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JP5977143B2 - Fuel cell module - Google Patents

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JP5977143B2 JP2012239222A JP2012239222A JP5977143B2 JP 5977143 B2 JP5977143 B2 JP 5977143B2 JP 2012239222 A JP2012239222 A JP 2012239222A JP 2012239222 A JP2012239222 A JP 2012239222A JP 5977143 B2 JP5977143 B2 JP 5977143B2
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Description

本発明は、ハウジング内に複数のセルスタックを有する燃料電池モジュールに関する。   The present invention relates to a fuel cell module having a plurality of cell stacks in a housing.

近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガスと酸素含有ガス(空気)とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルが知られている。さらに、複数の燃料電池セルを一列に配列し電気的に直列に接続してなるセルスタックを、ガスタンクに複数列設けたセルスタック装置を作製し、該セルスタック装置をハウジング内に収納してなる燃料電池モジュールが種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells that can obtain electric power using a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas (air) are known as next-generation energy. Further, a cell stack device in which a plurality of fuel cells are arranged in a row and electrically connected in series is provided in a gas tank, and the cell stack device is housed in a housing. Various fuel cell modules have been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−183375号公報JP 2005-183375 A

近年、家庭用以外にも燃料電池の用途が検討されており、例えば、病院、ホテル、店舗等の業務用の燃料電池では、数kW以上の発電量が要求されているが、小型化を図るため、ハウジング内に多数のセルスタックを密集して収納する必要があり、多数のセルスタックからなるセルスタック集合体の中央部の温度が高くなり、セルスタック集合体の中央部に位置するセルスタックの発電性能が低下し、これにより燃料電池モジュールとしても発電性能が低下するおそれがあった。   In recent years, the use of fuel cells has been studied in addition to home use. For example, fuel cells for business use such as hospitals, hotels, stores, etc. require a power generation amount of several kW or more. Therefore, it is necessary to store a large number of cell stacks densely in the housing, and the temperature of the central portion of the cell stack assembly consisting of a large number of cell stacks increases, so that the cell stack positioned at the central portion of the cell stack assembly As a result, the power generation performance of the fuel cell module may be reduced.

本発明は、発電時におけるセルスタック集合体の温度の均一化を図ることができる燃料電池モジュール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 module that can achieve a uniform temperature of a cell stack assembly during power generation.

本発明の燃料電池モジュールは、ガス流路を有する複数の燃料電池セルが一列に配列され、該複数の燃料電池セルがそれぞれ電気的に接続されてなる複数のセルスタックと、前記燃料電池セルのガス流路を燃料ガスが流れるように、前記複数のセルスタックの下端部がそれぞれ固定された燃料ガスタンクと、前記複数のセルスタックからなるセルスタック集合体の上方に位置するように配置された平板形状の第1改質器と、該第1改質器に上端部が固定され、前記セルスタック間を介して下端部が前記燃料ガスタンクに固定された複数の第2改質器と、前記第2改質器内に収容された水蒸気改質を行う改質触媒とを具備し、前記第2改質器が、前記セルスタック集合体の中央部および周辺部に配置されており、前記セルスタック集合体の中央部から周辺部にいくほど、隣接する前記第2改質器間の間隔が広くなることを特徴とする。 A fuel cell module of the present invention includes a plurality of cell stacks in which a plurality of fuel cells having gas flow paths are arranged in a line, and the plurality of fuel cells are electrically connected to each other, and the fuel cell A fuel gas tank in which lower end portions of the plurality of cell stacks are respectively fixed, and a flat plate disposed so as to be positioned above a cell stack assembly composed of the plurality of cell stacks so that fuel gas flows through the gas flow path. A first reformer having a shape, a plurality of second reformers each having an upper end fixed to the first reformer, and a lower end fixed to the fuel gas tank through the cell stack; A reforming catalyst that performs steam reforming housed in the reformer, and the second reformer is disposed at a central portion and a peripheral portion of the cell stack assembly, and the cell stack Center of the aggregate Toward the periphery from, characterized in that the distance between the second reformer adjacent wider.

本発明の燃料電池モジュールは、セルスタック集合体の中央部は熱がこもりやすく、温度が高くなる傾向にあるが、例えば、セルスタック集合体の中央部におけるセルスタック間に第2改質器が配置されることにより、改質触媒が水蒸気改質を行う際に第2改質器周辺の熱を吸収し、第2改質器周辺の温度を低下でき、これにより、セルスタック集合体の中央部におけるセルスタックの温度を低下し、発電時におけるセルスタック集合体の温度の均一化を図ることができる。   In the fuel cell module according to the present invention, the central portion of the cell stack assembly tends to accumulate heat and the temperature tends to increase. For example, the second reformer is provided between the cell stacks in the central portion of the cell stack assembly. As a result, when the reforming catalyst performs steam reforming, the heat around the second reformer can be absorbed, and the temperature around the second reformer can be lowered, whereby the center of the cell stack assembly can be reduced. The temperature of the cell stack in the section can be lowered, and the temperature of the cell stack assembly can be made uniform during power generation.

