專利名稱：燃料電池模塊及燃料電池裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種將多個燃料電池單元收容于收容容器內而形成的燃料電池模塊 以及具有該燃料電池模塊的燃料電池裝置。
背景技術：
近年來，作為下一代能源，提出有各種燃料電池模塊，通過并列設置多個能夠使用 含氫氣體和空氣(含氧氣體)獲得電力的燃料電池單元，并將各個燃料電池單元串聯電連 接而形成的電池組收容于收容容器內，從而形成所述燃料電池模塊。作為像這樣的燃料電池模塊，例如提出并列設置多個燃料電池單元，將所述多個 燃料電池單元串聯電連接的電池組收容于內置發電室的長方體狀的收容容器內而形成的 燃料電池模塊(例如，參照日本特開2007-59377號公報)。在此，在如上述的燃料電池模塊中，在收容容器內收容電池組，且在電池組的上方 配置具備汽化部和重整部的重整器，其中汽化部用于生成在水蒸氣重整中使用的水蒸氣， 重整部用于利用在汽化部中生成的水蒸氣重整原燃料。在此，利用燃料電池單元的發電所產生的熱量或在燃料電池單元的上端部側使未 在燃料電池單元中使用的燃料氣體燃燒所產生的熱量，能夠使重整器的溫度上升，能夠有 效地進行水蒸氣重整。并且，提出有作為原燃料使用煤油或甲醇等液體燃料的燃料電池系統(例如，參 照日本特開2006-351292號公報)。但是，在作為原燃料使用煤油或甲醇等液體燃料時，必須在重整反應前使液體燃 料汽化。然而，存在如下問題在如上述的燃料電池模塊中，特別是在燃料電池模塊啟動時， 收容容器內的溫度較低，在啟動時難以使液體燃料汽化。
發明內容
因此，本發明提供一種燃料電池模塊，其在作為原燃料使用液體燃料時，能夠有效 地啟動，且提高了發電效率。本發明的燃料電池模塊具有收容容器；電池組，其收容于該收容容器內，由多個 在內部具有氣體流路的柱狀的固體氧化物形燃料電池單元以豎立設置的狀態排列配置并 電連接而構成；歧管(manifold)，其收容于所述收容容器內，用于固定所述固體氧化物形 燃料電池單元的下端并對所述固體氧化物形燃料電池單元供給燃料氣體；重整器，其收容 于所述收容容器內，且配置于所述固體氧化物形燃料電池單元的上方，用于生成向所述固 體氧化物形燃料電池單元供給的燃料氣體；汽化器，其配置于所述收容容器的外表面，用于 使原燃料汽化而供給于所述重整器；熱源，其用于使所述汽化器的溫度上升。本發明的燃料電池裝置為將上述所述的燃料電池模塊收容于外裝殼體內而形成 的。根據下述的詳細說明及附圖會進一步明確本發明的目的、特征及優點。
圖1是表示本發明的燃料電池模塊的外觀立體圖。圖2是圖1所示的燃料電池模塊的剖視圖。圖3是表示本發明的燃料電池裝置的一例的示意圖。圖4是表示本發明的燃料電池裝置的結構的一例的結構圖。圖5是表示本發明的燃料電池裝置的另一例的示意圖。
具體實施例方式以下參照附圖詳細說明本發明優選的實施方式。圖1是表示本發明的燃料電池模塊1(以下，存在稱“模塊”的情況)的一例的外 觀立體圖，圖2是圖1所示的模塊1的剖視圖。另外，在以下的圖中對同一部件標記同一標號。模塊1構成為，具有在內部流通氣體的氣體流路的柱狀的固體氧化物形燃料電池 單元3(以下，存在稱“燃料電池單元”的情況)以豎立設置的狀態排列，相鄰的燃料電池單 元3之間通過集電部件(未圖示)串聯電連接，且將燃料電池單元3的下端通過玻璃密封 件等絕緣性接合件(未圖示)固定于歧管4而形成電池組5，該電池組5收容于在長方體狀 的收容容器2的內部。另外，在圖1中，作為燃料電池單元3的電極例示了下述固體氧化物 形燃料電池單元3，該固體氧化物形燃料電池單元3為燃料氣體在設置于內部的氣體流路 中沿長度方向流動的中空平板型，且在支承體的表面依次設置有燃料側電極、固體電解質 及氧側電極。另外，作為固體氧化物形燃料電池單元3，除上述以外，還可以使用例如圓筒 狀、平板狀的燃料電池單元，或采用在支承體的表面依次設置有氧側電極、固體電解質及燃 料側電極的固體氧化物形燃料電池單元3。此外，為了得到在燃料電池單元3中使用的含氫氣體，在電池組5的上方配置有用 于將煤油、甲醇等液體燃料或煤氣等氣體燃料重整而生成燃料氣體(含氫氣體)的重整器 6。并且，在重整器6中生成的燃料氣體通過氣體流通管7供給到歧管4，通過歧管4供給到 設置于燃料電池單元3內部的氣體流路中。并且，通過所述結構構成燃料電池單元組裝置 8。另外，在圖1中，表示拆下收容容器2的一部分(前后面)，將收容于內部的燃料電 池單元組裝置8從后方取出的狀態。在此，在圖1所示的模塊1中，能夠將燃料電池單元組 裝置8滑動地收容到收容容器2內。在此，在作為用于燃料電池單元3的發電的燃料氣體的原燃料使用煤氣或LPG等 氣體燃料時，由于原燃料是氣體，因此無需使原燃料汽化，在重整器中進行水蒸氣重整或自 熱(auto thermal)重整時，可以將用于使水汽化的汽化部設置在收容容器2內(與重整器 6一體化設置)。在這種情況下，在如模塊1(燃料電池裝置)啟動時或再啟動時的、模塊1內(重 整器6內)的溫度較低時，在重整器6中進行部分氧化重整，在重整器6的溫度上升后，通 過隨時將重整器6內的重整反應切換為自熱重整或水蒸氣重整，從而能夠有效地進行重整 反應。
然而，在作為用于燃料電池單元3的發電的燃料氣體的原燃料使用煤油或甲醇等 液體燃料時，需要在模塊1啟動時使液體燃料汽化，此時在將汽化部設置在收容容器2內 (與重整器6—體化)的情況下，在如燃料電池裝置啟動時或再啟動時的收容容器2內(重 整器6內)的溫度較低時，難以使液體燃料汽化。因此，本發明的特征在于，在本發明的燃料電池模塊1中，在收容容器2的外表面 配置汽化器，且具有用于使汽化器的溫度上升的熱源。由此，在作為原燃料使用液體燃料 時，能夠有效地進行模塊1的啟動。在此，在圖1中示例有，在收容容器2的上表面配置汽化器9，且在汽化器9的表面 設置有作為用于使汽化器9的溫度上升的熱源的加熱器10。另外，加熱器10也可以設置在 汽化器9的內部。由此，在模塊1啟動時，能夠通過使加熱器10工作從而使汽化器9的溫度上升，由 此能夠在作為原燃料使用液體燃料時容易地使液體燃料汽化。并且，通過將汽化后的液體 燃料(原燃料氣體)供給到重整器6，從而能夠在重整器6中進行重整反應，能夠效率良好 的啟動模塊1。另外，在這種情況下同樣優選在模塊1內部溫度較低時在重整器6中進行 部分氧化重整，而在重整器6的溫度上升后隨時切換為自熱重整或水蒸氣重整。另外，作為用于使汽化器9的溫度上升的熱源示例了加熱器，但只要能夠使汽化 器9的溫度迅速上升即可，也可以使用其他的機構。作為像這樣的熱源例如可以舉出燃燒
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-V^r ^t ο但是，在作為原燃料使用液體燃料時，也可以考慮將汽化器9與模塊1分別獨立配 置。然而，在這樣的情況下，需要將汽化器9的溫度始終保持在能夠使液體燃料汽化的溫 度，從而產生用于使汽化器9的溫度上升的熱源需要始終工作的情況，因此發電效率可能 下降。在此，在本發明的燃料電池模塊1中，由于汽化器9配置在收容容器2的外表面， 因此在模塊1中，在發電開始后，伴隨燃料電池單元3的發電的輻射熱引起模塊1的溫度 上升，所以能夠使汽化器9的溫度一起上升(或將汽化器9的溫度維持在規定的溫度范圍 內)，能夠縮短熱源(加熱器10等)的使用時間。 在此，在汽化器9上連接有用于將原燃料供給到汽化器9的原燃料供給管11，并且 連接有用于將在汽化器9中汽化的原燃料氣體供給到重整器6中的原燃料氣體供給管12。另外，在重整器6中進行水蒸氣重整(也包括自熱重整)時，也能夠對汽化器9供 給水而使水汽化。此外，由于具有用于使汽化器9的溫度上升的熱源10，因此在重整器中進 行水蒸氣重整或自熱重整時，能夠有效地在汽化器9中使水汽化，能夠縮短達到能夠進行 水蒸氣重整或自熱重整的時間。另外，也可以將原燃料供給管11設置為雙重管或設置其他 用途配管等而將原燃料和水供給到汽化器9中。進而，為了有效地在汽化器9中使原燃料或水汽化，可以使汽化器9的內部為蛇形 流路。在圖1中示例有，在使汽化器9的內部為蛇形流路時，為了有效地在汽化器9內使原 燃料汽化而將原燃料供給管11和原燃料氣體供給管12從兩個方向與汽化器9連接。另外， 也可以將原燃料供給管11和原燃料氣體供給管12從相同方向連接。另外，在圖1中示出有將連接汽化器9與重整器6的燃料氣體供給管12的一部 分拆下，從收容容器2拉出燃料電池單元組裝置8后的狀態。
此外，在重整器6中進行水蒸氣重整時，在汽化器9中會使水(原燃料為液體燃料 時也包括原燃料)汽化，在汽化器9配置于收容容器2的內部時，汽化器9附近的燃料電池 單元3的溫度降低，抑制重整器6的溫度上升，因此燃料電池單元3的發電效率可能惡化。另一方面，在本發明的模塊1中，由于汽化器9配置于收容容器2的外表面，因此 能夠抑制燃料電池單元3的溫度下降，能夠使重整器6的溫度有效上升。由此，能夠提高燃 料電池單元3 (電池組5)的發電效率。此外，還可以在汽化器9的內部配置重整催化劑。由此，通過在汽化器9的內部進 行部分氧化重整或自熱重整，從而能夠有效地使汽化器9的溫度上升且能夠抑制自原燃料 (液體燃料)析出碳。另外，作為配置于汽化器9內部的重整催化劑，可以使用耐熱性高的重整催化劑， 例如可以使用在α _氧化鋁或堇青石等多孔性載體擔載Rh、Pd、Pt等貴金屬的重整催化劑 等。此外還可以使用使多孔性載體擔載Ru的重整催化劑、同樣擔載Ni的重整催化劑等。并 且，作為配置于重整器6內部的重整催化劑優選使用在重整效率和耐久性方面良好的重整 催化劑，例如，可以使用在Y-氧化鋁、α-氧化鋁或堇青石等多孔性載體擔載Ru、Pt等貴 金屬或Ni、Fe等賤金屬的重整催化劑等。圖2是圖1所示的模塊1的剖視圖。構成模塊1的收容容器2為具有內壁12和 外壁13的雙層結構，由外壁13形成收容容器2的外框，且由內壁12形成收容電池組5(燃 料電池組裝置8)的發電室14。進而，在模塊1中，將內壁12與外壁13之間作為導入到燃料電池單元3的反應氣 體的流路，例如導入到燃料電池單元3的含氧氣體在內壁12與外壁13之間流動。在此，在內壁12上具有反應氣體導入部件15，該反應氣體導入部件15從內壁12 的上表面延伸到電池組5的側面側，與電池組5的排列方向的寬度對應，與由內壁12和外 壁13形成的流路連通，用于將反應氣體導入到電池組5。此外，在反應氣體導入部件15的 下端側(燃料電池單元3的下端側)設置有用于將反應氣體導入到電池燃料單元3的吹出 Π 16。另外，在圖2中，反應氣體導入部件15通過彼此留有規定間隔而并列設置的一對 板部件來形成反應氣體導入流路，且在下端側與底部件接合。此外，在圖2中，反應氣體導 入部件15配置為位于并列設置在收容容器2的內部的兩個電池組5 (燃料電池單元組裝置 8)之間。另外，根據收容的電池組5的數量，反應氣體導入部件15可以配置為例如從電池 組5的兩側面夾入。并且，在燃料電池單元3的上端部側，能夠使從歧管4供給且在燃料電池單元3中 未被利用的未反應的燃料氣體與從反應氣體導入部件15供給的含氧氣體燃燒。由此，能夠 使模塊1(收容容器2)的內部溫度成為高溫，能夠有效進行燃料電池單元3的發電。另外， 在收容容器2內具有用于使未反應的燃料氣體與含氧氣體燃燒的點火裝置(未圖示)。另外，在像這樣的模塊1中，從燃料電池單元3的上端部到重整器5的空間成為未 反應的燃料氣體的燃燒區域(在圖2中表示為單點劃線)，模塊1(收容容器2)的上表面側 的溫度變得尤其高溫。因此，通過在與燃燒區域對置的收容容器2的外表面，即在圖1及圖2中收容容器 2的外表面中的上表面的外表面配置汽化器9，從而在燃燒電池單元3發電時能夠有效地使汽化器9的溫度上升(或者，將汽化器9的溫度維持在規定的溫度范圍)。由此，能夠縮短 用于使汽化器9的溫度上升的熱源(在圖1中為加熱器10)的使用時間，能夠提高發電效率。以下，對于構成模塊1(收容容器2)的其他部件進行說明。首先，溫度傳感器17 以溫度傳感器17的測溫部18位于反應氣體導入部件15的內部的方式從收容容器2的上 表面側插入。另外。作為溫度傳感器17可以使用例如熱電偶。燃料電池單元3的運轉溫度非常高，若燃料電池單元3 (電池組5)的溫度過度上 升，則發電量下降，進而可能由于劣化或熱應力而在燃料電池單元3(電池組5)中產生破損 等，因此，特別需要有效地測定電池組5附近的溫度且進行該溫度管理。因此，溫度傳感器 17優選配置為測溫部18能夠測定電池組5的溫度最高的中央部側(燃料電池單元3的排 列方向的中央部，且為位于比燃料電池單元3的長度方向的中央部靠上端部的部位)。此外，在發電室14內適當設置有用于將收容容器2內的溫度維持為高溫的絕熱件 19，以避免下述問題產生，即，收容容器2內的熱極端擴散，燃料電池單元3 (電池組5)的溫 度下降而發電量降低。為了將燃料電池單元3(電池組5)的溫度維持為高溫，絕熱件19優選沿著燃料電 池單元3的排列方向而并列設置于電池組5的側面側，并且，優選并列設置具有與電池組5 的側面的外形同等或其以上大小的絕熱件19。另外，優選并列設置在電池組5的兩側面側。 由此，能夠有效地抑制電池組5的溫度下降。另外，優選在配置于反應氣體導入部件15側的絕熱件19的下端側具有用于將反 應氣體向燃料電池單元3供給的切口部。此外，由相對于由內壁12形成的底面(內部底面)及沿著燃料電池單元3的排列 方向形成的側面(內部側面)留有規定間隔地并列設置的排氣用內壁20形成排氣流路，進 而，設置于收容容器2的底的排氣孔20與排氣流路連通。由此，形成下述結構伴隨模塊1的工作(啟動處理時、發電時、停止處理時)而產 生的排氣在流過排氣流路后從排氣孔20排出。另外，排氣孔20也可以以使收容容器2的底的一部分切開的方式形成，或通過設 置管狀的部件而形成。并且，通過將如上述的模塊1收容到外裝殼體內，從而能夠構成本發明的燃料電 池裝置。圖3是示意性地表示本發明的燃料電池裝置21的側視圖，表示為將一部分構成外 裝殼體22的側面部拆下，以能夠觀察到外裝殼體22的內部。此外，圖4是表示具有本發明 的燃料電池裝置21的燃料電池系統的結構的一例的結構圖。在圖3中，在燃料電池裝置21中，在外裝殼體22內具有分隔部件23，在分隔部件 23的上部形成有燃料電池模塊收容室24 (以下，簡稱“模塊收容室”)，模塊1配置于燃料電 池模塊收容室24。此外，在分隔部件23的下部形成有用于收容為了使模塊1動作的必要的 輔機類(在圖3中示出有控制裝置26、用于對模塊1供給空氣的鼓風機27、利用模塊1的 排氣和水進行熱交換的熱交換器28)的輔機收容室25。另外，分隔部件23只要將模塊收容 室24與輔機收容室25劃分開即可，也可以將模塊收容室24和輔機收容室25以具有間隙 的方式劃分。
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此外，也可以形成為例如下述的燃料電池裝置1 將外裝殼體22通過分隔部件23 左右劃分，一方為收容模塊1的燃料電池模塊收容室24，另一方為收容輔機類的輔機收容 室25。另外，通過采用使用如圖3所示的分隔部件23將外裝殼體22上下劃分的形狀，能 夠將燃料電池裝置21形成為小型的形狀。進而，在如圖3所示的燃料電池裝置21中配置有控制裝置26，通過在汽化器9的 內部配置溫度傳感器29，能夠直接地測定汽化器9的溫度，控制裝置26根據溫度傳感器29 的溫度來適當控制熱源10的工作。在如圖4所示的燃料電池系統中，上述的圖3所示的燃料電池裝置相當于發電單 元，與貯存熱交換后的熱水的貯熱水單元、用于使水在所述的單元之間循環的循環配管一 起構成燃料電池系統。另外，也可以使貯熱水單元和循環配管包含于本發明的燃料電池裝置中。圖4所示的燃料電池裝置(系統)具有燃料電池單元3、供給天然氣或煤油等原 燃料的原燃料供給機構30、用于將含氧氣體供給到汽化器9或重整器6的含氧氣體供給機 構31。另外，在汽化器9中設置有上述的加熱器(熱源)10、溫度傳感器29。此外，本發明 的模塊1構成為將燃料電池單元3和重整器6收容于收容容器2內。此外，在圖4所示的燃料電池裝置(發電單元)中，設置有熱交換器28、處理由 熱交換生成的冷凝水的冷凝水處理裝置44、用于將在熱交換器28中生成的冷凝水供給到 冷凝水處理裝置44的冷凝水供給管45，通過冷凝水處理裝置44處理后的冷凝水在貯存在 水箱37后通過水泵38供給到汽化器9中。另外，作為用于處理冷凝水的冷凝水處理機構 (例如，離子交換樹脂等。未圖示。)，除了冷凝水處理裝置44外，還可以設置冷凝水供給管 45等。另一方面，在供給到冷凝水處理裝置44的冷凝水的量少或經過冷凝水處理裝置 處理后的冷凝水的純度低時，也可以將從外部供給的水(自來水等)處理成純水而供給到 汽化器9，在圖4中，作為將從外部供給的水處理成純水的機構具有各水處理裝置。在此，作為用于將從外部供給的水供給到汽化器9中的各水處理裝置，在用于凈 化水的活性炭過濾裝置34、逆浸透膜裝置35及用于將凈化后的水處理為純水的離子交換 樹脂裝置36的各裝置中，至少具有離子交換樹脂裝置36 (優選全部的裝置)。并且，在離子 交換樹脂裝置36中生成的純水貯存在水箱37中。另外，在圖4所示的燃料電池裝置(發 電單元)中，作為水處理裝置，具有全部上述各裝置，且設置有用于調整從外部供給的水量 的供水閥33。此外，冷凝水處理裝置44與水箱37通過箱連結管45連結。另外，在僅將冷 凝水供給到汽化器9時，也可以通過水泵38連接冷凝水處理裝置33和汽化器9。此外，將用于將水供給到汽化器9的各水處理裝置及冷凝水處理裝置一起作為水 供給裝置X表示，在圖4中通過單點劃線包圍表示(另外，連接汽化器9和水泵37的供水 管32、箱連結管45、冷凝水供給管46也包含在水供給裝置X中)。進而在圖4所示的燃料電池裝置中，除了用于將含氧氣體供給到燃料電池單元3 的鼓風機27、用于將在燃料電池單元3中發電產生的直流電轉換為交流電并供給到外部負 載的電力調節器39、設置于熱交換器28的出口且用于測定流過熱交換器28出口的水(循 環水流)的水溫的出口水溫傳感器40之外，還設置有控制裝置26，與循環泵41 一起構成發電單元。另外，關于控制裝置16在后面詳述。并且，通過將所述構成發電單元的各裝置收 容于外裝殼體22內，能夠形成容易設置和搬運等的燃料電池裝置(未圖示)。另外，貯熱水 單元構成為具有用于貯存熱交換后的熱水的貯熱水箱43。進而，在模塊內(在圖4中作為燃料電池單元1示出)設置有用于使在燃料電池 單元3中未被利用的未反應的燃料氣體和含氧氣體燃燒的點火裝置47。另外，作為點火裝 置47可以使用通常的公知的裝置，例如可以使用加熱器、燃燒器等。另外，圖中的箭頭表示被重整氣體、含氧氣體、水的流動方向，此外，虛線表示傳送 到控制裝置26的主要的信號路徑或從控制裝置26傳送的主要的信號路徑。以下，利用圖4說明本發明的燃料電池裝置的啟動。在燃料電池裝置啟動時，控制 裝置進行如下控制，即，在由溫度傳感器29測出的汽化器9的溫度為第一溫度以下時，控制 裝置26使熱源10工作。作為第一溫度優選設定為通過汽化器9能夠充分地使水或液體燃 料汽化的溫度，例如可以設定為200°C。