CN114730894A - 燃料电池模块 - Google Patents

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CN114730894A CN202080081704.XA CN202080081704A CN114730894A CN 114730894 A CN114730894 A CN 114730894A CN 202080081704 A CN202080081704 A CN 202080081704A CN 114730894 A CN114730894 A CN 114730894A
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早坂厚
向原佑辉
小代卓史
长田康弘
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Abstract

燃料电池模块(1)具备容器(70)和放射状地配置于容器的内侧的多个电池部件(CS)。在容器的内侧形成有供与多个电池的内侧部分进行热交换的第一流体流动的第一流体流路(230)，并且形成有供与多个电池的外侧部件进行热交换的第二流体流动的第二流体流路(240)。作为形成第一流体流路的部位且与电池部件进行热交换的第一热交换部位(72)与电池部件的传热面积比作为形成第二流体流路的部位且与电池进行热交换的第二热交换部位(73)与电池部件的传热面积小。在第一流体流路流动的第一流体与电池部件的温度差比在第二流体流路流动的第二流体与电池部件的温度差大。

Description

燃料电池模块
相关申请的相互参照
本申请基于2019年11月27日申请的日本专利申请号2019-214232号，并将其记载内容作为参照组入于此。
技术领域
本发明涉及一种燃料电池模块。
背景技术
近年来，作为下一代能源，提出了能够使用含有氢气的燃料气体和含有氧的氧化剂气体而得到电力的燃料电池模块(例如，参照专利文献1)。
专利文献1公开了一种燃料电池模块，在圆筒状容器的中央部设置在轴向上延伸的原燃料气体通路，将原燃料气体通路的中途部分扩大成圆筒状而构成重整器，并且将原燃料气体通路的端部扩大成圆筒状而构成歧管。该燃料电池模块在重整器与歧管之间的区域中，以包围原燃料气体通路的方式放射状地配置多个电池。
在专利文献1中，说明了通过放射状地配置电池且在电池的两端配置重整器和歧管，能够使电池堆的温度分布均匀。可以认为其说明了电池堆的两端部的各电池的温度分布。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-113829号公报
然而，在专利文献1中，仅探讨了电池堆两端部的各电池的温度分布的均匀化，没有考虑到电池的内侧部分与外侧部分的温度分布。电池的内侧部分与外侧部分的温度分布的扩大是导致燃料电池的发电效率的降低、耐久性的降低的主要原因。此外，内侧部分与外侧部分的温度分布不限于多个电池放射状地配置的情况，同样存在于多个电池堆放射状地配置的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够降低放射状地配置的多个电池部件的内侧部分与外侧部分的温度分布的燃料电池模块。
根据本发明的一个观点，燃料电池模块具备：
容器；以及
多个电池部件，该多个电池部件放射状地配置于容器的内侧，
在容器的内侧形成有第一流体流路和第二流体流路，该第一流体流路供第一流体流动，该第一流体与将多个电池部件放射状地配置时的电池部件的内侧部分进行热交换，该第二流体流路供第二流体流动，该第二流体与将多个电池部件放射状地配置时的电池部件的外侧部分进行热交换，
第一热交换部位与电池部件的传热面积比第二热交换部位与电池部件的传热面积小，该第一热交换部位是形成第一流体流路的部位且与电池部件进行热交换，该第二热交换部位是形成第二流体流路的部位且与电池部件进行热交换，
在第一流体流路流动的第一流体与电池部件的温度差比在第二流体流路流动的第二流体与电池部件的温度差大。
这样，通过使第一流体在第一流体流路流动，而该第一流体与电池部件的温度差比第二流体与电池部件的温度差大，该第一流体流路与电池部件的传热面积比第二流体流路与电池部件的传热面积小，从而，因在电池部件的内侧的对流而引起的传热量与因在电池部件的外侧的对流而引起的传热量的差变小。
根据本发明的另一观点，燃料电池模块具备：
容器；以及
多个电池部件，该多个电池部件放射状地配置于容器的内侧，
在容器的内侧形成有第一流体流路和第二流体流路，该第一流体流路供第一流体流动，该第一流体与将多个电池部件放射状地配置时的电池部件的内侧部分进行热交换，该第二流体流路供第二流体流动，该第二流体与将多个电池部件放射状地配置时的电池部件的外侧部分进行热交换，
第一热交换部位与电池部件的传热面积比第二热交换部位与电池部件的传热面积小，该第一热交换部位是形成第一流体流路的部位且与电池部件进行热交换，该第二热交换部位是形成第二流体流路的部位且与电池部件进行热交换，
在第一流体流路流动的第一流体的流速比在第二流体流路流动的第二流体的流速大。
这样，通过使第一流体在第一流体流路流动，而该第一流体的流速比第二流体的流速大，该第一流体流路与电池部件的传热面积比第二流体流路与电池部件的传热面积小，从而，第一流体流路的热传递率比第二流体流路的热传递率大。由此，因在电池部件的内侧部分的对流而引起的传热量与因在外侧部分的对流而引起的传热量的差变小，从而能够降低电池部件的内侧部分与外侧部分的温度分布。
此外，在各结构要素等标注的带括号的参照符号表示该结构要素等与后述的实施方式所记载的具体结构要素等的对应关系的一例。
附图说明
图1是包括第一实施方式的燃料电池模块的燃料电池系统的概略结构图。
图2是用于说明电池内部的电化学反应的说明图。
图3是第一实施方式的电池堆的示意性的立体图。
图4是表示电池收容器的内侧的电池堆的配置方式的示意性的立体图。
图5是表示电池收容器的内侧的电池堆的配置方式的示意性的俯视图。
