JP2009140802A

JP2009140802A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2009140802A
Application number: JP2007317001A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Yaguchi; 竜也矢口; Keiko Kushibiki; 圭子櫛引; Yasushi Nakajima; 靖志中島; Kazufumi Takeuchi; 和史竹内
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2027-12-07
Also published as: JP5418801B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make a temperature distribution in a cell stack uniform by moderating temperature difference between two gases which flow separately into a cell stack and a case, while reducing the size of a fuel cell. SOLUTION: A fuel cell according to the present invention comprises a cell stack B prepared by stacking solid electrolyte cell units 10 and a case 30 for housing the cell stack B, in which electric power is generated by allowing two gases to separately flow in the cell stack B and the case 30. A temperature difference moderation means C1 for moderating the difference of temperatures between the two gases is disposed along a gas flow channel γ for either of the gases flowing into the case 30 and reaching the cell stack B. COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体電解質型セルユニットを互いに積層してなるセルスタックをケース内に収容し、そのセルスタックとケースとに互いに分離して二種類のガスを流通させることによる発電を行う燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell for generating power by housing a cell stack formed by stacking solid oxide cell units in a case and separating the cell stack and the case from each other and allowing two kinds of gases to flow therethrough. .

従来、この種の燃料電池として特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１に開示されている燃料電池は、固体電解質型燃料電池の発電動作によって排出される排燃料と排空気とを混合して燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器内に配設され、かつ水蒸気又は温水を生成する第１の熱回収器とを備えたものである。
特開２００３−１３２９２１号公報 Conventionally, this type of fuel cell is disclosed in Patent Document 1.
A fuel cell disclosed in Patent Document 1 is provided with a combustor that mixes and burns exhaust fuel and exhaust air discharged by a power generation operation of a solid oxide fuel cell, and is disposed in the combustor. And a first heat recovery unit that generates steam or warm water.
JP 2003-132922 A

しかしながら、上記従来の燃料電池では、アノード・カソード導入ガス間において熱交換を行う熱交換器を設けたことにより、アノード導入ガスとカソード導入ガスの間の温度差を緩和させて、セルスタックのセルを隔てたアノードガス温度とカソードガス温度差を低減させることで、熱応力を低減できるものの、その熱交換器をセルスタックとは別に設けた構成にしているのでコンパクト性に欠けるという問題がある。 However, in the above conventional fuel cell, by providing a heat exchanger that performs heat exchange between the anode and cathode introduction gas, the temperature difference between the anode introduction gas and the cathode introduction gas is reduced, and the cell of the cell stack Although the thermal stress can be reduced by reducing the difference between the anode gas temperature and the cathode gas temperature separated from each other, there is a problem in that the heat exchanger is provided separately from the cell stack, so that the compactness is lacking.

そこで本発明は、小型化を図りつつ、セルスタックとケースとに互いに分離して流通する二種類のガスどうしの温度差を緩和することによりセルスタック内の温度分布の均一化を図ることができる燃料電池の提供を目的としている。 Therefore, the present invention can achieve a uniform temperature distribution in the cell stack by reducing the temperature difference between the two kinds of gases flowing separately from each other in the cell stack and the case while reducing the size. The purpose is to provide fuel cells.

上記目的を達成するための本発明は、固体電解質型セルユニットを互いに積層してなるセルスタックをケース内に収容しているとともに、二種類のガスをセルスタックとケースとに互いに分離して流通させることによる発電を行う燃料電池において、一方のガスと、他方のガスとの温度差を緩和するための温度差緩和手段を、ケース内に流入する上記いずれかのガスのセルスタックに至るガス流路に配設していることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention accommodates a cell stack formed by stacking solid oxide cell units in a case, and distributes two kinds of gases into the cell stack and the case separately. In a fuel cell that generates electric power by generating a temperature difference mitigation means for mitigating a temperature difference between one gas and the other gas, a gas flow that reaches the cell stack of any of the above gases flowing into the case It is characterized by being disposed on the road.

本発明によれば、小型化を図りつつ、セルスタックとケースとに互いに分離して流通する二種類のガス相互の温度差を緩和することによりセルスタック内の温度分布の均一化を図ることができる。 According to the present invention, the temperature distribution in the cell stack can be made uniform by reducing the temperature difference between the two kinds of gases flowing separately from each other in the cell stack and the case while reducing the size. it can.

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池を示すものであり、（Ａ）は平断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. 1A and 1B show a fuel cell according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan sectional view and FIG. 1B is a sectional view taken along line II shown in FIG.

本発明の一実施形態に係る燃料電池Ａ１は、複数の固体電解質型セルユニット１０…を互いに間隙ｓをもって積層してなるセルスタックＢと、温度差緩和手段である熱交換器２０とをケース３０に収容したものである。
「間隙ｓ」は、隣接する他の固体電解質型セルユニット（以下、単に「セルユニット」という。）１０との間に、二種類のガスのうちの一方のものを流通させるためのものである。 A fuel cell A1 according to an embodiment of the present invention includes a cell stack B in which a plurality of solid electrolyte cell units 10... Are stacked with a gap s and a heat exchanger 20 that is a temperature difference mitigating means. Is housed in.
The “gap s” is used to circulate one of the two kinds of gases between adjacent solid electrolyte cell units (hereinafter simply referred to as “cell units”) 10. .

ケース３０内には上記した一方のガスを、また、セルスタックＢには他方のガスを互いに分離して流通させている。
本実施形態においては、一方のガスが空気であり、他方のガスが水素（燃料ガス）であるが、一方のガスを水素（燃料ガス）、他方のガスを空気としてもよいことは勿論である。 One gas described above is passed through the case 30 and the other gas is passed through the cell stack B separately from each other.
In the present embodiment, one gas is air and the other gas is hydrogen (fuel gas), but it goes without saying that one gas may be hydrogen (fuel gas) and the other gas may be air. .

ケース３０は、平面視円形にした底壁３１と上壁３２の全周にわたり周板３３を囲繞形成した気密性を有する円筒形のものである。
上記周板３３には、一方のガスをケース３０内に導入するためのガス導入部３４と、そのケース３０内に導入された一方のガスを排出するためのガス排出部３５がセルスタックＢを挟む両側に配設されている。換言すると、セルスタックＢの中心軸線Ｏ１を通る直径線Ｏ２上に配設している。 The case 30 has an airtight cylindrical shape in which a peripheral plate 33 is formed so as to surround the entire circumference of the bottom wall 31 and the upper wall 32 that are circular in plan view.
In the peripheral plate 33, a gas introduction part 34 for introducing one gas into the case 30 and a gas discharge part 35 for discharging one gas introduced into the case 30 form the cell stack B. It is arrange | positioned at the both sides which pinch | interpose. In other words, it is arranged on a diameter line O2 passing through the central axis O1 of the cell stack B.

ガス導入部３４は、上記周板３３、周板３４ａ,３４ｂ,３４ｃ、及び天板３４ｄ、底板３４ｅによって区画された縦長直方体形のものであり、その天板３４ｄには導入管３６が接続されている。
また、ガス導入部３４に臨む周板３３には方形開口３３ａが形成されている。 The gas introduction part 34 has a vertically long rectangular parallelepiped shape defined by the circumferential plate 33, the circumferential plates 34a, 34b, 34c, the top plate 34d, and the bottom plate 34e, and an introduction pipe 36 is connected to the top plate 34d. ing.
A square opening 33 a is formed in the peripheral plate 33 facing the gas introduction part 34.

ガス導入部３４内には、二種類のガス相互間の温度差を緩和するための温度差緩和手段である熱交換器Ｃ１が配設されている。換言すると、ケース３０内に流入する一方のガスのセルスタックＢに至るガス流路γに沿って熱交換器Ｃ１を配設している。
すなわち、ガス導入部３４内に熱交換器Ｃ１を配設することは、その熱交換器Ｃ１をケース３０に収容していることと同義である。
ガス流路γは、直線状の矢印として図１に示しているが、実際にはある流路断面を有するものである。 In the gas introduction part 34, the heat exchanger C1 which is a temperature difference relaxation means for relieving the temperature difference between two types of gases is disposed. In other words, the heat exchanger C1 is disposed along the gas flow path γ reaching the cell stack B of one gas flowing into the case 30.
That is, disposing the heat exchanger C 1 in the gas introduction part 34 is synonymous with housing the heat exchanger C 1 in the case 30.
The gas flow path γ is shown in FIG. 1 as a straight arrow, but actually has a certain flow path cross section.

