JP4863600B2 - Fuel cell assembly - Google Patents
Fuel cell assembly Download PDFInfo
- Publication number
- JP4863600B2 JP4863600B2 JP2003396206A JP2003396206A JP4863600B2 JP 4863600 B2 JP4863600 B2 JP 4863600B2 JP 2003396206 A JP2003396206 A JP 2003396206A JP 2003396206 A JP2003396206 A JP 2003396206A JP 4863600 B2 JP4863600 B2 JP 4863600B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- fuel
- fuel cell
- chamber
- power generation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、燃料電池組立体、更に詳しくは固体電解質形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、固体高分子形、リン酸形、溶融炭酸塩形及び固体電解質形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、固体電解質形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。
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
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 /
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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440S/cm以上であるのが好ましい。
In order to manufacture the
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ZrO2(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
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ZrO2から形成されている。
The
酸素極層70は所謂ABO3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
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(LaCrO3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
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
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
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
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
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
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
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
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、
1/2O2+2e−→O2−(固体電解質)
の電極反応が生成され、燃料極において、
O2−(固体電解質)+H2→H2O+2e−
の電極反応が生成されて発電される。
In each of the
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
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 /
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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:
Claims (4)
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 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003396206A JP4863600B2 (en) | 2003-11-26 | 2003-11-26 | Fuel cell assembly |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003396206A JP4863600B2 (en) | 2003-11-26 | 2003-11-26 | Fuel cell assembly |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005158526A JP2005158526A (en) | 2005-06-16 |
| JP4863600B2 true JP4863600B2 (en) | 2012-01-25 |
Family
ID=34721765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003396206A Expired - Fee Related JP4863600B2 (en) | 2003-11-26 | 2003-11-26 | Fuel cell assembly |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4863600B2 (en) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4943037B2 (en) | 2005-07-27 | 2012-05-30 | 京セラ株式会社 | Fuel cell module |
| JP2007172946A (en) * | 2005-12-20 | 2007-07-05 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | Fuel cell enclosure and noise suppression panel |
| JP2007335226A (en) * | 2006-06-15 | 2007-12-27 | Toto Ltd | Fuel cell |
| JP5166723B2 (en) * | 2006-11-29 | 2013-03-21 | 東京瓦斯株式会社 | Power generator |
| JP5064014B2 (en) * | 2006-12-22 | 2012-10-31 | 大阪瓦斯株式会社 | Solid oxide fuel cell system |
| FR2921718B1 (en) * | 2007-10-01 | 2014-11-28 | Snecma | THERMAL HEAT EXCHANGER FOR FUEL CELL |
| JP5495544B2 (en) * | 2008-12-17 | 2014-05-21 | 京セラ株式会社 | Fuel cell module and fuel cell device |
| JP5512156B2 (en) * | 2009-03-24 | 2014-06-04 | 京セラ株式会社 | Fuel cell |
| JP5334666B2 (en) * | 2009-04-24 | 2013-11-06 | 京セラ株式会社 | Fuel cell module and fuel cell device |
| JP5409333B2 (en) * | 2009-12-24 | 2014-02-05 | 京セラ株式会社 | Fuel cell module and fuel cell device |
| CN113013438B (en) * | 2021-01-25 | 2024-05-24 | 沈阳诚高科技股份有限公司 | Hydrogen fuel cell |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60254568A (en) * | 1984-05-30 | 1985-12-16 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | Fuel cell |
| JP3925171B2 (en) * | 2000-12-28 | 2007-06-06 | 三菱マテリアル株式会社 | Fuel cell module |
| JP4389493B2 (en) * | 2003-06-11 | 2009-12-24 | 三菱マテリアル株式会社 | Fuel cell |
-
2003
- 2003-11-26 JP JP2003396206A patent/JP4863600B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005158526A (en) | 2005-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4969284B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP5235291B2 (en) | Fuel cell | |
| US7862939B2 (en) | Fuel cell assembly and electricity generation unit used in same | |
| JP4863600B2 (en) | Fuel cell assembly | |
| JP4991087B2 (en) | Fuel cell assembly | |
| JP5300172B2 (en) | Fuel cell | |
| JP4789451B2 (en) | Fuel cell | |
| JP4986376B2 (en) | Fuel cell assembly | |
| JP2010245049A (en) | Fuel cell assembly | |
| JP4616549B2 (en) | Fuel cell assembly | |
| JP5156169B2 (en) | Fuel cell assembly | |
| JP4587709B2 (en) | Fuel cell | |
| JP5078216B2 (en) | Fuel cell | |
| JP2005158716A (en) | Fuel cell assembly and catalyst cartridge used therefor | |
| JP2011029201A (en) | Fuel battery and method of operating the same | |
| JP5496241B2 (en) | Fuel cell | |
| JP4814497B2 (en) | Fuel cell | |
| JP4761722B2 (en) | Fuel cell | |
| JP4859359B2 (en) | Operation method of fuel cell | |
| JP4942335B2 (en) | Fuel cell stack and fuel cell | |
| JP5177945B2 (en) | Fuel cell assembly | |
| JP4986378B2 (en) | Fuel cell assembly | |
| JP5451808B2 (en) | Fuel cell assembly | |
| JP4986377B2 (en) | Fuel cell assembly | |
| JP4443184B2 (en) | Fuel cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061012 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100423 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100427 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100623 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110517 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110802 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20110810 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111011 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111108 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141118 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4863600 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |