JP2010192124A - Fuel cell - Google Patents
Fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010192124A JP2010192124A JP2009032065A JP2009032065A JP2010192124A JP 2010192124 A JP2010192124 A JP 2010192124A JP 2009032065 A JP2009032065 A JP 2009032065A JP 2009032065 A JP2009032065 A JP 2009032065A JP 2010192124 A JP2010192124 A JP 2010192124A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- fuel
- partition
- power generation
- chamber
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 209
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 105
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 64
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 32
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 12
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 12
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 8
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 3
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000037237 body shape Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
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)
Abstract
Description
本発明は例えば家庭で消費される電力を供給するために都市ガス等を利用して発電する燃料電池に関し、特に仕切り部により発電室と燃焼室等の上部室を仕切った燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell that generates power using city gas or the like to supply power consumed at home, for example, and more particularly to a fuel cell in which a power generation chamber and an upper chamber such as a combustion chamber are partitioned by a partition.
この種の燃料電池は、燃料電池容器の内部に、燃料電池セル集合体を配し、この燃料電池セル集合体側を発電室、この燃料電池セル集合体より上部の上部室を燃焼室としている。この燃料電池セル集合体は、異なった成分のセラミック材料を空気極、電解質及び燃料極として積層して作られた燃料電池セルの複数を電気的に接続して集合体としたものである。 In this type of fuel cell, a fuel cell assembly is disposed inside a fuel cell container, the fuel cell assembly side is a power generation chamber, and the upper chamber above the fuel cell assembly is a combustion chamber. In this fuel cell assembly, a plurality of fuel cells formed by laminating ceramic materials having different components as an air electrode, an electrolyte, and a fuel electrode are electrically connected to form an assembly.
燃料は燃料電池セル集合体の下方に位置する燃料分散室から供給されて各燃料電池セルの外表面である燃料極に接触する。一方、酸化剤としての空気は燃料電池セルの内部に挿入された導入管を通じて該燃料電池セルの底部に供給され燃料電池セルの内表面である空気極に接触する。 The fuel is supplied from a fuel dispersion chamber located below the fuel cell assembly and comes into contact with the fuel electrode which is the outer surface of each fuel cell. On the other hand, air as an oxidant is supplied to the bottom of the fuel cell through an introduction pipe inserted into the fuel cell and comes into contact with the air electrode which is the inner surface of the fuel cell.
この構成により、燃料電池セルの外側では燃料が燃料極に接触しながら上方に移動し、燃料電池セルの内側では空気が空気極に接触しながら上方に移動するため、この両者の移動時に電解質を介して電気化学反応が起こり、発電が行なわれる。この発電の際に生成された水蒸気及び未反応燃料(排燃料)と未反応空気(排空気)は燃焼室に入って混合され、着火燃焼後排ガス配管から排出される。 With this configuration, the fuel moves upward while contacting the fuel electrode outside the fuel battery cell, and the air moves upward while contacting the air electrode inside the fuel battery cell. Electrochemical reaction takes place through this, and electricity is generated. Water vapor and unreacted fuel (exhaust fuel) and unreacted air (exhaust air) generated during the power generation enter the combustion chamber and are mixed, and are discharged from the exhaust gas pipe after ignition combustion.
従来、このような構成の燃料電池において、例えば、特許文献1には、発電室と燃焼室との間に1枚の通気機能を有する仕切り部を取り付けて、両室間を仕切った燃料電池が開示されている。この仕切り部としてはセラミックスの繊維物質が用いられており、この仕切り部と燃料電池セルの境界部分及び仕切り部と燃料電池容器の境界部分の排燃料と排空気の流れ具合を管理することは非常に重要であり、発電性能に大きく影響する。
Conventionally, in a fuel cell having such a configuration, for example,
また、特許文献2には、セラミックスからなる多孔質部材の表面を緻密質セラミックスで被覆したものを仕切り部として用いる燃料電池が開示されている。
一方、燃料電池の組立作業は常温下で行なわれるが、発電時には、作動温度が700℃から1000℃まで昇温する。この昇温過程において、仕切り部と燃料電池容器及び仕切り部と燃料電池セルとの線膨張係数の違いにより、仕切り部は燃料電池容器及び燃料電池セルから引っ張り力を受ける。 On the other hand, the assembly operation of the fuel cell is performed at room temperature, but the operating temperature is raised from 700 ° C. to 1000 ° C. during power generation. In this temperature rising process, the partition receives tensile force from the fuel cell container and the fuel cell due to the difference in the linear expansion coefficient between the partition and the fuel cell container and between the partition and the fuel cell.
上記の特許文献1,2に開示された燃料電池は、発電室と燃焼室との間に1枚の通気機能を有する仕切り部を取り付けているので、特に燃料電池セル数が少なく、燃料電池容器が小型で発電容量が小さい時には、仕切り部は燃料電池容器及び燃料電池セルの熱膨張による両者の相対位置関係の変動に追従することができて特に問題は生じない。
In the fuel cells disclosed in
しかし、発生する電力が例えば1KWを超える業務用燃料電池の場合、特に燃料電池セル数が増し、燃料電池容器が大型化して発電容量が大きくなる。この燃料電池の大型化による発電容量の増大化に伴い、燃料電池容器の熱膨張による変形に起因して、この容器と燃料電池セル間の相対位置関係の変動が大きくなる。その結果、仕切り部は、燃料電池容器及び燃料電池セルから引っ張り力を受け、自らの変形でこれを吸収することができなくなり、燃料電池容器に対する周辺取り付け部が剥離したり、または引き裂かれ破損する虞が生じる。 However, in the case of a commercial fuel cell in which the generated power exceeds 1 KW, for example, the number of fuel cells increases, and the size of the fuel cell container increases and the power generation capacity increases. As the power generation capacity increases due to the increase in the size of the fuel cell, the relative positional relationship between the container and the fuel cell increases greatly due to deformation due to thermal expansion of the fuel cell container. As a result, the partition portion receives a pulling force from the fuel cell container and the fuel cell, and cannot absorb this due to its own deformation, and the peripheral mounting portion with respect to the fuel cell container is peeled off or torn and damaged. There is a fear.
このように燃料電池容器の仕切り部の取り付け部近傍が破損すると、この破損箇所において発電室から燃焼室への通気抵抗が極端に低下し、燃料が発電室から燃焼室に流入して燃焼し、燃焼室における燃焼バランスが崩れる。また、燃料が発電室から燃焼室に均一に流出しなくなると共に、発電室内における燃料の分布にも偏りが生じ、発電性能が低下する。 When the vicinity of the attachment portion of the partition portion of the fuel cell container is broken in this way, the ventilation resistance from the power generation chamber to the combustion chamber is extremely reduced at the damaged portion, and the fuel flows from the power generation chamber to the combustion chamber and burns. The combustion balance in the combustion chamber is lost. Further, the fuel does not flow uniformly from the power generation chamber to the combustion chamber, and the fuel distribution in the power generation chamber is also biased, resulting in a decrease in power generation performance.
また、仕切り部の破損箇所を通じて、燃焼室から排空気や排燃料が発電室に入り、発電室においても燃焼が生じる。この燃焼によって発電室の温度が局部的に上昇し、燃料極を剥離させたり、場合によっては燃料電池セル自体を損傷する虞が生じる。 In addition, exhaust air and exhaust fuel enter the power generation chamber from the combustion chamber through the damaged portion of the partition, and combustion occurs in the power generation chamber. This combustion locally raises the temperature of the power generation chamber, causing the fuel electrode to peel off and possibly damaging the fuel cell itself.
本発明は、仕切り部の損傷を低減し、発電性能の安定した運転が可能な燃料電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of reducing damage to a partition portion and capable of operating with stable power generation performance.
上述した課題を解決するために、本発明に係る燃料電池は、
複数の燃料電池セルが配置される発電室と、前記発電室の上部の上部室と、前記発電室と前記上部室とを仕切る仕切り部と、を備える燃料電池であって、前記仕切り部を複数備えたことを特徴としている。
In order to solve the above-described problems, a fuel cell according to the present invention includes:
A fuel cell comprising: a power generation chamber in which a plurality of fuel battery cells are disposed; an upper chamber in the upper part of the power generation chamber; and a partition portion that partitions the power generation chamber and the upper chamber. It is characterized by having prepared.
本発明によると、仕切り部の損傷を低減し、発電性能の安定した運転が可能な燃料電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the damage of a partition part can be reduced and the fuel cell which can be drive | operated with the stable electric power generation performance can be provided.
本発明を実施するための最良の形態を説明するのに先立って、本発明の作用と効果について説明する。 Prior to describing the best mode for carrying out the present invention, the operation and effect of the present invention will be described.
本発明に係る燃料電池は、複数の燃料電池セルが配置される発電室と、前記発電室の上部の上部室と、前記発電室と前記上部室とを仕切る仕切り部と、を備える燃料電池であって、前記仕切り部を複数備えている。 A fuel cell according to the present invention is a fuel cell comprising a power generation chamber in which a plurality of fuel cells are arranged, an upper chamber in the upper part of the power generation chamber, and a partition that partitions the power generation chamber and the upper chamber. A plurality of the partition portions are provided.
