1は本発明が適用された固体酸化物形燃料電池の内部構成を示し、図 2は本発 明に係る燃料改質器の平面を示し、図 3は同、燃料改質器の側面を示し、図 4は燃 料電池スタックの要部構成を示して！/、る。
[0018] 図 1において、符号 1は固体酸化物形燃料電池、符号 2は内壁に断熱材 18を付装 したハウジング (缶体）、符号 3は積層方向を縦にしてハウジング 2の内部に配設した 燃料電池スタックである。本実施形態では、ハウジング 2内の平面方向に（ノ、ウジング 2の中央部に中心を持つ同一円上に）方眼状に 4基、さらに高さ方向に 4段、合計 16 基の燃料電池スタック 3を集合'配置した高出力の燃料電池 1 (燃料電池モジュール） である。
[0019] 上述の燃料電池スタック 3は、図 4に示すように、固体電解質層 4の両面に燃料極 層 5および空気極層（酸化剤極層） 6を配した発電セル 7と、燃料極層 5の外側の燃 料極集電体 8と、空気極層 6の外側の空気極集電体 (酸化剤極集電体) 9と、各集電 体 8、 9の外側のセパレータ 10を順番に多数積層した構造を有する。
[0020] 固体電解質層 4はイットリアを添加した安定ィ匕ジルコユア (YSZ)等で構成され、燃 料極層 5は Ni等の金属あるいは Ni—YSZ等のサーメットで構成され、空気極層 6は LaMnO、 LaCoO等で構成され、燃料極集電体 8は Ni等のスポンジ状の多孔質焼
3 3
結金属板で構成され、空気極集電体 9は Ag等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で 構成され、セパレータ 10はステンレス等で構成されている。
[0021] セパレータ 10は、発電セル 7間を電気的に接続すると共に、発電セル 7に反応用ガ スを供給する機能を有し、燃料ガスマ-ホールド 13より供給される燃料ガスをセパレ ータ 10の外周面力も導入してセパレータ 10の燃料極集電体 8に対向するほぼ中央 部から吐出する燃料ガス通路 11と、酸化剤ガスマ-ホールド 14より供給される酸ィ匕 剤ガスをセパレータ 10の外周面から導入してセパレータ 10の空気極集電体 9に対 向する面のほぼ中央部から吐出する酸化剤ガス通路 12を備えている。
[0022] この固体酸化物形燃料電池 1は、発電セル 7の外周部にガス漏れ防止シールを設 けないシールレス構造とされており、運転時には、図 4に示すように、燃料ガス通路 1 1および酸化剤ガス通路 12を通してセパレータ 10の略中心部力も発電セル 7に向け て吐出される燃料ガスおよび酸化剤ガス (空気)を、発電セル 7の外周方向に拡散さ せながら燃料極層 5および空気極層 6の全面に良好な分布で行き渡らせて発電反応 を生じさせると共に、発電反応で消費されなかった残余のガス (排ガス）を発電セル 7 の外周部力も外に自由に放出するようになっている。そして、図 1に示すように、ハウ ジング 2の上部には、ハウジング 2の内部空間に放出された高温度の排ガスを外部に 排出するための排気管 19aが設けられている。
[0023] また、ノ、ウジング 2内には、上記した 16基の燃料電池スタック 3の他、燃料熱交^^ 20やその後段 (下流側)の燃料改質器 30、および空気予熱用の空気熱交換器 40等 が配設されている。燃料熱交翻20には、燃料ガス供給管 15と給水管 17が接続さ れ、空気熱交 40には酸化剤ガス供給管 16が接続されている。これらの熱交換 器類 20、 40や燃料改質器 30は燃料電池スタック 3からの十分な熱伝達および輻射 熱が得られるよう、それぞれ燃料電池スタック 3の近傍の適所に配設され、ハウジング 2内にぉ 、て効率的な熱回収が成されるように考慮されて 、る。
[0024] ところで、燃料電池 1の発電効率を向上させる一手段として、上述の燃料改質器 30 における改質温度を上昇させて転ィ匕率を上げることが有効であることは、既述した通 りである。
[0025] そこで、本実施形態では、上記燃料改質器 30を一体型の十字形状とし、図 2に示 すように、ハウジング 2の中央部に中心を持つ同一円上にそれぞれ方眼状に配設さ れた各々燃料電池スタック 3の対向側面間の隙間を利用して配置すると共に、ハウジ ング 2の底部に設けたスタック架台 37の上に上記複数の燃料電池スタック 3と設置面 を同一にして載置 '固定している。
[0026] この燃料改質器 30において、扁平箱形の各翼部 30a、 30b、 30c、 30dの上端部 には各々ガス人口 31力設けられ、各翼咅 30a、 30b、 30c、 30dの下端咅には各々 ガス出口 34が設けられており、上端部のガス入口 31の各々が上部配管 38にて上記 した燃料熱交 に接続されていると共に、下端部のガス出口 34の各々が下部 配管 39にて図 4に示す燃料ガスマ-ホールド 13に接続されて!、る。
[0027] 図 3に示すように、燃料改質器 30の内部には改質触媒 33が充填されている力 改 質器上部のガス入口 31部分および改質器下部のガス出口 34部分には改質触媒 33 が充填されない空間領域 (第 1のバッファ領域 32および第 2のバッファ領域 35)が設 けられている。尚、改質触媒 33の充填領域と上下の非充填領域 (すなわち、バッファ 領域 32、 35)とは、通気性の良いパンチングプレート 36にて区画されており、このパ ンチングプレート 36にて区画形成された領域内に改質触媒 33が充填されている。
