CN108475794B - 燃料电池装置 - Google Patents

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Abstract

燃料电池装置具备：燃料电池模块(1)，其具备收纳容器(2)和收纳于该收纳容器(2)并利用燃料气体和含氧气体进行发电的燃料电池单元(4)；和热交换器(13)，其使用由该燃料电池模块(1)排出的废气与介质进行热交换，该热交换器(13)配置于收纳容器(2)的侧方。

Description

燃料电池装置
技术领域
本公开涉及燃料电池装置。
背景技术
近年来，提出了各种将能使用燃料气体(含氢气体)和含氧气体(空气)作为下一代能源来得到电力的燃料电池单元收纳到收纳容器内而成的燃料电池模块、将燃料电池模块收纳到外装壳体内而成的燃料电池装置(例如参考专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2009-110753号公报
发明内容
本公开的燃料电池装置具备燃料电池模块，该燃料电池模块具备：收纳容器；和收纳于该收纳容器并利用燃料气体和含氧气体进行发电的燃料电池单元。另外，具备热交换器，其使用由该燃料电池模块排出的废气与介质进行热交换。该热交换器配置在所述收纳容器的侧方。
附图说明
本发明的目的、特色以及优点通过下述的详细的说明和附图将会变得更加明确。
图1是表示摘录本实施方式的燃料电池装置的一部分的一例的外观立体图。
图2的(a)是摘录表示图1所示的单元堆装置的一部分的侧视图，(b)是摘录表示(a)中示出的单元堆装置的一部分的俯视图。
图3的(a)、(b)是表示本实施方式的燃料电池模块和热交换器的配置的侧视图。
图4是表示摘录本实施方式的燃料电池装置的一部分的一例的剖视图。
图5是表示摘录本实施方式的燃料电池装置的一部分的另一例的剖视图。
图6是表示摘录本实施方式的燃料电池装置的一部分的又一例的剖视图。
图7是表示摘录本实施方式的燃料电池装置的一部分的又一例的剖视图。
图8是表示本实施方式的模块以及热交换器的侧视图。
图9是简要表示本实施方式的燃料电池装置的一例的分解立体图。
具体实施方式
燃料电池装置尺寸还是很大，特别在公寓等能设置的场所少的建筑物中有难以设置的情况，谋求更小型化的燃料电池装置。
在本实施方式的燃料电池装置中，通过将热交换器配置在收纳容器的侧方而能实现高度方向上的小型化。以下使用附图来详细说明本实施方式的燃料电池装置。
图1是表示摘录本实施方式的燃料电池装置的一部分的一例的外观立体图。另外，图2是摘录表示图1所示的单元堆装置的一部分的侧视图，(b)是摘录表示(a)中示出的单元堆装置的一部分的俯视图。另外，在以后的图中对同一构件标注同一编号。
在图1中摘录示出本实施方式的燃料电池装置当中的燃料电池模块(以下有称作模块这样的情况)1和用于在由模块1排出的废气与介质(水等)之间进行热交换的热交换器13，其中该燃料电池模块1具有收纳容器2以及单元堆装置12，该单元堆装置12具备收纳于收纳容器2并利用燃料气体和含氧气体进行发电的燃料电池单元3。以下首先说明模块1。
本实施方式的模块1在收纳容器2的内部收纳有在歧管4固定了2个单元堆5的单元堆装置12。单元堆5使具有在内部流通燃料气体的燃料气体流路(未图示)的燃料电池单元3在竖立设置的状态下排列成一列。相邻的燃料电池单元3在其间配置集电构件(图1中未图示)并电串联连接。另外，燃料电池单元3的下端用玻璃密封材料等绝缘性接合材料(未图示)固定于歧管4。另外，在单元堆5的上方配置用于生成提供给燃料电池单元3的燃料气体的改性器6。另外，在单元堆5的两端部配置用于对通过单元堆5(燃料电池单元3)的发电而产生的电进行集电并引出到外部的具有电引出部的导电构件(未图示)。另外，在图1中示出单元堆装置12具备2个单元堆5的情况，但其个数能适宜变更。例如可以仅具备1个单元堆5。另外，还能使单元堆装置12包含改性器6。
另外，在图1中，作为燃料电池单元3，示出具有多个使燃料气体在内部沿长边方向流通的燃料气体流路的中空平板型。具体地，例示了在具有燃料气体流路的支承体的表面将燃料极层、固体电解质层以及氧极层依次层叠而成的固体氧化物形的燃料电池单元3。另外，在燃料电池单元3之间流通含氧气体。关于燃料电池单元3的结构之后叙述。