燃料電池モジュールを示すもので、(a)は縦断面図、(b)はB−B線に沿った断面図、(c)はC−C線に沿った断面図である。1 shows a fuel cell module, in which (a) is a longitudinal sectional view, (b) is a sectional view taken along line BB, and (c) is a sectional view taken along line CC. 図1(c)のセルスタック集合体の一部を拡大して示す拡大図である。It is an enlarged view which expands and shows a part of cell stack aggregate | assembly of FIG.1 (c). 第2改質器の配置位置を変更した燃料電池モジュールを示す断面図であり、(a)は2行のセルスタック列のそれぞれ中央に第2改質器を配置した形態を示し、(b)は3行のセルスタック列のうち中央のセルスタック列における中央部に3個の第2改質器を配置した形態を示している。It is sectional drawing which shows the fuel cell module which changed the arrangement position of a 2nd reformer, (a) shows the form which has arrange | positioned the 2nd reformer in the center of each cell stack column of 2 rows, (b) Shows a configuration in which three second reformers are arranged in the center of the central cell stack column among the three cell stack columns. 図1の燃料電池モジュールのセルスタック集合体の中央部における第2改質器内の改質触媒量を、周辺よりも多くした状態を示す縦断面図であり、(a)は改質触媒を燃料ガスタンク側から詰めた状態、(b)は燃料電池セルの長さ方向における中央部に位置する部分に改質触媒を収容した状態を示す。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a state in which the amount of reforming catalyst in the second reformer at the center of the cell stack assembly of the fuel cell module of FIG. The state packed from the fuel gas tank side, (b) shows the state in which the reforming catalyst is accommodated in the portion located at the center in the length direction of the fuel cell. 図1の燃料電池モジュールのセルスタック集合体の中央部における第2改質器の改質触媒の収容空間を、周辺における第2改質器よりも広くした状態の燃料電池モジュールを示す縦断面図である。The longitudinal cross-sectional view which shows the fuel cell module of the state which made the accommodation space of the reforming catalyst of the 2nd reformer in the center part of the cell stack aggregate | assembly of the fuel cell module of FIG. 1 wider than the 2nd reformer in the periphery. It is. 図1の燃料電池モジュールの第2改質器におけるセル配列方向中央部を拡幅した状態の燃料電池モジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fuel cell module of the state which expanded the cell arrangement direction center part in the 2nd reformer of the fuel cell module of FIG. 図1の燃料電池モジュールのセルスタック集合体の中央部における第2改質器内部に伝熱体を設けた状態を示す斜視図であり、(a)は板状の伝熱体を互い違いに設けた状態、(b)は柱状の伝熱体を設けた状態を示す。FIG. 2 is a perspective view showing a state in which a heat transfer body is provided inside a second reformer at a central portion of the cell stack assembly of the fuel cell module of FIG. 1, and (a) alternately provides plate-like heat transfer bodies. (B) shows the state which provided the columnar heat exchanger. 2つのセルスタック列を跨いで第2改質器が設けられた状態を示す燃料電池モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell module which shows the state in which the 2nd reformer was provided ranging over two cell stack rows.

図1は、本発明の燃料電池モジュールの一形態を示している。燃料電池モジュールは、図1、2に示すように、ハウジング(図示せず)内に複数のセルスタック1と、燃料ガスタンク3と、平板形状の第1改質器5と、上端部が第1改質器5に固定された複数の第2改質器7とを有している。第1改質器5および第2改質器7内には水蒸気改質を行う改質触媒9が収容されている。   FIG. 1 shows an embodiment of the fuel cell module of the present invention. As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell module has a plurality of cell stacks 1, a fuel gas tank 3, a flat plate-shaped first reformer 5, and a first upper end portion in a housing (not shown). And a plurality of second reformers 7 fixed to the reformer 5. A reforming catalyst 9 that performs steam reforming is accommodated in the first reformer 5 and the second reformer 7.

セルスタック1は、図2に示すように、複数の燃料電池セル11を一列に配列し、それぞれ電気的に接続して構成されている。すなわち、内部を燃料ガスが流通する複数のガス流路11aを有する複数の柱状の燃料電池セル11を立設させた状態で1列に配列し、隣接する燃料電池セル3間を集電部材(図示せず)を介して電気的に直列に接続してセルスタック1が構成され、このセルスタック1の燃料電池セル11のセル配列方向xにおける両端側からセルスタック1を挟み込むように、燃料電池セル11の発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部を有する端部集電部材13が配置されている。なお、図1(c)では、端部集電部材13等の記載を省略し、燃料電池セル11の記載を一部省略した。   As shown in FIG. 2, the cell stack 1 is configured by arranging a plurality of fuel cells 11 in a row and electrically connecting them. That is, a plurality of columnar fuel cells 11 having a plurality of gas passages 11a through which fuel gas flows are arranged in a row in a standing state, and current collecting members (between adjacent fuel cells 3) The cell stack 1 is configured by being electrically connected in series via a not-shown fuel cell, and the fuel cell is arranged so as to sandwich the cell stack 1 from both ends in the cell arrangement direction x of the fuel cell 11 of the cell stack 1. An end current collecting member 13 having a current drawing portion for drawing a current generated by the power generation of the cell 11 is arranged. In FIG. 1C, the description of the end current collecting member 13 and the like is omitted, and the description of the fuel battery cell 11 is partially omitted.