ガス排出部３５は、ケース３０の周板３３外面に接続された円筒管であり、この円筒管と周板３３との接続部分には方形開口３３ｂが形成されている。以下、ガス排出部をガス排出管３５という。 The gas discharge part 35 is a cylindrical tube connected to the outer surface of the peripheral plate 33 of the case 30, and a rectangular opening 33 b is formed at a connection portion between the cylindrical tube and the peripheral plate 33. Hereinafter, the gas discharge part is referred to as a gas discharge pipe 35.

熱交換器Ｃ１は、縦長円筒形のケース４０内に、他方のガスを流通させて一方のガスとの熱交換を行うための熱交換用チューブ４１…を格子状に配列した構成のものである。すなわち、上記導入管３６からガス導入部３４内に流入した一方のガスが各熱交換用チューブ４１に流接することにより、それら二種類のガス相互間の熱交換が行われるようにしている。
熱交換用チューブ４１は、クロム銅複合材の内外壁に耐腐食メッキを施したものであり、これにより、熱伝導性と耐腐食性を向上させている。 The heat exchanger C1 has a configuration in which heat exchange tubes 41 for circulating the other gas and exchanging heat with one gas are arranged in a lattice shape in a vertically long cylindrical case 40. . That is, one gas flowing into the gas introduction part 34 from the introduction pipe 36 flows into contact with each heat exchange tube 41 so that heat exchange between the two kinds of gases is performed.
The heat exchange tube 41 is obtained by applying corrosion-resistant plating to the inner and outer walls of the chromium-copper composite material, thereby improving thermal conductivity and corrosion resistance.

ケース４０の下部には、このケース４０内に他方のガスを流入させるための流入口４０ａが、また、上部には、当該ケース４０内に流入した当該ガスを流出させるための流出口４０ｂが形成されている。 An inflow port 40a for allowing the other gas to flow into the case 40 is formed at the lower portion of the case 40, and an outflow port 40b for allowing the gas flowing into the case 40 to flow out is formed at the upper portion. Has been.

流入口４０ａには、気化器４５及び改質器５０から送出された他方のガスを導くパイプ（図示しない）が接続され、また、流出口４０ｂには、熱交換器Ｃ１を介して流出する他方のガスを、詳細を後述するセルスタックＢに導くためのパイプ（図示しない）がそれぞれ接続されている。 A pipe (not shown) for guiding the other gas sent from the vaporizer 45 and the reformer 50 is connected to the inflow port 40a, and the other outflowing through the heat exchanger C1 is connected to the outflow port 40b. Pipes (not shown) for guiding the gas to a cell stack B, which will be described in detail later, are connected.

上記熱交換用チューブ４１の材料としては、銅等の伝導伝熱の高い材料が適しているが、耐腐食から銅とステンレスのクラッド材や耐腐食コーティングや耐腐食メッキ、また、セルとの熱膨張率の整合性に付随してセルスタックＢに適応されるフェライト系ステンレスとほぼ同等の熱膨張率と、ステンレスに比べ高い熱伝導性を持つクロム銅複合材を用いることで、熱交換効率を高めることができる。
上記クロム銅複合材も、ステンレスとのクラッド材として、耐腐食コーティングや耐腐食めっきを施して耐腐食性を向上させることにより、熱交換性能を長期的に維持することができる。 As the material for the heat exchange tube 41, a material having high conduction heat transfer, such as copper, is suitable. However, from corrosion resistance, copper and stainless clad materials, corrosion-resistant coating, corrosion-resistant plating, and heat with the cell By using a chromium-copper composite material with a thermal expansion coefficient that is almost equivalent to that of ferritic stainless steel that is compatible with the cell stack B and that has a higher thermal conductivity than stainless steel, the heat exchange efficiency is improved. Can be increased.
The above-described chromium-copper composite material can also maintain heat exchange performance for a long period of time by applying corrosion-resistant coating or corrosion-resistant plating as a clad material with stainless steel to improve the corrosion resistance.

また、二種類のガス相互間での熱交換を行うことにより、高い温度の他方のガスを低い温度の一方のガスで冷却するとともに、一方のガスを加熱することによって両ガスの間の温度差を緩和させて、セルスタックのセルを隔てた両ガス温度差を低減させることで、熱応力を低減できる。
さらに、それら両ガス間の温度差を緩和させる事で、セルスタックＢの低い温度の一方のガスで電極の温度が低下し過ぎることで、電極の電気化学反応の失活または、過電圧の増加を防ぐことができる。
さらにまた、セルスタックＢの放熱量に比べ発熱量が高くなるような高負荷運転する場合で、且つ上記熱交換により両ガスの温度を緩和させて、セルスタックＢに導入することで、セルスタックＢの動作温度に対して低い温度のガスを導入することができる場合においては、両ガスによる対流伝熱により両電極表面から熱を取り去ることができるために、冷却性能を高めることができ、そのセルスタックＢ内部の温度分布を緩和することができるのである。 In addition, by exchanging heat between two kinds of gases, the other gas at a high temperature is cooled with one gas at a low temperature, and the temperature difference between both gases is heated by heating one gas. The stress can be relaxed and the temperature difference between the two gases separating the cells of the cell stack can be reduced to reduce the thermal stress.
Furthermore, by reducing the temperature difference between the two gases, the temperature of the electrode is lowered too much by one of the low temperature gases in the cell stack B, thereby deactivating the electrochemical reaction of the electrode or increasing the overvoltage. Can be prevented.
Furthermore, in the case of a high load operation in which the heat generation amount is higher than the heat dissipation amount of the cell stack B, and the temperature of both gases is relaxed by the heat exchange and introduced into the cell stack B. In the case where a gas having a temperature lower than the operating temperature of B can be introduced, heat can be removed from both electrode surfaces by convective heat transfer by both gases, so that the cooling performance can be improved. The temperature distribution inside the cell stack B can be relaxed.

ところで、上記したセルユニット１０…は、固体電解質型セル５０を配設したセル板６０とセパレータ７０との間に区画形成される空隙ｋにユニット内集電体８０と流路形成体９０とを収容した中空円盤形のものである。
また、上記セル板６０の下面にユニット外集電体１００を配設し、それらを軸線Ｏ１を中心として同軸的に整列させている。 By the way, the above-described cell units 10... Have the in-unit current collector 80 and the flow path forming body 90 in the gap k formed between the cell plate 60 on which the solid electrolyte cell 50 is disposed and the separator 70. It is in the shape of an enclosed hollow disk.
Further, the external unit current collector 100 is disposed on the lower surface of the cell plate 60, and they are coaxially aligned around the axis O1.

セル板６０は、隣接する他のセルユニット１０との間に上記した間隙ｓが形成される高さにした円形段差部６１が、円形基板６２の中心に下向きにして突設されているとともに、周縁部に周壁６３を上向きに傾設したものである。
円形段差部６１には、後述する流路形成体９０に形成されているガス流入孔９１とガス流出孔９４…に対応する位置に、それらと同径の貫通孔６４，６５…が開口形成されている。 The cell plate 60 has a circular stepped portion 61 having a height at which the gap s described above is formed between other cell units 10 adjacent to the cell unit 10, and protrudes downward from the center of the circular substrate 62. A peripheral wall 63 is inclined upward at the peripheral edge.
In the circular stepped portion 61, through holes 64, 65,... Having the same diameter as those are formed at positions corresponding to gas inflow holes 91 and gas outflow holes 94 formed in a flow path forming body 90 described later. ing.

固体電解質型セル５０は、アノード極（燃料極）とカソード極（空気極）とを電解質（いずれも図示しない）の上下両側に配設した円形に形成されており、軸線Ｏ１を中心としてセル板６０に配設されている。 The solid electrolyte type cell 50 is formed in a circular shape in which an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (air electrode) are arranged on both upper and lower sides of an electrolyte (both not shown), and a cell plate with an axis O1 as a center. 60.