图6是收容了第一实施方式的电池堆的电池收容器的示意性的剖视图。
图7是用于说明第一电池调温器和第二电池调温器各自的传热部位的说明图。
图8是用于说明第一实施方式的燃料电池模块的电池堆周围的空气的流动方式的说明图。
图9是收容了第二实施方式的电池堆的电池收容器的示意性的剖视图。
图10是收容了第三实施方式的电池堆的电池收容器的示意性的剖视图。
图11是收容了第四实施方式的电池堆的电池收容器的示意性的剖视图。
图12是收容了第五实施方式的电池堆的电池收容器的示意性的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下的实施方式中，有对与先行的实施方式中已说明的事项相同或等同的部分标注相同的参照符号并省略其说明的情况。另外，在实施方式中，在仅对结构要素的一部分进行说明的情况下，能够将先行的实施方式中已说明的结构要素应用于结构要素的其他部分。以下的实施方式只要是在组合没有特别地发生障碍的范围内，即使在没有特别明示的情况下也能够将各实施方式之间进行部分地组合。
(第一实施方式)
参照图1～图8对本实施方式进行说明。在本实施方式中，如图1所示，对于将本发明的燃料电池模块1应用于具备固体氧化物型的燃料电池10的燃料电池系统的例子进行说明。
燃料电池模块1包括燃料处理系统和电池系统，是通过隔热材料覆盖该燃料处理系统和电池系统而保持于高温的热模块。燃料电池模块1构成为包括固体氧化物型的燃料电池10、空气预热器22、水蒸发器42、重整器33、燃烧器63以及容器70。
固体氧化物型的燃料电池10一般也被称为SOFC(Solid Oxide Fuel Cell的缩写)，工作温度为高温(例如，500℃～1000℃)。燃料电池10具有通过燃料气体和氧化剂气体(在本例中，为空气中的氧气)的电化学反应而输出电能的多个电池C。
如图2所示，电池C构成为包括电解质体EL、空气电极(即阴极)CA和燃料电极(即阳极)AN。电池C将氢气和一氧化碳作为燃料气体。该燃料气体通过对作为重整用原料的城市燃气(即，以甲烷为主要成分的气体)进行重整而生成。此外，使用的重整用原料也可以是除了城市燃气以外的气体，只要是烃类的气体即可。
电池C通过以下的反应式F1、F2所示的氢气和氧气的电化学反应而向外部电路EC输出电能。
(燃料电极)2H2+2O2-→2H2O+4e-...(F1)
(空气电极)O2+4e-→2O2-...(F2)
另外，电池C通过以下的反应式F3、F4所示的一氧化碳和氧气的电化学反应而向外部电路EC输出电能。
(燃料电极)2CO+2O2-→2CO2+4e-...(F3)
(空气电极)O2+4e-→2O2-...(F4)
燃料电池10具备多个通过层叠规定数量的电池C而构成的电池堆CS。如图3所示，电池堆CS的平板型的电池C在规定的层叠方向DRst上层叠。构成电池堆CS的规定数量的电池C串联地电连接。在本实施方式中，电池堆CS对应于电池部件。
电池堆CS的将规定数量的电池C层叠为一列的层叠体由保持架HC保持。保持架HC是维持规定数量的电池C的层叠状态的部件。
在电池堆CS的位于电池C的层叠方向DRst的端部的层叠端面EF的一方形成有燃料气体的导入口IPH、氧化剂气体的导入口IPO、燃料气体的导出口OPH、氧化剂气体的导出口OPO。在本实施方式中，导入口IPH、导入口IPO对应于燃料气体和氧化剂气体的接合口。
这样构成的燃料电池10与空气预热器22、重整器33、水蒸发器42、燃烧器63等一同配置于具有隔热性的容器70的内侧。在后文，对容器70的内侧的燃料电池10的配置方式进行说明。
返回至图1，燃料电池10与作为空气的流通路径的空气路径20连接。空气路径20由配管等构成。在空气路径20设置有向燃料电池10压送空气的压送鼓风机21、对向燃料电池10供给的空气加热的空气预热器22、第一电池调温器23以及第二电池调温器24。
压送鼓风机21是吸入大气中的空气并向燃料电池10供给该空气的氧化剂泵。压送鼓风机21由动作通过来自未图示的控制装置的控制信号进行控制的电动式的鼓风机构成。
在此，燃料电池系统的控制装置由包括处理器、存储器的微型电子计算机及其周边电路构成。控制装置基于存储于存储器的控制程序进行各种运算、处理，从而控制与其输出侧连接的各种控制设备的动作。
空气预热器22是使从压送鼓风机21压送的空气与在燃烧器63生成的燃烧气体进行热交换并加热的热交换器。空气预热器22是为了缩小向燃料电池10供给的空气与燃料气体的温度差，并且实现燃料电池10的发电效率的提高而设置的。
第一电池调温器23是使通过空气预热器22并升温后的空气作为第一流体与燃料电池10进行热交换，从而调节燃料电池10的温度的热交换器。第一电池调温器23起到作为从通过伴随着发电的自热而升温后的燃料电池10吸热的吸热器的功能。另外，第一电池调温器23还作为通过燃料电池10的热量对向燃料电池10供给的空气进行加热的预热器而发挥功能。具体而言，第一电池调温器23配置于燃料电池10的周围。第一电池调温器23具有供作为第一流体的空气流动的第一调温流路230。本实施方式的第一电池调温器23与后述的电池收容器71一体地构成。
第二电池调温器24是使通过第一电池调温器23并升温后的空气作为第二流体与燃料电池10进行热交换，从而调节燃料电池10的温度的热交换器。第二电池调温器24起到作为从通过伴随着发电的自热而升温后的燃料电池10吸热的吸热器的功能。另外，第二电池调温器24还作为通过燃料电池10的热量对向燃料电池10供给的空气进行加热的预热器而发挥功能。具体而言，第二电池调温器24配置于燃料电池10的周围。第二电池调温器24具有供作为第二流体的空气流动的第二调温流路240。本实施方式的第二电池调温器24与后述的电池收容器71一体地构成。
另外，燃料电池10与作为重整用原料、燃料气体的流通路径的燃料路径30连接。燃料路径30由配管等构成。在燃料路径30从上游侧依次设置有燃料泵31、脱硫器32以及重整器33。