另外，在本实施方式的燃料电池装置中，燃料电池单元3只要是固体氧化物形的燃料电池单元即可，例如还能设为平板型或圆筒型，收纳容器2的形状也能相应地适当变更。
另外，在图1所示的改性器6中，将经由原燃料提供管10提供的天然气或煤油等原燃料改性来生成燃料气体。另外，改性器6能设为能进行效率良好的改性反应即水蒸气改性的结构。改性器6具备：用于使水汽化的汽化部7；和配置了用于使原燃料改性成燃料气体的改性触媒(未图示)的改性部8。然后，在改性器6生成的燃料气体经由燃料气体流通管9提供给歧管4，通过歧管4提供给设于燃料电池单元3的内部的燃料气体流路。
另外在图1中，示出将收纳容器2的一部分(前后面)拆下、将收纳于内部的单元堆装置12取出到后方的状态。在此，在图1所示的模块1中，能将单元堆装置12滑动收纳于收纳容器2内。
另外，在收纳容器2的内部配置含氧气体导入构件11。含氧气体导入构件11配置于在歧管4并置的单元堆5之间，配置得使含氧气体在燃料电池单元3的侧方从下端部向上端部流动。
以下使用图2来说明本实施方式的单元堆装置12。另外，在图2的(b)中，为了使与(a)中示出的以点线框包围的部分对应的部分明确而用箭头示出。
在图2所示的单元堆装置12中，使多个燃料电池单元3以在各个燃料电池单元3之间隔着集电构件16而竖立设置的状态排列，并且电串联连接而做出单元堆5。单元堆5将各燃料电池单元3的下端部固定在对燃料电池单元3提供燃料气体的歧管4。
另外，单元堆装置12具备下端固定于歧管4使得隔着配置于端部的集电构件16从燃料电池单元3的排列方向的两端夹持单元堆5的导电构件17。
在图2的(a)所示的导电构件17中，以沿着燃料电池单元3的排列方向向外侧延伸的形状设置用于将通过单元堆5(燃料电池单元3)的发电而产生的电流引出的电流引出部18。
以下使用图2所示的燃料电池单元3来说明燃料电池单元3的结构。
燃料电池单元3在具有一对对置的平坦面的柱状的导电性支承体23(以下有简称为支承体23的情况)的一侧的平坦面上依次层叠燃料极层19、固体电解质层20和氧极层21。另外，依次层叠了燃料极层19、固体电解质层20以及氧极层21的部位成为用提供给燃料电池单元3的燃料气体和含氧气体进行发电的发电部。
进而，在燃料电池单元3的另一侧的平坦面上设有内部连接器22，在支承体23的内部设有多个用于流过燃料气体的燃料气体流路24。
另外，还能在内部连接器22的外表面(上表面)设置P型半导体层25。在图2的(b)中示出设置P型半导体层25的示例。通过将集电构件16经由P型半导体层25与内部连接器22连接，从而两者的接触成为欧姆接触，能减少电位降，有效地避免集电性能的降低。
另外，还能将支承体23兼作燃料极层19，在其一侧表面上依次层叠固体电解质层20以及氧极层21来构成燃料电池单元3。
以下说明构成图2所示的燃料电池单元3的各构件。
燃料极层19能使用一般公知的燃料极层，能由多孔质的导电性陶瓷例如固溶了稀土类元素氧化物的ZrO2(称作稳定化氧化锆，还包含部分稳定化氧化锆)和Ni以及/或者NiO形成。
固体电解质层20具有作为进行电极间的电子的搭桥的电解质的功能和用于防止燃料气体和含氧气体的泄漏的气体阻断性。固体电解质层20由固溶了3～15摩尔％的稀土类元素氧化物的ZrO2形成。另外，只要有上述特性，就也可以用其他材料等形成。
氧极层21只要是一般使用的氧极层就没有特别限定，例如能由包含所谓的ABO3型的钙钛矿型氧化物的导电性陶瓷形成。氧极层21具有气体透过性，开气孔率能设为20％以上，特别能设为30～50％的范围。
内部连接器22能由导电性陶瓷形成。内部连接器22由于与燃料气体(含氢气体)以及含氧气体(空气等)接触，因此具有耐还原性以及耐氧化性，为此能使用铬酸镧系的钙钛矿型氧化物(LaCrO3系氧化物)。内部连接器22为了防止在形成于支承体23的燃料气体流路24流通的燃料气体以及在燃料电池单元3的外侧流通的含氧气体的泄漏而是致密质，能将相对密度设为93％以上，特别能设为95％以上。
作为支承体23，为了将燃料气体透过到燃料极层19而具有气体透过性，进而为了经由内部连接器22进行集电而具有导电性。因此，作为支承体23，采用具有这样的特性的材料作为材质，例如能采用导电性陶瓷或金属陶瓷等。
