JP2007109598A - Fuel cell module and fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell module capable of improving system efficiency, including the fuel cell module, and capable of simplifying the structure. <P>SOLUTION: This has first partitioning members 37a, 37b to form a first space 41 and second spaces 43, 45, second partitioning members 39a, 39b to form third spaces 47, 49 between the first partitioning members 37a, 37b, and a nearly cylindrical fuel battery cell tube 35, in which the fuel battery cell 51 is formed on a surface, a fuel gas is introduced inside the fuel battery cell tube 35, a combustion gas of an oxidizer gas and a fuel gas for temperature elevation is introduced on the outside, and a catalyst 55 to make the oxidizer gas and the fuel gas for temperature elevation react is installed at the second partitioning members 39a, 39b. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池の燃料電池モジュールおよび燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell module and a fuel cell system for a solid oxide fuel cell.

燃料電池は、燃料の化学エネルギを直接電気エネルギに変換して発電を行うものである。この燃料電池は、燃料側の電極である燃料極と、空気側の電極である空気極と、これらの間にありイオンのみを通す電解質とにより構成されており、電解質の種類によって様々な形式が開発されている。
このうち、固体酸化物形燃料電池(Solid
Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」と呼ぶ)は、電解質としてジルコニアセラミクッスなどのセラミックスが用いられ、天然ガス,石油,メタノール,石炭ガス化ガスなどを燃料として運転される燃料電池である。このSOFCは、イオン伝導率を高めるために作動温度が約900〜1000℃程度と高く、用途の広い高効率な高温型燃料電池として知られている。
The fuel cell generates power by directly converting chemical energy of fuel into electric energy. This fuel cell is composed of a fuel electrode that is an electrode on the fuel side, an air electrode that is an electrode on the air side, and an electrolyte that passes only ions between them, and there are various types depending on the type of electrolyte. Has been developed.
Of these, solid oxide fuel cells (Solid
Oxide Fuel Cell (hereinafter referred to as “SOFC”) is a fuel cell that uses ceramics such as zirconia ceramics as an electrolyte and is operated using natural gas, petroleum, methanol, coal gasification gas, or the like as fuel. This SOFC is known as a high-efficiency high-temperature fuel cell with a wide range of uses, with an operating temperature as high as about 900 to 1000 ° C. in order to increase ionic conductivity.

上述のSOFCは、定格運転時には自らの発熱により上記作動温度を維持し、定格運転を継続する(熱自立する)ことができる。しかし、SOFCの起動の際には、外部から高温熱源で加熱する必要があり、起動時におけるSOFCの加熱方法に関するさまざまな技術等が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2004−119298号公報
The above-described SOFC can maintain the above operating temperature by its own heat generation during rated operation, and can continue the rated operation (thermal independence). However, when the SOFC is activated, it is necessary to heat from the outside with a high-temperature heat source, and various techniques relating to the heating method of the SOFC at the time of activation have been proposed (for example, see Patent Document 1).
JP 2004-119298 A

上述の特許文献1においては、有底円筒形状の燃料電池セル内に空気を導く空気導入管に燃焼触媒層を配置し、各燃料電池セル内で昇温用燃料ガスを燃焼させる技術が公開されている。
しかしながら、各燃料電池セル内に空気導入管を挿入配置させたり、燃料電池空気極に触媒層を形成したりするため、燃料電池セルの構成が複雑となり、その製造が困難になるという問題があった。
また、各燃料電池セル内でそれぞれ燃焼を行う場合、各燃料電池セル内での燃焼状態や分布を均一に制御することは困難であり、各燃料電池セルの各部分における昇温速度が異なっていた。そのため、温度分布が不均一になるというセルにとっては大きな問題があった。
In the above-mentioned Patent Document 1, a technique is disclosed in which a combustion catalyst layer is disposed in an air introduction pipe that guides air into a bottomed cylindrical fuel cell, and a fuel gas for raising temperature is combusted in each fuel cell. ing.
However, since an air introduction tube is inserted and disposed in each fuel cell, and a catalyst layer is formed on the fuel cell air electrode, the configuration of the fuel cell is complicated and its manufacture becomes difficult. It was.
In addition, when combustion is performed in each fuel cell, it is difficult to uniformly control the combustion state and distribution in each fuel cell, and the rate of temperature rise in each part of each fuel cell is different. It was. Therefore, there is a big problem for the cell that the temperature distribution becomes non-uniform.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、燃料電池モジュールの温度均一性を向上させるとともに、その構造を簡素化することができる燃料電池モジュールおよび燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and provides a fuel cell module and a fuel cell system capable of improving the temperature uniformity of the fuel cell module and simplifying the structure thereof. For the purpose.

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の燃料電池モジュールは、容器と、該容器内の空間を気密に仕切ることにより第1空間及び第2空間を形成する第1仕切り部材と、前記第1空間を流体が流通可能に仕切ることにより、前記第1仕切り部材との間に第3空間を形成する第2仕切り部材と、表面に燃料電池セルが形成された略円筒状の燃料電池セル管と、を有し、前記燃料電池セルは前記第1空間内に位置し、前記燃料電池セル管の開口端は前記第2空間に開放され、前記燃料電池セル管の内側には、前記第2空間および前記開口端を介して燃料ガスが導入され、前記燃料電池セル管の外側には、少なくとも、前記第3空間および前記第2仕切り部材を介して酸化剤ガスと昇温用燃料ガスとの燃焼ガスが導入され、前記第2仕切り部材には、前記酸化剤ガスと前記昇温用燃料ガスとを反応させる触媒が設けられていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The fuel cell module according to the present invention partitions a container, a first partition member that forms a first space and a second space by hermetically partitioning the space in the container, and a fluid through which the first space can flow. A second partition member that forms a third space between the first partition member and a substantially cylindrical fuel cell tube having a fuel cell formed on a surface thereof, and the fuel cell Is located in the first space, an open end of the fuel cell tube is opened to the second space, and a fuel gas is disposed inside the fuel cell tube via the second space and the open end. And a combustion gas of an oxidant gas and a temperature raising fuel gas is introduced outside the fuel cell tube through at least the third space and the second partition member, and the second partition The member includes the oxidant gas and the temperature raising member. Wherein the catalyst reacting the material gas is provided.