[0028] この改質触媒 33としては、粒状の担体の表面に活性成分として、例えば、 Ni系や R u系の炭化水素触媒を付着したペレット触媒や、触媒自体をハニカム構造 (蜂の巣構 造）としたハ-カム触媒等を用いることができる。
[0029] 上記構成にぉ ヽて、運転時には原燃料ガスである炭化水素ガス (例えば、都巿ガ ス）と水蒸気の混合ガスが燃料熱交翻 20にお ヽて予熱されて高温の混合ガスとな つて上部配管 38を通して燃料改質器 30に誘導されると共に、各翼部 30a〜30dの ガス入口 31より各改質器内に導入される。導入ガスはそれぞれの翼部 30a〜30dに おいて、改質触媒 33に接触して炭化水素ガスの水蒸気改質反応が行われる。この 改質反応は吸熱反応であって、改質反応に必要な熱（650〜800°C)は、燃料電池 スタック 3からの排熱を回収して得られる。
[0030] 燃料改質器 30の改質反応で得られた改質ガスは下流部の各ガス出口 34より各下 部配管 39を通して各燃料電池スタック 3の燃料ガスマ-ホールド 13に導入される。 各燃料電池スタック 3における反応用ガスの流れは図 4に示した通りである。
[0031] ここで、本実施形態の燃料改質器 30では、少なくとも平面方向 4基の燃料電池スタ ック 3に囲まれて、その放射熱の熱溜まりとなるハウジング 2の中央部分に燃料改質 器 30が配設されているため、燃料改質器 30は、この熱溜まり空間において対面する 各々スタック側部力 の放射熱を有効に受熱し、十分な改質温度を回収して転化率 の高い燃料改質が行われるようになる。これにより、残留メタンの極めて少ない水素リ ツチな改質ガスを得て発電セル 7に供給することが可能となり、高効率発電が可能と なる。
特に、シールレス構造の固体酸化物形燃料電池 1では、ハウジング 2内に燃料電池 スタック 3の側部から高温の排ガスが自由に放出されるため、排熱回収には極めて都 合が良ぐよって、燃料改質器 30 (改質触媒 33)の出口温度を安定改質が可能な 65 0°C以上に確保することができ、これにより、残留メタン 1%以下を実現'維持すること が可能となる。
[0032] また、燃料改質器 30の上部のガス入口 31部分に第 1のバッファ領域 32を設けるこ とにより、ガス入口 31より導入された混合ガスがこのバッファ領域 32内を四方に広く 拡散して十字形の各翼部 30a〜30d内の改質触媒 33に満遍なく均一に供給される ようになり、改質器内における全ての改質触媒を有効に活用した効率的な改質を行う ことができる。
[0033] 力！]えて、燃料改質器 30の下部のガス出口 34部分に第 2のバッファ領域 35を設ける ことにより、この空間部分がスタック架台 37への伝熱を抑制するため、吸熱反応時の 冷却作用でスタック架台 37を介して燃料電池スタック 3が底部側より不必要に冷却さ れてしまうのを防止できると共に、各翼部 30a〜30d内において発生した改質ガスが 、一旦、この第 2のノ ッファ領域内に貯留された後、各下部配管 39に分配'導入され ることにより、改質ガスはこれら各下部配管 39を通して各燃料電池スタック 3に均等に 供給されるようになり、各燃料電池スタック 3にお 、てバランスの良 、発電が行われる ようになる。
[0034] 以上、本実施形態では、燃料改質器 30を燃料電池スタック 3の対向側面間に収ま る十字形状としたが、スタックの対向側面間に各々扁平箱形の燃料改質器を個々に 配設する構成とすることもできる。
また、燃料電池 1については、平面方向 4基配置の燃料電池スタック 3を縦方向に 4 段積み上げた構成を説明したが、積層段数はこれに限るものではないことは勿論で あり、要は、燃料電池スタック 3に囲まれて放射熱の熱溜まりとなる中央部分に上記燃 料改質器 30が配設される構造であれば良 ヽ。
産業上の利用可能性
[0035] 以上説明したとおり、本発明によれば、燃料電池スタック力ゝらの排熱を効率良く回 収できる転ィ匕率の高い燃料改質器を備えた高効率の燃料電池を提供することができ る。

Claims

請求の範囲
[1] 発電セルを多数積層して構成した燃料電池スタックをハウジング内に複数収納して 成る燃料電池において、
前記燃料電池スタックを、前記ハウジング内の少なくとも平面方向に 4基方眼状に 配設すると共に、これら燃料電池スタックの対向側面間に改質触媒を充填した燃料 改質器を十字状に配設したことを特徴とする燃料電池。
[2] 前記燃料改質器は、前記燃料電池スタックの対向側面間に収まる十字形状である ことを特徴とする請求項 1に記載の燃料電池。
[3] 前記燃料改質器のガス入口部分に前記改質触媒が非充填の第 1のバッファ領域を 設けたことを特徴とする請求項 2に記載の燃料電池。
[4] 前記燃料改質器のガス出口部分に前記改質触媒が非充填の第 2のバッファ領域を 設けたことを特徴とする請求項 2に記載の燃料電池。
[5] 前記燃料電池は、発電反応に使用されなかった残余のガスを発電セルの外周部よ り放出するシールレス構造の固体酸ィ匕物形燃料電池であることを特徴とする請求項 1 に記載の燃料電池。
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