本発明に係る燃料電池によれば、大型化した燃料電池であって燃料電池セルを複数設けた燃料電池に備わる仕切り部に生じる問題を全て解決することができる。具体的には以下の通りとなる。 According to the fuel cell of the present invention, it is possible to solve all the problems that occur in the partition portion provided in the fuel cell that is an enlarged fuel cell and that includes a plurality of fuel cells. Specifically, it is as follows.
本発明によると、発電室と該発電室の上部の上部室とを仕切る仕切り部を別個独立して複数備えたので、燃料電池容器の熱膨張による変形で燃料電池容器と燃料電池セル間に生じる相対位置の変動に基づいて仕切り部に作用する引っ張り力が複数の仕切り部にそれぞれ分散して局所的に大きくならずに済む。即ち、燃料電池が大型化しても各仕切り部に作用する引っ張り力、特に仕切り部周囲の燃料電池容器開口内縁との接続部に発生する引っ張り力を小さいままとすることができ、この仕切り部の損傷を抑制することができる。 According to the present invention, since the plurality of partition portions that separate the power generation chamber and the upper chamber above the power generation chamber are provided separately and independently, deformation due to thermal expansion of the fuel cell container occurs between the fuel cell container and the fuel cell. The pulling force acting on the partition portion based on the change in the relative position is not dispersed locally and does not increase locally. That is, even if the size of the fuel cell is increased, the tensile force acting on each partition, particularly the tensile force generated at the connection with the inner edge of the fuel cell container opening around the partition can be kept small. Damage can be suppressed.
この結果、仕切り部の損傷による発電室から燃焼室への燃料の想定外の流れ込みを防止することができるので、発電室内の燃料偏りを小さくでき燃焼室の燃焼状態の分布を均一にすることができ、常に安定した発電性能を確保する。また、発電室への排燃料や排空気の流れ込みも抑制されることになり、発電室で燃焼が生じることもなく、燃料電池セルに悪影響を及ぼすこともない。このため、燃焼室においては燃焼バランスが乱れることがなく、発電室内では燃料が均一に分散されるため、全体として発電効率が向上する。 As a result, it is possible to prevent an unexpected flow of fuel from the power generation chamber to the combustion chamber due to damage to the partition portion, so that the fuel bias in the power generation chamber can be reduced and the combustion state distribution in the combustion chamber can be made uniform. It is possible to ensure stable power generation performance. Further, the flow of exhaust fuel and exhaust air into the power generation chamber is also suppressed, so that combustion does not occur in the power generation chamber and the fuel cell is not adversely affected. For this reason, the combustion balance is not disturbed in the combustion chamber, and the fuel is uniformly dispersed in the power generation chamber, so that the power generation efficiency is improved as a whole.
特に発生する電力が例えば1KWを超える業務用燃料電池の場合に、従来の燃料電池と異なり、燃料電池容器に対する仕切り部の周辺取付け部が剥離したり引き裂かれたりするのを抑制することができる。 In particular, in the case of a commercial fuel cell in which the generated electric power exceeds 1 KW, for example, unlike the conventional fuel cell, it is possible to suppress the peripheral mounting portion of the partition portion with respect to the fuel cell container from being peeled off or torn.
また、本発明に係る燃料電池は、好ましくは複数の仕切り部が同一高さに配置されているのが良い。 In the fuel cell according to the present invention, it is preferable that the plurality of partition portions be arranged at the same height.
このように、複数の仕切り部を同一高さに配置することにより、仕切り部の組み付けが容易になると共に、各仕切り部間に発電室から燃焼室に移動する未反応の燃料や空気の流れを不必要に乱す段差を生じさせることがなく、その結果、排空気及び排燃料の燃焼室への流入が均一かつ円滑に行なわれる。 Thus, by arranging a plurality of partition parts at the same height, the assembly of the partition parts becomes easy, and the flow of unreacted fuel and air that moves from the power generation chamber to the combustion chambers between each partition part. As a result, there is no need to create an unnecessarily disturbing step, and as a result, the exhaust air and the exhaust fuel flow into the combustion chamber uniformly and smoothly.