なお、セルスタック1を構成する燃料電池セル11および端部集電部材13の下端部は、ガラスシール材等の絶縁性接合材(図示せず)により燃料ガスタンク3に固定されている。燃料電池セル11は、その上下方向(長さ方向L)に貫通するガス流路11aを有しており、これらのガス流路11aに燃料ガスが供給されるように、複数のセルスタック1の下端部がそれぞれ燃料ガスタンク3の上壁に固定されている。   The lower ends of the fuel cells 11 and the end current collecting members 13 constituting the cell stack 1 are fixed to the fuel gas tank 3 by an insulating bonding material (not shown) such as a glass seal material. The fuel battery cell 11 has gas flow paths 11a penetrating in the vertical direction (length direction L), and a plurality of cell stacks 1 are provided so that fuel gas is supplied to these gas flow paths 11a. Lower end portions are respectively fixed to the upper wall of the fuel gas tank 3.

図1においては、1つの燃料ガスタンク3上に16個のセルスタック1が行列をなして配置されている。すなわち、セルスタック1を構成する燃料電池セル11の配列方向xが平行になるように、複数のセルスタック1が配列してセルスタック列が構成され、このセルスタック列が2つ平行に配置され、複数のセルスタック1が行列をなして、セルスタック集合体Gが構成されている。   In FIG. 1, 16 cell stacks 1 are arranged in a matrix on one fuel gas tank 3. That is, a plurality of cell stacks 1 are arranged so that the arrangement direction x of the fuel battery cells 11 constituting the cell stack 1 is parallel to form a cell stack row, and the two cell stack rows are arranged in parallel. A plurality of cell stacks 1 form a matrix to form a cell stack aggregate G.

各セルスタック1は、燃料電池セル11のセル配列方向xが互いに平行になるように並
列配置され、図2に示したように、セルスタック1の同じ側における電流引き出し部22同士を導電性の連結部材21で連結することで、8つのセルスタック1を直列に連結した構成となっている。
The cell stacks 1 are arranged in parallel so that the cell arrangement directions x of the fuel cells 11 are parallel to each other. As shown in FIG. 2, the current drawing portions 22 on the same side of the cell stack 1 are electrically connected to each other. By connecting with the connecting member 21, the eight cell stacks 1 are connected in series.

燃料電池セル11としては、例えば、内部を水素含有ガス(燃料ガス)が長さ方向Lに流通するガス流路11aを有する中空平板型で、支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層を順に設けてなる固体酸化物形の燃料電池セル11を例示している。燃料電池セル11は、長さ方向L(立設方向)の略全体に燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層が重畳した発電部が形成されている。なお、燃料電池セル11としては、上記以外に、例えば円筒状、平板状の燃料電池セルを用いることもできる。   The fuel battery cell 11 is, for example, a hollow plate type having a gas flow path 11a through which a hydrogen-containing gas (fuel gas) flows in the length direction L. A fuel-side electrode layer, a solid electrolyte is formed on the surface of the support. A solid oxide fuel cell 11 in which a layer and an oxygen electrode layer are sequentially provided is illustrated. The fuel cell 11 has a power generation unit in which a fuel-side electrode layer, a solid electrolyte layer, and an oxygen-side electrode layer are superimposed on substantially the entire length direction L (standing direction). In addition to the above, as the fuel cell 11, for example, a cylindrical or flat fuel cell can be used.

平板形状の第1改質器5および複数の第2改質器7は、内部に水蒸気改質を行う改質触媒9が収容されており、燃料電池セル11の発電で使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成する。第1改質器5には、図示しないが水を気化する気化部を有している。気化部は、第1改質器5とは別個に、例えば、第1改質器5の上面に配置しても良い。   The flat plate-like first reformer 5 and the plurality of second reformers 7 contain therein a reforming catalyst 9 that performs steam reforming, and obtains fuel gas used for power generation of the fuel cell 11. For this purpose, fuel gas is generated by reforming raw fuel such as natural gas or kerosene. Although not shown, the first reformer 5 has a vaporizing unit that vaporizes water. The vaporization unit may be disposed separately from the first reformer 5, for example, on the upper surface of the first reformer 5.

なお、改質触媒9は、発電中に水蒸気改質を行うものであり、例えば、起動時に部分酸化改質を行うものであっても良い。また、第2改質器7内に改質触媒9が収容されていれば良く、第1改質器5内には、必ずしも改質触媒9が収容されている必要はない。   The reforming catalyst 9 performs steam reforming during power generation. For example, the reforming catalyst 9 may perform partial oxidation reforming at startup. Further, it is sufficient that the reforming catalyst 9 is accommodated in the second reformer 7, and the reforming catalyst 9 is not necessarily accommodated in the first reformer 5.

平板形状の第1改質器5は、セルスタック集合体Gの上方に位置するように配置されており、複数の第2改質器7の上端部は第1改質器5に固定され、下端部は、第1改質器5から下方に延びセルスタック1間を介して燃料ガスタンク3の上壁に接続されている。   The flat plate-shaped first reformer 5 is disposed so as to be positioned above the cell stack assembly G, and the upper ends of the plurality of second reformers 7 are fixed to the first reformer 5, The lower end portion extends downward from the first reformer 5 and is connected to the upper wall of the fuel gas tank 3 through the cell stack 1.