本発明によれば、触媒で反応させた燃焼ガスを燃料電池セル管の外側に導入しているため、燃焼ガスの熱により燃料電池セルを昇温させることができる。
例えば、複数の燃料電池セル管を備えた燃料電池モジュールにおいては、第2仕切り部材に設けた触媒で反応させた燃焼ガスを、各燃料電池セル管の外側に導入するため、各燃料電池セル管の燃料電池セルの温度上昇を揃えることができる。特許文献1に記載された発明と比較して、熱の損失が少ないため燃料電池セルの起動用(昇温用)燃料の使用量を削減できる。また、燃料電池セルの健全性を保つこと(破損防止)が容易となる。
According to the present invention, since the combustion gas reacted with the catalyst is introduced outside the fuel cell tube, the temperature of the fuel cell can be raised by the heat of the combustion gas.
For example, in a fuel cell module including a plurality of fuel cell tubes, each fuel cell cell tube is introduced in order to introduce combustion gas reacted with a catalyst provided in the second partition member to the outside of each fuel cell cell tube. The temperature rise of the fuel cell can be made uniform. Compared with the invention described in Patent Document 1, since the heat loss is small, the amount of fuel used for starting (heating) the fuel cell can be reduced. In addition, it is easy to maintain the soundness of the fuel cell (prevent damage).

また、第3空間に供給された酸化剤ガスと昇温用燃料ガスが、第2仕切り部材に設けられた触媒において反応して燃焼ガスとなる。生成された燃焼ガスは第3空間から第1空間に流入して燃料電池セル管の外側に導入されている。燃焼ガスは生成されてから直接第1空間に流入するため、温度低下を最小限にした状態で燃料電池セル管の外側に導入される。
そのため、燃焼ガスは燃料電池セルを効率的に加熱することができ、燃料電池モジュールの起動時における燃料消費量低減と起動に要する時間短縮とを図ることができる。
第1仕切り部材などは燃焼ガスと長時間接触しないため、燃焼ガスなどの高温ガスを燃料電池モジュール外部から導入して燃料電池セル温度を上昇させる方法と比較して、第1仕切り部材などの耐熱性に余裕を持たせることができる。
Further, the oxidant gas and the temperature raising fuel gas supplied to the third space react with each other in the catalyst provided in the second partition member to become combustion gas. The generated combustion gas flows from the third space into the first space and is introduced to the outside of the fuel cell tube. Since the combustion gas is directly generated and then flows into the first space, it is introduced outside the fuel cell tube in a state where the temperature drop is minimized.
Therefore, the combustion gas can efficiently heat the fuel battery cell, and it is possible to reduce the fuel consumption at the time of starting the fuel cell module and shorten the time required for the start-up.
Since the first partition member does not come into contact with the combustion gas for a long time, the heat resistance of the first partition member or the like is higher than the method of increasing the temperature of the fuel cell by introducing a high temperature gas such as combustion gas from the outside of the fuel cell module. It is possible to give a margin to sex.

また、特許文献1に記載された発明のように燃焼ガスを燃料電池セル管の内周面側へ導く配管を設ける必要がなく、燃料電池モジュールの構成をより簡素化することができる。   Further, unlike the invention described in Patent Document 1, it is not necessary to provide a pipe for guiding the combustion gas to the inner peripheral surface side of the fuel cell tube, and the configuration of the fuel cell module can be further simplified.

触媒を用いているので、酸化剤ガスと昇温用燃料ガスとの混合比率が燃焼限界より低くても、酸化剤ガスと昇温用燃料ガスとを燃焼させることができる。
そのため、燃焼限界よりも混合比率の低い混合ガスを触媒で反応させる場合には、容器の外部で酸化剤ガスと昇温用燃料とを予混合させても、この予混合ガスが燃料電池モジュールの外部で燃焼、自着火することがない。また、容器の内部においても、触媒以外の領域における予混合ガスの燃焼、自着火を考慮する必要がない。さらに、容器の内部における燃焼器構造を考慮する必要がない。
Since the catalyst is used, the oxidant gas and the temperature raising fuel gas can be burned even if the mixing ratio of the oxidant gas and the temperature raising fuel gas is lower than the combustion limit.
Therefore, when a mixed gas having a mixing ratio lower than the combustion limit is reacted with a catalyst, even if the oxidant gas and the temperature-raising fuel are premixed outside the container, the premixed gas remains in the fuel cell module. There is no external combustion or self-ignition. Also, it is not necessary to consider the combustion of the premixed gas and self-ignition in the region other than the catalyst even inside the container. Furthermore, it is not necessary to consider the combustor structure inside the vessel.

一方、予混合ガスにおける昇温用燃料ガスの混合比率を制御することにより、予混合ガスの燃焼により生成される燃焼ガス温度を制御することができ、燃料電池セルの昇温速度を制御することができる。
上述のように酸化剤ガスと昇温用燃料ガスとの混合比率の範囲を広く取ることができるため、燃焼ガス温度の制御可能範囲を広くすることができる。
On the other hand, by controlling the mixing ratio of the temperature rising fuel gas in the premixed gas, the temperature of the combustion gas generated by the combustion of the premixed gas can be controlled, and the temperature rising rate of the fuel cell is controlled. Can do.
As described above, since the range of the mixing ratio of the oxidant gas and the fuel gas for raising the temperature can be widened, the controllable range of the combustion gas temperature can be widened.

上記発明においては、前記第2仕切り部材が、流体透過性を有する材料から形成さていることが望ましい。
本発明によれば、第2仕切り部材が流体透過性を有する材料から形成されているため、触媒において生成された燃焼ガスを第1空間に流入させることができる。
流体透過性を有する材料としては、例えば、多孔質体やハニカム構造体などを例示することができる。
In the said invention, it is desirable that the said 2nd partition member is formed from the material which has fluid permeability.
According to this invention, since the 2nd partition member is formed from the material which has fluid permeability, the combustion gas produced | generated in the catalyst can be flowed into 1st space.
Examples of the material having fluid permeability include a porous body and a honeycomb structure.

上記発明においては、前記第2仕切り部材が、断熱性を有する材料から形成され、前記燃料電池セル管と前記第2仕切り部材との間には、所定間隔の隙間が設けられていることが望ましい。
本発明によれば、燃料電池セル管と第2仕切り部材との間には、所定間隔の隙間が設けられているため、触媒において生成された燃焼ガスは上記隙間を通って第1空間に流入することができる。
また、第2仕切り部材が断熱性を有する材料から形成されているため、第1空間内の熱が外部に逃げることを防止できる。そのため、燃料電池セルの昇温速度の低下を防止できる。
In the above invention, it is desirable that the second partition member is formed of a material having a heat insulating property, and a gap having a predetermined interval is provided between the fuel cell tube and the second partition member. .
According to the present invention, since a gap having a predetermined interval is provided between the fuel cell tube and the second partition member, the combustion gas generated in the catalyst flows into the first space through the gap. can do.
Moreover, since the 2nd partition member is formed from the material which has heat insulation, it can prevent that the heat | fever in 1st space escapes outside. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the temperature increase rate of the fuel battery cell.