セパレータ７０は、隣接する他のセルユニット１０との間に、上記した間隙ｓが形成される高さにした円形段差部７１が、円形基板７２の中心に上向きにして突設されているとともに、周縁部に周壁７３を下向きに傾設したものである。
円形段差部７１には、流路形成体９０に形成されているガス流入孔９１とガス流出孔９４…に対応する位置に、それらと同径の貫通孔７４，７５…が開口形成されている。 The separator 70 is provided with a circular stepped portion 71 having a height at which the above-described gap s is formed between the adjacent cell unit 10 and projecting upward at the center of the circular substrate 72. A peripheral wall 73 is inclined downward at the peripheral edge.
In the circular stepped portion 71, through holes 74, 75,... Having the same diameter as the gas inflow holes 91 and gas outflow holes 94 formed in the flow path forming body 90 are formed. .

上記したセルユニット１０を複数積層することにより、セル板６０の円形段差部６１と、セパレータ７０の円形段差部７１とが当接し、これにより上下に積層隣接するセルユニット１０，１０間に間隙ｓが形成される。 By stacking a plurality of the cell units 10 described above, the circular stepped portion 61 of the cell plate 60 and the circular stepped portion 71 of the separator 70 come into contact with each other. Is formed.

流路形成体９０は、上記のセル板６０とセパレータ７０の円形段差部６１，７１間に介挿されており、一方のガスをセルユニット１０に流入させるための流入孔９１と、セルユニット１０内に流入した一方のガスを外部に流出させるための流出孔９４とが形成されている。 The flow path forming body 90 is interposed between the circular step portions 61 and 71 of the cell plate 60 and the separator 70, and an inflow hole 91 for allowing one gas to flow into the cell unit 10, and the cell unit 10. An outflow hole 94 is formed to allow one of the gases flowing into the inside to flow out.

ユニット内集電体８０は、導電性の発泡金属やフェルト等の多孔体を円環形に成形したものである。 The in-unit current collector 80 is formed by forming a porous body such as conductive foam metal or felt into an annular shape.

上記のセル板６０とセパレータ７０は、互いの周壁６３，７３の縁部どうしを当接させることにより、これらの間にガスの流路となる空隙ｋが区画形成され、その空隙ｋに上記ユニット内集電体８０を配置している。 In the cell plate 60 and the separator 70, the edges of the peripheral walls 63 and 73 are brought into contact with each other, whereby a gap k serving as a gas flow path is defined between them, and the unit is formed in the gap k. An inner current collector 80 is disposed.

ユニット外集電体１００は、例えばインコネル（登録商標）製の金属メッシュを円環形に成形したものであり、これの周縁部をセル板６０又はセパレータ７０に接合されている。ただし、材料はSUS430, Crofer22APU等の高Crステンレス等を用いることができるが、これに限るものではない。また、集電体の形態は、金属メッシュ、フェルト、不織布、板バネ等を用いることができるが、これに限るものではない。 The unit external current collector 100 is formed by, for example, forming a metal mesh made of Inconel (registered trademark) into an annular shape, and the peripheral portion thereof is joined to the cell plate 60 or the separator 70. However, the material may be high Cr stainless steel such as SUS430, Crofer22APU, but is not limited thereto. Moreover, although the form of a collector can use a metal mesh, felt, a nonwoven fabric, a leaf | plate spring, etc., it is not restricted to this.

上記したセルスタックＢは、上述したセルユニット１０を互いに複数積層して構成されているとともに、上側フランジ１１０と下側フランジ１２０との間に挟み込まれて保持されている。
上側フランジ１１０は、上記した円形段差部６１，７１と同径にした円柱形の押さえ部１１１の周壁１１１ａに、セルユニット１０とほぼ同径にしたフランジ部１１２を延出形成した平面視円形板形のものである。
押さえ部１１１の中心には、上記流入孔９１と同径の貫通孔１１３が穿設されている。 The cell stack B is configured by stacking a plurality of the cell units 10 described above, and is sandwiched and held between the upper flange 110 and the lower flange 120.
The upper flange 110 is a circular plate in plan view in which a flange portion 112 having the same diameter as that of the cell unit 10 is formed on the peripheral wall 111a of the cylindrical holding portion 111 having the same diameter as the circular step portions 61 and 71 described above. It is of shape.
A through hole 113 having the same diameter as the inflow hole 91 is formed in the center of the pressing portion 111.

下側フランジ１２０は、上記円形段差部６１，７１と同径にした円柱形の押さえ部１２１の周壁１２１ａに、セルユニット１０と同径にしたフランジ部１２２を延出形成した平面視円形のものである。
押さえ部１２１には、上記ガス流出孔９４と同径の貫通孔１２３が対向して穿設されている。 The lower flange 120 has a circular shape in a plan view in which a flange portion 122 having the same diameter as the cell unit 10 is formed on the peripheral wall 121a of the cylindrical holding portion 121 having the same diameter as the circular step portions 61 and 71. It is.
A through-hole 123 having the same diameter as the gas outflow hole 94 is formed in the holding portion 121 so as to face the holding portion 121.

上記の構成からなるセルスタックＢは、上側フランジ１１０と下側フランジ１２０との間に複数のセルユニット１０…を挟み込むとともに絶縁ワッシャ１３１を嵌合し、それら上側フランジ１１０の貫通孔１１３にスタッドボルト１３０を挿通している。
そして、上記スタッドボルト１３０のねじ部１３０ａの下端部を下側フランジ１２０に螺入することにより、セルユニット１０…どうしを弾性的に挟持している。 In the cell stack B having the above-described configuration, a plurality of cell units 10 are sandwiched between the upper flange 110 and the lower flange 120 and an insulating washer 131 is fitted, and stud bolts are inserted into the through holes 113 of the upper flange 110. 130 is inserted.
And the cell unit 10 ... is clamped elastically by screwing the lower end part of the thread part 130a of the stud bolt 130 into the lower flange 120.

上述した構成からなる燃料電池の動作について、二種類のガス相互間の熱交換を主として説明する。
気化器４５及び改質器４６を介して送給された他方のガスは、熱交換器Ｃ１の各熱交換用チューブ４１を通過する際に、それら各熱交換用チューブ４１に上記導入管３６からガス導入部３４内に流入した一方のガスが流接することにより、それら二種類のガス相互間の熱交換が行われる。 Regarding the operation of the fuel cell having the above-described configuration, heat exchange between two types of gases will be mainly described.
When the other gas fed through the vaporizer 45 and the reformer 46 passes through the heat exchange tubes 41 of the heat exchanger C1, the other gas exchanges into the heat exchange tubes 41 from the introduction pipe 36. When one gas that has flowed into the gas inlet 34 flows into contact with each other, heat exchange between the two types of gases is performed.

熱交換が行われた後の一方のガスは、セルスタックＢの間隙ｓを通じてガス排出管３５に向けて流動する。
これにより、改質器から排出された他方のガスを、もう一方により冷却し、かつ、もう一方のガスを予熱するとともに、熱交換器Ｃ１をセルスタックＢのもう一方のガス流入側に設けて、熱交換器Ｃ１とセルスタックＢをケース内に設けることにより、熱交換器Ｃ１とセルスタックＢ間で、主として輻射による伝熱により、セルスタックＢの平均温度に比べ比較的低温になりやすいセルスタックＢのもう一方のガス流入の領域を暖めることができる。このために、セルスタックＢをなすセルユニット１０の平面内における温度分布の均一化を図ることができ、そのスタック構造体Ｂの内部を所望の温度差に抑えられる。
また、熱交換器Ｃ１をガス導入部３４内に配設しているので、燃料電池Ａ１の小型化を図ることができる。 One gas after the heat exchange is performed flows toward the gas discharge pipe 35 through the gap s of the cell stack B.
Thereby, the other gas discharged from the reformer is cooled by the other gas, and the other gas is preheated, and the heat exchanger C1 is provided on the other gas inflow side of the cell stack B. By providing the heat exchanger C1 and the cell stack B in the case, a cell that tends to be relatively low in temperature compared to the average temperature of the cell stack B mainly due to heat transfer between the heat exchanger C1 and the cell stack B. The other gas inflow region of the stack B can be warmed. For this reason, the temperature distribution in the plane of the cell unit 10 forming the cell stack B can be made uniform, and the inside of the stack structure B can be suppressed to a desired temperature difference.
Further, since the heat exchanger C1 is disposed in the gas introduction part 34, the fuel cell A1 can be downsized.