燃料泵31是用于朝向燃料电池10侧供给重整用原料的泵。燃料泵31由电动泵构成，该电动泵的动作由来自控制装置的控制信号控制。
脱硫器32是用于去除从燃料泵31供给的重整用原料中包含的硫磺成分的装置。此外，城市燃气包含臭味剂(具体而言，硫磺成分)。由于硫磺成分是催化剂中毒物质，因此需要在重整器33的上游去除。
重整器33使用水蒸气来重整从燃料泵31供给的重整用原料，从而生成燃料气体。重整器33例如构成为包括含有铑、钌等贵金属的水蒸气重整催化剂。
具体而言，重整器33使混合了重整用原料和水蒸气的混合气体与燃烧气体进行热交换并加热，并且通过以下的反应式F5所示的重整反应和反应式F6所示的转移反应来生成燃料气体(氢气、一氧化碳)。
CH4+H2O→CO+H2...(F5)
CO+H2O→CO2+H2...(F6)
在此，重整器33中的水蒸气重整是吸热反应，具有在高温的条件下重整率提高的特征。因此，优选的是，重整器33配设于燃料电池10的周围，以使重整器33能够对燃料电池10的发电时向周围释放的热量(即，辐射热)进行吸热。
燃料路径30在燃料泵31与重整器33之间与水供给路径40连接。在水供给路径40设置有水泵41和水蒸发器42。水泵41是向水蒸发器42供给水的泵。水泵41由电动泵构成，该电动泵的动作由来自控制装置的控制信号进行控制。水蒸发器42具有使来自水泵41的水成为水蒸气(即，气体)的蒸发功能。
另外，燃料电池10与供从燃料电池10排出的废气流动的废气路径60连接。具体而言，燃料电池10与供从燃料电池10排出的氧化剂废气流动的空气排出路径61连接，并且与供从燃料电池10排出的燃料废弃流动的燃料排出路径62。
废气路径60与燃烧器63连接。燃烧器63通过是使燃料废气等燃烧而生成使重整器33等升温的燃烧气体。燃烧器63例如通过在燃料电池10的发电时使混合了氧化剂废气和燃料废气的混合气体作为可燃气体进行燃烧，生成用于使燃料电池系统的各设备升温的燃烧气体。虽然并未图示，但是燃烧器63具有用于使燃料废气燃烧的燃烧器。在燃烧器63中，通过燃烧器的点火，燃料废气的燃烧被开始而燃烧气体被生成。
燃烧器63与使高温的燃烧气体流通的未图示的燃烧气体路径连接。虽然并未图示，燃烧气体路径与重整器33、空气预热器22、水蒸发器42等连接，以有效活用在内部流动的燃烧气体的热量。此外，燃烧气体向各设备流动的顺序也可以根据各设备所需的热量等进行变更。
在此，在燃料电池模块1除了燃烧器63以外还设置有用于在启动时等对燃料电池10进行预热的暖机用燃烧器65。暖机用燃烧器65使在燃料路径30流动的重整用原料的一部分和从与压送鼓风机21分开设置的启动用鼓风机66吹送的空气的混合气体作为可燃性流体进行燃烧。通过可燃性流体的燃烧生成的高温的暖机用气体向设置于燃料电池10的内侧的暖机用气体流路67供给。
该暖机用气体流路67与从启动用鼓风机66吹送的空气的送风空气流路68连接。由此，不仅是可燃性气体，暖机用气体流路67还能够使从启动用鼓风机66吹送的空气的一部分作为调温空气进行流动。
燃料电池10、空气预热器22、重整器33、水蒸发器42以及燃烧器63配置于具有隔热性的容器70的内侧。容器70形成燃料电池模块1的外壳。虽然并未图示，但是空气预热器22、重整器33以及水蒸发器42在容器70的内侧配置于燃烧器63的周围，接受燃烧器63的热量。另一方面，燃烧电池10配置于相对于收容有空气预热器22、重整器33、水蒸发器42、燃烧器63等的空间被隔热的其他空间，以不直接接受燃烧器63的热量。
如图4及图5所示，容器70具有收容燃料电池10的电池收容器71。电池收容器71呈双层筒构造，并且在内侧形成有环状的电池收容空间BS。电池收容器71以电池收容器71的轴心CL沿着重力作用的方向(即，铅垂方向)延伸的姿势配置。
在本实施方式中，将沿着电池收容器71的轴心CL延伸的方向设为轴向DRa，将通过电池收容器71的轴心CL且与轴向DRa正交的方向设为径向DRr，并且将沿着以电池收容器71的轴心CL为中心的圆的方向设为周向DRc。
在电池收容器71的内侧的电池收容空间BS，多个电池堆CS以电池收容器71的轴心CL为中心地放射状地配置。换而言之，多个电池堆CS在容器70的内侧的电池收容空间BS中，在周向DRc上隔开等间隔地配置。此外，多个电池堆CS的周向DRc上的间隔不需要一致，也可以一部分不同。
多个电池堆CS中的在周向DRc上彼此相邻的电池堆CS以层叠端面EF彼此相对的姿势配置。换而言之，周向DRc上相邻的电池堆CS的层叠端面EF隔开规定的间隔在周向DRc上相对。
另外，多个电池堆CS的沿着层叠方向DRst延伸的侧面的一部分作为内侧面IS与电池收容器71的内侧相对，另一侧面的一部分作为外侧面OS与电池收容器71的外侧相对。
电池堆CS的内侧面IS构成将多个电池CS放射状地配置于容器70的内侧时的电池堆CS的内侧部分，另外，电池堆CS的外侧面OS构成将多个电池CS放射状地配置于容器70的内侧时的电池堆CS的外侧部分。
如图6所示，本实施方式的电池收容器71构成为包括内筒72、位于内筒72的外侧的外筒73以及将内筒72的底部和外筒73的底部彼此连接的底板74。
内筒72相比电池收容器71中的多个电池堆CS位于内侧。外筒73相比电池收容器71中的多个电池堆CS位于外侧。并且，在内筒72与外筒73之间形成有电池收容空间BS。内筒72和外筒73分别构成为圆筒状。内筒72和外筒72以各自的中心轴同轴的方式配置。
内筒72以隔开了规定的间隔的状态与电池堆CS的内侧面IS相对，以接受电池堆CS的辐射热。内筒72的轴向DRa上的尺寸比电池堆CS的轴向DRa上的尺寸大，以能够覆盖电池堆CS的内侧面IS的整体。
另外，内筒72是具有第一内壁721和第一外壁722而能够使流体通过的双层壁构造。第一内壁721和第一外壁722分别由圆筒状的筒状体构成。
第一内壁721和第一外壁722以各自的中心轴同轴的方式配置。在第一内壁721与第一外壁722之间设置有垫片、销钉等间隔规定部，通过该间隔规定部形成有大致恒定的间隙。与电池堆CS的内侧面IS进行热交换的空气作为第一流体被导入形成于第一内壁721与第一外壁722之间的间隙流路。
另外，在第一内壁721的内侧在轴向DRa的一侧配置有暖机用燃烧器65，并且相对于暖机用燃烧器65在轴向DRa的另一侧形成有暖机用气体流路67。
在内筒72形成有用于将暖机用气体流路67导向电池收容空间BS的导入路723。由此，能够将在暖机用气体流路67流动的气体导入电池收容空间BS。在本实施方式中，暖机用气体流路67对应于供作为第三流体的调温空气流动的第三流体流路。
外筒73以隔开了规定的间隔的状态与电池堆CS的外侧面OS相对，以接受电池堆CS的辐射热。外筒73的轴向DRa上的尺寸比电池堆CS的轴向DRa上的尺寸大，以能够覆盖电池堆CS的外侧面OS的整体。
另外，外筒73是具有第二内壁731和第二外壁732而能够使流体通过的双层壁构造。第二内壁731和第二外壁732分别构成为圆筒状的筒状体。
第二内壁731和第二外壁732以各自的中心轴同轴的方式配置。在第二内壁731与第二外壁732之间设置有垫片、销钉等间隔规定部，通过该间隔规定部形成有大致恒定的间隙。与电池堆CS的外侧面OS进行热交换的空气作为第二流体被导入形成于第二内壁731与第二外壁732之间的间隙流路。
底板74将内筒72的底部和外筒73的底部连接，并且具有环状的形状。底板74经由未图示的适配器而支承多个电池堆CS。
底板74与电池堆CS的下表面相对。底板74具有能够覆盖电池堆CS的下表面的整体的大小。
底板74是具有上壁741和下壁742而能够使流体通过的双层壁构造。在上壁741与下壁742之间设置有垫片、销钉等间隔规定部，通过该间隔规定部形成有大致恒定的间隙。
底板74的上壁741与内筒72的第一外壁722和外筒73的第二内壁731连接，底板74的下壁741与内筒72的第一内壁721和外筒73的第二外壁732连接。并且，在上壁741与下壁741之间形成有使内筒72的间隙流路和外筒73的间隙流路连通的连通路740。
在此，内筒72与外筒73相比曲率较大，并且相对于电池堆CS的部位的面积较小。因此，如图7所示，内筒72与电池堆CS的传热面积S1比外筒73中的与电池堆CS的传热面积S2小。
在电池收容器71中，在内侧与外侧的传热面积不同的情况下，当相同温度和相同流速的流体在形成于内筒72的间隙流路和形成于外筒73的间隙流路流动时，与电池堆CS的外侧相比，在电池堆CS的内侧，因对流而引起的传热量较小。该传热量的差异是电池堆CS的内侧部分与外侧部分的温度分布扩大的主要原因。由于这样的温度分布的扩大导致发电效率的降低、耐久性的降低，因此不优选。
因此，电池收容器71构成为，与电池堆CS的温度差比在形成于外筒73的间隙流路流动的流体大的流体在形成于内筒72的间隙流路流动。本实施方式的电池收容器71构成为，在需要对电池堆CS进行冷却或者保温的情况下，温度比在形成于外筒73的间隙流路流动的流体低的流体相对于形成于内筒72的间隙流路进行流动。此外，需要对电池堆CS进行冷却或者保温的情况主要是燃料电池10进行发电时。
具体而言，在电池收容器71中，连通路740与形成于内筒72的间隙流路的空气流下游侧连接，并且连通路740与形成于外筒的间隙流路的空气流上游侧连接。由此，在电池收容器71中，通过了空气预热器22的空气相对于形成于内筒72的间隙流路流动，通过了连通路740的空气相对于形成于外筒73的间隙流路流动。
本实施方式的电池收容器71的内筒72构成为第一电池调温器23，外筒73构成为第二电池调温器24。另外，在本实施方式中，形成于内筒72的间隙流路构成为第一调温流路230，形成于外筒73的间隙流路构成为第二调温流路240。
在此，在本实施方式中，内筒72与设置于容器70的第一热交换部位对应，并且第一调温流路230与供作为第一流体的空气流动的第一流体流路对应。另外，在本实施方式中，外筒73与设置于容器70的第二热交换部位对应，并且第二调温流路240与供作为第二流体的空气流动的第二流体流路对应。以下，将形成于内筒72的间隙流路称为第一调温流路230，将形成于外筒73的间隙流路称为第二调温流路240。
第一调温流路230从轴向DRa的一侧向另一侧延伸。在第一调温流路230，来自空气预热器22的空气从轴向DRa的一侧朝向另一侧沿一方向流动。流入至第一调温流路230的空气在通过第一调温流路230时从电池堆CS受热并升温。
另外，第二调温流路240从轴向DRa的另一侧向一侧延伸。在第二调温流路240，来自连通路740的空气从轴向DRa的另一侧朝向一侧沿一方向流动。
流入第二调温流路240的空气在通过连通路740时从电池堆CS受热并升温。因此，在电池收容器71中，比在第一调温流路230流动的空气的温度高的空气向第二调温流路240流动。换而言之，在电池收容器71中，比在第二调温流路240流动的空气的温度低的空气向第一调温流路230流动。
在此，在本实施方式的内筒72和外筒73中，第一内壁721与第一外壁722的间隔和第二内壁731与第二外壁732的间隔是大致相同的大小。并且，内筒72与外筒73相比曲率半径较小。因此，第一调温流路230的流路截面积比第二调温流路240的流路截面积小。
根据连续定律，在稳态的流体在没有分支的流路流动的情况下，流路的任意的剖面的质量流量相等。在本实施方式的电池收容器71中，第一调温流路230和第二调温流路240是串联相连的流路，并且第一调温流路230的流路截面积比第二调温流路240的流路截面积小。因此，比在第二调温流路240流动的空气的流速大的空气向第一调温流路230流动。
接着，对燃料电池系统的基本动作进行说明。在燃料电池系统中，当未图示的运转开关接通时，通过控制装置执行从燃料电池10输出电能的发电处理。
在该发电处理中，例如以相对于燃料电池10供给适于发电的量的氧化剂气体和燃料气体的方式控制压送鼓风机21、燃料泵31、水泵41。
从燃料泵31排出的重整用原料在水蒸发器42与水蒸气混合后，流入重整器33。在重整器33中，当重整用原料和水蒸气的混合气体被供给时，通过上述反应式F5、F6所示的反应，燃料气体(氢气、一氧化碳)被生成。并且，在重整器33生成的燃料气体流入燃料电池10。
从压送鼓风机21吹出的氧化剂气体流入空气预热器22，并且通过与燃烧气体的热交换而升温。然后，如图8所示，通过了空气预热器22的空气按第一调温流路230、连通路740、第二调温流路240的顺序流动。通过第一调温流路230、连通路740、第二调温流路240的空气从燃料电池10吸热并在升温至燃料电池10的电池温度附近后流入燃料电池10。
此时，温度低且流速大的空气在第一调温流路230流动，该第一调温流路230与电池堆CS的传热面积比第二调温流路240与电池堆CS的传热面积小。由此，因在电池堆CS的内侧的对流而引起的传热量与因在外侧的对流而引起的传热量的差变小，从而电池堆CS的内侧部分与外侧部分的温度分布降低。
燃料电池10在氧化剂气体和燃料气体被供给时，通过上述的反应式F1～F4所示的反应输出电能。此时，燃料电池10向废气路径60排出废气。
从燃料电池10排出的废气作为可燃气体在燃烧器63被燃烧。在燃烧器63生成的燃烧气体在未图示的燃烧气体路径流动时，向重整器44、空气预热器22、水蒸发器42散热。
以上说明的燃料电池模块1具备电池收容器71，该电池收容器71具有与电池堆CS的内侧部分相对的内筒72和与电池堆CS的外侧部分相对的外筒73。电池收容器71形成有第一调温流路230和第二调温流路240，该第一调温流路230供相对于内筒72而与电池堆CS进行热交换的空气流动，该第二调温流路240供相对于外筒73而与电池堆CS进行热交换的空气流动。并且，电池收容器71通过使通过了第一调温流路230的空气向第二调温流路240流动，从而在第一调温流路230流动的空气与电池堆CS的温度差比在第二调温流路240流动的空气与电池堆CS的温度差大。
由此，与电池堆CS的温度差比在第二调温流路240流动的空气与电池堆CS的温度差大的空气在第一调温流路230流动，该第一调温流路230与电池堆CS的传热面积比第二调温流路240与电池堆CS的传热面积小。
此外，电池收容器71的第一调温流路230的流路截面积比第二调温流路240的流路截面积小。由此，通过使流速比第二调温流路240大的空气在第一调温流路230流动，而该第一调温流路230与电池堆CS的传热面积比第二调温流路240与电池堆CS的传热面积小，从而使第一调温流路230的热传递率比第二调温流路240的热传递率大。
由此，因在电池堆CS的内侧的对流而引起的传热量与因在电池堆CS的外侧的对流而引起的传热量的差变小，能够使电池堆CS的内侧部分与外侧部分的温度分布降低。其结果是，能够抑制因电池堆CS的内侧部分与外侧部分的温度分布而引起的发电效率的降低、耐久性的降低。
在此，在多个电池堆CS中，在周向DRc上彼此相邻的电池堆CS的层叠端面EF以彼此相对的姿势配置。由此，由于相邻的电池堆CS中的一方的层叠端面EF从另一方的电池堆CS受热，因此能够降低电池堆CS中的层叠方向DRst的温度分布。
另外，电池收容器71在第一调温流路230的内侧设置有暖机用气体流路67，该暖机用气体流路67能够使与在第一调温流路230流动的空气温度不同的调温空气流动。即，电池收容器71具有在第一调温流路230的内侧设置有暖机用气体流路67的流路构造。由此，例如即使在因随时间劣化等而电池堆CS的发热量增大的情况下，通过使相比在第一调温流路230流动的空气低温的空气相对于暖机用气体流路67流动，能够抑制电池堆CS过度地升温。
而且，在多个电池堆CS中的相邻的电池堆CS之间形成有燃料气体的导入口IPH和导出口OPH，并且形成有氧化剂气体的导入口IPO和导出口OPO。由此，能够有效地利用形成于相邻的电池堆CS之间的空间而供给燃料气体或者氧化剂气体。由此，与另外设置用于供给燃料气体或者氧化剂气体的空间的情况相比，能够实现容器70的小型化。
(第二实施方式)
接着，参照图9对第二实施方式进行说明。在本实施方式中，主要对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图9所示，设置于外筒73的第二调温流路240具有内侧流路部241和外侧流路部242，该内侧流路部241靠近电池堆CS，该外侧流路部242相比内侧流路部241远离电池堆CS。并且，第二调温流路240是供通过了外侧流路部242的空气折返并流入内侧流路部241的流路构造。
具体而言，在外筒73的内侧设置有分离板733，该分离板733将第二调温流路240分为内侧流路部241和外侧流路部242。内侧流路部241和外侧流路部242分别沿着轴向DRa延伸。外侧流路部242的轴向DRa的另一侧与连通路740连通，外侧流路部242的轴向DRa的一侧经由折返部734与内侧流路部241连通。内侧流路部241的轴向DRa的一侧经由折返部734与外侧流路部242连通，内侧流路部241的轴向DRa的另一侧经由未图示的配管等与电池堆CS连接。第二调温流路240的内侧流路部241的流路截面积为第一调温流路230的流路截面积以上的大小。
其他的结构与第一实施方式相同。本实施方式的燃料电池模块1能够与第一实施方式同样地得到通过与第一实施方式共通或均等的结构获得的作用效果。
在此，第二调温流路240从电池堆CS接受热量的传热面积比第一调温流路230大。在该情况下，有第二调温流路240的上游与下游的温度差变大而第二调温流路240的温度不均匀的担忧。
相对于此，如果第二调温流路240是使空气折返流动的流路构造，则空气的流动在第二调温流路240的内侧流路部241和外侧流路部242相对，从而在靠近电池堆CS的外侧部分的内侧流路部的温度被均匀化。其结果是，在电池堆CS的外侧部分的温度不均被抑制。
(第二实施方式的变形例)
在第二实施方式中，虽然例示了内侧流路部241的流路截面积为第一调温流路230的流路截面积以上的大小的结构作为第二调温流路240，但是第二调温流路240并不限定于此。第二实施方式的第二调温流路240是使空气折返流动的流路构造，与第一调温流路230相比，空气的流速容易降低。如果构成为流速比在第一调温流路230流动的空气小的空气在第二调温流路240流动，则该第二调温流路240的流路截面积也可以比第一调温流路230的流路截面积小。这在之后的实施方式中也同样。