第1改質器5は、仕切部材15により内部が上下に仕切られており、上方が改質触媒9が収容された触媒室5aとされ、下方が改質触媒で改質された改質ガスが導入される改質ガス室5bとされており、該改質ガス室5bと複数の第2改質器7の内部空間とが連通している。従って、都市ガス等の原燃料が第1改質器5に供給され、ある程度改質された改質ガスが、仕切部材15に形成された開口部15aを介して改質ガス室5bに導入され、この後、第2改質器7に供給されてさらに改質され、この改質ガス(以下、燃料ガスということがある)が燃料ガスタンク3内に供給され、燃料電池セル11の燃料ガス流路11aを流れ、発電に使用されなかった燃料ガスは、燃料電池セル11の上端から第1改質器5側に放出される。   The first reformer 5 is divided into upper and lower parts by a partition member 15, the upper part is a catalyst chamber 5 a in which the reforming catalyst 9 is accommodated, and the lower part is a reformed gas reformed by the reforming catalyst. Is introduced into the reformed gas chamber 5b, and the reformed gas chamber 5b communicates with the internal spaces of the plurality of second reformers 7. Therefore, raw fuel such as city gas is supplied to the first reformer 5, and the reformed gas that has been reformed to some extent is introduced into the reformed gas chamber 5 b through the opening 15 a formed in the partition member 15. Thereafter, the gas is supplied to the second reformer 7 to be further reformed, and this reformed gas (hereinafter sometimes referred to as fuel gas) is supplied into the fuel gas tank 3 so that the fuel gas flow of the fuel cell 11 is The fuel gas that has flowed through the path 11a and was not used for power generation is discharged from the upper end of the fuel cell 11 to the first reformer 5 side.

第1改質器5の触媒室5a、複数の第2改質器7の内部に収容される改質触媒9には、例えば、Ru、Ni等の一般に使用されるものが担持体の表面に担持されて用いられる。改質触媒9は、例えば粒状とされ、粒状の改質触媒9が、第1改質器5の触媒室5a、複数の第2改質器7の内部に充填されている。そして、例えば、都市ガス等の原燃料と水蒸気が、第1改質器5の触媒室5aに導入され、粒状の改質触媒の間を通過する間に一部が水素に改質され、この改質ガスが、改質ガス室5bを介して第2改質器7に供給され、改質されていない都市ガス等の原燃料が水素に改質され、燃料ガスタンク3に導入されることになる。   For the reforming catalyst 9 accommodated in the catalyst chamber 5a of the first reformer 5 and the plurality of second reformers 7, for example, commonly used materials such as Ru and Ni are formed on the surface of the carrier. Used by being supported. The reforming catalyst 9 is, for example, granular, and the granular reforming catalyst 9 is filled in the catalyst chamber 5 a of the first reformer 5 and the plurality of second reformers 7. Then, for example, a raw fuel such as city gas and water vapor are introduced into the catalyst chamber 5a of the first reformer 5, and a part thereof is reformed to hydrogen while passing between the granular reforming catalysts. The reformed gas is supplied to the second reformer 7 via the reformed gas chamber 5b, and raw fuel such as city gas that has not been reformed is reformed into hydrogen and introduced into the fuel gas tank 3. Become.

なお、仕切部材15の開口部15a、および第2改質器7の上下端には、改質触媒9を触媒室5a内、第2改質器7内に保持するためメッシュ(図示せず)が配置されている。   A mesh (not shown) is provided at the opening 15a of the partition member 15 and the upper and lower ends of the second reformer 7 in order to hold the reforming catalyst 9 in the catalyst chamber 5a and the second reformer 7. Is arranged.

第2改質器7は、図1(c)では、セルスタック集合体Gの中央部に配置されており、さらに周辺部にも配置されている。なお、セルスタック集合体Gの中央部とは、図1(c)に示すように、セルスタック列の中央も含む概念である。   In FIG. 1C, the second reformer 7 is disposed in the central portion of the cell stack assembly G, and is also disposed in the peripheral portion. Note that the central portion of the cell stack aggregate G is a concept including the center of the cell stack row as shown in FIG.

第2改質器7は平板形状をなしており、2つのセルスタック1毎に配置されており、1つのセルスタック列には3つの第2改質器7が配置され、図1では、1つの平板状の第1改質器5と、合計6つの第2改質器7が配置されている。   The second reformer 7 has a flat plate shape and is arranged for every two cell stacks 1, and three second reformers 7 are arranged in one cell stack row. One flat first reformer 5 and a total of six second reformers 7 are arranged.

以上のように構成された燃料電池モジュールでは、セルスタック集合体Gの中央部は熱がこもりやすく、温度が高くなる傾向にあるが、セルスタック集合体Gの中央部におけるセルスタック1間に第2改質器7が配置されているため、改質触媒9が水蒸気改質を行う際に第2改質器7周辺の熱を吸収し、第2改質器7周辺の温度を低下でき、これにより、セルスタック集合体Gの中央部におけるセルスタック1の温度を低下し、発電時におけるセルスタック集合体Gの温度の均一化を図ることができる。これにより、発電性能を向上できる。   In the fuel cell module configured as described above, the central portion of the cell stack assembly G tends to be hot and the temperature tends to increase. Since the two reformers 7 are arranged, when the reforming catalyst 9 performs steam reforming, the heat around the second reformer 7 can be absorbed, and the temperature around the second reformer 7 can be lowered, Thereby, the temperature of the cell stack 1 in the center part of the cell stack assembly G can be lowered, and the temperature of the cell stack assembly G can be made uniform during power generation. Thereby, power generation performance can be improved.