顺带一提，每当制作燃料电池单元3，在通过与燃料极层19或固体电解质层20的同时烧成来制作支承体23的情况下，能由Ni等铁族金属成分和Y2O3等特定的稀土类氧化物形成支承体23。另外，支承体23为了具备燃料气体透过性而开气孔率为30％以上，特别为35～50％的范围。另外其导电率为50S/cm以上，优选300S/cm以上，特别为440S/cm以上。
进而作为P型半导体层25能例示包含过渡金属的钙钛矿型氧化物的层。具体地，能包含与构成内部连接器22的铬酸镧系的钙钛矿氧化物(LaCrO3)相比电子传导性更高的材料，例如包含Sr(锶)和La(镧)共存于A位的LaSrCoFeO3系氧化物(例如LaSrCoFeO3)、LaMnO3系氧化物(例如LaSrMnO3)、LaFeO3系氧化物(例如LaSrFeO3)、LaCoO3系氧化物(例如LaSrCoO3)的至少1种。特别出于600～1000℃程度的工作温度下的电传导性高这一点，能包含LaSrCoFeO3系氧化物。另外，也可以Fe、Mn和Co一起存在于B位。这样的P型半导体层25的厚度一般能设为30～100μm的范围。
然后，各个燃料电池单元3经由集电构件16电串联连接。另外，集电构件16能包含如下构件：包含具有弹性的金属或合金的构件、或在包含金属纤维合金纤维的毡施加了所需的表面处理的构件。
另外，集电构件16由于在燃料电池装置发电过程中暴露于高温的氧化气氛中，因此能使用含有Cr的合金来制作。进而能使用含有稀土类元素的钙钛矿型氧化物等对集电构件16的表面的一部分或整体进行涂覆。
另外，集电构件16的长边方向的长度以及宽度方向的长度能设为与发电部的长边方向的长度以及宽度方向的长度同等以上的长度。由此能对通过发电产生的电流效率良好地进行集电。
在燃料电池装置中，在外装壳体内除了收纳模块1以外，还收纳用于在由模块1排出的废气和介质之间进行热交换的热交换器13，进而收纳用于进行模块1的运转的各种泵以及控制装置等配件。但在现有的燃料电池装置中，特别是高度方向的长度变大，有难以设置到公寓等的情况。
为此在图1所示的本实施方式的燃料电池装置中，热交换器13配置在收纳容器2的侧方。由此，通过将以往配置于模块的下方的热交换器配置到收纳容器的侧方，能减小燃料电池装置的高度方向的长度，能实现高度方向上的小型化。
另外，热交换器13通过在内部流过废气和介质来使它们热交换，从而降低了热交换后的废气的温度。为此在热交换器13中具备后述的废气的流入口及流出口、以及介质的流入口14和流出口15。另外，通过使废气的流动和介质的流动成为相向流动，能效率良好地进行热交换。另外，作为热交换器13，例如能使用板翅型热交换器等。
图3是表示本实施方式的模块1和热交换器13A、B的配置的侧视图。
如上述那样，在本实施方式的燃料电池装置中，能实现高度方向上的小型化。为此在图3的(a)所示的热交换器13A中，示出侧视观察下热交换器13A的高度与收纳容器2的高度相比位于内侧的示例。另外，在图3的(a)中，热交换器13A的宽度大于收纳容器2的宽度。热交换器13A被设为流入口14和流出口15在热交换器13A的宽度方向排列的宽度方向配置。由此能拉长热交换器13A中的流路的长度，能更加效率良好地进行热交换。另外，在图3的(a)所示的热交换器13A中，示出与废气进行热交换的水等介质沿左右方向流动的热交换器13A。
另一方面，在图3的(b)所示的热交换器13B中，在侧视观察下热交换器13B的外形与收纳容器2的外形相比位于内侧。由此不仅在高度方向上能实现小型化，在宽度方向上也能实现小型化。热交换器13B被设为流入口14和流出口15在热交换器13B的高度方向上排列的高度方向配置。在高度方向配置下，能配置热交换器13B，使流出口15处于高于流入口14的位置。
进而热交换器13也可以设为流入口14和流出口在相对于铅垂方向(水平方向)倾斜的倾斜方向上排列的倾斜方向配置。在倾斜方向配置下，能配置热交换器13，使得流出口15处于高于流入口14的位置。
图4是表示摘录本实施方式的燃料电池装置当中的模块1和热交换器13的一例的剖视图。首先说明模块1的构造。
如图4所示那样，构成模块1的收纳容器2是具有内壁26和外壁27的二重构造，由外壁27形成收纳容器2的外框，并由内壁26形成收纳单元堆装置12的发电室28。进而在收纳容器2中，在底部连接导入到燃料电池单元3的含氧气体流入用的含氧气体流入管44。由含氧气体流入管44导入的含氧气体在内壁26与外壁27之间即含氧气体流路34中流动。