また、燃料電池容器の熱膨張によって各仕切り部に作用する引っ張り力は局所的に大きくならず各仕切り部に均等に作用するので、仕切り部の破損がより抑制されて燃料電池容器の熱膨張によるこの容器の仕切り部の固定部と燃料電池セルによる仕切り部の拘束部との相対位置が変化しても各仕切り部が従来のような大きな引っ張り力を受けて破損することがなく、燃料電池容器と燃料電池セル間の燃料と空気のバランスを保つことができる。 Further, the tensile force acting on each partition due to the thermal expansion of the fuel cell container does not increase locally but acts equally on each partition, so that the breakage of the partition is further suppressed and the thermal expansion of the fuel cell container Even if the relative position of the fixed part of the partition part of the container and the restraint part of the partition part by the fuel cell changes, each partition part is not damaged by receiving a large pulling force as in the prior art, and the fuel cell container The fuel and air balance between the fuel cells can be maintained.
また、本発明に係る燃料電池は、好ましくは発電室を内部に形成する燃料電池容器の内縁に仕切り部を載置する第1の載置部が備わると共に、第1の載置部とは別にそれより内側に仕切り部を載置する第2の載置部が備えているのが良い。 In addition, the fuel cell according to the present invention preferably includes a first placement portion for placing a partition portion on the inner edge of the fuel cell container in which the power generation chamber is formed, and is separate from the first placement portion. The 2nd mounting part which mounts a partition part inside it is good to have.
このように、仕切り部を第1、第2の載置部に載置することにより、燃料電池容器に対する仕切り部の取付けが強固となり、燃料電池容器の熱膨張によるこの容器の仕切り部の固定部と燃料電池セルによる仕切り部の拘束部との相対位置の変化によって仕切り部が引っ張り力を受けても破損することがなく、燃料電池容器と燃料電池セル間の燃料と空気のバランスを保つことができる。 Thus, by mounting the partition portion on the first and second mounting portions, the attachment of the partition portion to the fuel cell container becomes strong, and the fixing portion of the partition portion of this container due to the thermal expansion of the fuel cell container The partition part is not damaged even if it receives a tensile force due to the change in the relative position between the fuel cell and the restraint part of the partition part by the fuel cell, and the balance of fuel and air between the fuel cell container and the fuel cell can be maintained. it can.
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池について図面に基づき説明する。図1は本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。特に図1は発電部を示し、この発電部の上部には例えば燃焼室としての上部室が形成されているが、図1では図示を省略している。 Hereinafter, a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention. In particular, FIG. 1 shows a power generation unit, and an upper chamber as a combustion chamber, for example, is formed in the upper part of the power generation unit, but is not shown in FIG.
本発明の一実施形態に係る燃料電池1は、同図に示すように、複数の燃料電池セル2を電気的かつ構造的に接続したセルユニット(セル集合体)10と、セルユニット10が収容配置されセルユニット挿入開口を有した燃料電池容器50とを備え、セルユニット10によって発電した電気を燃料電池容器50の外部に取り出す陽極側電気取り出し部71及び陰極側電気取り出し部72とを備えている。
As shown in the figure, a
以下、これらの各構成要素について詳細に説明する。図1に示す燃料電池容器50は、フェライト系ステンレス鋼でできた4枚の側板と、同じくフェライト系ステンレス鋼でできた1枚の底板の各縁部を溶接接合して作られており、上部がセルユニット挿入開口51として開口した箱体形状を有している。なお、各側板に形成されたリブ52は燃料電池作動時に発生する熱応力により燃料電池容器50の変形を防ぐ役目を果たしている。
Hereinafter, each of these components will be described in detail. A
図1における手前側の側板上部より下方にロッド挿通部61,62が所定間隔隔で平行に突出形成されており、このロッド挿通部61,62に陽極側電気取り出し部71と陰極側電気取り出し部72を挿通収容している。
4枚の側板の周囲は、図1において一部を示すシリカ系の断熱材40で覆われている。燃料電池容器50のセルユニット下端部と底板との間には、ここでは詳細には示さないが、燃料を充填させる燃料分散室が形成され、燃料が供給されるようになっている。なお、この燃料は、都市ガス等を改質して得られる水素リッチの改質ガスである。
The periphery of the four side plates is covered with a silica-based
燃料分散室の上面には、図示しない分散板が載せられている。分散板には、燃料電池容器50に挿入収容されるセルユニット10の隣接する燃料電池セル間の隙間に対応する位置に大きめの燃料供給穴が形成されていると共に、それ以外の部分に小さめの燃料供給穴が形成されている。そして、これらの燃料供給穴を介してセルユニット10の隣接する燃料電池セル同士の隙間に燃料を効率良く供給するようになっている。
