JPH09289030A - 固体電解質燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】モジュールの損失、及び排熱温度の低下，補機
動力の増加によりシステム効率が低下すること。 【解決手段】発電室(24)と、発電室に設けられ、内側に
燃料極を外側に空気極を配置した固体電解質燃料電池を
複数直列に接続してなる円筒型スタック(27)と、スタッ
クへ燃料を供給する燃料供給室(26)と、固体電解質燃料
電池で反応した燃料側排ガスを外部へ排出する燃料排出
室(27)と、一端が燃料供給室に連通し、他端が前記スタ
ックの先端まで延出する燃料供給管(29)と、発電室に供
給する空気と排空気との熱交換を行う熱交換器(31)と、
スタックで発生した輻射熱により供給空気の加熱を行う
輻射変換体(28)とを具備する固体電解質燃料電池モジュ
ールにおいて、輻射変換体が多孔体の熱電材料を用いて
構成され、発電室と熱交換器との間に配置されているこ
とを特徴とする固体電解質燃料電池モジュール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質燃料電
池モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高温固体電解質燃料電池は作動温
度が８００℃から１０００℃と高く、固体電解質燃料電
池スタックを含む発電室を高温に維持する必要がある。
このため、空気の熱交換器を用いて排空気との間で再生
熱交換を行い、供給空気を予熱するとともに、輻射変換
体を用いて高温の燃料電池スタックから放射される熱を
用いて輻射変換体で空気を加熱している。

【０００３】図２は、従来の固体電解質燃料電池モジュ
ールを示す。図中の符番１は、モジュール全体を保温す
る断熱材を示す。この断熱材１で囲まれた領域は、下部
管板２，上部管板３により、下側から順に発電室４，燃
料排出室５，燃料供給室６に分離されている。ここで、
前記下部管板２は後述する高温固体電解質燃料電池スタ
ック７を支持すると同時に、燃料排ガスと発電室４内の
空気が混合燃焼するのを防止している。前記上部管板３
は、後述する燃料供給管を支持すると共に、燃料供給室
６と燃料排出室６の隔壁となっている。前記発電室４に
は、内側に図示していない燃料極、外側に空気極を配置
した固体電解質燃料電池を複数直列に接続してなる円筒
型の高温固体電解質燃料電池スタック７が配置されてい
る。前記発電室４の下方には輻射変換体８が配置されて
いる。

【０００４】前記固体電解質燃料電池スタック７内に
は、一端（上端）が前記燃料供給室６に連通された燃料
供給管９が配置されている。前記発電室４には空気排出
管10が設けられ、この空気排出管10の下部には空気熱交
換器11が連通されている。燃料ガスは前記燃料供給室６
に供給される。燃料は、燃料供給室６から燃料供給管９
を通って固体電解質燃料電池スタック７に供給され、発
電に使用された後、燃料排出室５に集められ排気され
る。空気は前記空気熱交換器11により排空気との間で再
生熱交換を行い予熱される。前記輻射変換体８は、固体
電解質燃料電池スタック７から放射される熱を受熱し予
熱された空気をさらに加熱する。発電室４内の発熱を利
用して輻射変換体８内で空気の加熱を行なうことで、発
電室４内部での空気の温度上昇幅を抑え、発電室４内の
上部と下部との温度差を小さくしている。前記輻射変換
体８から発電室４に供給され、発電室４内で発電を行
い、９００〜１０００℃に加熱された空気は空気排出管
10に集められ、空気熱交換器11に送られ、排気される。
前記発電室４内は９００〜１０００℃の高温に保つ必要
がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体電解質燃料電池モジュールによれば、以下に述べる
課題を有する。 (1) 固体電解質燃料電池スタック７から輻射変換体８へ
供給される熱量の一部は、モジュール下部へ放散し、モ
ジュールの損失となる。

【０００６】(2) 輻射変換体８の吸収熱量を増し、発電
室４内の上部と下部との温度差を小さくするために、空
気流量を増やす必要があり、排熱温度の低下、補機動力
の増加によりシステム効率が低下する。

【０００７】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、固体電解質燃料電池スタックから輻射変換体へ
供給される熱量の一部の放散を回避してモジュールの損
失を抑制するとともに、輻射変換体の吸収熱量に増加に
伴う排熱温度の低下，補機動力の増加によるシステム効
率の低下を抑制できる固体電解質燃料電池モジュールを
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、発電室と、こ
の発電室に設けられ、内側に燃料極を外側に空気極を配
置した固体電解質燃料電池を複数直列に接続してなる円
筒型のスタックと、このスタックへ燃料を供給する燃料
供給室と、前記固体電解質燃料電池で反応した燃料側排
ガスを外部へ排出する燃料排出室と、一端が前記燃料供
給室に連通し、他端が前記スタックの先端まで延出する
燃料供給管と、前記発電室に供給する空気と排空気との
熱交換を行う熱交換器と、前記スタックで発生した輻射
熱により供給空気の加熱を行う輻射変換体とを具備する
固体電解質燃料電池モジュールにおいて、前記輻射変換
体が多孔体の熱電材料を用いて構成され、上記発電室と
上記熱交換器との間に配置されていることを特徴とする
固体電解質燃料電池モジュールである。

【０００９】（作用） (1) 多孔体熱電材料を用いて構成された輻射変換体は、
吸収した輻射熱の一部を電力に変換し、残りのエネルギ
で空気を再生加熱する。このため、モジュールの出力を
増加させることができる。