次に、本発明の第二の実施形態に係る燃料電池Ａ２について、図２を参照して説明する。図２（Ａ）は、本発明の第二の実施形態に係る燃料電池Ａ２の平断面図、（Ｂ）は、流量増減用バルブアクチュエータを制御するための制御部である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 Next, a fuel cell A2 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2A is a plan sectional view of the fuel cell A2 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a control unit for controlling the flow rate increasing / decreasing valve actuator. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in embodiment mentioned above, the code | symbol same as them is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

第二の実施形態に係る燃料電池Ａ２は、熱交換後の一方のガスの流通量を増減するガス流量増減部Ｄの一部をなす流量増減用バルブアクチュエータ１３５，１３５を、セルスタックＢに至るガス流路γに配設した点が上述した燃料電池Ａ１と相違している。
ガス流量増減部Ｄは、熱交換後の一方のガスの一部を、セルスタックＢに至る前にガス流路γ外に分流するものである。
本実施形態においては、熱交換器Ｃ１のガス流通方向下流側に配設された分流管１３７，１３７に、分流するガス量を増減するための流量増減用バルブアクチュエータ１３５，１３５を配設しており、具体的には次のとおりである。 In the fuel cell A2 according to the second embodiment, the flow rate increasing / decreasing valve actuators 135 and 135 that form part of the gas flow rate increasing / decreasing unit D that increases or decreases the flow rate of one of the gases after heat exchange reach the cell stack B. The fuel cell A1 is different from the fuel cell A1 described above in that it is disposed in the gas flow path γ.
The gas flow rate increase / decrease part D is for diverting a part of one gas after heat exchange to the outside of the gas flow path γ before reaching the cell stack B.
In this embodiment, flow rate increasing / decreasing valve actuators 135, 135 for increasing / decreasing the amount of gas to be diverted are arranged in the diverter pipes 137, 137 arranged on the downstream side in the gas flow direction of the heat exchanger C1. Specifically, it is as follows.

ガス導入部１３６は、周板３３、側板１３６ａ，１３６ｂ,１３６ｃ、底板１３６ｄ及び図示しない天板によって区画された縦長直方体形のものであり、その天板には上記したものと同様の導入管（図示しない）が接続されているとともに、周板３３には、ガス導入部１３６に臨ませた方形開口３３ａが形成されている。 The gas introduction part 136 has a vertically long rectangular parallelepiped shape defined by the peripheral plate 33, the side plates 136a, 136b, 136c, the bottom plate 136d and a top plate (not shown). (Not shown) is connected, and the peripheral plate 33 is formed with a rectangular opening 33a facing the gas introduction part 136.

ガス導入部１３６内には、一方のガスと、他方のガスとの温度差を緩和するための温度差緩和手段である上記熱交換器Ｃ１が配設されていることは上記した燃料電池Ａ１と同様である。 In the gas introduction part 136, the heat exchanger C1, which is a temperature difference reducing means for reducing the temperature difference between one gas and the other gas, is disposed in the fuel cell A1. It is the same.

上記の分流管１３７，１３７は、中心軸線Ｏ１と直交する軸線Ｏ３上であって、側板１３６ａ,１３６ｃに互いの流入口１３７ａ，１３７ａを対設させており、それら各分流管１３７，１３７に流量増減用バルブアクチュエータ１３５，１３５をそれぞれ設けている。
流量増減用バルブアクチュエータ１３５，１３５は、本燃料電池Ａ２の制御中枢を担う制御部１３８の出力側に接続されており、その制御部１３８から出力される駆動信号により開閉駆動されるようになっている。
すなわち、制御部１３８は、所要のプログラムを実行することにより、燃料電池の要求出力に応じて分流するガス流量を増減させる機能（これを、「ガス流量増減手段」という。）を有している。 The flow dividing pipes 137 and 137 are on an axis O3 orthogonal to the central axis O1, and the side plates 136a and 136c are provided with the mutual inlets 137a and 137a, respectively. Increase / decrease valve actuators 135 and 135 are provided, respectively.
The flow rate increasing / decreasing valve actuators 135 and 135 are connected to the output side of the control unit 138 that is responsible for the control center of the fuel cell A2, and are opened and closed by a drive signal output from the control unit 138. Yes.
That is, the control unit 138 has a function of increasing or decreasing the flow rate of the gas to be diverted according to the required output of the fuel cell by executing a required program (this is referred to as “gas flow rate increasing / decreasing means”). .

制御部１３８の入力側には、所要の各種情報の他、流量増減用バルブアクチュエータ１３５，１３５の開閉制御に必要な情報が入力されるようになっており、その入力情報に応じた駆動信号を流量増減用バルブアクチュエータ１３５，１３５に出力するようになっている。
以上のように、本実施形態に示すガス流量増減部Ｄは、上記した制御部１３８と、流量増減用バルブアクチュエータ１３５，１３５とを有して構成されている。 On the input side of the control unit 138, information necessary for opening / closing control of the flow rate increasing / decreasing valve actuators 135, 135 is input in addition to various necessary information, and a drive signal corresponding to the input information is sent. It outputs to the valve actuators 135 and 135 for flow volume increase / decrease.
As described above, the gas flow rate increasing / decreasing unit D shown in the present embodiment includes the control unit 138 and the flow rate increasing / decreasing valve actuators 135 and 135.

ガス流量増減部Ｄを設けたことにより、ガスの持つ余剰な熱を取り去り、セルスタックの温度を所望の温度に保たせることができる。特に、車載用の燃料電池の場合は、低負荷運転から高負荷運転へ急激な不可変動をする必要がある。
このような場合、余剰な熱を改質器に掛けて、多量の燃料を改質させる為、急な変動時に改質器からの改質ガスは定常運転時より高温となり、高負荷によりセルスタック発熱も多くなることから、急激な負荷変動所望の温度範囲内にセルスタックを収める事が困難であり、急激な負荷変動には追従ができなかった。
しかし、上記したガスどうしの熱交換を行うことにより、セルスタックに導入する前にガスの温度を下げ、かつ、他方のガスと熱交換した後の一方のガスの一部をスタック導入前で排気することで、改質した他方のガスが運ぶ余分な熱を排気して、急激な負荷変動に対する応答性を向上させることができる。 By providing the gas flow rate increase / decrease part D, it is possible to remove excess heat of the gas and keep the temperature of the cell stack at a desired temperature. In particular, in the case of an on-vehicle fuel cell, it is necessary to make a sudden change from low load operation to high load operation.
In such a case, excessive heat is applied to the reformer to reform a large amount of fuel, so that the reformed gas from the reformer becomes hotter than during steady operation during sudden fluctuations, and the cell stack is subjected to a high load. Since heat generation also increases, it is difficult to keep the cell stack within a desired temperature range due to sudden load fluctuations, and it has not been possible to follow sudden load fluctuations.
However, by exchanging heat between the gases described above, the temperature of the gas is lowered before being introduced into the cell stack, and part of one gas after exchanging heat with the other gas is exhausted before the introduction of the stack. By doing so, excess heat carried by the other reformed gas can be exhausted, and the responsiveness to sudden load fluctuations can be improved.

本発明の第三の実施形態に係る燃料電池Ａ３について、図３を参照して説明する。図３は、本発明の第三の実施形態に係る燃料電池Ａ３の平断面図である。なお、上述した各実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 A fuel cell A3 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a plan sectional view of a fuel cell A3 according to the third embodiment of the present invention. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in each embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

第三の実施形態に係る燃料電池Ａ３は、ガス導入部の形状と熱交換器の構成が上述した燃料電池Ａ１と相違している。
ガス導入部１４０は、周板３３、側板１４０ａ，１４０ｂ,１４０ｃ、底板１４０ｄ及び図示しない天板によって区画された平面視略台の縦長立方体形であり、その天板には上記したものと同様の導入管（図示しない）が接続されている。
側板１４０ａ,１４０ｃは、ガス流路上流側から下流側に向けて次第に互いの間隔が広くなるように形成されている。このことにより、セルスタックＢの一方のガス導入部を広くすることができ、一方のガスのユニット間隙ｓを流れる流速を遅くすることで、一方のガスによりセルスタックＢを冷却する上で、急激な温度分布が発生することを防ぐことができる。 The fuel cell A3 according to the third embodiment is different from the fuel cell A1 described above in the shape of the gas introduction part and the configuration of the heat exchanger.
The gas introduction part 140 has a vertically long cubic shape in a plan view substantially divided by the peripheral plate 33, the side plates 140a, 140b, 140c, the bottom plate 140d, and a top plate (not shown), and the top plate is similar to the above. An introduction pipe (not shown) is connected.
The side plates 140a and 140c are formed so that the distance between them gradually increases from the upstream side to the downstream side of the gas flow path. As a result, one gas introduction part of the cell stack B can be widened, and by slowing down the flow velocity of the one gas through the unit gap s, the cell stack B can be rapidly cooled with one gas. Can be prevented from occurring.

