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JP4863600B2 - Fuel cell assembly - Google Patents
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JP4863600B2 - Fuel cell assembly - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池組立体、更に詳しくは固体電解質燃料電池発電システムの如き燃料電池発電システムの構成に好適に使用される燃料電池組立体に関する。
The present invention relates to a fuel cell assembly, and more particularly relates to a fuel cell assembly suitable for use in construction of such a fuel cell power generation system of the solid electrolyte fuel cell power generation system.

次世代エネルギーとして、近年、固体高分子、リン酸、溶融炭酸塩及び固体電解質等の種々の型の燃料電池発電システムが提案されている。特に、固体電解質燃料電池発電システムは、作動温度が1000℃程度と高いが、発電効率が高い、排熱利用が可能である等の利点を有しており、研究開発が推し進められている。
As a next-generation energy, in recent years, a polymer electrolyte, phosphoric acid, and various types fuel cell power generation system, such as molten carbonate and solid oxide has been proposed. In particular, the solid electrolyte fuel cell power generation system is operating temperatures as high about 1000 ° C., the power generation efficiency is high, has the advantages such is possible waste heat utilization, research and development has been promoted.

燃料電池発電システムの典型例においては、下記特許文献1に記載されているように、発電室を規定するハウジングと、このハウジング内に配設されたセルスタックとを含む燃料電池組立体が装備されている。かかる燃料電池組立体には、セルスタックに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段、セルスタックに空気を供給するための空気供給手段が付設されている。
特開2000−182641号公報
In a typical example of a fuel cell power generation system, as described in Patent Document 1 below, a fuel cell assembly including a housing defining a power generation chamber and a cell stack disposed in the housing is provided. ing. Such a fuel cell assembly is provided with fuel gas supply means for supplying fuel gas to the cell stack and air supply means for supplying air to the cell stack.
JP 2000-182641 A

しかしながら、上述した特許文献1のような燃料電池組立体において、燃料電池セルに電流を流して発電する場合、セルスタックを収納する発電室内の温度が所望の発電室温度以上に上昇する現象が発生する場合がある。これは、燃料電池セルに電流を流して発電させることにより、燃料電池セルの発電部分にジュール熱と反応熱が発生し、その熱が燃料電池セルの密集する発電室内に留まることから発生する現象である。   However, in the fuel cell assembly as in Patent Document 1 described above, when power is generated by flowing current through the fuel cell, a phenomenon occurs in which the temperature in the power generation chamber that houses the cell stack rises above the desired power generation chamber temperature. There is a case. This is due to the fact that Joule heat and reaction heat are generated in the power generation part of the fuel cell by causing the current to flow through the fuel cell and the heat stays in the power generation chamber where the fuel cell is concentrated. It is.

この温度上昇を防ぐために、発電室内の燃料電池セル間に外部から冷却された(室温)空気を直接供給することが考えられるが、低温の空気を燃料電池セル近傍に流すと、熱い燃料電池セルが急激に冷却されることにより、セル表面に引っ張り応力が発生してクラックが発生する、といった危険性がある。燃料電池セルのクラック発生は即座に燃料電池発電システム全体の機能劣化等に繋がるので避けなければならない。   In order to prevent this temperature rise, it is conceivable to supply cooled (room temperature) air directly between the fuel cells in the power generation chamber. However, if low-temperature air is allowed to flow in the vicinity of the fuel cells, the hot fuel cells Due to the rapid cooling, there is a danger that a tensile stress is generated on the cell surface and a crack is generated. The occurrence of cracks in the fuel cell must be avoided because it immediately leads to functional deterioration of the entire fuel cell power generation system.

本発明は、燃料電池セル集合体及びその近傍の温度上昇を抑制できる燃料電池発電組立体を提供することを目的とする。
The present invention aims to provide a fuel cell assembly and a fuel cell power generation assembly temperature rise can be suppressed in the vicinity thereof.

本発明者は、鋭意研究の結果、熱交換されて加熱された燃料ガス又は酸素含有ガスが一旦収容されるガス室に、収容されるガスと同一種で、低温のガスを供給し、ガス室内の温度を低下させることにより、燃料電池セル集合体及びその近傍の温度を、セルにクラック等を発生させることなく、有効に低下させることができることを見出し、本発明に至った。   As a result of diligent research, the present inventor has supplied a low-temperature gas of the same type as the stored gas to the gas chamber in which the fuel gas or oxygen-containing gas heated by heat exchange is once stored. It was found that the temperature of the fuel cell assembly and the temperature in the vicinity thereof can be effectively reduced without causing cracks or the like in the cell by reducing the temperature of the fuel cell.

即ち、本発明の燃料電池組立体は、ハウジング内に、加熱された燃料ガス又は酸素含有ガスが加熱ガス供給手段により供給されるガス室を備えるとともに、該ガス室から加熱された燃料ガス又は酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池セルの複数個を配列してなるセルスタックの複数個が配列された燃料電池組立体であって、
前記ガス室内の加熱された燃料ガス又は酸素含有ガスよりも低温で、かつ前記ガス室内に供給されたガスと同一種のガスを前記ガス室に供給する低温ガス供給管を具備する低温ガス供給手段を、前記ガス室への加熱ガス供給手段とは別個に備えており、前記低温ガス供給管が、前記ハウジング内に設けられた前記セルスタックの配列方向の中央部で、かつ前記燃料電池セルの配列方向の中央部を冷却するように前記ガス室に接続されていることを特徴とする。
That is, the fuel cell assembly of the present invention, in a housing provided with a gas chamber to be supplied by the fuel gas or oxygen-containing gas is heated heating gas supply means, the fuel gas or oxygen is heated from the gas chamber A fuel cell assembly in which a plurality of cell stacks are arranged by arranging a plurality of fuel cells that are supplied with contained gas to generate power,
Low-temperature gas supply means comprising a low-temperature gas supply pipe that supplies a gas of the same type as the gas supplied to the gas chamber at a lower temperature than the heated fuel gas or oxygen-containing gas in the gas chamber Is provided separately from the heating gas supply means to the gas chamber, and the low temperature gas supply pipe is a central portion of the cell stack provided in the housing in the arrangement direction of the fuel cell. It is connected to the gas chamber so as to cool the central portion in the arrangement direction .