上記発明においては、前記触媒に前記昇温用燃料ガスを導入する供給部が設けられていることが望ましい。
上記発明においては、供給部により触媒に昇温用燃料ガスを導入するため、昇温用燃料ガスと酸化剤ガスとは、触媒が設けられている領域において混合される。そのため、触媒が設けられていない領域には、昇温用燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスが存在せず、当該領域における混合ガスの燃焼、自着火を防止することができる。
In the above-described invention, it is desirable that a supply unit for introducing the temperature raising fuel gas to the catalyst is provided.
In the above invention, since the temperature raising fuel gas is introduced into the catalyst by the supply unit, the temperature raising fuel gas and the oxidant gas are mixed in the region where the catalyst is provided. Therefore, in the region where the catalyst is not provided, there is no mixed gas of the temperature raising fuel gas and the oxidant gas, and combustion and self-ignition of the mixed gas in the region can be prevented.

本発明の燃料電池システムは、上記本発明の燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールに供給する燃料ガスを改質する改質器と、前記燃料電池モジュールに供給する空気を加熱する予熱部と、前記燃料電池モジュールに昇温用燃料ガスを供給する供給部と、を備えることを特徴とする。   The fuel cell system of the present invention includes the fuel cell module of the present invention, a reformer that reforms the fuel gas supplied to the fuel cell module, a preheating unit that heats the air supplied to the fuel cell module, And a supply unit for supplying a fuel gas for raising temperature to the fuel cell module.

上記発明においては、上記本発明の燃料電池モジュールを用いることにより、燃料電池セル管の外側に燃焼ガスを導入するため、各燃料電池セルを同一の燃焼ガスで昇温させることができる。
特許文献1のように高温ガスを燃料電池セル内へ導く配管を設ける必要がないため、燃料電池モジュールの構成をより簡素化することができる
In the above invention, by using the fuel cell module of the present invention, the combustion gas is introduced to the outside of the fuel cell tube, so that each fuel cell can be heated with the same combustion gas.
Since it is not necessary to provide piping for guiding the high temperature gas into the fuel cell as in Patent Document 1, the configuration of the fuel cell module can be further simplified.

本発明の燃料電池モジュールおよび燃料電池システムによれば、燃料電池セル管の外側に燃焼ガスを導入するため、各燃料電池セルを同一の燃焼ガスで昇温させることができる。各燃料電池セルの昇温のばらつきを抑えることにより、燃料電池モジュールの温度均一性を向上させることができるという効果を奏する。
この効果により、燃料電池モジュールの昇温用(起動用)燃料の使用量を削減できるという効果を奏する。
また、特許文献1のように高温ガスを燃料電池セル内へ導く配管を設ける必要がないため、燃料電池モジュールの構成をより簡素化することができるという効果を奏する。
According to the fuel cell module and the fuel cell system of the present invention, since the combustion gas is introduced to the outside of the fuel cell tube, each fuel cell can be heated with the same combustion gas. By suppressing variations in the temperature rise of each fuel cell, the temperature uniformity of the fuel cell module can be improved.
With this effect, there is an effect that it is possible to reduce the amount of fuel used for raising (starting up) the fuel cell module.
Moreover, since it is not necessary to provide a pipe for guiding the high temperature gas into the fuel cell as in Patent Document 1, the configuration of the fuel cell module can be further simplified.

〔第1の実施形態〕
以下、本発明に係るSOFCシステムの第1の実施形態について図1から図4を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係るSOFCシステムの構成を説明する模式図である。図2は、図1のSOFCモジュールの構成を説明する模式図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of an SOFC system according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the SOFC system according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the SOFC module in FIG.

SOFCシステム(燃料電池システム)1には、図1に示すように、発電を行なうSOFCモジュール(燃料電池モジュール)31と、燃料ガス(例えば都市ガスや天然ガスなど)を改質する改質器3と、空気(酸化剤ガス)を予熱する空気予熱器5と、SOFCモジュール31から排出された排ガス中に含まれる未燃の燃料ガスを燃焼させる燃焼器21と、が備えられている。   As shown in FIG. 1, the SOFC system (fuel cell system) 1 includes an SOFC module (fuel cell module) 31 for generating power and a reformer 3 for reforming fuel gas (for example, city gas or natural gas). And an air preheater 5 for preheating air (oxidant gas), and a combustor 21 for burning unburned fuel gas contained in the exhaust gas discharged from the SOFC module 31.

また、SOFCシステム1には、起動時においてSOFCモジュール31に供給される空気に対して後述する昇温用燃料ガス(例えばメタンなど)を供給する昇温用燃料供給部(供給部)13と、起動時において空気を所定温度にまで加熱する予熱ヒータ15と、が備えられている。
予熱ヒータ15は、電力の供給を受けて熱を発生させるヒータであり、後述する燃焼触媒において空気と昇温用燃料とが反応を起こす所定温度にまで加熱するものである。
Further, the SOFC system 1 includes a temperature raising fuel supply unit (supply unit) 13 for supplying a temperature raising fuel gas (for example, methane) described later to the air supplied to the SOFC module 31 at the time of startup, And a preheating heater 15 that heats the air to a predetermined temperature at the time of startup.
The preheating heater 15 is a heater that generates heat upon receiving electric power, and heats the air to a predetermined temperature at which a reaction between air and the fuel for raising temperature occurs in a combustion catalyst described later.

改質器3は、後述する空気排出室49から排出された高温の空気が内部を通過するように構成されており、これにより、外部から供給された燃料ガスが加熱されるようになっている。
燃焼器21は燃料排出室45と接続されるとともに、空気予熱器5を介して空気排出室49と接続されている。
The reformer 3 is configured such that high-temperature air discharged from an air discharge chamber 49, which will be described later, passes through the inside thereof, so that fuel gas supplied from the outside is heated. .
The combustor 21 is connected to the fuel discharge chamber 45 and is connected to the air discharge chamber 49 via the air preheater 5.

SOFCモジュール31は、図2に示すように、容器33と、略円筒状に形成された複数のセルチューブ(燃料電池セル筒)35と、セルチューブ35の両端を支持する上下の管板(第1仕切り部材)37a,37bと、これら上下の管板37a,37bの間に配置された上下の断熱体(第2仕切り部材)39a,39bと、から概略構成されている。   As shown in FIG. 2, the SOFC module 31 includes a container 33, a plurality of cell tubes (fuel cell cylinders) 35 formed in a substantially cylindrical shape, and upper and lower tube plates (first plates) that support both ends of the cell tube 35. 1 partition member) 37a, 37b and upper and lower heat insulators (second partition members) 39a, 39b disposed between the upper and lower tube plates 37a, 37b.

容器33と上下の断熱体39a,39bとの間には、発電室(第1空間)41が形成されている。容器33と上管板37aとの間には燃料供給室(第2空間)43が形成されている。容器33と下管板37bとの間には燃料排出室(第2空間)45が形成されている。管板37bと下断熱体39bとの間には空気供給室(第3空間)47が形成されている。上管板37aと上断熱体39aとの間には空気排出室(第3空間)49が形成されている。   A power generation chamber (first space) 41 is formed between the container 33 and the upper and lower heat insulators 39a and 39b. A fuel supply chamber (second space) 43 is formed between the container 33 and the upper tube plate 37a. A fuel discharge chamber (second space) 45 is formed between the container 33 and the lower tube plate 37b. An air supply chamber (third space) 47 is formed between the tube plate 37b and the lower heat insulator 39b. An air discharge chamber (third space) 49 is formed between the upper tube plate 37a and the upper heat insulator 39a.