ガス導入部１４０内には、二種類のガス相互間の温度差を緩和するための温度差緩和手段である熱交換器Ｃ２が配設されている。換言すると、ケース３０内に流入する一方のガスのセルスタックＢに至るガス流路γに熱交換器Ｃ２を配設している。
熱交換器Ｃ２は、一方のガスを流通させて他方のガスとの熱交換を行うための熱交換用チューブ４１…を所要の間隔で配列したものであり、それら熱交換用チューブ４１…を、ガス流路γの流通方向上流側から下流側に向けて熱交換伝熱面積が増加するように配列している。このことより、熱交換上流側では、一方のガスを予熱するのに用いる一方、熱交換下流側では、熱交換器Ｃ２の広い伝熱面積部分を通じて、セルスタックＢへ伝熱させる事ができるため、セルスタックＢの導入側での温度低下を防ぐことで、セルスタックＢの温度分布を緩和することができる。 In the gas introduction part 140, a heat exchanger C2 which is a temperature difference relaxation means for relaxing a temperature difference between two kinds of gases is disposed. In other words, the heat exchanger C2 is arranged in the gas flow path γ reaching the cell stack B of one gas flowing into the case 30.
The heat exchanger C2 is configured such that heat exchange tubes 41 for circulating one gas and exchanging heat with the other gas are arranged at a predetermined interval. The gas flow paths γ are arranged so that the heat exchange heat transfer area increases from the upstream side to the downstream side in the flow direction. From this, the heat exchange upstream side is used to preheat one gas, while the heat exchange downstream side can transfer heat to the cell stack B through a wide heat transfer area portion of the heat exchanger C2. By preventing the temperature drop on the introduction side of the cell stack B, the temperature distribution of the cell stack B can be relaxed.

本実施形態においては、ガス流路γの流通方向上流側から下流側に向けて互いの間隔が密となるように熱交換用チューブ４１…を配列した構成になっている。
換言すると、ガス流路γの流通方向上流側から下流側に向けて、単位面積当たりに配列する熱交換用チューブ４１の本数を増加させている。このことにより、熱交換下流側で熱交換用チューブの間隔を密にすることで、熱交換下流側の圧力損失をあげることができるため、ケースに導入した一方のガスの流速分布を、ユニット面内方向に均一にさせることができる。 In the present embodiment, the heat exchange tubes 41 are arranged so that the distance from each other becomes closer from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the gas flow path γ.
In other words, the number of the heat exchange tubes 41 arranged per unit area is increased from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the gas flow path γ. This makes it possible to increase the pressure loss on the downstream side of the heat exchange by increasing the space between the heat exchange tubes on the downstream side of the heat exchange. It can be made uniform in the inward direction.

具体的には、中心軸線Ｏ１を中心とした大小４つの円周上に熱交換用チューブ４１…を列設しており、それら各列のうち、セルスタックＢから遠いものから近いものに配列した熱交換用チューブ４１…の間隔が狭くなるようにしている。
また、隣り合う列に配列した熱交換用チューブ４１どうしが、直径線Ｏ２に沿う方向において重なり合わないように配列すると、一方のガスの各熱交換用チューブへの流接が良好に行われ、熱交換効率の向上に寄与できる。 Specifically, heat exchanging tubes 41 are arranged in four large and small circles centered on the central axis O1 and arranged from those far from the cell stack B to those close to the cell stack B. The interval between the heat exchange tubes 41 is narrowed.
If the heat exchange tubes 41 arranged in adjacent rows are arranged so as not to overlap in the direction along the diameter line O2, the flow of one gas to each heat exchange tube is favorably performed, It can contribute to the improvement of heat exchange efficiency.

本発明の第四の実施形態に係る燃料電池Ａ４について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の第四の実施形態に係る燃料電池を示すものであり、（Ａ）は平断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 A fuel cell A4 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4A and 4B show a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 4A is a plan sectional view, and FIG. 4B is a sectional view taken along the line II shown in FIG. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in embodiment mentioned above, the code | symbol same as them is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

本発明の第四の実施形態に係る燃料電池Ａ４は、セルスタックＢと、温度差緩和手段である熱交換器Ｃ３とをケース３０に収容しているとともに、そのケース３０内に詳細を後述する一対のガス誘導部材１５０，１５０を配設していることを主たる構成としたものである。 A fuel cell A4 according to a fourth embodiment of the present invention houses a cell stack B and a heat exchanger C3 that is a temperature difference mitigating means in a case 30, and details will be described later in the case 30. The main configuration is that a pair of gas guiding members 150 and 150 are provided.

ケース３０は、平面視円形にした底板３１と上板（図示しない）の全周にわたり周板３３を囲繞形成した気密性を有する円筒形に形成されている。
また、周板３３の内側であって軸線Ｏ１を通る直径線Ｏ２上には、ケース３０内に導入された一方のガスを排出するためのガス排出部１５１が配設されているとともに、そのガス排出部１５１の両側に一方のガスを導入するためのガス導入部１５２，１５２を配設している。
換言すると、ガス導入部１５２，１５２にガス排出部１５１を内包した構造にすることにより、セルスタックＢから排出される一方のガスとケース３０に導入された一方のガスとの間において熱交換を行うことにより、セルスタックＢの発熱の一部をセルスタックＢに向けて流す一方のガス（空気）の予熱に用いることができる。 The case 30 is formed in an airtight cylindrical shape surrounding the peripheral plate 33 over the entire circumference of a bottom plate 31 and a top plate (not shown) that are circular in plan view.
A gas discharge portion 151 for discharging one of the gases introduced into the case 30 is disposed on the inside of the peripheral plate 33 and on the diameter line O2 passing through the axis O1. Gas introduction portions 152 and 152 for introducing one gas are disposed on both sides of the discharge portion 151.
In other words, heat exchange is performed between one gas discharged from the cell stack B and one gas introduced into the case 30 by adopting a structure in which the gas discharge portion 151 is included in the gas introduction portions 152 and 152. By carrying out, a part of heat generation of the cell stack B can be used for preheating one gas (air) flowing toward the cell stack B.

ガス導入部１５２は円筒形に形成されており、その周板には、一方のガスをケース３０内に導入するための導入孔１５２ａが上下多段にして形成されている。 The gas introduction part 152 is formed in a cylindrical shape, and an introduction hole 152a for introducing one gas into the case 30 is formed in multiple stages in the peripheral plate.

ガス排出部１５１は下端を閉塞した円筒形に形成されており、これの周板であって、上記セルユニットＢの間隙ｓに対向する位置には、ケース３０内の一方のガスを取り入れて排出するためのガス取入れ孔１５１ａ…が上下多段に配設されている。
換言すると、ガス取入れ孔１５１ａ…をセルユニット１０…の積層ピッチに合わせて配列している。 The gas discharge portion 151 is formed in a cylindrical shape whose lower end is closed, and is a peripheral plate of the gas discharge portion 151. The gas discharge portion 151 takes in and discharges one gas in the case 30 at a position facing the gap s of the cell unit B. Gas intake holes 151a... Are arranged in multiple stages.
In other words, the gas intake holes 151a are arranged in accordance with the stacking pitch of the cell units 10.

上記したガス誘導部材１５０，１５０は、ガス導入部１５２からケース３０内に導入した一方のガスを、セルスタックＢの外周縁部Ｂａに沿って周回させ、そのセルスタックＢの上記間隙ｓを通じてガス排出部１５１に誘導する機能を有するものである。
上記したガス誘導部材１５０，１５０の基端部は、ガス排出部１５１に連結され、また、開放端部間には、一方のガスをセルスタックＢ内に誘うための開口域Ｐが区画形成されている。
なお、セルスタックＢの外周縁部Ｂａは、セルユニット１０の外縁部と言い換えることができる。 The gas guiding members 150 and 150 circulate one gas introduced from the gas introduction part 152 into the case 30 along the outer peripheral edge Ba of the cell stack B, and pass through the gap s of the cell stack B. It has a function of guiding to the discharge unit 151.
The base end portions of the gas guiding members 150 and 150 are connected to the gas discharge portion 151, and an opening region P for inducing one gas into the cell stack B is defined between the open end portions. ing.
The outer peripheral edge Ba of the cell stack B can be rephrased as the outer edge of the cell unit 10.

具体的には、ガス誘導部材１５０，１５０は、平面視において直径線Ｏ２を中心として線対称に曲成されており、それらガス誘導部材１５０，１５０とケース３０の周板３３内面との間に、一方のガスを流通させるための流通路α，αが区画形成されている。
本実施形態においては、それら流通路α，αもガス導入部１５２の一部をなしている。
なお、本実施形態においては、セルスタックＢを直径線Ｏ２に沿ってガス排出部１５１側に変位して配設しており、これにより、上記の流通路α，αがガス排出部１５１から熱交換器Ｃ３に向け、その幅が次第に広くなるようにしている。 Specifically, the gas guiding members 150 and 150 are bent symmetrically about the diameter line O2 in plan view, and between the gas guiding members 150 and 150 and the inner surface of the peripheral plate 33 of the case 30. The flow passages α and α for flowing one gas are defined.
In the present embodiment, the flow paths α and α also form part of the gas introduction part 152.
In the present embodiment, the cell stack B is displaced along the diameter line O2 toward the gas discharge part 151, so that the flow paths α and α are heated from the gas discharge part 151. The width is gradually increased toward the exchanger C3.

ケース３０の内周であって、ガス誘導部材１５０，１５０の開口域Ｐに対向する位置には、一方のガスと、他方のガスとの温度差を緩和するための温度差緩和手段である熱交換器Ｃ３が配設されている。換言すると、ケース３０に流入する一方のガスのセルスタックＢに至るガス流路γに熱交換器Ｃを配設している。 Heat that is a temperature difference mitigating means for mitigating the temperature difference between one gas and the other gas is located at the inner periphery of the case 30 and facing the opening region P of the gas guiding members 150 and 150. An exchanger C3 is provided. In other words, the heat exchanger C is disposed in the gas flow path γ reaching the cell stack B of one gas flowing into the case 30.

熱交換器Ｃ３は、縦長円筒形のケース４０内に、一方のガスを流通させて他方のガスとの熱交換を行うための熱交換用チューブ４１…を中心軸線Ｏ１を中心とする大小２つの円弧上に配列した構成のものである。
すなわち、上記ガス導入部１５２からケース３０に流入した一方のガスが各熱交換用チューブ４１…に流接することにより、それら二種類のガスどうしの熱交換が行われるようにしている。 The heat exchanger C3 has a large and small size centered on a central axis O1 with a tube 41 for heat exchange for circulating one gas in the vertically long cylindrical case 40 and exchanging heat with the other gas. The configuration is arranged on an arc.
That is, one gas flowing into the case 30 from the gas introduction part 152 flows into the heat exchange tubes 41, so that heat exchange between the two types of gases is performed.

上記したように、ケース３０内に導入した一方のガスを熱交換器Ｃ３を介して熱交換することができ、セルスタックＢに流通させる一方のガスを予熱することができる。
また、ガス排出部１５１及びガス誘導部材１５０をセルスタックＢの外縁部Ｂａに近接しているので、そのセルスタックＢ内のユニット外集電体，セパレータ，セル板やユニット内集電体等から、ガス誘導部材１５０に対しても熱を伝達させられ、発電による発熱の一部を、一方のガスの予熱に用いることで、セルスタックＢの温度調節が容易となり発電性能を安定させられる。特に、外縁部Ｂａを流れる方向とユニット間隙ｓを流れる方向を対向させることで、セルスタックＢの発熱により、ユニット間隙ｓの下流側、すなわち一方のガスがセルスタックＢの平均温度に比べ高温となる領域側から、ガス誘導部材１５０を用いて一方のガスを導入することで、セルスタックＢの温度分布を緩和させることができる。 As described above, one gas introduced into the case 30 can be heat-exchanged via the heat exchanger C3, and one gas to be circulated through the cell stack B can be preheated.
In addition, since the gas discharge portion 151 and the gas guiding member 150 are close to the outer edge portion Ba of the cell stack B, from the unit external current collector, separator, cell plate, unit internal current collector, etc. in the cell stack B Heat can also be transmitted to the gas induction member 150, and a part of the heat generated by power generation is used for preheating one gas, so that the temperature of the cell stack B can be easily adjusted and the power generation performance can be stabilized. In particular, the direction in which the outer edge Ba flows and the direction in which the unit gap s flows are opposed so that the heat generated in the cell stack B causes the gas on the downstream side of the unit gap s to be higher than the average temperature of the cell stack B. The temperature distribution of the cell stack B can be relaxed by introducing one gas using the gas guiding member 150 from the region side.

本発明の第五の実施形態に係る燃料電池Ａ５について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の第五の実施形態に係る燃料電池の平断面図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 A fuel cell A5 according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a plan sectional view of a fuel cell according to the fifth embodiment of the present invention. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in embodiment mentioned above, the code | symbol same as them is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

第五の実施形態に係る燃料電池Ａ５は、流通路αに配置した熱交換器の構成が、上記図４に示すものと相違している。
熱交換器Ｃ４は、一方のガスを流通させて他方のガスとの熱交換を行うための熱交換用チューブ４１…をガス導入部１５２から開口域Ｐに向け、次第に密集するようにして流通路αに２列にして配列した構成のものである。
具体的には、中心軸線Ｏ１を中心とした大小２つの円孤上に熱交換用チューブ４１…を配列されている。それらのうち内側の列をなす熱交換用チューブ４１…と、内側の列をなす熱交換用チューブ４１…の間隔が、それぞれガス導入部１５２から開口域Ｐに向けて次第に狭くなるようにして配列されている。
以上の構成により、上記ガス導入部１５２内に流入した一方のガスが各熱交換用チューブ４１…に流接して、それら二種類のガスどうしの熱交換が行われるようにしている。
このような構造にすることにより、流通路αに熱交換器を配置したことにより、外縁部Ｂａを流通するガス流れを乱れさせ、ガス流れ方向に垂直な温度分布を均一化させることで、セルスタックＢからガス誘導部材１５０を通過する熱の交換効率を向上させることができる。 In the fuel cell A5 according to the fifth embodiment, the configuration of the heat exchanger arranged in the flow path α is different from that shown in FIG.
In the heat exchanger C4, the heat exchange tubes 41 for circulating one gas and exchanging heat with the other gas are directed from the gas introduction part 152 toward the opening region P so as to be densely packed. In this configuration, α is arranged in two rows.
Specifically, the heat exchange tubes 41 are arranged on two large and small circles centered on the central axis O1. Among them, the heat exchange tubes 41 forming the inner row and the heat exchange tubes 41 forming the inner row are arranged so that the intervals gradually decrease from the gas introduction part 152 toward the opening region P. Has been.
With the above configuration, one gas that has flowed into the gas introduction section 152 flows into contact with each of the heat exchange tubes 41 to exchange heat between these two types of gases.
By adopting such a structure, the heat exchanger is arranged in the flow path α, so that the gas flow flowing through the outer edge portion Ba is disturbed, and the temperature distribution perpendicular to the gas flow direction is made uniform, so that the cell Exchange efficiency of heat passing from the stack B through the gas guiding member 150 can be improved.