(第三实施方式)
接着，参照图10对第三实施方式进行说明。在本实施方式中，主要对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图10所示，电池收容器71除了具有内筒72、外筒73、底板74以外，还具有顶板75。底板74是与第一实施方式不同的单壁构造，未设置有第一实施方式中说明的连通路740。
顶板75是将内筒72的上部和外筒73的上部彼此连接的板，并且具有环状的形状。顶板75以隔开了规定的间隔的状态与电池堆CS的上表面相对。顶板75具有能够覆盖电池堆CS的上表面的整体的大小。
顶板75是具有上壁751和下壁752而能够使流体通过的双层壁构造。在上壁751与下壁752之间设置有垫片、销钉等间隔规定部，通过该间隔规定部形成有大致恒定的间隙。
顶板75的上壁751与外筒73的第二外壁732连接，顶板75的下壁752与内筒72的第一外壁722和外筒73的第二内壁731连接。并且，在上壁751与下壁752之间形成有与外筒73的间隙流路连通的连通路750。
连通路750的空气流上游侧与空气预热器22连接且空气流下游侧与形成于外筒73的间隙流路连接。由此，在电池收容器71中，通过了空气预热器22的空气的一部分向形成于内筒72的第一调温流路230流动，并且剩余的部分经由连通路750向形成于外筒73的第二调温流路240流动。
流入第二调温流路240的空气在通过连通路750时，从电池堆CS受热并升温。因此，在电池收容器71中，温度比在第二调温流路240流动的空气低的空气在第一调温流路230流动。
另外，第一调温流路230与第二调温流路240不同，供不经由连通路750地通过了空气预热器22的空气流入。因此，在本实施方式的电池收容器71中，流速比在第二调温流路240流动的空气大的空气在第一调温流路230流动。
其他的结构与第一实施方式相同。本实施方式的燃料电池模块1能够与第一实施方式同样地得到通过与第一实施方式共通或均等的结构获得的作用效果。
如上所述，在电池收容器71中，相比在第二调温流路240流动的空气温度低且流速大的空气在第一调温流路230流动。因此，因在电池堆CS的内侧的对流而引起的传热量与因在电池堆CS的外侧的对流而引起的传热量的差变小，从而能够降低电池堆CS的内侧部分与外侧部分的温度分布。
(第三实施方式的变形例)
在第三实施方式中，虽然例示了设置于外筒73的第二调温流路240构成为沿轴向DRa延伸的单独的流路的结构，但是第二调温流路240并不限定于此。如第二实施方式中说明的那样，第二调温流路240也可以是具有外侧流路部242和内侧流路部241的流路构造。这在之后的实施方式中也同样。
在第三实施方式中，虽然例示了通过使不经由连通路750地通过了空气预热器22的空气流入第一调温流路230，从而使流速较大的空气向第一调温流路230流动的结构，但是电池收容器71并不限定于此。电池收容器71例如也可以附加有使流入第一调温流路230的流体加速的喷嘴等。
(第四实施方式)
接着，参照图11对第四实施方式进行说明。在本实施方式中，主要对与第三实施方式不同的部分进行说明。
如图11所示，电池收容器71构成为，流入第一调温流路230的不是在空气路径20流动的空气，而是被导入重整器33前的重整用原料和水蒸气的混合气体。该重整用原料和水蒸气的混合气体的温度比在空气预热器22升温后的空气的温度低。因此，在电池收容器71中，在第一调温流路230流动温度比在第二调温流路240流动的空气的温度低的混合气体。
另外，与经由连通路750而通过了空气预热器22的空气所流入的第二调温流路240不同，第一调温流路230供不经由连通路750地导入重整器33前的混合气体流入。因此，在本实施方式的电池收容器71中，在第一调温流路230流动流速比在第二调温流路240流动的空气的流速大的混合气体。
其他的结构与第三实施方式相同。本实施方式的燃料电池模块1能够与第三实施方式同样地得到通过与第三实施方式共通或均等的结构获得的作用效果。
(第四实施方式的变形例)
在第四实施方式中，虽然例示了使通过了空气预热器22的空气流入第二调温流路240的结构，但是在第二调温流路240的流体并不限定于此。在第二调温流路240流动的流体比第一调温流路230温度高即可。第二调温流路240例如也可以构成为供在重整器33生成的燃料气体流入。
在第四实施方式中，虽然例示了通过不经由连通路750地使导入重整器33前的混合气体流入第一调温流路230，从而使流速较大的混合气体在第一调温流路230流动的结构，但是电池收容器71并不限定于此。电池收容器71例如也可以附加有使流入第一调温流路230的流体加速的喷嘴等。另外，也可以是第一调温流路230自身构成为重整器33而发挥功能。这样的结构例如能够通过相对于第一调温流路230配置水蒸气重整催化剂且使水蒸气和重整用原料的混合气体在第一调温流路230流动来实现。
(第五实施方式)
接着，参照图12对第五实施方式进行说明。在本实施方式中，主要对与第三实施方式不同的部分进行说明。
如图12所示，电池收容器71构成为，流入第一调温流路230的不是在空气路径20流动的空气而是从启动用鼓风机66吹送的空气的一部分。从启动用鼓风机66吹送的空气的温度比在空气预热器22升温后的空气的温度低。因此，在电池收容器71中，温度比在第二调温流路240流动的空气低的空气在第一调温流路230流动。
另外，与供经由连通路750而通过了空气预热器22的空气流入的第二调温流路240不同，第一调温流路230供不经由连通路750而从启动用鼓风机66吹送的空气流入。因此，在本实施方式的电池收容器71中，在第一调温流路230流动流速比在第二调温流路240流动的空气的流速大的混合气体。
其他的结构与第三实施方式相同。本实施方式的燃料电池模块1能够与第三实施方式同样地得到通过与第三实施方式共通或均等的结构获得的作用效果。