在此，在收纳容器2内，含氧气体导入构件11从收纳容器2的上部贯通内壁26被插入并固定。含氧气体导入构件11在上端侧具备含氧气体流入用的含氧气体流入口(未图示)和凸缘部38，在下端部设有用于将含氧气体导入到燃料电池单元3的下端部的含氧气体流出口29。另外，在凸缘部38与内壁26之间配置隔热构件30。
另外，在图4中，含氧气体导入构件11配置成位于在收纳容器2的内部并置的2个单元堆5之间，但能根据单元堆5的数量适当配置。例如在收纳容器2内仅收纳1个单元堆5的情况下，除了能配置成设置2个含氧气体导入构件11并从两侧面侧将单元堆5夹入以外，也可以仅在单元堆5的单侧设置含氧气体导入构件11。
另外在发电室28内适当设置隔热构件30，该隔热构件30用于将模块1内的温度维持在高温，使得不会发生模块1内的热极端放散而燃料电池单元3(单元堆5)的温度降低从而发电量减低的情况。
隔热构件30能配置于单元堆5的附近。隔热构件30能配置如下隔热构件，即，沿着燃料电池单元3的排列方向配置在单元堆5的侧面侧，并且具有与单元堆5的侧面中的沿着燃料电池单元3的排列方向的宽度等同或其以上的宽度。另外，还能在单元堆5的两侧面侧配置隔热构件30。由此能有效地抑制单元堆5的温度的降低。进而能抑制由含氧气体导入构件11导入的含氧气体从单元堆5的侧面侧排出，能促进构成单元堆5的燃料电池单元3间的含氧气体的流动。另外，在配置于单元堆5的两侧面侧的隔热构件30中设置开口部31，该开口部31用于调整提供给燃料电池单元3的含氧气体的流动，减低单元堆5的长边方向以及燃料电池单元3的层叠方向上的温度分布。
另外，在沿着燃料电池单元3的排列方向的内壁26的内侧设置废气用内壁32，内壁26与废气用内壁32的侧面之间被作为发电室28内的废气从上方流向下方的第1废气流路35(35A、35B)。另外，内壁26与废气用内壁32的底面之间被作为第2废气流路39。在分别设于收纳容器2的侧方侧的第1废气流路35内从上方流向下方的废气在配置于模块1的下方侧的第2废气流路39合流。合流的废气接下来流向设于与热交换器13对置的侧面的排气口40。
另外，在含氧气体导入构件11的内部配置用于测定单元堆5附近的温度的热电偶37，使得其测温部36位于燃料电池单元3的长边方向的中央部且位于燃料电池单元3的排列方向上的中央部。
另外，在上述的结构的模块1中，使从燃料电池单元3中的燃料气体流路排出的、未使用于发电的燃料气体和含氧气体在燃料电池单元3的上端与改性器6之间燃烧，由此能使燃料电池单元3的温度上升/维持。同时能温热配置于燃料电池单元3(单元堆5)的上方的改性器6，能在改性器6效率良好地进行改性反应。另外，在通常发电时，伴随上述燃烧、燃料电池单元3的发电，模块1内的温度成为500～800℃程度。
在此，在图4所示的模块1中，废气的排气口40设于收纳容器2的与热交换器13对置的侧面。在将排气口设于模块的底面的情况下，将模块的底面和热交换器相连的废气配管一度延伸到模块的下方或沿着模块的下方延伸。为此，高度方向的减低效果降低废气配管延伸到下方的量或废气配管的量。
与此相对，通过如图4所示的模块1那样，将废气的排气口40设置在收纳容器2的与热交换器13对置的侧面，能消除将排气口40和设于热交换器13的废气的流入口42相连的废气配管41位于模块1的下方的情况。由此高度方向的减低效果进一步提高，能进一步实现高度方向上的小型化。
顺带一提，从热交换器13的流入口42流入的废气在与介质进行热交换后，从设于热交换器13的下方的流出口43排气。另外可以与热交换器13接续或利用热交换器13的流出口43来设置用于将废气中所含的水蒸气作为冷凝水而回收的回收部。
图5是表示摘录本实施方式的燃料电池装置当中的模块45和热交换器13的另一例的剖视图，图6是表示摘录本实施方式的燃料电池装置当中的模块50和热交换器13的又一例的剖视图。另外，在以后的说明中以与图4所示的构造不同的点为中心进行说明。
在图5所示的模块45以及图6所示的模块50中，在位于热交换器13侧的废气用内壁32与内壁26之间配置隔壁60，通过该隔壁60设置第3废气流路46，使得与第1废气流路35A相邻。即，废气流路具备废气从上方流向下方的第1废气流路35和废气从下方流向上方的第3废气流路46。由此能拉长废气流路的长度，能增加能进行热交换的区域。
进而在图5所示的模块45以及图6所示的模块50中，第3废气流路46与第2废气流路39相连，在第2废气流路39流动的废气在第3废气流路46中从下方流向上方。
然后在第3废气流路46的上端侧设置排气口47。在此，在图5中示出剖视观察下排气口47和热交换器13的废气的流入口48设置成为相同高度的示例，在图6示出剖视观察下排气口47设置得比热交换器13的废气的流入口48更靠上方的示例。
在图4所示的模块1中，由于排气口40设于收纳容器2的下方侧，因此将排气口40和设于热交换器13的上方的废气的流入口42相连的废气配管41的长度变长。与此相对，通过将排气口47设置在与热交换器13的废气流入口48相同的高度或其上方，能缩短废气配管49、51的长度。由此能做出更简单的构造的燃料电池装置，进而由于废气配管41与模块1之间的多余的空间消失，因此能使燃料电池装置小型化。
在此，第3废气流路46使废气从下方流向上方，并与排气口47相连。在图5、图6所示的模块45、50中，示出第3废气流路46与第1废气流路35A以及含氧气体流路34相邻配置的示例。即，在第3废气流路46中流动的废气与在第1废气流路35A中流动的废气、在含氧气体流路34中流动的含氧气体进行热交换。
具体地，在第3废气流路46中流动的废气通过在流过第3废气流路46的期间与在含氧气体流路34中流动的含氧气体的热交换而温度降低。即，在以第3废气流路46来看的情况下，下方侧成为高温，上方侧成为低温。
另外，在发电室28中，在燃料电池单元3的上方使未使用于发电的燃料气体燃烧的情况下，在发电室28内，下方侧成为低温，上方侧成为高温。为此在第1废气流路35A、B中流动的废气也是下方侧成为低温，上方侧成为高温。
为此，通过将第1废气流路35A和第3废气流路46配置得相邻，从而在第1废气流路35A和第3废气流路46中流动的废气彼此进行热交换。由此改善了上下方向的温度分布，进而还改善了发电室28内的上下方向的温度分布，由此能提升发电效率。
另外，每当在第3废气流路46中流动的废气与在含氧气体流路34中流动的含氧气体进行热交换时，能效率良好地温热由含氧气体流入管44导入的低温的含氧气体。
另外，通过在模块45以及50中设置第3废气流路46，从而有时在位于侧方侧的各个第1废气流路35A、B中，在第3废气流路46侧的第1废气流路35A流过较多废气。在该情况下，有可能在第1废气流路35A以及第1废气流路35B中流动的各自的废气与在含氧气体流路34中流动的含氧气体的热交换中产生差。为此，为了使在各个第1废气流路35A、B中流动的废气的量成为相同程度，例如除了缩窄第3废气流路46侧的第1废气流路35A的流路宽度以外，还可以设置用于调整流入的废气的量的调整构件。
另外，在上述的示例中例示了收纳容器2为长方体状的收纳容器，但只要热交换器配置在收纳容器2的侧方，则其形状并不限于长方体状。例如可以是圆筒状，进而可以是立方体状或6棱柱状等棱柱状。特别在棱柱状的收纳容器中，热交换器13能与收纳容器的侧面当中面积最大的侧面对置而容易地配置。由此能加大热交换器13自身的大小，能提升热交换效率。另外，只要对应于热交换器13的性能、大小等来与收纳容器的侧面对置即可，也可以配置为与面积最大的侧面以外的面对置。
图7是表示摘录本实施方式的燃料电池装置当中的模块61和热交换器13的又一例的剖视图，图8是表示模块61和热交换器13的侧视图。另外，在以后的说明中以与图5所示的构造不同的点为中心进行说明。
在图5等示出的构造中，热交换器13与收纳容器2的侧面空开间隔而与侧面对置配置，但在本实施方式中，如图7所示那样，收纳容器2的侧面和热交换器13接触地配置。在图7所示的模块61中，将排气口47设置在与热交换器13的废气流入口48相同高度。能缩短废气配管49的长度，将热交换器13配置为与收纳容器2的侧面接触。
另外，为了不使热交换器13中的介质与废气的热交换效率降低，热交换器13的外表面能用隔热材料覆盖。例如在图4～6所示的热交换器13中，将除了与废气配管41、49、51的连接部分和流入口14以及流出口15的部分以外的外表面整体用隔热材料覆盖。另一方面，在本实施方式中，由于使收纳容器2的侧面和热交换器13接触，因而将热交换器13的进一步除去了与收纳容器2的接触部分的外表面整体用隔热材料63覆盖。由于也可以不用隔热材料63覆盖热交换器13的与收纳容器2的接触部分，因此能减低所使用的隔热材料的量。
另外，在本实施方式中，设置对与收纳容器2的侧面接触的热交换器13的上部进行覆盖的覆盖构件62。覆盖构件62从除了下侧以及收纳容器2侧以外的四个方向覆盖热交换器13的上部，通过例如螺丝固定等固定方法固定在收纳容器2的侧面。
在覆盖构件62与热交换器13的外表面之间有一定宽度的间隙，覆盖热交换器13的隔热材料63的一部分插入到覆盖构件62与热交换器13的间隙，被覆盖构件62的内面和热交换器13上部的外表面夹持。隔热材料63通过上部被夹持而成为悬挂那样的状态，也能使被夹持的部分以外的部分与热交换器13的外表面接触而固定。另外，可以将隔热材料63被夹持的部分以外的部分另外用固定构件固定在热交换器13的外表面。
图9是表示在外装壳体内收纳图1所示的模块1、热交换器13、用于使模块1工作的配件(未图示)而成的本实施方式的燃料电池装置的一例的分解立体图。另外，在图9中省略示出一部分结构。在图9中，示出模块1为例，关于模块45、50、61等上述的各模块也同样。
图9所示的燃料电池装置52将由支柱53和外装板54构成的外装壳体内用分隔板55上下划分，将其上侧构成为收纳上述的模块1以及热交换器13的模块收纳室56，将下侧构成为收纳用于使模块1工作的配件的配件收纳室57。另外，省略收纳于配件收纳室57的配件而示出。
另外，在分隔板55设置用于使配件收纳室57的空气流到模块收纳室56侧的空气流通口58，在构成模块收纳室56的外装板54的一部分设置用于将模块收纳室56内的空气排出的排气口59。
在这样的燃料电池装置52中，通过如上述那样在模块收纳室56内收纳模块1以及热交换器13，从而能减小配件收纳室57的高度方向，由此能将燃料电池装置52小型化。
以上详细说明了本发明，但本发明并不限定于上述的实施方式，能在不脱离本发明的主旨的范围内进行种种变更、改良等。
例如在上述的示例中示出在发电室28内收纳2个单元堆5的示例，但在发电室28内收纳1个单元堆5的情况下，也可以将含氧气体流路34、第1废气流路35相对于单元堆5仅设置在一侧。
另外将第3废气流路46设置为位于含氧气体流路34的内侧，但也可以例如将第3废气流路46设置为位于含氧气体流路34的外侧。
另外，在上述的示例中，用被称作所谓纵纹型的燃料电池单元3进行了说明，但还能使用一般被称作横纹型的将多个发电元件部设于支承体上而成的横纹型的燃料电池单元。
本发明能不脱离其精神或主要的特征地以其他各种方式来实施。因此前述的实施方式在所有方面只是单纯的例示，本发明的范围在权利要求书中示出，完全不拘束于说明书本文。进而，属于权利要求书的变形和变更全都在本发明的范围内。
附图标记的说明
1、45、50、61 燃料电池模块
2 收纳容器
3 燃料电池单元
13 热交换器
35(35A、B) 第1废气流路
39 第2废气流路
40、47 排气口
42、48 流入口
46 第3废气流路

Claims (10)

1.一种燃料电池装置，具备：
燃料电池模块，其具备收纳容器和收纳于该收纳容器并利用燃料气体和含氧气体进行发电的燃料电池单元；和
热交换器，其使用由该燃料电池模块排出的废气与水进行热交换，
所述收纳容器中，在收纳燃料电池单元的发电室的侧方，具有排气从上方向下方流动的第1排气流路，
在第1排气流路的外侧以相邻的方式，具有让提供给燃料电池单元的含氧气体流动的含氧气体流路，
在含氧气体流路的外侧以相邻的方式，具有让排气从下方向上方流动的第3排气流路，
该热交换器配置在所述收纳容器的侧方，与第3排气流路连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其中，
在侧视观察下，所述热交换器的高度与所述收纳容器的高度相比位于内侧。
3.根据权利要求2所述的燃料电池装置，其中，
在侧视观察下，所述热交换器的外形与所述收纳容器的外形相比位于内侧。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池装置，其中，
在所述第3排气路，在与所述热交换器对置的侧面设置有用于将所述废气排出的排气口。
5.根据权利要求4所述的燃料电池装置，其中，
所述热交换器具有所述废气流入的流入口，在剖视观察下，所述排气口设置在与所述热交换器的所述流入口相同的高度或其上方。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池装置，其中，
所述收纳容器是棱柱状，所述热交换器与所述收纳容器的侧面当中面积最大的侧面对置配置。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池装置，其中，
所述收纳容器是棱柱状，所述热交换器被配置为一部分与所述收纳容器的侧面接触。
8.根据权利要求7所述的燃料电池装置，其中，
所述燃料电池装置还具备：
覆盖构件，其覆盖所述热交换器的上部。
9.根据权利要求8所述的燃料电池装置，其中，
所述燃料电池装置具备配置于所述热交换器的外表面的隔热材料，并且该隔热材料的至少一部分被夹持在所述热交换器与所述覆盖构件的间隙。
10.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池装置，其中，
在外装壳体内收纳有所述燃料电池模块和所述热交换器。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7138445B2 (ja) * 2018-02-16 2022-09-16 京セラ株式会社 燃料電池装置モジュールおよび燃料電池装置
JP7152204B2 (ja) * 2018-06-29 2022-10-12 京セラ株式会社 燃料電池装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003123824A (ja) * 2001-10-16 2003-04-25 Shin Etsu Chem Co Ltd 燃料電池システム
CN1734821A (zh) * 2004-08-10 2006-02-15 三洋电机株式会社 燃料电池系统
US7491456B2 (en) * 2003-03-28 2009-02-17 Kyocera Corporation Fuel cell assembly and electricity generation unit used in same
JP2013229120A (ja) * 2012-04-24 2013-11-07 Osaka Gas Co Ltd 固体酸化物形燃料電池システム

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK0671058T3 (da) 1992-11-25 1997-02-17 Michael S Hsu Integration af termisk udstråling med regenerativ opvarmning i en elektrokemisk højtemperaturomformer
JP4479117B2 (ja) * 2001-03-15 2010-06-09 アイシン精機株式会社 燃料改質装置
US20040081872A1 (en) * 2002-10-28 2004-04-29 Herman Gregory S. Fuel cell stack with heat exchanger
JP4585218B2 (ja) * 2003-03-28 2010-11-24 京セラ株式会社 燃料電池組立体
JP4906248B2 (ja) 2003-08-20 2012-03-28 京セラ株式会社 燃料電池組立体
JP4705762B2 (ja) * 2004-06-01 2011-06-22 住友精密工業株式会社 燃料電池
JP2006179386A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Kyocera Corp 燃料電池システム
JP5098134B2 (ja) 2005-05-02 2012-12-12 ダイキン工業株式会社 固体電解質型燃料電池
JP2007026928A (ja) * 2005-07-19 2007-02-01 Mitsubishi Materials Corp 燃料電池