なお、図3(a)(b)に示すセルスタック集合体Gを有する燃料電池モジュールであっても、セルスタック集合体Gの中央部におけるセルスタック1の温度を低下し、発電時におけるセルスタック集合体Gの温度を均一化できる。   Even in the fuel cell module having the cell stack assembly G shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the temperature of the cell stack 1 at the center of the cell stack assembly G is reduced, and the cell stack during power generation is reduced. The temperature of the assembly G can be made uniform.

すなわち、図3(a)に示すように、8個のセルスタック1からなるセルスタック列を2行有するセルスタック集合体Gを有している燃料電池モジュールでは、2行のセルスタック列の中央にそれぞれ第2改質器7が配置されている。また、図3(b)に示すように、8個のセルスタック1からなるセルスタック列を3行有するセルスタック集合体Gを有している燃料電池モジュールでは、中央のセルスタック列の中央部に3個の第2改質器7がセルスタック1と交互に配置されている。   That is, as shown in FIG. 3A, in the fuel cell module having the cell stack assembly G having two cell stack columns each including eight cell stacks 1, the center of the two cell stack columns A second reformer 7 is disposed in each of the two. In addition, as shown in FIG. 3B, in the fuel cell module having the cell stack assembly G having three cell stack columns each including eight cell stacks 1, the central portion of the central cell stack column The three second reformers 7 are alternately arranged with the cell stack 1.

特に、図3(b)に示すように、中央のセルスタック1の周囲が、他のセルスタック1で囲まれている場合には熱がこもりやすいため、本発明を好適に用いることができる。   In particular, as shown in FIG. 3B, when the periphery of the central cell stack 1 is surrounded by other cell stacks 1, heat is easily trapped, so that the present invention can be suitably used.

図4は、第2改質器7における改質触媒9の充填程度を示すもので、図1に示した燃料電池モジュールのセルスタック集合体Gの中央部の第2改質器7における改質触媒量を、周辺よりも多くした状態を示す縦断面図であり、(a)は改質触媒9を燃料ガスタンク3側から詰めた状態、(b)は燃料電池セル11の長さ方向L(セルスタックの高さ方向)における中央部に改質触媒9を収容した状態である。   FIG. 4 shows the degree of filling of the reforming catalyst 9 in the second reformer 7, and the reforming in the second reformer 7 at the center of the cell stack assembly G of the fuel cell module shown in FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state which increased the catalyst amount from the periphery, (a) is the state which packed the reforming catalyst 9 from the fuel gas tank 3, and (b) is the length direction L ( This is a state in which the reforming catalyst 9 is accommodated in the center portion in the height direction of the cell stack).

図4では、第2改質器7が、セルスタック集合体Gの中央部および周辺部に、隣接する第2改質器7間の間隔が同じ間隔となるように配置されている。   In FIG. 4, the second reformer 7 is arranged in the central portion and the peripheral portion of the cell stack assembly G so that the interval between the adjacent second reformers 7 is the same interval.

このような燃料電池モジュールでも、セルスタック集合体Gの中央部におけるセルスタック1の温度を低下し、発電時におけるセルスタック集合体Gの温度を均一化できるが、セルスタック列の中央に配置された第2改質器7内の改質触媒量を、セルスタック列の周辺部に配置された第2改質器7内の改質触媒量よりも多くすることにより、セルスタック集合体Gの中央部に配置された第2改質器7内の改質反応(改質触媒9による吸熱量)が、セルスタック集合体Gの周辺部に配置された第2改質器7内の改質反応(改質触媒9による吸熱量)よりも活発と(多く)なり、特に高温となりやすいセルスタック集合体Gの中央部におけるセルスタック1の温度を最も低下させることができ、発電時におけるセルスタック集合体Gの温度をさらに均一化できる。なお、改質触媒が同一材料からなる場合には、改質触媒量が多いということは、第2改質器7内の改質反応が活発となることであり、改質触媒9による吸熱量が多いということでもある。   Even in such a fuel cell module, the temperature of the cell stack 1 at the center of the cell stack assembly G can be lowered and the temperature of the cell stack assembly G can be made uniform during power generation, but it is arranged at the center of the cell stack row. The amount of the reforming catalyst in the second reformer 7 is made larger than the amount of the reforming catalyst in the second reformer 7 arranged in the periphery of the cell stack row, so that the cell stack assembly G The reforming reaction in the second reformer 7 disposed in the center (the amount of heat absorbed by the reforming catalyst 9) is reformed in the second reformer 7 disposed in the periphery of the cell stack assembly G. It becomes more active (more) than the reaction (the amount of heat absorbed by the reforming catalyst 9), and the temperature of the cell stack 1 at the center of the cell stack assembly G, which tends to be particularly high, can be lowered most. The temperature of the assembly G It can be made uniform. When the reforming catalyst is made of the same material, the large amount of reforming catalyst means that the reforming reaction in the second reformer 7 becomes active, and the amount of heat absorbed by the reforming catalyst 9. It is also that there are many.