上管板37aは容器33の長手方向の上側(図2の上方)に配置された板状の部材であり、下管板37bは容器33の長手方向の下側(図2の下方)に配置された板状の部材である。
セルチューブ35は多孔質セラミックスから形成された略円筒状の管であり、長手方向における中央部には発電を行なう燃料電池セル51が設けられている。
セルチューブ35は、一方の開口端が燃料供給室43に開口するとともに、他方の開口端が燃料排出室45に開口するように上下の管板37a,37bに支持されている。また、セルチューブ35は、燃料電池セル51が発電室41内にのみ位置するように配置されている。
The upper tube plate 37a is a plate-like member disposed on the upper side in the longitudinal direction of the container 33 (upper side in FIG. 2), and the lower tube plate 37b is disposed on the lower side in the longitudinal direction of the container 33 (lower side in FIG. 2). It is the plate-shaped member made.
The cell tube 35 is a substantially cylindrical tube made of porous ceramics, and a fuel battery cell 51 for generating power is provided at the center in the longitudinal direction.
The cell tube 35 is supported by upper and lower tube plates 37 a and 37 b so that one open end opens into the fuel supply chamber 43 and the other open end opens into the fuel discharge chamber 45. Further, the cell tube 35 is disposed so that the fuel battery cell 51 is located only in the power generation chamber 41.

上断熱体39aは容器33の長手方向の上側(図2の上方)に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状などに形成された部材である。下断熱材39bは容器33の長手方向の下側(図2の下方)に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状などに形成された部材である。
各断熱体39a,39bには、セルチューブ35が挿通される孔53が形成され、孔53の直径はセルチューブ35の直径よりも大きく形成されている。
なお、孔53の内周面は、略円筒状に形成されていてもよいし、螺旋状または直線状の凹部(溝)または凸部(畝状突起)が形成されていてもよく、特に限定するものではない。このような構成にすることで、セルチューブ35と孔53との間を通って発電室41に流入する空気に下断熱体39bの熱が伝達されやすくなり、発電室41の温度を高温に保ちやすくすることができる。
The upper heat insulator 39a is a member that is disposed on the upper side in the longitudinal direction of the container 33 (upper side in FIG. 2) and is formed into a blanket shape or a board shape using a heat insulating material. The lower heat insulating material 39b is a member that is disposed on the lower side in the longitudinal direction of the container 33 (lower side in FIG. 2) and is formed in a blanket shape or a board shape using a heat insulating material.
Each of the heat insulators 39 a and 39 b is formed with a hole 53 through which the cell tube 35 is inserted, and the diameter of the hole 53 is larger than the diameter of the cell tube 35.
In addition, the inner peripheral surface of the hole 53 may be formed in a substantially cylindrical shape, or may be formed with a spiral or linear concave portion (groove) or convex portion (a ridge-like projection), and is particularly limited. Not what you want. With this configuration, the heat of the lower heat insulator 39b is easily transferred to the air flowing between the cell tube 35 and the hole 53 and flowing into the power generation chamber 41, and the temperature of the power generation chamber 41 is kept high. It can be made easier.

下断熱体39bの空気供給室47を形成する面(図2における下方の面)には、空気と昇温用燃料ガスとを反応(燃焼)させる燃焼触媒(触媒)55が担持されている。
燃焼触媒55としては、空気と昇温用燃料ガスとの燃焼を促進するものが望ましく、例えば、白金や、パラジウム等を挙げることができる。
なお、上述のように、燃焼触媒55を下断熱体39bに担持させてもよいし、粒状やボール状、筒状、ペレット状などのさまざまな形状の燃焼触媒55を断熱体39b内部や表層等に配置してもよい。
A combustion catalyst (catalyst) 55 that reacts (combusts) air and the fuel gas for temperature rise is supported on the surface (the lower surface in FIG. 2) forming the air supply chamber 47 of the lower heat insulator 39b.
The combustion catalyst 55 is preferably one that promotes combustion of air and the fuel gas for temperature increase, and examples thereof include platinum and palladium.
As described above, the combustion catalyst 55 may be supported on the lower heat insulator 39b, or the combustion catalyst 55 having various shapes such as a granular shape, a ball shape, a cylindrical shape, and a pellet shape may be provided inside the heat insulator 39b or on the surface layer. You may arrange in.

本実施形態においては、昇温用燃料供給部13および予熱ヒータ15を空気予熱器5と起動用燃焼器7との間に配置する例に適用して説明する。   In the present embodiment, description will be made by applying to an example in which the temperature raising fuel supply unit 13 and the preheating heater 15 are arranged between the air preheater 5 and the start-up combustor 7.

次に、上記の構成からなるSOFCシステム1の起動時における作用について説明する。
SOFCシステム1の起動時においては、図1に示すように、外部から供給された空気は空気予熱器5を介してSOFCモジュール31の空気供給室47に供給される。
起動時には、空気予熱器5にSOFCモジュール31から高温の空気が供給されていないため、空気予熱器5において外部から供給された空気は加熱されない。空気予熱器5を通過した空気は、予熱ヒータ15により所定温度、例えば200℃から500℃にまで加熱されるとともに、空気には昇温用燃料供給部13から昇温用燃料ガスが混合される。
Next, the operation at the time of starting the SOFC system 1 having the above configuration will be described.
When the SOFC system 1 is started, as shown in FIG. 1, the air supplied from the outside is supplied to the air supply chamber 47 of the SOFC module 31 through the air preheater 5.
At the time of start-up, since high-temperature air is not supplied from the SOFC module 31 to the air preheater 5, the air supplied from the outside in the air preheater 5 is not heated. The air that has passed through the air preheater 5 is heated from a preheating heater 15 to a predetermined temperature, for example, 200 ° C. to 500 ° C., and the temperature rising fuel supply unit 13 is mixed with the air. .

本実施形態においては、空気と昇温用燃料ガスとの混合濃度は、昇温用燃料ガスの燃焼限界濃度以下の濃度であれば特に限定されるものではない。空気と昇温用燃料ガスとの混合濃度を制御することにより、生成される高温ガスの温度上昇を制御することができる。
例えば、昇温用燃料ガスとしてメタンを用いた場合には、燃焼限界濃度が約5%であるので、空気と昇温用燃料ガスとの混合濃度は5%以下とされている。
In the present embodiment, the mixed concentration of air and the temperature raising fuel gas is not particularly limited as long as the concentration is equal to or lower than the combustion limit concentration of the temperature raising fuel gas. By controlling the mixed concentration of air and the fuel gas for temperature increase, the temperature rise of the generated high temperature gas can be controlled.
For example, when methane is used as the temperature raising fuel gas, the combustion limit concentration is about 5%, so the mixture concentration of air and the temperature raising fuel gas is 5% or less.

空気と昇温用燃料ガスの混合ガスが流入した空気供給室47では、燃焼触媒55において空気の一部と昇温用燃料ガスとが反応・燃焼し、高温の燃焼ガスが生成される。残りの空気は昇温用燃料ガスの燃焼熱により加熱される。
高温ガスは、孔53とセルチューブ35との隙間を通って発電室41に流入する。高温ガスはセルチューブ35を加熱した後、孔53とセルチューブ35との隙間を通って空気排出室49に流入する。高温ガスは空気排出室49から改質器3に流入して改質器3を加熱する。その後、高温ガスは空気予熱器5に流入して空気予熱器5を加熱する。
In the air supply chamber 47 into which the mixed gas of air and the temperature raising fuel gas flows, a part of the air and the temperature raising fuel gas react and burn in the combustion catalyst 55 to generate a high-temperature combustion gas. The remaining air is heated by the combustion heat of the temperature raising fuel gas.
The hot gas flows into the power generation chamber 41 through the gap between the hole 53 and the cell tube 35. The hot gas heats the cell tube 35 and then flows into the air discharge chamber 49 through the gap between the hole 53 and the cell tube 35. The hot gas flows into the reformer 3 from the air discharge chamber 49 and heats the reformer 3. Thereafter, the hot gas flows into the air preheater 5 to heat the air preheater 5.

例えば、昇温用燃料ガスとしてメタンを用いた場合であって、空気比を4とした場合には、空気供給室47から発電室41へ供給される高温ガスの温度は約600℃となる。
この場合のメタン濃度は約4.5%ととなり、上述のようにメタンの燃焼限界濃度である5%を下回る。そのため、燃焼触媒55が存在しない所でメタンが自着火、燃焼することを防止できる。
For example, when methane is used as the fuel gas for temperature increase and the air ratio is 4, the temperature of the high-temperature gas supplied from the air supply chamber 47 to the power generation chamber 41 is about 600 ° C.
The methane concentration in this case is about 4.5%, which is below the methane combustion limit concentration of 5% as described above. Therefore, it is possible to prevent methane from self-igniting and burning where the combustion catalyst 55 is not present.

その後、燃料電池セル51が高温ガスにより自己発電可能な温度(例えば600℃)にまで加熱されると、燃料ガスが改質器3を介して燃料供給室43へ供給され、燃料電池セル51による発電が開始される。燃料電池セル51は発電するとともに発熱(自己発電発熱)し、燃料電池セル51は、高温ガスの熱と自己発熱とにより加熱される。
昇温用燃料供給部13からの昇温用燃料ガスの供給量は、燃料電池セル51の温度が上昇するにともない徐々に減らされ、燃料電池セル51の温度が定格運転温度(例えば、約1000℃)に到達するまでには昇温用燃料ガスの供給が停止される。
Thereafter, when the fuel cell 51 is heated to a temperature (for example, 600 ° C.) at which self-power generation is possible with the high-temperature gas, the fuel gas is supplied to the fuel supply chamber 43 via the reformer 3, and the fuel cell 51 Power generation is started. The fuel cell 51 generates power and generates heat (self-generated heat), and the fuel cell 51 is heated by the heat of the high-temperature gas and self-heating.
The supply amount of the temperature raising fuel gas from the temperature raising fuel supply unit 13 is gradually reduced as the temperature of the fuel cell 51 rises, and the temperature of the fuel cell 51 becomes the rated operating temperature (for example, about 1000). Until the temperature reaches (° C.), the supply of the fuel gas for raising the temperature is stopped.

燃料電池セル51による発電の開始後に燃料供給室43に供給される燃料ガスは、改質器3において、空気排出室49から排出された高温ガスまたは高温空気の熱により、水素および一酸化炭素に改質されてから燃料供給室43へ供給される。燃料供給室43に供給された燃料ガスは、燃料供給室43から開口端を通じてセルチューブ35の内側に流入して、燃料電池セル51に供給される。   The fuel gas supplied to the fuel supply chamber 43 after the start of power generation by the fuel cell 51 is converted into hydrogen and carbon monoxide by the heat of the high temperature gas or high temperature air discharged from the air discharge chamber 49 in the reformer 3. After being reformed, the fuel is supplied to the fuel supply chamber 43. The fuel gas supplied to the fuel supply chamber 43 flows into the cell tube 35 from the fuel supply chamber 43 through the open end, and is supplied to the fuel cell 51.

また、空気供給室47に供給される空気は、空気予熱器5において、空気排出室49から排出された高温ガスまたは高温の排出空気の熱により加熱される。加熱された空気は空気供給室47から孔53とセルチューブ35との隙間から発電室41に流入して、燃料電池セル51における発電に用いられる。   Further, the air supplied to the air supply chamber 47 is heated in the air preheater 5 by the heat of the high temperature gas discharged from the air discharge chamber 49 or the high temperature discharged air. The heated air flows from the air supply chamber 47 into the power generation chamber 41 through the gap between the hole 53 and the cell tube 35 and is used for power generation in the fuel cell 51.

発電室11から燃料排出室45に流入した燃料ガス(以降、排出燃料ガスと表記する。)中には、燃料電池セル51において発電に用いられた排ガスとともに、発電に用いられなかった未燃の燃料ガスが含まれている。そのため、排出燃料ガスは燃料排出室45から燃焼器21に導かれ、空気予熱器5において空気を予熱した高温の排出空気と混合されて燃焼される。   In the fuel gas flowing into the fuel discharge chamber 45 from the power generation chamber 11 (hereinafter referred to as “exhaust fuel gas”), unburned fuel that has not been used for power generation is used together with the exhaust gas used for power generation in the fuel cell 51. Contains fuel gas. Therefore, the exhaust fuel gas is guided from the fuel discharge chamber 45 to the combustor 21 and is mixed with the high-temperature exhaust air preheated in the air preheater 5 and burned.

上記の構成によれば、燃焼触媒55で燃焼させた燃焼ガスを含む高温ガスをセルチューブ35の外側に導入しているため、高温ガスの熱により燃料電池セル51を昇温させることができる。
また、断熱体39bの空気供給室47と接する面に設けた燃焼触媒55で燃焼させた燃焼ガスを各セルチューブ35が配置された発電室41に導入するため、各セルチューブ35の燃料電池セル51の温度上昇を揃えることができ、特許文献1に記載された発明と比較して、熱の損失が少ないため燃料電池セル51の起動用(昇温用)燃料の使用量を削減できる。また、燃料電池セル51の健全性を保つこと(破損防止)が容易となる。
According to said structure, since the high temperature gas containing the combustion gas burned with the combustion catalyst 55 is introduce | transduced to the outer side of the cell tube 35, the fuel cell 51 can be heated up with the heat | fever of a high temperature gas.
Further, in order to introduce the combustion gas burned by the combustion catalyst 55 provided on the surface of the heat insulator 39b in contact with the air supply chamber 47 into the power generation chamber 41 in which each cell tube 35 is disposed, the fuel cell of each cell tube 35 The temperature increase of 51 can be made uniform, and since the heat loss is small as compared with the invention described in Patent Document 1, the amount of fuel used for starting (heating) the fuel cell 51 can be reduced. Moreover, it becomes easy to maintain the soundness of the fuel cell 51 (preventing breakage).