このような燃料電池組立体では、通常運転時は、例えば熱交換器で予熱された燃料ガスや酸素含有ガスがガス室に導入され、このガス室からガス供給手段を用いて発電室の燃料電池セル集合体へガスが導入されるが、燃料電池セル集合体及び/又はその近傍の温度が想定以上に上昇した場合は、低温ガス供給手段により低温のガスをガス室に供給し、加熱(予熱)された燃料ガス又は酸素含有ガスと混合されて、ガス室の温度をある程度低下させ、この低温のガスを燃料電池セルに供給することができ、発電室(燃料電池セル集合体及びその近傍)の過度な温度上昇が抑制され、発電室内の温度を適宜にコントロールできる。
また、このような燃料電池組立体では、セルスタックの配列方向の中央部で、かつ燃料電池セルの配列方向の中央部が最も加熱されやすいが、低温ガス供給管が、ハウジング内に設けられたセルスタックの配列方向の中央部で、かつ燃料電池セルの配列方向の中央部を冷却するように前記ガス室に接続されていることから、この部分を最も冷却できるため、燃料電池セルの温度均一化を図ることができる。
In such a fuel cell assembly, during normal operation, for example, fuel gas or oxygen-containing gas preheated by a heat exchanger is introduced into the gas chamber, and the fuel cell in the power generation chamber is used from the gas chamber using gas supply means. Gas is introduced into the cell assembly, but if the temperature of the fuel cell assembly and / or its vicinity rises more than expected, low temperature gas is supplied to the gas chamber by the low temperature gas supply means and heated (preheated). ) Is mixed with the fuel gas or oxygen-containing gas, the temperature of the gas chamber is lowered to some extent, and this low temperature gas can be supplied to the fuel cell, and the power generation chamber (fuel cell assembly and its vicinity) Therefore, the temperature rise in the power generation chamber can be appropriately controlled.
Further, in such a fuel cell assembly, the center portion of the cell stack in the arrangement direction and the center portion of the fuel cell in the arrangement direction are most easily heated, but the low temperature gas supply pipe is provided in the housing. Since it is connected to the gas chamber so as to cool the central portion of the cell stack in the arrangement direction and the central portion of the fuel cell in the arrangement direction , this portion can be cooled most, so that the temperature of the fuel cell is uniform. Can be achieved.

また、予熱された燃料ガスや酸素含有ガスと低温ガス供給手段により供給された低温のガスが混合されるため、この混合ガスはそれほど低温ではなく、熱い燃料電池セルに供給しても、燃料電池セルに熱応力がそれほど発生せず、熱衝撃によるクラック発生等を抑制でき、燃料電池発電システム全体の機能劣化が抑えられ寿命を延ばすことができる。   Also, since the preheated fuel gas or oxygen-containing gas and the low temperature gas supplied by the low temperature gas supply means are mixed, the mixed gas is not so low in temperature. The cell does not generate much thermal stress, can suppress the occurrence of cracks due to thermal shock, etc., suppress the functional deterioration of the entire fuel cell power generation system, and extend the life.

また、本発明の燃料電池組立体は、ガス室に加熱された酸素含有ガスが供給されることを特徴とする。ガス室内のガスは、燃料電池セル間に供給されることが望ましい。このような燃料電池組立体では、ハウジングの気密構造をさほど完全にしなくても、燃料電池セルの外側が酸素含有ガスであるため、ハウジング外にもれても安全であり、低コストで安全な燃料電池組立体を供給できる。
The fuel cell assembly of the present invention, the oxygen-containing gas heated in the gas chamber has a valve and Turkey supplied. The gas in the gas chamber is preferably supplied between the fuel cells. In such a fuel cell assembly, even if the airtight structure of the housing is not so perfect, since the outside of the fuel cell is an oxygen-containing gas, it is safe to escape from the housing, and is low-cost and safe. A fuel cell assembly can be supplied.

また、本発明の燃料電池組立体は、前記加熱ガス供給手段が熱交換器であって、該熱交換器は前記ハウジング内に収容されており、発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させて生じる燃焼ガスと、燃料ガス又は酸素含有ガスとで熱交換を行なうとともに、熱交換されて加熱された燃料ガス又は酸素含有ガスが前記ガス室に供給されることを特徴とする。このような燃料電池組立体では、ハウジングの外に別途設置された熱交換器で熱交換する形態に比べて、配管での熱ロスが低減されるので熱交換効率が向上され、熱自立発電に好適なハウジング構造が供給できる。
In the fuel cell assembly of the present invention, the heating gas supply means is a heat exchanger, and the heat exchanger is accommodated in the housing, and burns fuel gas that has not been used for power generation. and resulting combustion gas, and performs heat exchange with the fuel gas or oxygen-containing gas, wherein the fuel gas or oxygen-containing gas is heated by heat exchange is supplied to the gas chamber. In such a fuel cell assembly, heat exchange efficiency is improved because heat loss in the piping is reduced compared to a mode in which heat is exchanged by a heat exchanger separately installed outside the housing, and heat self-sustaining power generation is achieved. A suitable housing structure can be supplied.

本発明の燃料電池組立体においては、通常運転時は、例えば熱交換器で予熱された燃料ガスや酸素含有ガスがガス室に導入され、このガス室からガス供給手段を用いて発電室の燃料電池セル集合体へガスが導入されるが、燃料電池セル集合体及び/又はその近傍の温度が想定以上に上昇した場合は、低温ガス供給手段により低温のガスをガス室に供給し、加熱(予熱)された燃料ガス又は酸素含有ガスと混合されて、ガス室の温度をある程度低下させ、この低温のガスを燃料電池セルに供給することができ、発電室(燃料電池セル集合体及びその近傍)の過度な温度上昇が抑制され、発電室内の温度を適宜にコントロールできる。
また、低温ガス供給管が、ハウジング内に設けられたセルスタックの配列方向の中央部で、かつ燃料電池セルの配列方向の中央部を冷却するようにガス室に接続されていることから、燃料電池セルの温度均一化を図ることができる。
In the fuel cell assembly of the present invention, during normal operation, for example, fuel gas or oxygen-containing gas preheated by a heat exchanger is introduced into the gas chamber, and the fuel in the power generation chamber is supplied from the gas chamber using gas supply means. Gas is introduced into the battery cell assembly, but when the temperature of the fuel cell assembly and / or its vicinity rises more than expected, a low temperature gas is supplied to the gas chamber by the low temperature gas supply means and heated ( It is mixed with preheated fuel gas or oxygen-containing gas, the temperature of the gas chamber is lowered to some extent, and this low temperature gas can be supplied to the fuel cell, and the power generation chamber (fuel cell assembly and its vicinity) ) Is suppressed, and the temperature in the power generation chamber can be appropriately controlled.
Further, since the low temperature gas supply pipe is connected to the gas chamber so as to cool the central portion in the arrangement direction of the cell stack provided in the housing and the central portion in the arrangement direction of the fuel cells. The battery cells can be made uniform in temperature.