(第五实施方式的变形例)
在第五实施方式中，虽然例示了通过不经由连通路750地使从启动用鼓风机66吹送的空气流入第一调温流路230，从而使流速较大的空气在第一调温流路230流动的结构，但是电池收容器71并不限定于此。电池收容器71例如也可以附加有使流入第一调温流路230的流体加速的喷嘴等。
(其他实施方式)
以上，对本发明的具有代表性的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述的实施方式，例如能够如以下这样进行各种变形。
在上述的实施方式中，作为电池收容器71，虽然例示了空气、重整用原料与水蒸气的混合气体在第一调温流路230流动且空气、燃料气体在第二调温流路240流动的结构，但是电池收容器71并不限定于此。如果电池收容器71是第一流体在第一调温流路230流动的结构，而该第一流体与电池堆CS的温度差或者流速比在第二调温流路240流动的第二流体与电池堆CS的温度差或者流速大，则也可以采用除了空气、混合气体、燃料气体以外的流体作为第一流体和第二流体。
在上述的实施方式中，作为电池收容器71，虽然例示了温度低且流速大的空气在第一调温流路230流动的结构，而该第一调温流路230与电池堆CS的传热面积比第二调温流路240与电池堆CS的传热面积小，但是电池收容器71并不限定于此。
电池收容器71例如也可以是，比在第二调温流路240流动的流体低温的流体在第一调温流路230流动且同等流速的流体分别在第一调温流路230和第二调温流路240流动的流路构造。
相反，电池收容器71例如也可以是同等温度的流体分别在第一调温流路230和第二调温流路240流动且流速比在第二调温流路240流动的流体大的流体在第一调温流路230流动的流路构造。
在上述的实施方式中，作为电池收容器71，虽然例示了在内侧形成有环状的电池收容空间BS的双层筒构造的结构，但是并不限定于此，电池收容器71也可以是除了双层筒构造以外的构造。
在上述的实施方式中，虽然例示了电池收容器71以沿着铅垂方向延伸的姿势配置的结构，但是电池收容器71的配置姿势并不限定于此。电池收容器71例如也可以以相对于铅垂方向倾斜的姿势进行配置。
在上述的实施方式中，虽然说明了将燃料电池10配置于相对于收容有空气预热器22、重整器33、水蒸发器42、燃烧器63等的空间隔热的其他空间，但是燃料电池10的配置方式并不限定于此。燃料电池10例如也可以配置于与收容有空气预热器22、重整器33、水蒸发器42、燃烧器63等的空间相同的空间。
在上述的实施方式中，虽然例示了相邻的电池堆CS的层叠端面EF以彼此相对的姿势配置的结构，但是电池堆CS的配置姿势并不限定于此。电池堆CS例如也可以是以沿着层叠方向DRst延伸的侧面与相邻的电池堆CS相对的姿势配置。
在上述的实施方式中，虽然例示了在电池收容器71的内侧放射状地配置有多个电池堆CS的结构，但是燃料电池模块1并不限定于此。燃料电池模块1也可以是在电池收容器71的内侧放射状地配置有多个电池C。在该情况下，电池C对应于电池部件。
在上述的实施方式中，虽然例示了在电池收容器71中的第一调温流路230的内侧形成有暖机用气体流路67的结构，但是暖机用气体流路67的配置方式并不限定于此。暖机用气体流路67的配置方式也可以是形成于除了第一调温流路230的内侧以外的部位。
在上述的实施方式中，虽然例示了在相邻的电池堆CS之间设置有燃料气体和氧化剂气体的接合口的结构，但是接合口的配置方式并不限定于此。燃料气体和氧化剂气体的接合口也可以设置于除了相邻的电池堆CS之间以外的部位。
在上述的实施方式中，虽然对将本发明的燃料电池模块1应用于具备固体氧化物型的燃料电池10的燃料电池系统的例子进行了说明，但是燃料电池模块1的应用对象并不限定于此。燃料电池模块1例如能够广泛应用于具备具有固体电解质膜的燃料电池(即，PEFC)等其他燃料电池的系统。
在上述的实施方式中，构成实施方式的要素，除了特别明示是必须的情况和原理上明显认为是必须的情况等以外，不一定是必须的，这是不言而喻的。
在上述的实施方式中，提及实施方式的结构要素的个数、数值、量、范围等数值的情况下，除了特别明示是必须的情况和原理上明显限定于特定的数的情况等以外，不限定于该特定的数。
在上述的实施方式中，提及结构要素等的形状、位置关系等时，除了特别明示的情况和原理上限定于特定的形状、位置关系等的情况等以外，不限定于该形状、位置关系等。
(总结)
根据上述的实施方式的一部分或者全部所示的第一个观点，燃料电池模块具备容器和放射状地配置于容器的内侧的多个电池部件。在容器的内侧形成有第一流体流路和第二流体流路，该第一流体流路供第一流体流动，该第一流体与电池部件的内侧部分进行热交换，该第二流体流路供第二流体流动，该第二流体与电池部件的外侧部分进行热交换。形成第一流体流路的第一热交换部位与电池部件的传热面积比形成第二流体流路的第二热交换部位与电池部件的传热面积小。并且，在第一流体流路流动的第一流体与电池部件的温度差比在第二流体流路流动的第二流体与电池部件的温度差大。
根据第二个观点，在电池部件的冷却或者保温时，在第一流体流路流动的第一流体的温度比在第二流体流路流动的第二流体的温度低。
在电池部件的冷却或者保温时，如果比第二流体温度低的第一流体在第一流体流路流动，则因在电池部件的内侧部分的对流而引起的传热量与因在外侧部分的对流而引起的传热量的差变小。因此，能够降低电池部件的冷却或者保温时的电池部件的内侧部分与外侧部分的温度分布。
根据第三个观点，在第一流体流路流动的第一流体的流速比在第二流体流路流动的第二流体的流速大。这样，通过使第一流体在第一流体流路流动，而第一流体流路的热传递率比第二流体流路的热传递率大，从而，该第一流体的流速比第二流体的流速大，该第一流体流路与电池部件的传热面积比第二流体流路与电池部件的传热面积小。由此，因在电池部件的内侧部分的对流而引起的传热量与因在外侧部分的对流而引起的传热量的差变小，从而能够降低电池部件的内侧部分与外侧部分的温度分布。