空気供給室47において、生成された高温ガスが直接発電室41に流入してセルチューブ35の外側に導入されているため、温度低下を最小限とした状態でセルチューブ35の外側に導入される。
そのため、高温ガスは燃料電池セルを効率的に加熱することができ、SOFCモジュール31の起動時における燃料消費量低減と起動に要する時間短縮とを図ることができる。
管板37a,37bなどは高温ガスと長時間接触しないため、高温ガスを燃料電池モジュール外部から導入して燃料電池セル温度を上昇させる方法と比較して、上下の管板37a,37bなどの耐熱性に余裕を持たせることができる。
In the air supply chamber 47, the generated high-temperature gas directly flows into the power generation chamber 41 and is introduced to the outside of the cell tube 35. Therefore, the hot gas is introduced to the outside of the cell tube 35 with a minimum temperature drop. .
Therefore, the high-temperature gas can efficiently heat the fuel battery cell, and it is possible to reduce the fuel consumption at the time of starting the SOFC module 31 and shorten the time required for the starting.
Since the tube plates 37a, 37b, etc. do not come into contact with the high temperature gas for a long time, the heat resistance of the upper and lower tube plates 37a, 37b, etc. is higher than a method in which the high temperature gas is introduced from the outside of the fuel cell module to increase the temperature of the fuel cell. It is possible to give a margin to sex.

また、特許文献1に記載された発明のように燃焼ガスをセルチューブ35の内側へ導く配管を設ける必要がなく、SOFCモジュール31の構成をより簡素化することができる。   Further, unlike the invention described in Patent Document 1, it is not necessary to provide a pipe for guiding the combustion gas to the inside of the cell tube 35, and the configuration of the SOFC module 31 can be further simplified.

燃焼触媒55を用いているので、空気と昇温用燃料ガスとの混合比率が燃焼限界より低くても、空気と昇温用燃料ガスとを燃焼させることができる。
そのため、燃焼限界よりも混合比率の低い混合ガスを燃焼触媒55で反応させる場合には、容器33の外部で空気と昇温用燃料ガスとを予混合させても、混合ガスがSOFCモジュール31の外部で燃焼、自着火することがない。また、容器33の内部においても、燃焼触媒55以外の領域における混合ガスの燃焼、自着火を考慮する必要がない。さらに、容器33の内部における燃焼器構造を考慮する必要がない。
Since the combustion catalyst 55 is used, even if the mixing ratio of air and the temperature raising fuel gas is lower than the combustion limit, the air and the temperature raising fuel gas can be burned.
Therefore, when a mixed gas having a lower mixing ratio than the combustion limit is caused to react with the combustion catalyst 55, the mixed gas remains in the SOFC module 31 even if the air and the temperature-raising fuel gas are premixed outside the container 33. There is no external combustion or self-ignition. In addition, it is not necessary to consider the combustion and self-ignition of the mixed gas in the region other than the combustion catalyst 55 even inside the container 33. Furthermore, it is not necessary to consider the combustor structure inside the container 33.

混合ガスにおける昇温用燃料ガスの混合比率を制御することにより、混合ガスの燃焼により生成される高温ガスの温度を制御することができ、燃料電池セル51の昇温速度を制御することができる。   By controlling the mixing ratio of the temperature rising fuel gas in the mixed gas, the temperature of the high temperature gas generated by the combustion of the mixed gas can be controlled, and the temperature rising rate of the fuel cell 51 can be controlled. .

断熱体39a,39bが断熱性を有する材料から形成されているため、発電室41内の熱が外部に逃げることを防止できる。そのため、燃料電池セル51の昇温速度の低下を防止でき、SOFCモジュール31の起動時における燃料消費量低減と起動に要する時間短縮とを図ることができる。   Since the heat insulators 39a and 39b are formed of a heat insulating material, the heat in the power generation chamber 41 can be prevented from escaping to the outside. Therefore, it is possible to prevent the temperature increase rate of the fuel battery cell 51 from being lowered, and to reduce the fuel consumption at the time of starting the SOFC module 31 and the time required for the starting.

〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について図3を参照して説明する。
本実施形態のSOFCシステムの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、昇温用燃料供給部の配置位置が異なっている。よって、本実施形態においては、図3を用いて昇温用燃料供給部の配置等のみを説明し、その他構成要素の説明を省略する。
図3は、本実施形態に係るSOFCシステムの構成を説明する模式図である。
なお、第1の実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略している。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the SOFC system of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but is different from the first embodiment in the arrangement position of the temperature raising fuel supply unit. Therefore, in this embodiment, only arrangement | positioning of the temperature rising fuel supply part, etc. are demonstrated using FIG. 3, and description of another component is abbreviate | omitted.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the configuration of the SOFC system according to the present embodiment.
In addition, about the component similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

SOFCシステム(燃料電池システム)101には、図3に示すように、発電を行なうSOFCモジュール31と、燃料ガス(例えば都市ガスや天然ガスなど)を改質する改質器3と、空気(酸化剤ガス)を予熱する空気予熱器5と、SOFCモジュール31から排出された排ガス中に含まれる未燃の燃料ガスを燃焼させる燃焼器21と、が備えられている。   As shown in FIG. 3, the SOFC system (fuel cell system) 101 includes an SOFC module 31 that generates power, a reformer 3 that reforms fuel gas (for example, city gas or natural gas), and air (oxidation). An air preheater 5 for preheating the agent gas) and a combustor 21 for burning unburned fuel gas contained in the exhaust gas discharged from the SOFC module 31 are provided.

また、SOFCシステム101には、昇温用燃料ガスを供給する昇温用燃料供給部(供給部)113と、起動時において空気を加熱する予熱ヒータ15と、が備えられている。
昇温用燃料供給部113は、昇温用燃料ガスをSOFCモジュール31の空気供給室47に直接供給している。
Further, the SOFC system 101 is provided with a temperature raising fuel supply section (supply section) 113 that supplies a temperature raising fuel gas, and a preheating heater 15 that heats air at the time of startup.
The temperature raising fuel supply unit 113 directly supplies the temperature raising fuel gas to the air supply chamber 47 of the SOFC module 31.