以下、本発明の燃料電池組立体を図示している添付図面を参照して、更に詳述する。   The fuel cell assembly of the present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

図1、2及び図3を参照して説明すると、図示の燃料電池組立体は略直方体形状のハウジング2を具備している。このハウジング2の6個の壁面には適宜の断熱材料から形成された断熱壁、即ち上断熱壁4、下断熱壁6、右側断熱壁8、左側断熱壁9、前断熱壁10及び後断熱壁11が配設されている。ハウジング2内には発電・燃焼室12が規定されている。   Referring to FIGS. 1, 2 and 3, the illustrated fuel cell assembly includes a housing 2 having a substantially rectangular parallelepiped shape. The six wall surfaces of the housing 2 are heat insulating walls formed of an appropriate heat insulating material, that is, an upper heat insulating wall 4, a lower heat insulating wall 6, a right heat insulating wall 8, a left heat insulating wall 9, a front heat insulating wall 10, and a rear heat insulating wall. 11 is disposed. A power generation / combustion chamber 12 is defined in the housing 2.

前断熱壁及び/又は後断熱壁は着脱自在或いは開閉自在に装着されており、前断熱壁10及び/又は後断熱壁11を離脱或いは開動せしめることによって発電・燃焼室12内にアクセスすることができる。所望ならば、各断熱壁の外面に金属板製でよい外壁を配設することができる。   The front heat insulation wall and / or the rear heat insulation wall are detachably or removably mounted, and the power generation / combustion chamber 12 can be accessed by detaching or opening the front heat insulation wall 10 and / or the rear heat insulation wall 11. it can. If desired, an outer wall, which may be made of a metal plate, can be disposed on the outer surface of each heat insulating wall.

ハウジング2内の上端部には空気室(ガス室)16が配設されている。空気室16は上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース17内に規定されている。空気室16には、発電・燃焼室に向かって空気(酸素含有ガス)を送り込むための空気導入管(ガス供給手段)22が連通している。空気導入管22は複数本あり、その形状は円筒や中空板構造などが考えられる。空気導入管22は後述するセルスタック間に配置されており、セルの下端部において開口し、この開口部から空気が噴出する構造となっている。空気導入管22はセラミックスなどの耐熱性の高い材料で作製するのが好適である。   An air chamber (gas chamber) 16 is disposed at the upper end of the housing 2. The air chamber 16 is defined in a rectangular parallelepiped case 17 having a relatively small vertical dimension. The air chamber 16 communicates with an air introduction pipe (gas supply means) 22 for sending air (oxygen-containing gas) toward the power generation / combustion chamber. There are a plurality of air introduction pipes 22 and the shape thereof may be a cylinder or a hollow plate structure. The air introduction pipe 22 is disposed between the cell stacks described later, and has an opening at the lower end portion of the cell, and air is ejected from the opening portion. The air introduction tube 22 is preferably made of a material having high heat resistance such as ceramics.

そして、本発明の燃料電池組立体では、空気室16に、低温ガス供給管18からなる低温ガス供給手段が設けられており、この低温ガス供給管18は、上断熱壁4を貫通し、外部に延設されている。   In the fuel cell assembly of the present invention, the air chamber 16 is provided with a low-temperature gas supply means including a low-temperature gas supply pipe 18. The low-temperature gas supply pipe 18 penetrates the upper heat insulating wall 4 and is externally provided. It is extended to.

この低温ガス供給管18は、空気室16内に供給されるガスと同一種、即ち、低温の空気を空気室16内に供給するものであり、低温ガス供給管18により供給される空気は、予熱された空気の温度よりも低温である必要がある。特には、室温程度が望ましい。   The low-temperature gas supply pipe 18 supplies the same type of gas as that supplied into the air chamber 16, that is, low-temperature air, into the air chamber 16. The air supplied through the low-temperature gas supply pipe 18 is It must be cooler than the temperature of the preheated air. In particular, about room temperature is desirable.

低温ガス供給管18は、図2に示すように、発電ユニット56a、56b、56c及び56d、即ち、燃料電池セル集合体の中央部を冷却するような空気室16の位置に接続されている。言い換えれば、発電ユニット56a、56b、56c及び56d間に配設された空気導入管22のケース17側板への開口部集合体中央に対して、対向するケース17側板の位置に開口するように低温ガス供給管18が設けられている。   As shown in FIG. 2, the low temperature gas supply pipe 18 is connected to a position of the air chamber 16 that cools the power generation units 56a, 56b, 56c, and 56d, that is, the central portion of the fuel cell assembly. In other words, the air introduction pipe 22 disposed between the power generation units 56a, 56b, 56c, and 56d has a low temperature so as to open at the position of the opposing case 17 side plate with respect to the center of the opening assembly to the case 17 side plate. A gas supply pipe 18 is provided.

ハウジング2の両側部、更に詳しくは右側断熱壁8の内側及び左側断熱壁9の内側には、全体として平板形状である熱交換器24が配設されている。熱交換器24の各々は実質上鉛直に延在する中空平板形態のケース26から構成されている。   A heat exchanger 24 having a flat plate shape as a whole is disposed on both sides of the housing 2, more specifically, inside the right heat insulating wall 8 and inside the left heat insulating wall 9. Each of the heat exchangers 24 is constituted by a case 26 having a hollow flat plate shape extending substantially vertically.

かかるケース26内にはその横方向中間に位置する仕切板28が配設されており、ケース26内は内側に位置する排出路30と外側に位置する流入路32とに区画されている。排出路30内には上下方向に間隔をおいて3枚の仕切壁34及び36が配置されている。更に詳述すると、排出路30内には、その前縁はケース26の前壁(図示していない)から後方に離隔して位置するがその後縁はケース26の後壁(図示していない)に接続されている形態の仕切壁34と、その前縁はケース26の前壁に接続されているがその後縁はケース26の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁36とが交互に配置されており、かくして燃焼ガス排出路30はジグザグ形態にせしめられている。なお、所望ならばジグザグ形態の流路以外の形態でも良い。   A partition plate 28 located in the middle in the lateral direction is disposed in the case 26, and the inside of the case 26 is partitioned into a discharge path 30 positioned on the inner side and an inflow path 32 positioned on the outer side. Three partition walls 34 and 36 are arranged in the discharge path 30 at intervals in the vertical direction. More specifically, in the discharge passage 30, the front edge is located rearwardly away from the front wall (not shown) of the case 26, but the rear edge is the rear wall (not shown) of the case 26. And a partition wall 36 whose front edge is connected to the front wall of the case 26 but whose rear edge is spaced forward from the rear wall of the case 26. Are alternately arranged, and thus the combustion gas discharge passage 30 is zigzag-shaped. If desired, a form other than the zigzag flow path may be used.