JP5057673B2 (ja) * 2006-02-28 2012-10-24 京セラ株式会社 固体酸化物形燃料電池における排熱回収システム
JP5021238B2 (ja) * 2006-05-18 2012-09-05 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
US7833672B2 (en) * 2006-09-08 2010-11-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Modular direct fuel cell system with integrated processor
AT502131B1 (de) * 2006-10-03 2008-02-15 Avl List Gmbh Energieerzeugungseinheit mit zumindest einer hochtemperaturbrennstoffzelle
JP5260938B2 (ja) * 2007-10-29 2013-08-14 京セラ株式会社 燃料電池装置
CN101978546B (zh) * 2008-03-26 2014-04-02 京瓷株式会社 燃料电池模块及燃料电池装置
JP5458628B2 (ja) * 2009-03-31 2014-04-02 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
JP2010267565A (ja) * 2009-05-18 2010-11-25 Panasonic Corp 燃料電池システム
JP5065367B2 (ja) * 2009-12-15 2012-10-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池モジュール
JP5409333B2 (ja) 2009-12-24 2014-02-05 京セラ株式会社 燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP5383550B2 (ja) 2010-02-24 2014-01-08 京セラ株式会社 燃料電池モジュール
JP5620174B2 (ja) * 2010-07-21 2014-11-05 京セラ株式会社 燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP5697576B2 (ja) * 2011-10-19 2015-04-08 本田技研工業株式会社 燃料電池モジュール
JP6114197B2 (ja) * 2011-11-15 2017-04-12 京セラ株式会社 燃料電池システム
WO2014129656A1 (ja) * 2013-02-25 2014-08-28 住友精密工業株式会社 燃料電池モジュール
JP6447014B2 (ja) * 2014-10-30 2019-01-09 アイシン精機株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003123824A (ja) * 2001-10-16 2003-04-25 Shin Etsu Chem Co Ltd 燃料電池システム
US7491456B2 (en) * 2003-03-28 2009-02-17 Kyocera Corporation Fuel cell assembly and electricity generation unit used in same
CN1734821A (zh) * 2004-08-10 2006-02-15 三洋电机株式会社 燃料电池系统
JP2013229120A (ja) * 2012-04-24 2013-11-07 Osaka Gas Co Ltd 固体酸化物形燃料電池システム

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Publication number Publication date
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