A dispersion plate (not shown) is placed on the upper surface of the fuel dispersion chamber. A large fuel supply hole is formed in the dispersion plate at a position corresponding to a gap between adjacent fuel cells of the
また、一つのセルユニット10には細長い燃料電池セル2が3本×6本の合計18本、端面視マトリックス状に配置され、フレームで保持されることで各燃料電池セル同士が電気的に接続されると共に、構造的に1つのセルユニット10を構成している。
In addition, in each
なお、これらの燃料電池セル2は互いに電気的に直列接続され、一方の極がセルユニット10の所定箇所から一方のユニット集電板上の接続板に電気的に接続され、他方の極がセルユニット10の所定箇所から他方のユニット集電板上の接続板に電気的に接続されるようになっている。
These
フレームは、ここでは詳細には図示しないが、各燃料電池セルの両端を端面視マトリックス状に束ねて固定する保持板と、保持板の上下長手方向に延在する部分の外側に備わったユニット集電板を有している。ユニット集電板は、保持板の燃料電池セル長手方向に延在する部分の外側であって保持板との間に絶縁材を介在させた状態で配置されているので、電気的に直列接続された燃料電池セル2の両端部は、接続板を介してユニット集電板に電気的に接続されている。ユニット集電板と保持板は絶縁材を介してこれらと電気的に接続された状態になっている。なお、導電部材からなる接続板は、ユニット集電板の幅方向一方の端部において長手方向に延在形成され、接続板を介して各セルユニット10同士を電気的に直列に接続するようになっている。
Although not shown in detail here, the frame includes a holding plate for bundling and fixing both ends of each fuel cell in a matrix in an end view, and a unit group provided outside a portion extending in the vertical direction of the holding plate. It has an electric plate. The unit current collector plate is arranged outside the portion of the holding plate that extends in the longitudinal direction of the fuel cell and with an insulating material interposed between the unit current collecting plate and the unit current collecting plate. Both end portions of the
上記セルユニット10を構成する個々の燃料電池セル2は、支持体を兼ねた細長い有底円筒体形状の空気極と、空気極の表面を覆う電解質と、電解質の表面を覆う燃料極とから構成されている。空気極は、ランタン(La)とマンガン(Mn)の酸化物にストロンチウム(Sr)を含有した材質でできており、押出成形で作られている。また、空気極は、支持体を兼ねるために厚さ約2mm程度の細長い有底円筒体形状をなし、その下端部が徐々に縮径し、端面略U字状をなす底部が備わっている。
The
なお、空気極の上端開口部からは空気極の外径よりもかなり小さい外径を有する空気供給パイプが空気極の底部近傍まで挿通されるようになっている。これによって、空気極の内部に空気(酸素)を十分供給することができる。 An air supply pipe having an outer diameter considerably smaller than the outer diameter of the air electrode is inserted from the upper end opening of the air electrode to the vicinity of the bottom of the air electrode. Thereby, air (oxygen) can be sufficiently supplied into the air electrode.
電解質は、スカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)でできており、空気極の外側面をディッピングする(浸漬する)ことで形成されている。 The electrolyte is made of scandia-stabilized zirconia (ScSZ), and is formed by dipping (immersing) the outer surface of the air electrode.
燃料極は、金属のニッケル(Ni)にイットリア安定化ジルコニア(YSZ)を混ぜてできており、電解質の形成後にテープ状の燃料極素材を巻き付けて焼成することで形成されている。 The fuel electrode is made by mixing yttria-stabilized zirconia (YSZ) with metallic nickel (Ni), and is formed by winding and firing a tape-shaped fuel electrode material after forming the electrolyte.
また、燃料電池セル2の長手方向ほぼ中央部には、インターコネクタ(図示せず)が突出形成されている。インターコネクタは、ランタン(La)とクロム(Cr)の酸化物にカルシウム(Ca)を混ぜた材質でできており、空気極と導通し電解質及び燃料極とは非導通の状態でセル周方向外側に突出形成され、その先端面が隣接する燃料電池セル2の燃料極にニッケルフォームを介して電気的に接続されるようになっている。これによって、セルユニット内の全ての燃料電池セル2を電気的に直列接続し、個々の燃料電池セル2の発電量を合計した発電量がセルユニット単体の発電量となるようにしている。
In addition, an interconnector (not shown) is formed so as to protrude from a substantially central portion in the longitudinal direction of the
本実施形態では、3つのセルユニット10を並列に並べて1つのセルブロック100とし、このセルブロック100を合計4つ、セルユニット挿入開口51から燃料電池容器50内に挿入収容している。ここで、各セルユニット10同士は上述した隣接するセルユニット10のユニット集電板同士を幅が狭く細長の金属導体からなるユニット接続板で電気的に接続することで、セルユニット同士が電気的に直列接続されている。
In the present embodiment, three
なお、4つのセルブロック同士も上述のユニット接続板(図示せず)よりも幅広でユニット接続板と同等の長さを有する金属導体からなる図示しないブロック接続板で電気的に接続することで、セルブロック同士が電気的に直列接続されている。 In addition, by electrically connecting the four cell blocks with a block connection plate (not shown) made of a metal conductor that is wider than the unit connection plate (not shown) and has the same length as the unit connection plate, The cell blocks are electrically connected in series.