本発明の第六の実施形態に係る燃料電池Ａ６について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第六の実施形態に係る燃料電池を示すものであり、（Ａ）は平断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 A fuel cell A6 according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6A and 6B show a fuel cell according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 6A is a plan sectional view, and FIG. 6B is a sectional view taken along the line II shown in FIG. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in embodiment mentioned above, the code | symbol same as them is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

第六の実施形態に係る燃料電池Ａ６は、熱交換後の他方のガスの流通量を増減するガス流量増減部Ｄの一部をなす流量増減用バルブアクチュエータ１３５を、セルスタックＢに至るガス流路γに沿って配設している。
ガス流量増減部Ｄは、熱交換後の一方のガスの一部を、セルスタックＢに至る前にガス流路γ外に分流するものである。
本実施形態においては、ケース３０の周板３３であって、熱交換器Ｃ３のガス流通方向下流側に配設された分流管１６０に、分流するガス量を増減するための流量増減用バルブアクチュエータ１３５を配設しており、具体的には次のとおりである。 In the fuel cell A6 according to the sixth embodiment, the flow rate increasing / decreasing valve actuator 135 that forms a part of the gas flow rate increasing / decreasing unit D that increases or decreases the flow rate of the other gas after heat exchange is changed to a gas flow reaching the cell stack B. Arranged along the path γ.
The gas flow rate increase / decrease part D is for diverting a part of one gas after heat exchange to the outside of the gas flow path γ before reaching the cell stack B.
In the present embodiment, the flow rate increasing / decreasing valve actuator for increasing / decreasing the amount of gas to be diverted to the shunt pipe 160 which is the peripheral plate 33 of the case 30 and is disposed downstream of the heat exchanger C3 in the gas flow direction. 135 is arranged, specifically as follows.

周板３３であって、直径線Ｏ２に一致する位置、換言すると、ガス誘導部材１５０，１５０の開放端部で形成する開口域Ｐに対向する部分には、分流管１６０が配設されている。
分流管１６０は円筒形に形成されており、これの内部に上記した流量増減用バルブアクチュエータ１３５を配設している。
なお、流量増減用バルブアクチュエータ１３５は、上記したものと同等の制御部１３８の出力側に接続されており、その制御部１３８から出力される駆動信号により開閉駆動されるようになっている。 A shunt pipe 160 is disposed at a position corresponding to the diameter line O2 in the peripheral plate 33, in other words, at a portion facing the opening region P formed by the open ends of the gas guiding members 150 and 150. .
The flow dividing pipe 160 is formed in a cylindrical shape, and the above-described flow rate increasing / decreasing valve actuator 135 is disposed therein.
The flow rate increasing / decreasing valve actuator 135 is connected to the output side of the control unit 138 equivalent to that described above, and is opened and closed by a drive signal output from the control unit 138.

本発明の第七の実施形態に係る燃料電池Ａ７について、図７を参照して説明する。図７は、本発明の第七の実施形態に係る燃料電池を示すものであり、（Ａ）は平断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 A fuel cell A7 according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7A and 7B show a fuel cell according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 7A is a plan sectional view, and FIG. 7B is a sectional view taken along the line II shown in FIG. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in embodiment mentioned above, the code | symbol same as them is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

第七の実施形態に係る燃料電池Ａ７は、熱交換器Ｃ５と、改質器１６５とをケース３０内に配設した構成のものである。
ケース３０の周板３３には、そのケース３０内に一方のガスを導入するためのガス導入部１７０と、当該ケース３０内に導入された一方のガスを排出するためのガス排出部１７１がセルスタックＢを挟む両側に配設されている。換言すると、セルスタックＢの中心軸線Ｏ１を通る直径線Ｏ２上に配設している。 The fuel cell A7 according to the seventh embodiment has a configuration in which a heat exchanger C5 and a reformer 165 are disposed in a case 30.
The peripheral plate 33 of the case 30 includes a gas introduction part 170 for introducing one gas into the case 30 and a gas discharge part 171 for discharging one gas introduced into the case 30. Arranged on both sides of the stack B. In other words, it is arranged on a diameter line O2 passing through the central axis O1 of the cell stack B.

ガス導入部１７０は、上記周板３３、周板１７０ａ,１７０ｂ,１７０ｃ、及び天板１７０ｄ、底板１７０ｅによって区画された縦長直方体形のものであり、その天板１７０ｄには導入管１７２が接続されている。
また、周板３３には、ガス導入部１７０に臨ませた方形開口３３ａが形成されている。 The gas introduction part 170 has a vertically long rectangular parallelepiped shape defined by the circumferential plate 33, the circumferential plates 170a, 170b, and 170c, the top plate 170d, and the bottom plate 170e, and an introduction pipe 172 is connected to the top plate 170d. ing.
In addition, a rectangular opening 33 a is formed in the peripheral plate 33 so as to face the gas introduction part 170.

ガス導入部１７０内には、一方のガスと、他方のガスとの温度差を緩和するための温度差緩和手段である熱交換器Ｃ５が配設されている。換言すると、ケース３０内に流入する一方のガスのセルスタックＢに至るガス流路γに熱交換器Ｃ５を配設している。 In the gas introduction part 170, a heat exchanger C5, which is a temperature difference mitigating means for mitigating a temperature difference between one gas and the other gas, is disposed. In other words, the heat exchanger C5 is disposed in the gas flow path γ reaching the cell stack B of one gas flowing into the case 30.

熱交換器Ｃ５は、縦長円筒形のケース４０内に、一方のガスを流通させて他方のガスとの熱交換を行うための熱交換用チューブ４１…を２列に配列した構成のものである。すなわち、上記導入管１７２からガス導入部１７０内に流入した一方のガスが各熱交換用チューブ４１に流接させて、それら二種類のガスどうしの熱交換が行われるようにしている。 The heat exchanger C5 has a configuration in which heat exchange tubes 41 for circulating one gas and exchanging heat with the other gas are arranged in two rows in a vertically long cylindrical case 40. . That is, one gas flowing into the gas introduction part 170 from the introduction pipe 172 is brought into flow contact with each heat exchange tube 41 so that heat exchange between these two kinds of gases is performed.

ガス排出部１７１は、上記周板３３、周板１７１ａ,１７１ｂ,１７１ｃ、及び天板１７１ｄ、底板１７１ｅによって区画された縦長直方体形のものであり、その天板１７０ｄには排出管１７３が接続されている。 The gas discharge part 171 has a vertically long rectangular parallelepiped shape defined by the peripheral plate 33, the peripheral plates 171a, 171b, and 171c, the top plate 171d, and the bottom plate 171e, and a discharge pipe 173 is connected to the top plate 170d. ing.

改質器１６５は、縦長円筒形のカソードケース１６６内に他方のガスを流通させて改質を行うための触媒反応管１６７…を格子状に配列した構成のものである。すなわち、カソードケース１６６から排出される他方のガスが各触媒反応管１６７に流接することにより、それら二種類のガスどうしの熱交換が行われるようにしている。 The reformer 165 has a configuration in which catalyst reaction tubes 167 for performing reforming by circulating the other gas in a vertically long cylindrical cathode case 166 are arranged in a lattice pattern. That is, the other gas discharged from the cathode case 166 flows into contact with each catalyst reaction tube 167 so that heat exchange between the two types of gases is performed.

改質器１６５をケース３０内であってガス排出部１７１側に設けることにより、ガスのスタック排気熱を改質のための冷熱源とすることができ、他方のガスの温度調節を行うことができる。さらに、一方のガスの排気側に大きな圧力損失を設けることで、セルユニット間への一方のガスの分配分布が緩和され、セルユニット１０，１０間での発電特性がより均一になる。さらに、ケース内に改質器を設けることで、車載する場合のように限られた空間に搭載する上で重要な要素であるコンパクト化を実現するとともに、コンパクト化により放熱を低減させ、熱効率が向上する。 By providing the reformer 165 in the case 30 on the gas discharge part 171 side, the stack stack heat of gas can be used as a cold heat source for reforming, and the temperature of the other gas can be adjusted. it can. Furthermore, by providing a large pressure loss on the exhaust side of one gas, the distribution distribution of the one gas between the cell units is relaxed, and the power generation characteristics between the cell units 10 and 10 become more uniform. Furthermore, by providing a reformer in the case, it is possible to achieve compactness, which is an important element for mounting in a limited space as in the case of in-vehicle use, while reducing heat dissipation and reducing thermal efficiency. improves.

本発明の第八の実施形態に係る燃料電池Ａ８について、図８を参照して説明する。図８は、本発明の第八の実施形態に係る燃料電池を示すものであり、（Ａ）は平断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 A fuel cell A8 according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8A and 8B show a fuel cell according to an eighth embodiment of the present invention. FIG. 8A is a plan sectional view, and FIG. 8B is a sectional view taken along the line II shown in FIG. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in embodiment mentioned above, the code | symbol same as them is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

第八の実施形態に係る燃料電池Ａ８は、セルスタックＢ，熱交換器Ｃ３，改質器１８０及び一対のガス誘導部材１５０，１５０をケース３０に収容していることを主たる構成としたものである。 The fuel cell A8 according to the eighth embodiment is mainly configured such that the cell stack B, the heat exchanger C3, the reformer 180, and the pair of gas induction members 150 and 150 are accommodated in the case 30. is there.