同様に、流入路32内にも上下方向に間隔をおいて3枚の仕切壁38及び40、即ちその前縁はケース26の前壁(図示していない)から後方に離隔して位置するがその後縁はケース26の後壁(図示していない)に接続されている形態の仕切壁38と、その前縁はケース26の前壁に接続されているがその後縁はケース26の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁40とが交互に配置されており、かくして流入路32もジグザグ形態にせしめられている。なお、所望ならばジグザグ形態の流路以外の形態でも良い。   Similarly, the three partition walls 38 and 40, that is, the front edges thereof are also spaced apart from the front wall (not shown) of the case 26 in the inflow path 32 with a space in the vertical direction. The rear wall is connected to the rear wall (not shown) of the case 26, and the front edge of the partition wall 38 is connected to the front wall of the case 26. The partition walls 40 spaced apart from the front are alternately arranged, and thus the inflow passage 32 is also zigzag-shaped. If desired, a form other than the zigzag flow path may be used.

ケース26の内側壁の上端部には排出開口42が形成されており、排出路30は排出開口42を介して発電・燃焼室12と連通せしめられている。図示の実施形態においては、熱交換器24の各々と発電・燃焼室12との間には断熱部材44が配設されているが、かかる断熱部材44の上端は排出開口42の下縁と実質上同高乃至これより幾分下方に位置せしめられており、排出開口42は断熱部材44の上方に残留せしめられている空間を通して発電・燃焼室12に連通せしめられている。   A discharge opening 42 is formed at the upper end of the inner wall of the case 26, and the discharge path 30 is communicated with the power generation / combustion chamber 12 through the discharge opening 42. In the illustrated embodiment, a heat insulating member 44 is disposed between each of the heat exchangers 24 and the power generation / combustion chamber 12, and the upper end of the heat insulating member 44 is substantially the same as the lower edge of the discharge opening 42. The discharge opening 42 is communicated with the power generation / combustion chamber 12 through a space remaining above the heat insulating member 44.

ケース26の上壁における外側部には流入開口48が形成されており、流入路32はかかる流入開口48を介して空気室16に連通せしめられている。熱交換器24、流入開口48は、加熱ガス供給手段を構成している。熱交換器24の各々の後方には上下方向に細長く延びる二重筒体50(図1にその上端部のみを図示している)が配設されており、かかる二重筒体50は外側筒部材52と内側筒部材54とから構成されている。排出路30の下端部は外側筒部材52と内側筒部材54との間に規定されている排出路の下端部に接続されており、流入路32の下端部は内側筒部材54内に規定されている流入路に接続されている。
An inflow opening 48 is formed on the outer side of the upper wall of the case 26, and the inflow path 32 is communicated with the air chamber 16 through the inflow opening 48. The heat exchanger 24 and the inflow opening 48 constitute heated gas supply means. A double cylinder 50 (only the upper end portion thereof is shown in FIG. 1) extending in the vertical direction is disposed behind each of the heat exchangers 24. The double cylinder 50 is an outer cylinder. The member 52 and the inner cylinder member 54 are configured. The lower end of the discharge path 30 is connected to the lower end of the discharge path defined between the outer cylinder member 52 and the inner cylinder member 54, and the lower end of the inflow path 32 is defined in the inner cylinder member 54. Connected to the inflow channel.

而して、図示の燃料電池組立体における上述したとおりの構成は、本出願人の出願にかかる特願2003−295790号の明細書及び図面に開示されている燃料電池組立体と実質上同一であるので、上述した構成の詳細については上記特願2003−295790号の明細書及び図面に委ね、本明細書においては説明を省略する。   Thus, the configuration of the fuel cell assembly shown in the drawing is substantially the same as the fuel cell assembly disclosed in the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 2003-295790 filed by the present applicant. Therefore, the details of the configuration described above are left to the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 2003-295790, and the description thereof is omitted in this specification.

上述した発電・燃焼室の下部には4個の発電ユニット56a、56b、56c及び56dが配置されている。発電ユニット56a、56b、56c及び56dは、夫々、上述した空気導入管22間に位置せしめられている。言い換えれば、発電ユニット56a、56b、56c及び56d間に、空気導入管22が配設されている。図1、2と共に、図3、4を参照して説明を続けると、発電ユニット56aは前後方向(図1において紙面に垂直な方向)に細長く延びる直方体形状の燃料ガスケース58aを具備している。   Four power generation units 56a, 56b, 56c and 56d are arranged in the lower part of the above-described power generation / combustion chamber. The power generation units 56a, 56b, 56c, and 56d are respectively positioned between the air introduction pipes 22 described above. In other words, the air introduction pipe 22 is disposed between the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d. 3 and 4 together with FIGS. 1 and 2, the power generation unit 56a includes a rectangular parallelepiped fuel gas case 58a extending in the front-rear direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1). .

燃料ガス室を規定している燃料ガスケース58aの上面上にはセルスタック60aが装着されている。セルスタック60aは上下方向に細長く延びる直立セル62を燃料ガスケース58aの長手方向(即ち前後方向)に複数個縦列配置して構成されている。図5に明確に図示する如く、セル62の各々は電極支持基板64、内側電極層である燃料極層66、固体電解質層68、外側電極層である酸素極層70、及びインターコネクタ72から構成されている。   A cell stack 60a is mounted on the upper surface of the fuel gas case 58a that defines the fuel gas chamber. The cell stack 60a is configured by arranging a plurality of upright cells 62 extending in the vertical direction in the longitudinal direction of the fuel gas case 58a (that is, in the front-rear direction). As clearly shown in FIG. 5, each cell 62 includes an electrode support substrate 64, a fuel electrode layer 66 that is an inner electrode layer, a solid electrolyte layer 68, an oxygen electrode layer 70 that is an outer electrode layer, and an interconnector 72. Has been.

電極支持基板64は上下方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。電極支持基板64にはこれを鉛直方向に貫通する複数個(図示の場合は6個)の燃料ガス通路74が形成されている。電極支持基板64の各々は燃料ガスケース58aの上壁上に、例えば耐熱性に優れたセラミック接着剤によって接合される。   The electrode support substrate 64 is a plate-like piece that is elongated in the vertical direction, and has both flat surfaces and both sides of a semicircular shape. The electrode support substrate 64 is formed with a plurality (six in the illustrated example) of fuel gas passages 74 penetrating the electrode support substrate 64 in the vertical direction. Each of the electrode support substrates 64 is bonded to the upper wall of the fuel gas case 58a by, for example, a ceramic adhesive having excellent heat resistance.