また、図4(b)の場合には、燃料電池セル11の長さ方向Lにおける温度分布も均一化できる。すなわち、セルスタック1においては、燃料電池セル11の長さ方向Lの中央
部において温度が高くなる場合があるが、図4(b)の場合には、燃料電池セル11の高さ方向の中央部に位置する第2改質器7の部分に改質触媒9が収容されているため、燃料電池セル11の長さ方向Lの中央部の温度を低下させることができ、燃料電池セル11の長さ方向Lにおける温度分布も均一化を図ることができる。なお、図4(b)では、燃料電池セル11の長さ方向Lの中央部の温度が高くなる場合について記載したが、燃料電池セル11の上端部の温度が高くなる場合には、燃料電池セル11の上端部側に改質触媒9が収容されるように構成することができる。
In the case of FIG. 4B, the temperature distribution in the length direction L of the fuel cell 11 can also be made uniform. That is, in the cell stack 1, the temperature may increase at the center portion in the length direction L of the fuel battery cell 11, but in the case of FIG. 4B, the center of the fuel battery cell 11 in the height direction. Since the reforming catalyst 9 is housed in the portion of the second reformer 7 located in the section, the temperature of the central portion in the length direction L of the fuel cell 11 can be lowered, and the fuel cell 11 The temperature distribution in the length direction L can also be made uniform. In FIG. 4B, the case where the temperature of the central portion in the length direction L of the fuel cell 11 is increased is described. However, when the temperature of the upper end portion of the fuel cell 11 is increased, the fuel cell The reforming catalyst 9 can be accommodated in the upper end portion side of the cell 11.

図5は、図1に示した燃料電池モジュールのセルスタック集合体Gの中央部における第2改質器7の内部空間の容積を、セルスタック集合体Gの周辺における第2改質器7の内部空間の容積よりも大きくし、セルスタック集合体Gの中央部の第2改質器7における改質触媒量を、周辺よりも多くした。このような燃料電池モジュールでも、セルスタック集合体Gの中央部におけるセルスタック1の温度を低下し、発電時におけるセルスタック集合体Gの温度をさらに均一化できる。   5 shows the volume of the internal space of the second reformer 7 at the center of the cell stack assembly G of the fuel cell module shown in FIG. The volume of the reforming catalyst in the second reformer 7 in the central part of the cell stack assembly G was made larger than that in the vicinity, with the volume of the internal space being larger. Even in such a fuel cell module, the temperature of the cell stack 1 at the center of the cell stack assembly G can be lowered, and the temperature of the cell stack assembly G during power generation can be made more uniform.

図6は、図1に示した燃料電池モジュールの第2改質器7において、セルスタック1における燃料電池セル11の配列方向xの中央部に拡幅部7aを設け、この第2改質器7の内部空間に改質触媒9を充填したもので、セルスタック集合体Gの中央部におけるセルスタック1の温度を低下し、発電時におけるセルスタック集合体Gの温度の均一化を図ることができるとともに、燃料電池セル11の配列方向xにおける温度分布も均一化できる。すなわち、セルスタック1においては、燃料電池セル11の配列方向xの中央部において温度が高くなる傾向にあるが、図6の場合には、燃料電池セル11の配列方向xの中央部に位置する第2改質器7の拡幅部7aに多くの改質触媒9が収容されているため、燃料電池セル11の配列方向xの中央部の温度を特に低下させることができ、燃料電池セル11の配列方向xにおける温度分布も均一化できる。   FIG. 6 shows the second reformer 7 of the fuel cell module shown in FIG. 1, in which a widened portion 7 a is provided at the center in the arrangement direction x of the fuel cells 11 in the cell stack 1. The internal space of the cell stack is filled with the reforming catalyst 9, and the temperature of the cell stack 1 at the center of the cell stack assembly G can be lowered, and the temperature of the cell stack assembly G can be made uniform during power generation. In addition, the temperature distribution in the arrangement direction x of the fuel cells 11 can be made uniform. That is, in the cell stack 1, the temperature tends to increase at the center portion in the arrangement direction x of the fuel cells 11, but in the case of FIG. 6, it is located at the center portion in the arrangement direction x of the fuel cells 11. Since many reforming catalysts 9 are accommodated in the widened portion 7 a of the second reformer 7, the temperature of the central portion in the arrangement direction x of the fuel cells 11 can be particularly lowered, and the fuel cells 11 The temperature distribution in the arrangement direction x can also be made uniform.