図2は図1の矢線II-II、即ちセルユニット10を構成する燃料電池セル2を6本並設した方向に沿った縦断拡大図である。なお、発明の理解を容易にするために、図2では構成を簡略化して1つのセルユニットに燃料電池セルを3本並設した構成を示す。発電室を構成するフレーム60の内部中間部には断熱材55が配置され、この断熱材55によって図2中燃料電池容器50内が2つの発電領域50A、50Bに区分けされている。
FIG. 2 is an enlarged vertical view taken along the line II-II in FIG. 1, that is, along the direction in which six
そして、フレーム60の内面には仕切りベース支柱15が設けられており、この仕切りベース支柱15の上端面には、燃料電池セルユニット挿入開口51(図1参照)を複数に区分けする仕切りベース構造体16が設けられている。そして、仕切りベース構造体16で区分けされた複数の開口をそれぞれ塞ぐように、仕切りベース構造体16の上面に別個独立した金属製の天板17、その上面に燃料電池セル2の上端部を挿入する穴を有しセラミック繊維製の燃料電池セル側面仕切り部18,19,20が該穴に燃料電池セル2の上端部を挿入させて配置されている。
A
そして、最上位の燃料電池セル側面仕切り部20の上面にセラミック繊維製のセル開口端面仕切り部21,22が配置され、その上位の燃料電池セル開口端面仕切り部22の上面に繊維材飛散防止板としての金属製の天板23が配置されている。天板23の上面周縁部には天板補強部材80の下端外向き鍔部80aが配置されている。
And the cell opening end
一方、発電室を構成するフレーム60の上端外向き鍔部60aの上面には、セラミック繊維製のガスケット24と金属製のガスケット25が積層され、このガスケット25と天板補強部材80の下端外向き鍔部80aの上面を覆うようにセラミック繊維製の十字ガスケット26が配置され、その十字ガスケット26の上面に金属製の十字ガスケット27が配置されている。そして、セラミック繊維製のガスケット28を介して燃焼室を形成するフレーム80の下端外向き鍔部80aを配置して、発電室を構成するフレーム60の上端外向き鍔部60aとで上述のように積層された各ガスケットを押圧して、発電室と燃焼室との間の気密性(シール性)を保っている。
On the other hand, a
セル開口端面仕切り部21,22及び天板23には、燃料電池セル2の中心に空気導入管3を挿入する穴110が連通して形成されており、この穴径は空気導入管3より大きく、その隙間が排空気の排出穴となる。また、燃料電池セル2の間の空間と燃焼室とを連通するように、燃料電池セル側面仕切り部18,19,20、燃料電池セル開口端面仕切り部21,22及び天板23に連通して排燃料排出穴120が形成されている。
A
図3は、仕切りベース構造体16の一例を示す平面図である。仕切りベース構造体16は、セルユニット挿入開口51(図1参照)の開口端面に取り付ける矩形枠体16aと、矩形枠体16aの各辺同士を連結する十字状連結体16bよりなり、この仕切りベース構造体16によりセルユニット挿入開口51を4つのエリアからなる仕切り部a〜dに区分けする。
FIG. 3 is a plan view showing an example of the
このように4つに区分けされたセルユニット挿入開口51を覆うように、セル側面仕切り部18,19,20、セル開口端面仕切り部21,22及び天板23からなる仕切り部を、矩形枠体16aと十字状連結体16bよりなる仕切りベース構造体16にそれぞれ別個独立に組み付ける。
In this way, a rectangular frame body is formed by dividing the cell
本発明の実施の形態によれば、セルユニット挿入開口51を仕切りベース構造体16で複数に区分けし、その区分けした開口を覆うように別個独立した仕切り部a〜dを設けるようにしたので、燃料電池容器の熱膨張によって燃料電池容器50の開口内縁と燃料電池セル2との相対的位置が変わることで仕切り部a〜dに生じる引っ張り力は、複数の仕切り部a〜dにそれぞれ分散して小分けされて作用することになる。即ち、各仕切り部a〜dに作用する引っ張り力は小さくなり、仕切り部の損傷を抑制することができる。
According to the embodiment of the present invention, the cell
この結果、仕切り部の損傷による燃焼室への燃料の想定外の流れ込みを抑制することができ、この燃料の想定外の流れ込みに伴う発電室内の燃料分布の不均一化による発電性能の低下を回避することができる。また、発電室から燃料室に排出される排空気や燃料室内で燃焼される排燃料が再び発電室に流れ込むのを抑制することができ、発電室内において排空気と排燃料が反応することによる燃焼が生じることなく、燃料電池セルに悪影響を及ぼすこともない。 As a result, unexpected flow of fuel into the combustion chamber due to damage to the partition can be suppressed, and deterioration of power generation performance due to uneven fuel distribution in the power generation chamber due to unexpected flow of fuel can be avoided. can do. Further, exhaust air discharged from the power generation chamber to the fuel chamber and exhaust fuel combusted in the fuel chamber can be prevented from flowing into the power generation chamber again, and combustion is caused by a reaction between the exhaust air and the exhaust fuel in the power generation chamber. Does not occur and the fuel cell is not adversely affected.