燃料ガスケース58aの上壁には図1において紙面に垂直な方向に間隔をおいて左右方向に延びる複数個のスリット(図示していない)が形成されており、電極支持基板64の各々に形成されている燃料ガス通路74がスリットの各々に従って燃料ガス室に連通せしめられる。   On the upper wall of the fuel gas case 58a, a plurality of slits (not shown) extending in the left-right direction are formed at intervals in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. A fuel gas passage 74 is communicated with the fuel gas chamber according to each of the slits.

インターコネクタ72は電極支持基板64の片面(図5のセルスタック60aにおいて上面)上に配設されている。燃料極層66は電極支持基板64の他面(図5のセルスタック60aにおいて下面)及び両側面に配設されており、その両端はインターコネクタ72の両端に接合せしめられている。固体電解質層68は燃料極層66の全体を覆うように配設され、その両端はインターコネクタ72の両端に接合せしめられている。酸素極層70は、固体電解質層68の主部上、即ち電極支持基板64の他面を覆う部分上に配置され、電極支持基板板64を挟んでインターコネクタ72に対向して位置せしめられている。   The interconnector 72 is disposed on one side of the electrode support substrate 64 (upper surface in the cell stack 60a in FIG. 5). The fuel electrode layer 66 is disposed on the other surface (the lower surface in the cell stack 60a of FIG. 5) and both side surfaces of the electrode support substrate 64, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 72. The solid electrolyte layer 68 is disposed so as to cover the entire fuel electrode layer 66, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 72. The oxygen electrode layer 70 is disposed on the main part of the solid electrolyte layer 68, that is, on the portion covering the other surface of the electrode support substrate 64, and is positioned to face the interconnector 72 with the electrode support substrate plate 64 interposed therebetween. Yes.

セルスタック60aにおける隣接するセル62間には集電部材76が配設されており、一方のセル62のインターコネクタ72と他方のセル62の酸素極層70とを接続している。セルスタック60aの両端、即ち図5において上端及び下端に位置するセル62の片面及び他面にも集電部材76が配設されている。セルスタック60aの両端に位置する集電部材76には電力取出手段(図示していない)が接続されており、かかる電力取出手段はハウジング2の前断熱壁10及び/又は後断熱壁11、または、下断熱壁6を通してハウジング2外に延在せしめられている。所望ならば、セルスタック60a、60b、60c及び60dの各々に電力取出手段を配設することに代えて、適宜の接続手段によってセルスタック60a、60b、60c及び60dを相互に直列接続し、4個のセルスタック60a、60b、60c及び60dに関して共通の電力取出手段を配設することもできる。   A current collecting member 76 is disposed between adjacent cells 62 in the cell stack 60a, and connects the interconnector 72 of one cell 62 and the oxygen electrode layer 70 of the other cell 62. Current collecting members 76 are disposed on both ends of the cell stack 60a, that is, on one side and the other side of the cell 62 positioned at the upper end and the lower end in FIG. Electric power extraction means (not shown) is connected to the current collecting members 76 located at both ends of the cell stack 60a. The electric power extraction means is connected to the front heat insulation wall 10 and / or the rear heat insulation wall 11 of the housing 2, or The outer heat insulating wall 6 extends outside the housing 2. If desired, the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d are connected in series with each other by appropriate connection means instead of disposing the power extraction means in each of the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d. Common power extraction means may be provided for the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d.

セル62について更に詳述すると、電極支持基板64は燃料ガスを燃料極層66まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ72を介して集電するために導電性であることが要求され、かかる要求を満足する多孔質の導電性セラミック(若しくはサーメット)から形成することができる。   More specifically about the cell 62, the electrode support substrate 64 is gas permeable to allow fuel gas to permeate to the anode layer 66, and is also conductive to collect current through the interconnector 72. Can be formed from a porous conductive ceramic (or cermet) that satisfies such requirements.

燃料極層66及び/又は固体電解質層68との同時焼成によりセル62を製造するためには、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから電極支持基板64を形成することが好ましい。所要ガス透過性を備えるために開気孔率が30%以上、特に35乃至50%の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は300S/cm以上、特に440/cm以上であるのが好ましい。
In order to manufacture the cell 62 by co-firing with the fuel electrode layer 66 and / or the solid electrolyte layer 68, it is preferable to form the electrode support substrate 64 from the iron group metal component and the specific rare earth oxide. In order to provide the required gas permeability, it is preferred that the open porosity is in the range of 30% or more, in particular 35 to 50%, and the conductivity is also 300 S / cm or more, in particular 440 S / cm or more. Is preferred.

燃料極層66は多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているZrO(安定化ジルコニアを称されている)とNi及び/又はNiOとから形成することができる。 The fuel electrode layer 66 can be formed of a porous conductive ceramic, for example, ZrO 2 (referred to as stabilized zirconia) in which a rare earth element is dissolved and Ni and / or NiO.

固体電解質層68は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと空気とのリークを防止するためにガス遮断性を有するものであることが必要であり、通常、3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrOから形成されている。 The solid electrolyte layer 68 has a function as an electrolyte for bridging electrons between electrodes, and at the same time needs to have a gas barrier property in order to prevent leakage between fuel gas and air. In general, it is formed from ZrO 2 in which 3 to 15 mol% of a rare earth element is dissolved.

酸素極層70は所謂ABO型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックから形成することができる。酸素極層70はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が20%以上、特に30〜50%の範囲にあることが好ましい。 The oxygen electrode layer 70 can be formed of a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. The oxygen electrode layer 70 is required to have gas permeability, and the open porosity is preferably 20% or more, particularly preferably in the range of 30 to 50%.

インターコネクタ72は導電性セラミックから形成することができるが、水素ガスでよい燃料ガス及び空気と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO系酸化物)が好適に使用される。インターコネクタ72は電極支持基板64に形成された燃料ガス通路74を通る燃料ガス及び電極支持基板64の外側を流動する空気のリークを防止するために緻密質でなければならず、93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが望まれる。 Although the interconnector 72 can be formed from a conductive ceramic, it needs to have a reduction resistance and an oxidation resistance in order to come into contact with a fuel gas and air that may be hydrogen gas. A perovskite oxide (LaCrO 3 oxide) is preferably used. The interconnector 72 must be dense in order to prevent leakage of fuel gas passing through the fuel gas passage 74 formed in the electrode support substrate 64 and air flowing outside the electrode support substrate 64, and is 93% or more. In particular, it is desired to have a relative density of 95% or more.

集電部材76は弾性を有する金属又は合金から形成された適宜の形状の部材或いは金属繊維又は合金繊維から成るフェルトに所要表面処理を加えた部材から構成することができる。   The current collecting member 76 can be composed of a member having an appropriate shape formed of a metal or alloy having elasticity, or a member obtained by adding a required surface treatment to a felt made of metal fiber or alloy fiber.