次に、上記の構成からなるSOFCシステム101の起動時における作用について説明する。
SOFCシステム101の起動方法は、第1の実施形態と同様であるので、第1の実施形態と異なる部分のみ説明する。
Next, the operation at the time of starting the SOFC system 101 having the above configuration will be described.
Since the startup method of the SOFC system 101 is the same as that of the first embodiment, only the parts different from the first embodiment will be described.

起動時には、空気予熱器5を通過した空気は、予熱ヒータ15により所定温度、例えば200℃から500℃にまで加熱されてから空気供給室47に流入する。一方、昇温用燃料ガスは、昇温用燃料供給部113から空気供給室47における燃焼触媒55の近傍領域、あるいは、燃焼触媒55の配置領域に供給される。
本実施形態においては、空気と昇温用燃料ガスとの混合は、空気供給室47における燃焼触媒55の近傍領域、あるいは、燃焼触媒55の配置領域で行われる。また、空気と昇温用燃料ガスとの混合濃度は、昇温用燃料ガスの燃焼限界濃度と関係なく、特に限定されるものではない。
At startup, the air that has passed through the air preheater 5 is heated by the preheater 15 to a predetermined temperature, for example, 200 ° C. to 500 ° C., and then flows into the air supply chamber 47. On the other hand, the temperature raising fuel gas is supplied from the temperature raising fuel supply unit 113 to a region near the combustion catalyst 55 in the air supply chamber 47 or a region where the combustion catalyst 55 is disposed.
In the present embodiment, mixing of the air and the temperature raising fuel gas is performed in a region near the combustion catalyst 55 in the air supply chamber 47 or a region where the combustion catalyst 55 is disposed. In addition, the mixed concentration of air and the temperature raising fuel gas is not particularly limited regardless of the combustion limit concentration of the temperature raising fuel gas.

上記の構成によれば、空気と昇温用燃料ガスとの混合が空気供給室47においてされるため、昇温用燃料ガスの混合濃度が燃焼限界濃度よりも高くすることができる。昇温用燃料ガスの混合濃度を高くすることにより、生成される高温ガスの温度を高くすることができ、燃料電池セル51の昇温速度を早くすることができる。
一方、燃焼触媒55の近傍等で空気と昇温用燃料ガスとを混合させているため、昇温用燃焼ガスの混合濃度が、第1の実施形態と同様に燃焼限界濃度よりも低くても、燃焼触媒55において昇温用燃料ガスを燃焼させることができる。
According to the above configuration, since the air and the temperature raising fuel gas are mixed in the air supply chamber 47, the mixing concentration of the temperature raising fuel gas can be made higher than the combustion limit concentration. By increasing the mixed concentration of the fuel gas for temperature increase, the temperature of the generated high temperature gas can be increased, and the temperature increase rate of the fuel cell 51 can be increased.
On the other hand, since air and the temperature raising fuel gas are mixed in the vicinity of the combustion catalyst 55 or the like, even if the mixed concentration of the temperature raising combustion gas is lower than the combustion limit concentration as in the first embodiment. In the combustion catalyst 55, the fuel gas for raising the temperature can be burned.

〔第3の実施形態〕
次に、本発明の第3の実施形態について図4を参照して説明する。
本実施形態のSOFCシステムの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、容器内の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図4を用いて容器内の構成等のみを説明し、その他構成要素の説明を省略する。
図4は、本実施形態に係るSOFCシステムにおけるSOFCモジュールの構成を説明する模式図である。
なお、第1の実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略している。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the SOFC system of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration in the container is different from that of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, only the configuration and the like in the container will be described using FIG. 4, and description of other components will be omitted.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the configuration of the SOFC module in the SOFC system according to the present embodiment.
In addition, about the component similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

SOFCシステム(燃料電池システム)201のSOFCモジュール(燃料電池モジュール)231は、容器33と、複数のセルチューブ35と、セルチューブ35の両端を支持する上下の管板37a,37bと、これら上下の管板37a,37bの間に配置された上下の輻射変換体(第2仕切り部材)239a,239bと、から概略構成されている。   The SOFC module (fuel cell module) 231 of the SOFC system (fuel cell system) 201 includes a container 33, a plurality of cell tubes 35, upper and lower tube plates 37a and 37b that support both ends of the cell tubes 35, and upper and lower tubes. The upper and lower radiation converters (second partition members) 239a and 239b are arranged between the tube plates 37a and 37b.

上輻射変換体239aは、容器33の長手方向の上側(図2の上方)に配置され、例えば、多孔体やハニカム構造体などを用いて板状に形成された部材である。下輻射変換体239bは容器33の長手方向の下側(図2の下方)に配置され、、例えば、多孔体やハニカム構造体であって、などを用いて板状に形成された部材である。上下の輻射変換体239a,239bは、空気が空気供給室47から発電室41へ、発電室41から空気排出室49へ透過するように構成されている。
上下の輻射変換体239a,239bには、孔253が形成され、孔253にはセルチューブ35が挿通されている。そのため、セルチューブ35は上下の輻射変換体239a,239bにも支持されている。
The upper radiation conversion body 239a is a member that is disposed on the upper side in the longitudinal direction of the container 33 (upper side in FIG. 2) and is formed in a plate shape using, for example, a porous body or a honeycomb structure. The lower radiation conversion body 239b is disposed on the lower side in the longitudinal direction of the container 33 (lower side in FIG. 2), and is, for example, a porous body or a honeycomb structure, and is a member formed in a plate shape using a porous body or a honeycomb structure. . The upper and lower radiation converters 239a and 239b are configured such that air permeates from the air supply chamber 47 to the power generation chamber 41 and from the power generation chamber 41 to the air discharge chamber 49.
A hole 253 is formed in the upper and lower radiation converters 239a and 239b, and the cell tube 35 is inserted into the hole 253. Therefore, the cell tube 35 is also supported by the upper and lower radiation converters 239a and 239b.

次に、上記の構成からなるSOFCシステム201の作用について、図4を参照しながら説明する。
SOFCシステム201の起動方法は、第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
Next, the operation of the SOFC system 201 having the above configuration will be described with reference to FIG.
Since the activation method of the SOFC system 201 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

SOFCシステム201が定格運転されているときには、セルチューブ35の燃料電池セル51の温度は、例えば約1000℃の高温となる。そのため、燃料電池セル51は白熱して光を発する。
燃料電池セル51から発電室41内に発せられた光の一部は、上下の輻射変換体239a,239bに入射する。上下の輻射変換体239a,239bに入射した光は、その光エネルギが熱エネルギに変換され、上下の輻射変換体239a,239bの温度が上昇する。
そのため、空気供給室47から発電室41に流入する空気は、下輻射変換体239bを通過する際に、輻射変換体239bの熱が与えられ、温度が上昇する。
When the SOFC system 201 is rated, the temperature of the fuel cell 51 in the cell tube 35 is as high as about 1000 ° C., for example. Therefore, the fuel cell 51 glows and emits light.
Part of the light emitted from the fuel cell 51 into the power generation chamber 41 is incident on the upper and lower radiation converters 239a and 239b. Light incident on the upper and lower radiation converters 239a and 239b is converted into thermal energy, and the temperatures of the upper and lower radiation converters 239a and 239b rise.
Therefore, when the air flowing into the power generation chamber 41 from the air supply chamber 47 passes through the lower radiation conversion body 239b, the heat of the radiation conversion body 239b is given, and the temperature rises.