根据第四个观点，燃料电池模块具备容器和放射状地配置于容器的内侧的多个电池部件。在容器的内侧形成有第一流体流路和第二流体流路，该第一流体流路供第一流体流动，该第一流体与电池部件的内侧部分进行热交换，该第二流体流路供第二流体流动，该第二流体与电池部件的外侧部分进行热交换。形成第一流体流路的第一热交换部位与电池部件的传热面积比形成第二流体流路的第二热交换部位与电池部件的传热面积小。在第一流体流路流动流速比在第二流体流路流动的第二流体的流速大的第一流体。
根据第五个观点，第二流体流路具有靠近电池部件的内侧流路部和相比内侧流路部远离电池部件的外侧流路部，并且该第二流体流路是供通过了外侧流路部的第二流体折返并流入内侧流路部的流路构造。
当第二流体流路的传热面积比第一流体流路的传热面积大时，有第二流体流路的上游与下游的温度差和变大而第二流体流路的温度不均匀的担忧。
相对于此，如果第二流体流路是使第二流体折返并流动的流路构造，则第二流体的流动在第二流体流路的内侧流路部和外侧流路部相对，从而靠近电池部件的外侧部分的内侧流路部的温度被均匀化。其结果是，电池部件的外侧部分的温度不均被抑制。
根据第六个观点，多个电池部件分别构成为层叠了多个电池的电池堆。多个电池堆中的相邻的电池堆以位于多个电池的层叠方向的端部的层叠端面彼此相对的姿势配置。
这样，如果是相邻的电池堆的层叠端面彼此相对的配置方式，由于相邻的电池堆中的一方的层叠端面从另一方的电池堆受热，因此能够降低电池部件中的层叠方向的温度分布。
根据第七个观点，在容器中的第一流体流路的内侧设置有第三流体流路，该第三流体流路能够供第三流体流动，该第三流体的温度与第一流体的温度不同。这样，如果是在第一流体流路的内侧设置有第三流体流路的流路构造，即使因某些理由而电池部件的发热量增大，通过使比第二流体低温的第三流体在第三流体流路流动，能够抑制电池部件过度地升温。
根据第八个观点，在多个电池部件中的相邻的电池部件之间形成有燃料气体和氧化剂气体的至少一方的接合口。这样，如果在相邻的电池部件之间形成接合口，能够有效地利用形成于相邻的电池部件之间的空间来供给燃料气体或者氧化剂气体。由此，与另外设置用于供给燃料气体或者氧化剂气体的空间的情况相比，能够实现容器的小型化。

Claims (8)

1.一种燃料电池模块，其特征在于，具备：
容器(70)；以及
多个电池部件(CS)，该多个电池部件放射状地配置于所述容器的内侧，
在所述容器的内侧形成有第一流体流路(230)和第二流体流路(240)，该第一流体流路供第一流体流动，该第一流体与将多个所述电池部件放射状地配置时的所述电池部件的内侧部分进行热交换，该第二流体流路供第二流体流动，该第二流体与将多个所述电池部件放射状地配置时的所述电池部件的外侧部分进行热交换，
第一热交换部位(72)与所述电池部件的传热面积比第二热交换部位(73)与所述电池部件的传热面积小，该第一热交换部位是形成所述第一流体流路的部位且与所述电池部件进行热交换，该第二热交换部位是形成所述第二流体流路的部位且与所述电池部件进行热交换，
在所述第一流体流路流动的所述第一流体与所述电池部件的温度差比在所述第二流体流路流动的所述第二流体与所述电池部件的温度差大。
2.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，
在所述电池部件的冷却或者保温时，在所述第一流体流路流动的所述第一流体的温度比在所述第二流体流路流动的所述第二流体的温度低。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池模块，其特征在于，
在所述第一流体流路流动的所述第一流体的流速比在所述第二流体流路流动的所述第二流体的流速大。
4.一种燃料电池模块，其特征在于，具备：
容器(70)；以及
多个电池部件(CS)，该多个电池部件放射状地配置于所述容器的内侧，
在所述容器的内侧形成有第一流体流路(230)和第二流体流路(240)，该第一流体流路供第一流体流动，该第一流体与将多个所述电池部件放射状地配置时的所述电池部件的内侧部分进行热交换，该第二流体流路供第二流体流动，该第二流体与将多个所述电池部件放射状地配置时的所述电池部件的外侧部分进行热交换，
第一热交换部位(72)与所述电池部件的传热面积比第二热交换部位(73)与所述电池部件的传热面积小，该第一热交换部位是形成所述第一流体流路的部位且与所述电池部件进行热交换，该第二热交换部位是形成所述第二流体流路的部位且与所述电池部件进行热交换，
在所述第一流体流路流动的所述第一流体的流速比在所述第二流体流路流动的所述第二流体的流速大。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，
所述第二流体流路具有靠近所述电池部件的内侧流路部(241)和相比所述内侧流路部远离所述电池部件的外侧流路部(242)，并且该第二流体流路是供通过了所述外侧流路部的所述第二流体折返并流入所述内侧流路部的流路构造。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，
多个所述电池部件分别构成为层叠了多个电池(C)的电池堆(CS)，
多个所述电池堆中的相邻的所述电池堆以位于多个所述电池的层叠方向的端部的层叠端面(EF)彼此相对的姿势配置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，
在所述容器中的所述第一流体流路的内侧设置有第三流体流路(67)，该第三流体流路能够供第三流体流动，该第三流体的温度与所述第一流体的温度不同。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，
在多个所述电池部件中的相邻的所述电池部件之间形成有燃料气体和氧化剂气体中的至少一方的接合口(IPH、OPH、IPO、OPO)。
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