図4を参照して説明を続けると、発電ユニット56aは、セルスタック60aの上方を前後方向に細長く延びる長方体形状(或いは円筒形状)であるのが好都合である改質ケース78aも具備している。改質ケース78aの前面には燃料ガス送給管80aの一端即ち上端が接続されている。   Continuing the description with reference to FIG. 4, the power generation unit 56 a also includes a reforming case 78 a that is preferably a rectangular shape (or a cylindrical shape) that extends elongated in the front-rear direction above the cell stack 60 a. ing. One end, that is, the upper end of the fuel gas supply pipe 80a is connected to the front surface of the reforming case 78a.

燃料ガス送給管80aは下方に延び、次いで湾曲して後方に延び、燃料ガス送給管80aの他端は上記燃料ガスケース58aの前面に接続されている。改質ケース78aの後面には被改質ガス供給管82aの一端が接続されている。被改質ガス供給管82aは改質ケースから下方に延び、ハウジング2の下を通ってハウジング2外に延出している。   The fuel gas supply pipe 80a extends downward, then curves and extends rearward, and the other end of the fuel gas supply pipe 80a is connected to the front surface of the fuel gas case 58a. One end of a reformed gas supply pipe 82a is connected to the rear surface of the reforming case 78a. The to-be-reformed gas supply pipe 82 a extends downward from the reforming case, and extends under the housing 2 and out of the housing 2.

被改質ガス供給管82aは都市ガス等の炭化水素ガスでよい被改質ガス供給源(図示していない)に接続されており、被改質ガス供給管82aを介して改質ケース78aに被改質ガスが供給される。改質ケース78a内には燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための適宜の改質触媒が収容されている。   The to-be-reformed gas supply pipe 82a is connected to a to-be-reformed gas supply source (not shown) which may be a hydrocarbon gas such as city gas, and is connected to the reforming case 78a through the to-be-reformed gas supply pipe 82a. A gas to be reformed is supplied. An appropriate reforming catalyst for reforming the fuel gas into a hydrogen-rich fuel gas is accommodated in the reforming case 78a.

図示の実施形態においては、改質ケース78aは燃料ガス送給管80aを介して燃料ガスケース58aに接続され、これによって所要位置に保持されているが、所要ならば、図4に二点鎖線で図示する如く、例えば上記被改質ガス供給管82aの下面と燃料ガスケース58aの後端部下面或いは後面との間に適宜の支持部材84aを付設することもできる。   In the illustrated embodiment, the reforming case 78a is connected to the fuel gas case 58a via the fuel gas supply pipe 80a and is held in a required position by this, but if necessary, the two-dot chain line in FIG. For example, an appropriate support member 84a can be provided between the lower surface of the reformed gas supply pipe 82a and the lower surface or rear surface of the rear end portion of the fuel gas case 58a.

図3において説明すると、発電ユニット56cは上述した発電ユニット56aと実質上同一であり、発電ユニット56b及び56dは、発電ユニット56a及び56cに対して前後方向が逆に配置されていること、従って改質ケース78b及び78dと燃料ガスケース58b及び58dとを接続する燃料ガス送給管(図示していない)が後側に配置され、被改質ガス供給管82b及び82dが改質ケースから下方に延び、ハウジング2の下を通ってハウジング2外に延出している。   Referring to FIG. 3, the power generation unit 56c is substantially the same as the power generation unit 56a described above, and the power generation units 56b and 56d are disposed in the front-rear direction opposite to the power generation units 56a and 56c. Fuel gas supply pipes (not shown) connecting the quality cases 78b and 78d and the fuel gas cases 58b and 58d are arranged on the rear side, and the reformed gas supply pipes 82b and 82d are located downward from the reforming case. It extends under the housing 2 and extends out of the housing 2.

上述したとおりの燃料電池組立体においては、被改質ガスが被改質ガス供給管82a、82b、82c、82dを介して改質ケース78a、78b、78c及び78dに供給され、改質ケース78a、78b、78c及び78d内において水素リッチな燃料ガスに改質された後に、燃料ガス送給管80a、80b、80c、80dを通して燃料ガスケース58a、58b、58c及び58d内に規定されている燃料ガス室に供給され、次いでセルスタック60a、60b、60c及び60dに供給される。   In the fuel cell assembly as described above, the gas to be reformed is supplied to the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d via the gas to be reformed supply pipes 82a, 82b, 82c and 82d, and the reforming case 78a. , 78b, 78c and 78d, the fuel defined in the fuel gas cases 58a, 58b, 58c and 58d through the fuel gas supply pipes 80a, 80b, 80c and 80d after being reformed into hydrogen-rich fuel gas. It is supplied to the gas chamber and then supplied to the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d.

セルスタック60a、60b、60c及び60dの各々においては、酸素極において、
1/2O+2e→O2−(固体電解質)
の電極反応が生成され、燃料極において、
2−(固体電解質)+H→HO+2e
の電極反応が生成されて発電される。
In each of the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d, at the oxygen electrode,
1 / 2O 2 + 2e → O 2− (solid electrolyte)
The electrode reaction of
O 2− (solid electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e
The electrode reaction is generated and power is generated.

発電に使用されることなくセルスタック60a、60b、60c及び60dから上方に流動した燃料ガス及び空気は、起動時に発電・燃焼室12内に配設されている点火手段(図示していない)によって点火されて燃焼される。周知の如く、セルスタック60a、60b、60c及び60dにおける発電に起因して、そしてまた燃料ガスと空気との燃焼に起因して発電・燃焼室12内は例えば1000℃程度の高温になる。改質ケース78a、78b、78c及び78dは発電・燃焼室12内に配設され、セルスタック60a、60b、60c及び60dの直ぐ上方に位置せしめられており、燃焼炎によって直接的にも加熱され、かくして発電・燃焼室12内に生成される高温が被改質ガスの改質に効果的に利用される。   Fuel gas and air that have flown upward from the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d without being used for power generation are ignited by an ignition means (not shown) disposed in the power generation / combustion chamber 12 at the time of startup. It is ignited and burned. As is well known, the power generation / combustion chamber 12 has a high temperature of, for example, about 1000 ° C. due to power generation in the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d, and also due to combustion of fuel gas and air. The reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d are disposed in the power generation / combustion chamber 12, and are positioned immediately above the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d, and are directly heated by the combustion flame. Thus, the high temperature generated in the power generation / combustion chamber 12 is effectively used for reforming the reformed gas.