また、本発明に係る燃料電池は、複数の仕切り部a〜dは同一高さに配置されている。このように、複数の仕切り部を同一高さに配置することにより、仕切り部の組み付けが容易になると共に、仕切り部間にこの連結部の構造を単に複雑にさせるだけの段差を生じさせることなく、空気及び燃料の移動を円滑に行なわせて燃料電池の運転を効率良く行なうことができるようになる。また、燃料電池容器の熱膨張に起因して燃料電池容器と燃料電池セルとの相対的位置が変わることによって仕切り部に生じる引っ張り力は、各仕切り部に均等に作用し、仕切り部の破損がより抑制され、燃料電池容器から燃料室に排燃料と排空気を規定の量だけ排出することができる。 In the fuel cell according to the present invention, the plurality of partition parts a to d are arranged at the same height. Thus, by arranging a plurality of partition portions at the same height, it becomes easy to assemble the partition portions, and without causing a step that simply complicates the structure of the connecting portion between the partition portions. Thus, the fuel cell can be efficiently operated by smoothly moving the air and the fuel. In addition, the tensile force generated in the partition due to the change in the relative position of the fuel cell container and the fuel cell due to the thermal expansion of the fuel cell container acts equally on each partition, and the partition is not damaged. It is further suppressed, and exhaust fuel and exhaust air can be discharged from the fuel cell container into the fuel chamber by a specified amount.
また、本発明に係る燃料電池は、発電室を内部に形成する燃料電池容器の内縁に仕切り部を載置する第1の載置部が備わると共に、第1の載置部とは別にそれより内側に仕切り部を載置する第2の載置部が備えている。 In addition, the fuel cell according to the present invention is provided with a first placement portion for placing the partition portion on the inner edge of the fuel cell container that forms the power generation chamber, and separately from the first placement portion. The 2nd mounting part which mounts a partition part inside is provided.
このように、仕切り部を第1、第2の載置部に載置するようにすることで、燃料電池容器のほぼ中央部におけるそれぞれの仕切り部の高さ維持を確実に行うことが出来、燃料電池容器に対する仕切り部の取り付けが強固となる。また、仕切り部は、複数の仕切り部からなるので、燃料電池容器の熱膨張による燃料電池容器と燃料電池セル間の相対的位置の変化に伴って仕切り部が引っ張り力を受けても破損することがなく、発電室から燃焼室への燃料の想定外の局所的な流入による発電室の燃料分布の不均一化に起因する発電性能の低下を抑えることができると共に、燃焼室から発電室への排燃料や排空気の想定外の流入による発電室内の排燃料の燃焼に伴う燃料電池セルの破損を防止し、燃料電池の長期にわたって効率的に発電させることができる。 In this way, by placing the partition portion on the first and second placement portions, it is possible to reliably maintain the height of each partition portion in the substantially central portion of the fuel cell container, Attachment of the partition part to the fuel cell container becomes strong. Further, since the partition portion is composed of a plurality of partition portions, the partition portion may be damaged even if it receives a tensile force due to a change in the relative position between the fuel cell container and the fuel cell due to thermal expansion of the fuel cell container. In addition, it is possible to suppress deterioration in power generation performance due to non-uniform fuel distribution in the power generation chamber due to unexpected local flow of fuel from the power generation chamber to the combustion chamber, and from the combustion chamber to the power generation chamber. It is possible to prevent the fuel cell from being damaged due to the combustion of the exhaust fuel in the power generation chamber due to the unexpected inflow of exhaust fuel or exhaust air, and to efficiently generate power over a long period of time.