當汽化器9的溫度達到規定的溫度(例如200 400°C )時，控制裝置26進行使 水供給機構X(水泵38等)及原燃料供給機構30工作的控制。這時，在汽化器9中進行部 分氧化重整或自熱重整時，同時進行使含氧氣體供給機構31工作的控制。接下來，控制裝置26進行使鼓風機27工作的控制且進行使收容容器2內的點火 裝置47點火的控制。由此，在汽化器9中汽化的原燃料氣體通過重整器6而供給到燃料電 池單元3，通過從燃料電池單元3的上端側排出的燃料氣體和由鼓風機供給的含氧氣體燃 燒，能夠使重整器6和燃料電池單元3的溫度上升。通過控制裝置26進行如上述的控制，即使在收容容器2內的溫度低時，也能夠有 效地使汽化器9的溫度上升，在作為原燃料使用液體燃料時，能夠容易地使液體燃料汽化。 由此，通過將汽化后的原燃料氣體供給到重整器6，從而能夠在不會抑制重整器6的溫度上 升情況下使溫度迅速上升。由此，能夠有效地啟動燃料電池裝置，并且，能夠提高燃料電池 單元3 (電池組5)的發電效率。在此，在燃料電池單元3開始發電后，汽化器9的溫度因伴隨燃料電池單元3的發 電的輻射熱而上升，而在汽化器9內配置有如上述的重整催化劑時，若汽化器9的溫度過度 上升，則重整催化劑的劣化可能提前。因此，在由溫度傳感器29測出的汽化器9的溫度高于設定為比第一溫度高的第 二溫度時，優選控制裝置26進行使加熱器(熱源)10停止的控制。另外，作為第二溫度， 可以設定為不會對設置于汽化器9內的重整催化劑的劣化造成影響的溫度，例如可以設為 600°C。另外，所述溫度可以根據汽化器9的大小、供給到汽化器9的原燃料的種類、配置于 汽化器9內部的重整催化劑的種類等適當地設定。由此，由于能夠縮短使用加熱器(熱源)10的時間，因此能夠形成發電效率提高了 的燃料電池裝置，且在汽化器9內配置有重整催化劑時能夠抑制重整催化劑的劣化。圖5表示本發明的燃料電池裝置的另一例，是示意性地表示將一部分構成外裝殼 體22的側面部拆下，以能夠觀察到外裝殼體22的內部地示出的燃料電池裝置48的側視 圖。在圖3及圖4所示的燃料電池裝置21中，控制裝置26使用測定汽化器9的溫度 的溫度傳感器29來控制燃料電池裝置21的動作，但在圖5所示的燃料電池裝置48中，示出有控制裝置26根據配置于收容容器2內的溫度傳感器49所測出的溫度來控制燃料電池 裝置48的工作的示例。在此，通過將溫度傳感器49配置于收容容器2內，從而能夠測定收 容容器2內的溫度，由此能夠間接地測定汽化器9的溫度。并且，在收容容器2內的溫度變 為高溫時，無需使用使汽化器9的溫度上升的加熱器(熱源)10而能夠使汽化器9的溫度 上升。在此，在將溫度傳感器49配置于收容容器2內時，優選配置于能夠間接測定汽化 器9的溫度的部位，例如，可以根據模塊1的結構適當地配置在發電室14或重整器6的入 口或出口等。另外，間接地測定汽化器9的溫度是指，例如通過事先調查配置汽化器9與溫 度傳感器49的部位的溫度的相關關系，從而根據溫度傳感器49的溫度測出汽化器9的溫度。在此，在溫度傳感器49配置于重整器6的入口時，例如可以將第一溫度設定為 150°C，可以將設定為比第一溫度高的第二溫度設定為400°C，以使在重整器6中的重整反 應能夠適當地進行。并且，在燃料電池裝置48啟動時，控制裝置26在由溫度傳感器49測出的重整器 6的入口溫度為150°C以下時控制為使加熱器(熱源)10工作，當重整器6的入口溫度達到 規定的溫度(例如150 400°C )時，控制裝置26進行使水供給機構X (水泵38等)及原 燃料供給機構30工作的控制，接下來進行使鼓風機27工作的控制且進行使點火裝置47點 火的控制。由此，能夠有效地啟動燃料電池裝置48。另一方面，在重整器6的入口溫度高于400°C時，優選控制裝置26進行使加熱器 (熱源)10停止工作的控制。