なお、改質触媒量を変える以外に、例えば改質触媒9の材料を変えることでも、セルスタック集合体Gの中央部に配置された第2改質器7内での改質反応(吸熱量)を、セルスタック集合体Gの周辺部に配置された第2改質器7内の改質反応(吸熱量)よりも活発(多くする)とすることができる。従って、セルスタック集合体Gの中央部および周辺部の改質触媒量を同じにして、改質触媒材料を変更しても良い。改質触媒材料を変更するとは、触媒金属種、担持量、粒径、粒子形状等を変更することが含まれ、吸熱量が変更するものである。   In addition to changing the amount of the reforming catalyst, for example, by changing the material of the reforming catalyst 9, the reforming reaction (endothermic amount) in the second reformer 7 disposed at the center of the cell stack assembly G can be achieved. ) Can be more active (increase) than the reforming reaction (endothermic amount) in the second reformer 7 disposed in the periphery of the cell stack assembly G. Therefore, the reforming catalyst material may be changed with the same amount of reforming catalyst in the central portion and the peripheral portion of the cell stack assembly G. Changing the reforming catalyst material includes changing the catalytic metal species, supported amount, particle size, particle shape, and the like, and changes the endothermic amount.

なお、上記形態では、同じセルスタック列に配置された隣接する第2改質器7の間隔が均等になるように配置されている場合について説明したが、セルスタック集合体Gの中央部から周辺部にいくほど、同じセルスタック列に配置された隣接する第2改質器7間の間隔が広くなるような燃料電池モジュール、すなわち、中央部の第2改質器7から離れていくほど、隣接する第2改質器7間に配置されたセルスタック1の数が多くなるように構成しても、セルスタック集合体Gにおける温度をさらに均一化できる。   In the above embodiment, the case where the intervals between the adjacent second reformers 7 arranged in the same cell stack row are arranged to be uniform has been described. The fuel cell module in which the interval between the adjacent second reformers 7 arranged in the same cell stack row becomes wider, that is, the further away from the second reformer 7 in the center, Even if the number of cell stacks 1 arranged between the adjacent second reformers 7 is increased, the temperature in the cell stack aggregate G can be made more uniform.

図7は、図1に示した燃料電池モジュールにおいて、セルスタック列の中央の第2改質器7内に伝熱体25を配置した状態を示すもので、図7(a)は、セルスタック列の中央の第2改質器7内に、板状の伝熱体25を互い違いに配置し、第2改質器7内をガスが蛇行するように構成されている。伝熱体25は、第2改質器7を構成する材料よりも熱伝導率が高いもので構成されている。   FIG. 7 shows a state in which the heat transfer body 25 is arranged in the second reformer 7 in the center of the cell stack row in the fuel cell module shown in FIG. 1, and FIG. The plate-like heat transfer bodies 25 are alternately arranged in the second reformer 7 at the center of the row, and the gas is meandering in the second reformer 7. The heat transfer body 25 is made of a material having a higher thermal conductivity than the material constituting the second reformer 7.

このような燃料電池モジュールでは、第2改質器7内をガスが蛇行するため、第2改質器7内の水蒸気改質を行う改質触媒9が、伝熱体25、第2改質器7を介して、第2改質器7の周囲からさらに吸熱することができ、発電時におけるセルスタック集合体Gの温度
の制御がさらに容易となる。また、伝熱体25を燃料電池セル11の長さ方向Lの中央部に配置することにより、燃料電池セル11の長さ方向Lの中央部の温度をも低下させることができ、燃料電池セル11の長さ方向Lにおける温度分布も均一化できる。
In such a fuel cell module, since the gas meanders in the second reformer 7, the reforming catalyst 9 that performs steam reforming in the second reformer 7 includes the heat transfer body 25 and the second reformer. Heat can be further absorbed from the periphery of the second reformer 7 via the unit 7, and the control of the temperature of the cell stack assembly G during power generation is further facilitated. Further, by disposing the heat transfer body 25 in the center portion in the length direction L of the fuel battery cell 11, the temperature of the center portion in the length direction L of the fuel battery cell 11 can also be lowered. The temperature distribution in the length direction L of 11 can be made uniform.

なお、図7(a)の場合には、燃料電池セル11の長さ方向Lの中央部の温度が高くなる場合について記載したが、燃料電池セル11の上端部の温度が高くなる場合には、燃料電池セル11の上端部側に伝熱体25を配置することにより、燃料電池セル11の長さ方向Lにおける温度分布も均一化できる。   In the case of FIG. 7A, the case where the temperature of the center portion in the length direction L of the fuel battery cell 11 is increased is described. However, when the temperature of the upper end portion of the fuel battery cell 11 is increased. By arranging the heat transfer body 25 on the upper end side of the fuel battery cell 11, the temperature distribution in the length direction L of the fuel battery cell 11 can also be made uniform.

また、図7(b)は、柱状の伝熱体25を、第2改質器7内に、第2改質器7におけるセル配列方向xの中央部に複数配置したもので、このような燃料電池モジュールでは、ガス流れ変更効果は小さいが、伝熱体25から熱を吸収し易くなり、セルスタック集合体Gの中央部におけるセルスタック1の温度をさらに低下できる。   FIG. 7B shows a case where a plurality of columnar heat transfer bodies 25 are arranged in the center of the second reformer 7 in the cell arrangement direction x. In the fuel cell module, although the effect of changing the gas flow is small, it becomes easier to absorb heat from the heat transfer body 25, and the temperature of the cell stack 1 at the center of the cell stack assembly G can be further reduced.