上記の構成によれば、燃料電池セル51から発せられる光の一部を、上下の輻射変換体239a,239bにより、熱として発電室47に回収することができる。そのため、SOFCシステム201の定格運転時における燃料消費量を低減することができる。   According to said structure, a part of light emitted from the fuel cell 51 can be collect | recovered in the power generation chamber 47 as heat with the upper and lower radiation converters 239a and 239b. Therefore, fuel consumption during rated operation of the SOFC system 201 can be reduced.

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明をSOFC(固体酸化物形燃料電池)に適応して説明したが、この発明はSOFCに限られることなく、その他各種の高温型燃料電池に適応できるものである。
また、上記の実施の形態においては、燃料ガスが直接供給されるSOFCコンバインド発電システムに適応して説明したが、この発明は燃料ガスが直接供給されるSOFCコンバインド発電システムに限られることなく、石炭ガス化燃料電池複合発電(IGFC)など、その他各種の燃料電池を用いたコンバインド発電システムに適応できるものである。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiments, the present invention has been described as being applied to SOFC (solid oxide fuel cell), but the present invention is not limited to SOFC and can be applied to various other high-temperature fuel cells. Is.
Further, in the above-described embodiment, the description has been made by adapting to the SOFC combined power generation system to which fuel gas is directly supplied. However, the present invention is not limited to the SOFC combined power generation system to which fuel gas is directly supplied. The present invention can be applied to a combined power generation system using various other fuel cells such as gasified fuel cell combined power generation (IGFC).

本発明の第1の実施形態に係るSOFCシステムの構成を説明する模式図である。It is a mimetic diagram explaining the composition of the SOFC system concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1のSOFCモジュールの構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the structure of the SOFC module of FIG. 本発明の第2の実施形態に係るSOFCシステムの構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the structure of the SOFC system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るSOFCシステムにおけるSOFCモジュールの構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the structure of the SOFC module in the SOFC system which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,101,201 SOFCシステム(燃料電池システム)
3 改質器
5 空気予熱器
13 昇温用燃料供給部(供給部)
31,231 SOFCモジュール(燃料電池モジュール)
33 容器
35 セルチューブ(燃料電池セル筒)
37a 上管板(第1仕切り部材)
37b 下管板(第1仕切り部材)
39a 上断熱体(第2仕切り部材)
39b 下断熱体(第2仕切り部材)
41 発電室(第1空間)
43 燃料供給室(第2空間)
45 燃料排出室(第2空間)
47 空気供給室(第3空間)
49 空気排出室(第3空間)
51 燃料電池セル
55 燃焼触媒(触媒)
113 昇温用燃料供給部(供給部)
239a 上輻射変換体(第2仕切り部材)
239b 下輻射変換体(第2仕切り部材)
1,101,201 SOFC system (fuel cell system)
3 Reformer 5 Air preheater 13 Temperature rising fuel supply section (supply section)
31,231 SOFC module (fuel cell module)
33 Container 35 Cell tube (fuel cell cylinder)
37a Upper tube sheet (first partition member)
37b Lower tube sheet (first partition member)
39a Upper insulator (second partition member)
39b Lower insulator (second partition member)
41 Power generation room (first space)
43 Fuel supply chamber (second space)
45 Fuel discharge chamber (second space)
47 Air supply chamber (third space)
49 Air exhaust chamber (third space)
51 Fuel cell 55 Combustion catalyst (catalyst)
113 Temperature rising fuel supply section (supply section)
239a Upper radiation converter (second partition member)
239b Lower radiation converter (second partition member)

Claims (5)

容器と、
該容器内の空間を気密に仕切ることにより第1空間及び第2空間を形成する第1仕切り部材と、
前記第1空間を流体が流通可能に仕切ることにより、前記第1仕切り部材との間に第3空間を形成する第2仕切り部材と、
表面に燃料電池セルが形成された略円筒状の燃料電池セル管と、を有し、
前記燃料電池セルは前記第1空間内に位置し、前記燃料電池セル管の開口端は前記第2空間に開放され、
前記燃料電池セル管の内側には、前記第2空間および前記開口端を介して燃料ガスが導入され、
前記燃料電池セル管の外側には、少なくとも、前記第3空間および前記第2仕切り部材を介して酸化剤ガスと昇温用燃料ガスとの燃焼ガスが導入され、
前記第2仕切り部材には、前記酸化剤ガスと前記昇温用燃料ガスとを反応させる触媒が設けられていることを特徴とする燃料電池モジュール。
A container,
A first partition member that forms a first space and a second space by hermetically partitioning the space in the container;
A second partition member that forms a third space with the first partition member by partitioning the first space so that a fluid can flow therethrough;
A substantially cylindrical fuel cell tube with a fuel cell formed on the surface,
The fuel cell is located in the first space, and an open end of the fuel cell pipe is opened to the second space;
Inside the fuel cell tube, fuel gas is introduced through the second space and the open end,
A combustion gas of an oxidant gas and a fuel gas for raising temperature is introduced to the outside of the fuel cell pipe through at least the third space and the second partition member,
The fuel cell module, wherein the second partition member is provided with a catalyst for reacting the oxidant gas and the fuel gas for temperature increase.
前記第2仕切り部材が、流体透過性を有する材料から形成さていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池モジュール。   2. The fuel cell module according to claim 1, wherein the second partition member is made of a material having fluid permeability. 前記第2仕切り部材が、断熱性を有する材料から形成され、
前記燃料電池セル管と前記第2仕切り部材との間には、所定間隔の隙間が設けられていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池モジュール。
The second partition member is formed of a heat-insulating material;
2. The fuel cell module according to claim 1, wherein a gap having a predetermined interval is provided between the fuel cell tube and the second partition member.
前記触媒に前記昇温用燃料ガスを導入する供給部が設けられている請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池モジュール。   The fuel cell module according to any one of claims 1 to 3, further comprising a supply unit that introduces the temperature raising fuel gas into the catalyst. 請求項1から請求項4に記載のいずれかの燃料電池モジュールと、
該燃料電池モジュールに供給する燃料ガスを改質する改質器と、
前記燃料電池モジュールに供給する空気を加熱する空気予熱器と、
前記燃料電池モジュールに昇温用燃料ガスを供給する供給部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell module according to any one of claims 1 to 4,
A reformer for reforming the fuel gas supplied to the fuel cell module;
An air preheater for heating air supplied to the fuel cell module;
A supply unit for supplying a fuel gas for raising temperature to the fuel cell module;
A fuel cell system comprising:
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