由此，能夠抑制(防止)在汽化器9中汽化了的液體燃料或水 等液化。此外，在溫度傳感器49配置于重整器6的出口時，考慮燃料電池單元3中的發電 效率或燃料電池單元3的劣化，可以將第一溫度設定為550°C，將第二溫度設定為700°C，通 過根據所述的設定溫度進行上述的控制，從而能夠有效地啟動燃料電池裝置。由此，即使在溫度傳感器49配置于收容容器2內時，也能夠間接地測定汽化器9 的溫度，根據該測定的溫度有效地控制加熱器(熱源)10，從而能夠有效地啟動燃料電池裝 置。另外，各設定溫度可以根據燃料電池單元3的形狀、電池組5、重整器6和汽化器9 的大小等適當地變更。此外，在上述的說明中以作為原燃料使用煤油等液體燃料的情況為中心進行了說 明，但即使在作為原燃料使用煤氣或LPG等氣體燃料時，通過將汽化器9配置于收容容器2 的外表面，也能夠抑制水的汽化所引起的燃料電池單元3的溫度下降，且能夠有效地使重 整器6的溫度上升。以上，詳細說明了本發明，但本發明不局限于上述實施方式，在不脫離本發明主旨 的范圍內可以進行各種變更、改良等。進而，根據燃料電池單元3的形狀和配置，可以將汽化器9配置在收容容器2的側 面等外表面。另外，在汽化器9配置于收容容器2的側面時，優選配置在收容容器2的側面 中的、與燃燒區域對置的部位。由此，能夠有效地使汽化器9的溫度上升(或維持在規定的 溫度范圍)。
此外，在汽化器9內配置重整催化劑且作為原燃料使用液體燃料的煤油的燃料電 池裝置中，在汽化器9內使水和煤油混合時，控制裝置26優選控制首先對汽化器9供給水 的水供給機構X(水泵38等)的動作，在水在汽化器9內汽化后，控制原燃料供給機構30 的動作以將煤油供給到汽化器9。由此，能夠抑制煤油分解而碳析出，能夠抑制燃料電池單 元3劣化。以上，根據本實施方式，在像這樣的燃料電池單元1中，通過在收容容器2的外表 面配置汽化器9，進而具有用于使汽化器9的溫度上升的熱源10，從而在燃料電池模塊1啟 動時，能夠與收容容器2的內部的溫度無關地使汽化器9的溫度上升。由此，在燃料電池模 塊1啟動時，能夠有效地使作為原燃料的液體燃料汽化。并且，在燃料電池模塊1啟動時， 即使在收容容器2內的溫度低時，也能夠容易地使液體燃料汽化，通過將汽化后的液體燃 料供給到重整器6，從而能夠使重整器6的溫度迅速地上升，能夠有效地啟動燃料電池模塊 1。此外，通過將汽化器9配置在收容容器2的外表面，從而在固體氧化物形燃料電池 3開始發電后，能夠通過固體氧化物形燃料電池單元3的發電所伴隨的熱輻射而使汽化器9 的溫度上升，能夠縮短熱源10的使用時間。由此，能夠提高發電效率。此外，在像這樣的燃料電池模塊1中，由于在汽化器9內具有重整催化劑，因此能 夠在汽化器9內進行部分氧化重整或自熱重整，由此能夠有效地提高汽化器9的溫度，且能 夠抑制碳析出。進而，在像這樣的燃料電池模塊1中，通過將汽化器9配置在與位于固體氧化物形 燃料電池單元3的上端部側的燃燒區域對置的、收容容器2的外表面，從而為了使汽化器9 的溫度上升，能夠有效地利用使未反應的燃料氣體燃燒所產生的燃燒熱，能夠迅速地使汽 化器9的溫度上升。由此，能夠有效地啟動燃料電池模塊1，且能夠縮短熱源10的使用時 間。進而，在像這樣的燃料電池裝置中，通過將上述的燃料電池模塊1收容于外裝殼 體22內而形成，由此形成在作為原燃料使用液體燃料時，能夠有效地進行啟動的燃料電池