発電・燃焼室12内に生成された燃焼ガスは熱交換器24に形成されている排出開口42から排出路30に流入し、ジグザグ状に延在する排出路30を流動した後に二重筒体50の外側筒部材52と内側筒部材54との間に規定されている排出路を通して排出される。燃焼ガスが二重筒体50における排出路を流動する際には、二重筒体50における流入路を空気が流動し、燃焼ガスと空気との間で熱交換が行われる。   The combustion gas generated in the power generation / combustion chamber 12 flows into the discharge passage 30 from the discharge opening 42 formed in the heat exchanger 24, and flows through the discharge passage 30 extending in a zigzag shape. 50 is discharged through a discharge passage defined between the outer cylinder member 52 and the inner cylinder member 54. When the combustion gas flows through the discharge path in the double cylinder 50, air flows through the inflow path in the double cylinder 50, and heat exchange is performed between the combustion gas and air.

そしてまた、燃焼ガスが熱交換器24の排出路30をジグザグ状に流動せしめられる際には、空気が熱交換器24の流入路32をジグザグ状に流動せしめられる。かくして燃焼ガスと空気との間で効果的に熱交換されて空気が予熱される。   Further, when the combustion gas is caused to flow in the exhaust passage 30 of the heat exchanger 24 in a zigzag manner, the air is caused to flow in the inflow passage 32 of the heat exchanger 24 in a zigzag manner. Thus, heat is effectively exchanged between the combustion gas and air to preheat the air.

長期間に渡って発電を遂行することによってセルスタック60a、60b、60c及び60dの一部或いは全部が劣化した場合には、ハウジング2の前断熱壁10或いは後断熱壁11を離脱或いは開動せしめ、発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部をハウジング2内から取り出す。   When part or all of the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d deteriorates due to power generation over a long period of time, the front heat insulation wall 10 or the rear heat insulation wall 11 of the housing 2 is detached or opened. Part or all of the power generation units 56 a, 56 b, 56 c and 56 d are taken out from the housing 2.

そして、発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部を新しいものに交換して、或いは発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部におけるセルスタック60a、60b、60c及び60dのみを新しいものに交換して、再びハウジング2内の所要位置に装着すればよい。発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部あるいは全部における改質ケース78a、78b、78c及び78d内に収容されている改質触媒を交換することが必要な場合にも、発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部をハウジング2内から取り出し、発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部における改質ケース78a、78b、78c及び78d自体を新しいものに或いは改質ケース78a、78b、78c及び78d内の改質触媒のみを新しいものに交換すればよい。   Then, replace some or all of the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d with new ones, or only the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d in some or all of the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d. May be replaced with a new one and mounted again at a required position in the housing 2. Even when it is necessary to replace the reforming catalyst accommodated in the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d in some or all of the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d, the power generation units 56a, 56b , 56c and 56d are removed from the housing 2, and the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d themselves in the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d are replaced with new ones or reforming cases. Only the reforming catalyst in 78a, 78b, 78c and 78d may be replaced with a new one.

改質ケース78a、78b、78c及び78d内の改質触媒の交換を充分容易に遂行し得るようになすために、所望ならば改質ケース78a、78b、78c及び78dの一部を開閉自在な扉にせしめることができる。   In order to be able to perform the replacement of the reforming catalyst in the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d sufficiently easily, a part of the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d can be opened and closed if desired. It can be put on the door.

一方、空気は二重筒体50の内側筒部材54内に規定されている流入路を通して熱交換器24の流入路32に供給され、熱交換器24を通過して予熱(加熱)された空気は、空気室16に一旦貯留され、空気導入管22を通って燃焼・発電室12のセルスタック間に供給される。この際、空気導入管22はセルスタック60の燃料電池セル62の上端の燃料ガス通路74近傍で燃焼する燃焼ガス雰囲気中を通過する。従って、空気室16の予熱空気はセルスタック60上部の燃焼領域でさらに加熱され、高温に暖められた空気がセルに供給される。   On the other hand, air is supplied to the inflow path 32 of the heat exchanger 24 through the inflow path defined in the inner cylinder member 54 of the double cylinder 50, and is preheated (heated) through the heat exchanger 24. Is temporarily stored in the air chamber 16 and supplied between the cell stacks of the combustion / power generation chamber 12 through the air introduction pipe 22. At this time, the air introduction pipe 22 passes through the combustion gas atmosphere that burns in the vicinity of the fuel gas passage 74 at the upper end of the fuel cell 62 of the cell stack 60. Accordingly, the preheated air in the air chamber 16 is further heated in the combustion region above the cell stack 60, and the air heated to a high temperature is supplied to the cell.

通常運転時は前記熱交換器24で予熱された空気が空気室16に導入され、この空気室16から空気導入管22を用いて燃焼・発電室12へ空気が導入されるが、発電室の温度が想定以上に上昇した場合は、前記熱交換器24を通らず低温ガス供給管18を通ってきた低温の空気が空気室16に導入され、熱交換器24を通過して予熱された空気と混合されて、空気室16の空気温度がある程度低下する。この空気を発電室12、即ち、セルスタック間に供給することにより、通常運転時より温度の低い空気がセルスタック間に導入されるので、発電室12、即ち燃料電池セルの過度に上昇した温度が低下されるので、発電室内の温度を適宜にコントロールできる良好な燃料電池組立体が提供される。   During normal operation, air preheated by the heat exchanger 24 is introduced into the air chamber 16, and air is introduced from the air chamber 16 into the combustion / power generation chamber 12 using the air introduction pipe 22. When the temperature rises more than expected, the low-temperature air that has passed through the low-temperature gas supply pipe 18 without passing through the heat exchanger 24 is introduced into the air chamber 16 and preheated through the heat exchanger 24. And the air temperature of the air chamber 16 is reduced to some extent. By supplying this air between the power generation chambers 12, that is, between the cell stacks, air having a lower temperature than that during normal operation is introduced between the cell stacks. Therefore, a good fuel cell assembly that can appropriately control the temperature in the power generation chamber is provided.

また、空気室16内の空気温度は、低温ガス供給管18から供給された外気と、熱交換器24を通過して予熱された空気と混合されるため、室温ほど低温の空気ではないので、熱い燃料電池セル60に供給しても、燃料電池セル60のクラックや熱衝撃破壊を引き起こすなどの不具合を避けることが出来るので、燃料電池発電システム全体の機能劣化が抑えられ寿命が延ばすことができる。   Moreover, since the air temperature in the air chamber 16 is mixed with the outside air supplied from the low temperature gas supply pipe 18 and the air preheated through the heat exchanger 24, the air temperature is not as low as room temperature. Even if the fuel cell 60 is supplied to the hot fuel cell 60, it is possible to avoid problems such as cracks and thermal shock destruction of the fuel cell 60, so that the deterioration of the function of the entire fuel cell power generation system can be suppressed and the life can be extended. .