なお、図示例は仕切りベース構造体16の矩形枠体16aを第1の載置部とし、この矩形枠体16aの各片同士を連結する十字状連結体16bを第2の載置部とした構成であるが、この第2の載置部は矩形枠体16aの対向片同士を連結する直線状の連結体でも良い。即ち、仕切りベース構造体の連結体が、図3において縦方向か横方向の何れか一方向に1本若しくは所定間隔隔てて複数本設けられていても良い。
In the illustrated example, the
また、図4に示すように、第2の載置部は矩形枠体16aの中心、即ち、図3における十字状連結体16bの交点に位置して燃料電池容器に設けた柱体59でも良い。この場合、柱体59は燃料電池容器50の底部から上方に延在する形態をなし、この柱体59の上端面の仕切りベース載置部が矩形枠体16aの第1の載置部と同一高さに位置するようにするのが好ましい。
Further, as shown in FIG. 4, the second mounting portion may be a
1 燃料電池
2 燃料電池セル
3 空気導入管
10 セルユニット(セル集合体)
15 仕切りベース支柱
16 仕切りベース構造体
16a 矩形枠体
16b 十字状連結体
17 天板
18,19,20 (燃料電池)セル側面仕切り部
21,22 (燃料電池)セル開口端面仕切り部
23 天板
24 ガスケット
25 ガスケット
26 十字ガスケット
27 十字ガスケット
28 ガスケット
40 断熱材
50 燃料電池容器
50A,50B 左右2室
51 (燃料電池)セルユニット挿入開口
52 リブ
55 断熱材
59 柱体
60 (発電室を構成する)フレーム
60a 上端外向き鍔部
61,62 ロッド挿入部
71 陽極側電気取り出し部
72 陰極側電気取り出し部
80 天板補強部材
80a 下端外向き鍔部
90 (燃焼室を構成する)フレーム
100 セルブロック
110 穴
120 排燃料排出穴
a〜d 仕切り部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (3)
A first placement portion for placing the partition portion is provided on the inner edge of the fuel cell container that forms the power generation chamber, and the partition portion is placed on the inner side separately from the first placement portion. The fuel cell according to claim 1, further comprising a second placement portion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009032065A JP2010192124A (en) | 2009-02-13 | 2009-02-13 | Fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009032065A JP2010192124A (en) | 2009-02-13 | 2009-02-13 | Fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010192124A true JP2010192124A (en) | 2010-09-02 |
Family
ID=42817964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009032065A Pending JP2010192124A (en) | 2009-02-13 | 2009-02-13 | Fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010192124A (en) |
-
2009
- 2009-02-13 JP JP2009032065A patent/JP2010192124A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102055514B1 (en) | Assembly method and arrangement for a cell system | |
| JP4790577B2 (en) | Solid oxide fuel cell module, fuel cell using the same, and manufacturing method thereof | |
| US8026011B2 (en) | Fuel cell assembly | |
| JP5235291B2 (en) | Fuel cell | |
| AU2003262352A1 (en) | Methods and apparatus for assembling solid oxide fuel cells | |
| JP2012508950A (en) | Fuel cell without bipolar plate | |
| JP5629176B2 (en) | FUEL CELL CELL DEVICE, FUEL CELL MODULE, AND FUEL CELL DEVICE | |
| US20160226085A1 (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
| KR101008212B1 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| CN102089919B (en) | Solid oxide fuel cell with transitioned cross-section for improved anode gas management at the open end | |
| US7572538B2 (en) | Fuel cell | |
| JP4300947B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP5133551B2 (en) | Fuel cell power generation system | |
| KR100978144B1 (en) | Metal Support Solid Oxide Fuel Cell | |
| JP6022067B2 (en) | Electrical energy storage | |
| KR20110044657A (en) | Flat Tube Support Solid Oxide Fuel Cell | |
| JP2005339906A (en) | Fuel cell | |
| JP4942335B2 (en) | Fuel cell stack and fuel cell | |
| JP2010192124A (en) | Fuel cell | |
| US20110104584A1 (en) | Metal supported solid oxide fuel cell | |
| KR100661820B1 (en) | Separator and End Plate of Roll Cell Stack | |
| JP6121793B2 (en) | Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device | |
| JP6853063B2 (en) | Cell stack device, module and module containment device | |
| JP2010192376A (en) | Fuel cell | |
| KR101401450B1 (en) | Manifold insulation device for fuel cell |