直ο進而，在像這樣的燃料電池裝置中，通過根據汽化器9的溫度進行熱源10的工作 和停止的控制，從而能夠形成能夠有效地使熱源工作且發電效率提高了的燃料電池裝置。進而，在像這樣的燃料電池裝置中，通過根據收容容器2內的溫度進行熱源10的 工作和停止的控制，從而能夠形成能夠有效地使熱源工作且發電效率提高了的燃料電池裝置。本發明的燃料電池模塊由于具有收容容器；電池組，其收容于該收容容器內，由 多個在內部具有氣體流路的柱狀的固體氧化物形燃料電池單元以豎立設置狀態排列并電 連接而構成；歧管，其收容于所述收容容器內，用于固定所述固體氧化物形燃料電池單元的 下端并對所述固體氧化物形燃料電池單元供給燃料氣體；重整器，其收容于所述收容容器 內，且配置于所述固體氧化物形燃料電池單元的上方，用于生成對所述固體氧化物形燃料 電池單元供給的燃料氣體；汽化器，其配置于所述收容容器的外表面，且用于使原燃料汽化 并供給到所述重整器；熱源，其使所述汽化器的溫度上升，由此，能夠有效地啟動燃料電池 單元，能夠提高固體氧化物形燃料電池單元(電池組)的發電效率。并且，通過將本發明的燃料電池模塊收容于外裝殼體內，能夠形成能夠有效地進行啟動的燃料電池裝置。
本發明可以實施不脫離其精神或主要的特征的其他各種方式。因此，所述的實施 方式中的任一點僅為示例，本發明的范圍為權利要求書所示的范圍，不受說明書正文的任 何限制。進而，屬于權利要求書的范圍的變形或變更也全部在本發明范圍內。
權利要求
一種燃料電池模塊，其特征在于，具有收容容器；電池組，其收容于該收容容器內，由多個在內部具有氣體流路的柱狀的固體氧化物形燃料電池單元以豎立設置的狀態排列配置并電連接而構成；歧管，其收容于所述收容容器內，用于固定所述固體氧化物形燃料電池單元的下端并對所述固體氧化物形燃料電池單元供給燃料氣體；重整器，其收容于所述收容容器內，且配置于所述固體氧化物形燃料電池單元的上方，用于生成向所述固體氧化物形燃料電池單元供給的燃料氣體；汽化器，其配置于所述收容容器的外表面，用于使原燃料汽化而供給于所述重整器；熱源，其用于使所述汽化器的溫度上升。
2.根據權利要求1所述燃料電池模塊，其特征在于，在所述汽化器內具有重整催化劑。
3.根據權利要求1或2所述燃料電池模塊，其特征在于，具有使在所述固體氧化物形燃料電池單元中未反應的燃料氣體在所述固體氧化物形 燃料電池單元的上端部燃燒的燃燒區域，并且，所述汽化器設置在與該燃燒區域對置的、所 述收容容器的外表面。
4.一種燃料電池裝置，其特征在于，在外裝殼體內收容權利要求1 3中任一項所述的燃料電池單元。
5.根據權利要求4所述的燃料電池裝置，其特征在于，在所述汽化器內配置溫度傳感器，且在所述外裝殼體內具有控制裝置，當由所述溫度 傳感器測出的溫度為第一溫度以下時，所述控制裝置控制為使所述熱源工作，并且，當由所 述溫度傳感器測出的溫度高于設定為比第一溫度高的第二溫度時，所述控制裝置控制為使 所述熱源停止。
6.根據權利要求4所述的燃料電池裝置，其特征在于，在所述收容容器內配置溫度傳感器，且在所述外裝殼體內具有控制裝置，當由所述溫 度傳感器測出的溫度為第一溫度以下時，所述控制裝置控制為使所述熱源工作，并且，當由 所述溫度傳感器測出的溫度高于設定為比第一溫度高的第二溫度時，所述控制裝置控制為 使所述熱源停止。
全文摘要
本發明涉及一種能夠有效地啟動的燃料電池模塊及燃料電池裝置。燃料電池模塊(1)具有收容容器(2)；電池組(5)，其收容于收容容器(2)內，由多個在內部具有氣體流路的柱狀的固體氧化物形燃料電池單元(3)以豎立設置狀態排列并電連接而構成；歧管(4)，其收容于收容容器(2)內，用于固定固體氧化物形燃料電池單元(3)的下端并對固體氧化物形燃料電池單元(3)供給燃料氣體；重整器(6)，其收容于收容容器(2)內，且配置于固體氧化物形燃料電池單元(3)的上方，用于生成向固體氧化物形燃料電池單元(3)供給的燃料氣體；汽化器(9)，其配置于收容容器(2)的外表面，用于使原燃料汽化而供給于重整器(6)；熱源(10)，其用于使該汽化器(9)的溫度上升。
文檔編號H01M8/04GK101933185SQ20098010352
公開日2010年12月29日 申請日期2009年1月21日 優先權日2008年1月29日
發明者高橋成門 申請人:京瓷株式會社