図8は、図1に示した燃料電池モジュールにおいて、2つのセルスタック列を跨いで第2改質器7が設けられた燃料電池モジュールであり、このような燃料電池モジュールでも、セルスタック集合体Gの中央部におけるセルスタック1の温度を低下できる。   FIG. 8 shows a fuel cell module in which the second reformer 7 is provided across the two cell stack rows in the fuel cell module shown in FIG. The temperature of the cell stack 1 at the center of G can be lowered.

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。   Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

上記形態では、一つの第1改質器5と、一つの燃料ガスタンクを有する燃料電池モジュールについて記載したが、複数の第1改質器を有する場合であっても良く、また、複数の燃料ガスタンクを有する場合であっても良い。   In the above embodiment, the fuel cell module having one first reformer 5 and one fuel gas tank has been described. However, the fuel cell module may have a plurality of first reformers, and a plurality of fuel gas tanks. May be included.

1・・・セルスタック
3・・・燃料ガスタンク
5・・・第1改質器
5a・・・触媒室
5b・・・改質ガス室
7・・・第2改質器
11・・・燃料電池セル
11a・・・ガス流路
15・・・仕切部材
25・・・伝熱体
G・・・セルスタック集合体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cell stack 3 ... Fuel gas tank 5 ... 1st reformer 5a ... Catalyst chamber 5b ... Reformed gas chamber 7 ... 2nd reformer 11 ... Fuel cell Cell 11a ... Gas channel 15 ... Partition member 25 ... Heat transfer body G ... Cell stack assembly

Claims (5)

ガス流路を有する複数の燃料電池セルが一列に配列され、該複数の燃料電池セルがそれぞれ電気的に接続されてなる複数のセルスタックと、前記燃料電池セルのガス流路を燃料ガスが流れるように、前記複数のセルスタックの下端部がそれぞれ固定された燃料ガスタンクと、前記複数のセルスタックからなるセルスタック集合体の上方に位置するように配置された平板形状の第1改質器と、該第1改質器に上端部が固定され、前記セルスタック間を介して下端部が前記燃料ガスタンクに固定された複数の第2改質器と、前記第2改質器内に収容された水蒸気改質を行う改質触媒とを具備し、前記第2改質器が、前記セルスタック集合体の中央部および周辺部に配置されており、前記セルスタック集合体の中央部から周辺部にいくほど、隣接する前記第2改質器間の間隔が広くなることを特徴とする燃料電池モジュール。 A plurality of fuel cells having gas flow paths are arranged in a line, a plurality of cell stacks in which the plurality of fuel battery cells are electrically connected to each other, and a fuel gas flows through the gas flow paths of the fuel cells. As described above, a fuel gas tank in which lower ends of the plurality of cell stacks are respectively fixed, and a flat plate-shaped first reformer disposed so as to be positioned above a cell stack assembly including the plurality of cell stacks, A plurality of second reformers having an upper end fixed to the first reformer and a lower end fixed to the fuel gas tank through the cell stack, and housed in the second reformer. A reforming catalyst for performing steam reforming , wherein the second reformer is disposed in a central portion and a peripheral portion of the cell stack assembly, and from the central portion to the peripheral portion of the cell stack assembly. The more adjacent Fuel cell module, wherein a distance between the second reformer is widened. 記セルスタック集合体の中央部に配置された前記第2改質器内の改質触媒による吸熱量が、前記セルスタック集合体の周辺部に配置された前記第2改質器内の改質触媒による吸熱量よりも多いことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池モジュール。 Break before Symbol endotherm by the reforming catalyst in said second reformer which is disposed in a central portion of the cell stack assembly is, the cell stack assembly within the second reformer which is disposed on the periphery of the 2. The fuel cell module according to claim 1, wherein the fuel cell module has a larger amount of heat absorption by the porous catalyst. 前記第2改質器内には伝熱体が配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to claim 1 or claim 2 in the second reformer, characterized in that the heat conductor is arranged. 前記第1改質器は、内部が仕切部材により上下に仕切られ、上方が前記改質触媒が収容された触媒室とされ、下方が前記改質触媒で改質された改質ガスが導入される改質ガス室とされており、該改質ガス室と前記複数の第2改質器内とが連通していることを特徴とする請求項1乃至のうちいずれかに記載の燃料電池モジュール。 The first reformer is divided into upper and lower parts by a partition member, the upper part is a catalyst chamber containing the reforming catalyst, and the lower part is introduced with a reformed gas reformed by the reforming catalyst. that are the reformed gas chamber, a fuel cell according to any one of claims 1 to 3 and the reforming gas chamber and the plurality of the second reformer is characterized in that in communication module. 前記セルスタックを構成する前記燃料電池セルの配列方向が平行になるように、前記複数のセルスタックが配列してセルスタック列をなし、このセルスタック列が複数行平行に配置され、前記複数のセルスタックが行列をなすことにより前記セルスタック集合体が構成されていることを特徴とする請求項1乃至のうちいずれかに記載の燃料電池モジュール。 The plurality of cell stacks are arranged to form a cell stack column so that the arrangement directions of the fuel cells constituting the cell stack are parallel to each other, the cell stack columns are arranged in parallel to each other, and the plurality of cell stack columns are arranged in parallel. The fuel cell module according to any one of claims 1 to 4 , wherein the cell stack assembly is configured by forming a cell stack in a matrix.
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