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公開番号2025171114
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-20
出願番号2024076118
出願日2024-05-08
発明の名称電気化学反応モジュール
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類H01M 8/04007 20160101AFI20251113BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】反応機器の保護しつつ、反応機器を暖機可能な電気化学反応モジュールを提供する。
【解決手段】燃料電池モジュール1は、燃料電池10と、燃料電池10に供給される前の空気が流れる空気経路20と、燃料電池10の暖機に利用される高温の温調ガスを生成するガスバーナ68と、を備える。ガスバーナ68は、収容空間BSの外部に配置されている。空気経路20は、燃料電池10と熱交換可能なように燃料電池10と所定の間隔をあけて対向して配置されるスタック温調器23を含み、スタック温調器23を流れる空気と温調ガスとが熱交換可能なように温調ガスが流れる温調経路65に隣り合って配置されている。収容空間BSは、スタック温調器23を流れる空気と熱交換した後の温調ガスが導入されるように温調経路65が接続されている。温調経路65には、温調ガスと空気との熱交換を促進させる促進部材80が設けられている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
電気化学反応モジュール（１、１Ａ）であって、
酸化剤となる第１ガスと還元剤となる第２ガスとの電気化学反応により電気エネルギを出力する、若しくは、還元剤となる第１ガスおよび酸化剤となる第２ガスを入力として第２ガスの電気分解により燃料を出力する反応機器（１０、１０Ａ）と、
前記反応機器に供給される前の第１ガスが流れる第１供給流路部（２０、２０Ａ）と、
前記反応機器の暖機に利用される高温の熱媒体を生成する暖機部（６８）と、を備え、
前記暖機部は、前記反応機器が収容される収容空間（ＢＳ）の外部に配置されており、
前記第１供給流路部は、前記反応機器と熱交換可能なように前記反応機器と所定の間隔をあけて対向して配置される熱交換部（２３）を含み、前記熱交換部を流れる第１ガスと熱媒体とが熱交換可能なように熱媒体が流れる熱媒体流路部（６５）に隣り合って配置されており、
前記収容空間は、前記熱媒体流路部を流れる熱媒体のうち、第１ガスと熱交換した後の熱媒体が導入されるように前記熱媒体流路部が接続されており、
前記熱媒体流路部には、熱媒体と前記第１供給流路部を流れる第１ガスとの熱交換を促進させる促進部材（８０）が設けられている、電気化学反応モジュール。
続きを表示（約 690 文字）【請求項２】
前記促進部材は、前記熱媒体流路部のうち、熱媒体と第１ガスとを熱交換させる部位の少なくとも一部の流路幅を狭めることによって熱媒体と第１ガスとの熱交換を促進させる、請求項１に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項３】
前記熱媒体流路部を形成する流路形成部（６５１、６５２、６５３）を備え、
前記促進部材は、前記熱媒体流路部における熱媒体流れ下流側に対応する部位および上流側に対応する部位の一方が前記流路形成部に対して固定され、他方が前記流路形成部に対して固定されていない、請求項１または２に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項４】
前記収容空間には、複数の前記反応機器が放射状に配置され、
前記促進部材は、前記熱交換部のうち、複数の前記反応機器を放射状に配置したときの前記反応機器の内側部分に対向する部位と所定間隔をあけた状態で配置されている、請求項１または２に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項５】
前記熱媒体流路部には、前記暖機部の熱が前記反応機器に伝わることを抑制する過熱抑制部（８１３、８１４、８３）が設けられている、請求項１または２に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項６】
前記反応機器は、前記電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（ＦＣ）である、請求項１または２に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項７】
前記反応機器は、前記電気分解により燃料を出力する電解装置（ＥＣ）である、請求項１または２に記載の電気化学反応モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気化学反応モジュールに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、反応機器である燃料電池の暖機時における外部と内部との温度差を抑制するために、燃料電池の収容空間の外部に暖機用バーナを配置した燃料電池モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－８７７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者の検討によると、特許文献１に記載の燃料電池モジュールには、暖機用バーナによる燃料電池の局所的な過熱に対する保護について依然として改善の余地があることが判った。なお、居所的な過熱に関する課題は、燃料電池を反応機器として備える燃料電池モジュールだけでなく、水蒸気を含むガスの電気分解によって燃料を生成する電解装置を反応機器として備える電解モジュールにおいても同様に生じ得る。
【０００５】
本開示は、反応機器の保護しつつ、反応機器を暖機可能な電気化学反応モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、
電気化学反応モジュール（１、１Ａ）であって、
酸化剤となる第１ガスと還元剤となる第２ガスとの電気化学反応により電気エネルギを出力する、若しくは、還元剤となる第１ガスおよび酸化剤となる第２ガスを入力として第２ガスの電気分解により燃料を出力する反応機器（１０、１０Ａ）と、
反応機器に供給される前の第１ガスが流れる第１供給流路部（２０、２０Ａ）と、
反応機器の暖機に利用される高温の熱媒体を生成する暖機部（６８）と、を備え、
暖機部は、反応機器が収容される収容空間（ＢＳ）の外部に配置されており、
第１供給流路部は、反応機器と熱交換可能なように反応機器と所定の間隔をあけて対向して配置される熱交換部（２３）を含み、熱交換部を流れる第１ガスと熱媒体とが熱交換可能なように熱媒体が流れる熱媒体流路部（６５）に隣り合って配置されており、
収容空間は、熱媒体流路部を流れる熱媒体のうち、第１ガスと熱交換した後の熱媒体が導入されるように熱媒体流路部が接続されており、
熱媒体流路部には、熱媒体と第１供給流路部を流れ第１ガスとの熱交換を促進させる促進部材（８０）が設けられている。
【０００７】
これによると、反応機器は、第１供給流路部からの輻射伝熱、熱媒体から受熱して昇温した第１ガスの導入による内部対流伝熱、収容空間に導入される熱媒体による外部対流伝熱によって、適温に暖機される。特に、本開示では、第１供給流路部が反応機器に対して所定の間隔をあけて配置されるとともに、第１ガスと熱媒体との熱交換を促進させる促進部材を備える構成となっている。これによると、暖機部で生成された熱媒体が反応機器の収容空間に導入される前に第１ガスへ放熱されるので、熱媒体の熱による反応機器の過熱を抑制することができる。しがって、本開示の電気化学反応モジュールによれば、反応機器を保護しつつ、反応機器を適切に暖機することができる。
【０００８】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施形態に係る燃料電池モジュールを含む電気化学反応システムの概略構成図である。
燃料電池モジュールの模式的な縦断面図である。
燃料電池モジュールの容器内でのセルスタックの配置態様を示す模式的な横断面図である。
温調経路の流路幅を説明するための説明図である。
燃料電池の暖機時における燃料電池への熱の伝わり方を説明するための説明図である。
第１実施形態の第１変形例となる燃料電池モジュールの模式的な縦断面図である。
第１実施形態の第２変形例となる燃料電池モジュールの模式的な縦断面図である。
第１実施形態の第３変形例となる燃料電池モジュールの模式的な縦断面図である。
第２実施形態に係る燃料電池モジュールを含む電気化学反応システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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