【００１０】(2) 発電室からの輻射熱の吸収量の増大に
より発電室内の空気加熱量が減少し、空気流量を減じて
も、小さい温度差を維持できる。 (3) 通常の輻射変換体では、吸収された輻射熱の一部が
下部に放散するが、多孔体熱電材料を用いた輻射変換体
は、空気の顕熱に加えて電力に変換されるため、放散さ
れる熱量が少なく、モジュールの熱損失を減じることが
できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例を図１
を参照して説明する。図中の符番21は、モジュール全体
を保温する断熱材を示す。この断熱材21で囲まれた領域
は、下部管板22，上部管板23により、下側から順に発電
室24，燃料排出室25，燃料供給室26に分離されている。
ここで、前記下部管板22は後述する高温固体電解質燃料
電池スタック27を支持すると同時に、燃料排ガスと発電
室24内の空気が混合燃焼するのを防止している。前記上
部管板23は、後述する燃料供給管を支持すると共に、燃
料供給室26と燃料排出室25の隔壁となっている。前記発
電室24には、内側に図示していない燃料極、外側に空気
極を配置した固体電解質燃料電池を複数直列に接続して
なる円筒型の高温固体電解質燃料電池スタック27が配置
されている。前記発電室24の下方には、多孔質熱電材料
を用いた輻射変換体28が配置されている。

【００１２】前記固体電解質燃料電池スタック27内に
は、一端（上端）が前記燃料供給室26に連通された燃料
供給管29が配置されている。前記発電室24には空気排出
管30が設けられ、この空気排出管30の下部には空気熱交
換器31が連通されている。燃料ガスは前記燃料供給室26
に供給される。燃料は、燃料供給室26から燃料供給管29
を通って固体電解質燃料電池スタック27に供給され、発
電に使用された後、燃料排出室25に集められ排気され
る。空気は前記空気熱交換器31により排空気との間で再
生熱交換を行い予熱される。前記輻射変換体28は、高温
固体電解質燃料電池スタック27から放射される熱を受熱
し予熱された空気をさらに加熱する。発電室24内の発熱
を利用して輻射変換体28内で空気の加熱を行うことで、
発電室24内部での空気の温度上昇幅を抑え、発電室24内
の上部と下部との温度差を小さくしている。

【００１３】空気は前記輻射変換体28から発電室24に供
給され、発電室24内で発電を行い、９００〜１０００℃
に加熱された後、空気排出管30に集められ、空気熱交換
器31に送られ、排気される。発電室24内は９００〜１０
００℃の高温に保つ必要があり、モジュール全体は前記
断熱材21により保温される。

【００１４】上述したように、上記実施例に係る固体電
解質燃料電池モジュールは、発電室24と、この発電室24
に設けられ、内側に燃料極を外側に空気極を配置した固
体電解質燃料電池を複数直列に接続してなる円筒型の固
体電解質燃料電池スタック27と、このスタック27へ燃料
を供給する燃料供給室26と、前記固体電解質燃料電池で
反応した燃料側排ガスを外部へ排出する燃料排出室25
と、一端が前記燃料供給室26に連通し、他端が前記スタ
ック27の先端まで延出する燃料供給管29と、前記発電室
24に供給する空気と排空気との熱交換を行う空気熱交換
器31と、前記発電室24と前記空気熱交換器31との間に配
置され、前記スタック27で発生した輻射熱により供給空
気の加熱を行う、多孔体の熱電材料を用いた輻射変換体
28とを具備した構成となっている。従って、以下に述べ
る効果を有する。

【００１５】(1) 多孔体熱電材料を用いた輻射変換体28
は発電室24からの輻射熱を吸収して空気を再生加熱する
と同時に電力を発生し、モジュールの電気出力を増大す
る。 (2) 多孔体熱電材料を用いた輻射変換体28は、発電室24
からの輻射熱を吸収して発電を行うため、吸収熱量は通
常の輻射変換体に比べて多く、発電室24内の空気の温度
上昇を低減すると同時に、モジュール下部への放熱を低
減することができる。

【００１６】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
固体電解質燃料電池スタックから輻射変換体へ供給され
る熱量の一部の放散を回避してモジュールの損失を抑制
するとともに、輻射変換体の吸収熱量に増加に伴う排熱
温度の低下，補機動力の増加によるシステム効率の低下
を抑制できる固体電解質燃料電池モジュールを提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る固体電解質燃料電池
モジュールの断面図。

【図２】従来の固体電解質燃料電池モジュールの断面
図。

【符号の説明】

21…断熱材、 22…下部管板、 23…上部管板、 24…発電室、 25…燃料排出室、 26…燃料供給室、 27…固体電解質燃料電池スタック、 28…多孔質熱電材料を用いて輻射変換体、 29…燃料供給管、 30…空気排出管、 31…空気熱交換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電室と、この発電室に設けられ、内側
   に燃料極を外側に空気極を配置した固体電解質燃料電池
   を複数直列に接続してなる円筒型のスタックと、このス
   タックへ燃料を供給する燃料供給室と、前記固体電解質
   燃料電池で反応した燃料側排ガスを外部へ排出する燃料
   排出室と、一端が前記燃料供給室に連通し、他端が前記
   スタックの先端まで延出する燃料供給管と、前記発電室
   に供給する空気と排空気との熱交換を行う熱交換器と、
   前記スタックで発生した輻射熱により供給空気の加熱を
   行う輻射変換体とを具備する固体電解質燃料電池モジュ
   ールにおいて、前記輻射変換体が多孔体の熱電材料を用
   いて構成され、上記発電室と上記熱交換器との間に配置
   されていることを特徴とする固体電解質燃料電池モジュ
   ール。