さらに、低温ガス供給管18による低温ガスの供給を、空気供給管22の開口部中央部に向けて供給することにより、最も加熱されやすいセルスタックの配列方向の中央部で、かつ燃料電池セルの配列方向の中央部に空気供給管22により供給される空気を最も低温とでき、中央部から離れるに従って高い温度とすることができ、最適な冷却手段とすることができる。



Further, by supplying the supply of the low temperature gas from the low temperature gas supply pipe 18 toward the central portion of the opening of the air supply pipe 22, it is possible to provide the center portion in the arrangement direction of the cell stack that is most easily heated and the fuel cell . The air supplied from the air supply pipe 22 to the central portion in the arrangement direction can be at the lowest temperature, and the temperature can be increased as the distance from the central portion increases, so that an optimum cooling means can be obtained.



以上、添付図面を参照して本発明の好適実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能であることは多言するまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications and corrections can be made without departing from the scope of the present invention. It goes without saying that this is possible.

例えば、セルスタックの上方に特定の改質ケースを備えた燃料電池組立体に関連せしめて本発明を説明したが、改質ケースがセルスタックの上方以外の場合でも、本発明を適用することが出来る。   For example, the present invention has been described in relation to a fuel cell assembly having a specific reforming case above the cell stack. However, the present invention can be applied even when the reforming case is not located above the cell stack. I can do it.

また、上記形態では、空気室に低温ガス供給手段を設け、空気供給管により、燃料電池セルの外面に空気を供給する場合について説明したが、本発明は、空気供給管により燃料電池セルの内部に空気を供給するようにしても良いことは勿論である。尚、この場合、燃料電池セルの内側には空気極が、外側には燃料極が形成されることは言うまでもない。   Further, in the above embodiment, a case has been described in which low temperature gas supply means is provided in the air chamber and air is supplied to the outer surface of the fuel cell by the air supply pipe. However, the present invention provides the inside of the fuel cell by the air supply pipe. Of course, air may be supplied to the air. In this case, it goes without saying that an air electrode is formed inside the fuel cell and a fuel electrode is formed outside.

また、上記形態では、空気室に低温ガス供給手段を設けた例について説明したが、燃料ガス室に低温ガス供給手段を設け、燃料ガスにより燃料電池セルを冷却するようにしてもよいことは勿論である。   Further, in the above embodiment, an example in which the low temperature gas supply means is provided in the air chamber has been described. However, it is of course possible to provide the low temperature gas supply means in the fuel gas chamber and cool the fuel cell with the fuel gas. It is.

本発明の燃料電池組立体の好適実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows suitable embodiment of the fuel cell assembly of this invention. 図1の平面図。The top view of FIG. 図1の燃料電池組立体に使用されている発電ユニット集合体を示す斜面図。FIG. 2 is a perspective view showing a power generation unit assembly used in the fuel cell assembly of FIG. 1. 図3の発電ユニットを示す斜視図。The perspective view which shows the electric power generation unit of FIG. 図3のセルスタックを示す断面図。Sectional drawing which shows the cell stack of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

2:ハウジング
12:発電・燃焼室
16:空気室(ガス室)
18:低温ガス供給管
22:空気導入管(ガス供給管)
24:熱交換器
56a、56b、56c及び56d:発電ユニット
58a、58b、58c及び58d:燃料ガスケース
60a、60b、60c及び60d:セルスタック
62:燃料電池セル
78a、78b、78c及び78d:改質ケース
2: Housing 12: Power generation / combustion chamber 16: Air chamber (gas chamber)
18: Low temperature gas supply pipe 22: Air introduction pipe (gas supply pipe)
24: Heat exchangers 56a, 56b, 56c and 56d: Power generation units 58a, 58b, 58c and 58d: Fuel gas cases 60a, 60b, 60c and 60d: Cell stack 62: Fuel cell 78a, 78b, 78c and 78d: Modified Quality case

Claims (4)

ハウジング内に、加熱された燃料ガス又は酸素含有ガスが加熱ガス供給手段により供給されるガス室を備えるとともに、該ガス室から加熱された燃料ガス又は酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池セルの複数個を配列してなるセルスタックの複数個が配列された燃料電池組立体であって、
前記ガス室内の加熱された燃料ガス又は酸素含有ガスよりも低温で、かつ前記ガス室内に供給されたガスと同一種のガスを前記ガス室に供給する低温ガス供給管を具備する低温ガス供給手段を、前記ガス室への加熱ガス供給手段とは別個に備えており、前記低温ガス供給管が、前記ハウジング内に設けられた前記セルスタックの配列方向の中央部で、かつ前記燃料電池セルの配列方向の中央部を冷却するように前記ガス室に接続されていることを特徴とする燃料電池組立体。
In a housing provided with a gas chamber to be supplied by the fuel gas or oxygen-containing gas is heated heating gas supply means, fuel cell fuel gas or oxygen-containing gas is heated from the gas chamber to generate power is supplied A fuel cell assembly in which a plurality of cell stacks are arranged ,
Low-temperature gas supply means comprising a low-temperature gas supply pipe that supplies a gas of the same type as the gas supplied to the gas chamber at a lower temperature than the heated fuel gas or oxygen-containing gas in the gas chamber Is provided separately from the heating gas supply means to the gas chamber, and the low temperature gas supply pipe is a central portion of the cell stack provided in the housing in the arrangement direction of the fuel cell. A fuel cell assembly, wherein the fuel cell assembly is connected to the gas chamber so as to cool a central portion in the arrangement direction .
前記ガス室に加熱された酸素含有ガスが供給されることを特徴とする請求項1記載の燃料電池組立体。   The fuel cell assembly according to claim 1, wherein a heated oxygen-containing gas is supplied to the gas chamber. 前記ガス室内のガスは、前記燃料電池セル間に供給されることを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池組立体。   The fuel cell assembly according to claim 1, wherein the gas in the gas chamber is supplied between the fuel cells. 前記加熱ガス供給手段が熱交換器であって、該熱交換器は前記ハウジング内に収容されており、発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させて生じる燃焼ガスと、燃料ガス又は酸素含有ガスとで熱交換を行なうとともに、熱交換されて加熱された燃料ガス又は酸素含有ガスが前記ガス室に供給されることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれかに記載の燃料電池組立体。   The heating gas supply means is a heat exchanger, and the heat exchanger is accommodated in the housing, and a combustion gas generated by burning a fuel gas not used for power generation, and a fuel gas or an oxygen-containing gas 4. The fuel cell assembly according to claim 1, wherein a fuel gas or an oxygen-containing gas heated by the heat exchange is supplied to the gas chamber. .
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