ケース３０は、平面視円形にした底板３１と上板３２の全周にわたり周板３３を囲繞形成した気密性を有する円筒形に形成されている。
周板３３の内側であって中心軸線Ｏ１を通る直径線Ｏ２上には、ケース３０内に導入された一方のガスを排出するためのガス排出部１９０が配設されているとともに、そのガス排出部１９０の両側にガス導入部２００，２００を配設している。 The case 30 is formed in an airtight cylindrical shape surrounding the peripheral plate 33 over the entire circumference of the bottom plate 31 and the upper plate 32 that are circular in plan view.
A gas discharge portion 190 for discharging one gas introduced into the case 30 is disposed on the diameter line O2 passing through the central axis O1 inside the peripheral plate 33, and the gas discharge is performed. Gas introducing portions 200 and 200 are disposed on both sides of the portion 190.

上記ガス排出部１９０は、周板３３，側板１９０ａ，１９０ｂによって略方形筒形に区画形成されており、これに上記したものと同等の改質器１８０が内設されている。 The gas discharge section 190 is partitioned and formed into a substantially square cylindrical shape by the peripheral plate 33 and the side plates 190a and 190b, and a reformer 180 equivalent to the above is provided therein.

ガス導入部２００，２００は、上記側板１９０ａ，１９０ｂと間をおいて立設された仕切り板２０１により区画形成されており、その仕切り板２０１には、一方の反応用ガスをケース３０内に導入するための導入孔２０１ａ，２０１ａが上下多段にして形成されている。 The gas introduction portions 200 and 200 are partitioned and formed by a partition plate 201 provided upright with the side plates 190 a and 190 b therebetween, and one reaction gas is introduced into the case 30 in the partition plate 201. Introducing holes 201a, 201a are formed in a multi-stage structure.

改質器１８０は、縦長円筒形のカソードケース１８１内に他方のガスを流通させて改質を行うための触媒反応管１８２…を格子状に配列した構成のものである。すなわち、カソードケース１８１から排出される他方のガスが各触媒反応管１８２に流接することにより、それら二種類のガスどうしの熱交換が行われるようにしている。 The reformer 180 has a configuration in which catalyst reaction tubes 182... For performing reforming by circulating the other gas in a vertically long cylindrical cathode case 181 are arranged in a lattice pattern. That is, the other gas discharged from the cathode case 181 flows into contact with each catalyst reaction tube 182 so that heat exchange between the two types of gases is performed.

周板３３であって、直径線Ｏ２に一致する位置、換言すると、ガス誘導部材１５０，１５０の開放端部で形成する開口域Ｐに対向する部分には、分流管１６０が配設されている。
分流管１６０は円筒形に形成されており、これの内部に上記した流量増減用バルブアクチュエータ１３５を配設している。
なお、流量増減用バルブアクチュエータ１３５は、上記した制御部と同等の制御部１３８の出力側に接続されており、その制御部１３８から出力される駆動信号により開閉駆動されるようになっている。 A shunt pipe 160 is disposed at a position corresponding to the diameter line O2 in the peripheral plate 33, in other words, at a portion facing the opening region P formed by the open ends of the gas guiding members 150 and 150. .
The flow dividing pipe 160 is formed in a cylindrical shape, and the above-described flow rate increasing / decreasing valve actuator 135 is disposed therein.
The flow rate increasing / decreasing valve actuator 135 is connected to the output side of a control unit 138 equivalent to the control unit described above, and is opened and closed by a drive signal output from the control unit 138.

本発明の第九の実施形態に係る燃料電池Ａ９について、図９，１０を参照して説明する。図９は、本発明の第九の実施形態に係る燃料電池を示すものであり、（Ａ）は全体斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。また、図１０は、熱交換器Ｃ４の拡大図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 A fuel cell A9 according to a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9A and 9B show a fuel cell according to a ninth embodiment of the present invention. FIG. 9A is an overall perspective view, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line II shown in FIG. FIG. 10 is an enlarged view of the heat exchanger C4. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in embodiment mentioned above, the code | symbol same as them is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

本発明の第九の実施形態に係る燃料電池Ａ９は、熱交換器Ｃ６と、上記したものと同等のセルスタックＢ，Ｂとを一体的に形成したスタック熱交換器複合体Ｅを、ケース３０に内設していることを主たる特徴としたものである。
換言すると、熱交換器Ｃ６を流通する一方のガスの流動方向と、セルスタックＢを流通する一方のガスの流動方向が相対向するようにガス流路を形成していることを特徴としている。 A fuel cell A9 according to a ninth embodiment of the present invention includes a stack heat exchanger complex E in which a heat exchanger C6 and cell stacks B and B equivalent to those described above are integrally formed, and a case 30 The main feature is that it is installed in the building.
In other words, the gas flow path is formed so that the flow direction of one gas flowing through the heat exchanger C6 and the flow direction of one gas flowing through the cell stack B face each other.

ケース３０は、平面視円形にした底壁３１と上壁３２の全周にわたり周板３３を囲繞形成した気密性を有する円筒形のものであり、これの内部は、仕切り板３７，３８によって上下３つの収容室３０ａ，３０ｂ，３０ｃに区画されている。 The case 30 has an airtight cylindrical shape surrounding the peripheral plate 33 over the entire circumference of the bottom wall 31 and the upper wall 32 that are circular in plan view. The inside of the case 30 is vertically separated by partition plates 37 and 38. It is divided into three accommodation chambers 30a, 30b, 30c.

上記周板３３には、スタック熱交換器複合体Ｅを挟む一側にガス導入部２１０とガス排出部２２０，２２０とが互いに上下配置にして、また、他側にはガス導入部２１０から導入された一方のガスをガス排出部２２０，２２０に分流誘導する誘導部２３０がそれぞれ配設されている。
換言すると、ガス導入部２１０及びガス排出部２２０，２２０と、誘導部２３０とはスタック熱交換器複合体Ｅ、従ってまた、セルスタックＢの中心軸線Ｏ１を通る直径線Ｏ２上に配設している。 In the peripheral plate 33, the gas introduction part 210 and the gas discharge parts 220, 220 are arranged one above the other on one side of the stack heat exchanger complex E, and introduced from the gas introduction part 210 on the other side. Guidance sections 230 for guiding the one of these gases to the gas discharge sections 220 and 220 are provided.
In other words, the gas introduction part 210, the gas discharge parts 220 and 220, and the induction part 230 are disposed on the diameter line O2 passing through the central axis O1 of the stack heat exchanger complex E, and hence the cell stack B. Yes.

誘導部２３０は、収容室３０ａ，３０ｂ，３０ｃ間に連通形成した縦長方形のものであり、上記仕切り板３７，３８によって仕切られていないものである。 The guide portion 230 is a vertical rectangular shape formed in communication between the storage chambers 30a, 30b, and 30c, and is not partitioned by the partition plates 37 and 38.

本実施形態においては、熱交換器Ｃ６を流通する一方のガスの流動方向と、セルスタックＢ，Ｂを流通する一方のガスの流動方向が相対向するようにガス流路βを形成している。すなわち、当該ガス流路βは、下記のスタック熱交換器複合体Ｅを挟む一側にガス導入部２１０及びガス排出部２２０，２２０を配するとともに、他側に誘導部２３０を配するにより形成されている。要約すると、ガス流路βは、正面視において左右逆向き略Ｅ字形に流通している。 In the present embodiment, the gas flow path β is formed so that the flow direction of one gas flowing through the heat exchanger C6 and the flow direction of one gas flowing through the cell stacks B and B face each other. . That is, the gas flow path β is formed by arranging the gas introduction part 210 and the gas discharge parts 220 and 220 on one side across the stack heat exchanger complex E described below, and the induction part 230 on the other side. Has been. In summary, the gas flow path β circulates in a substantially E shape in the left-right reverse direction when viewed from the front.

スタック熱交換器複合体Ｅは、上述したものと同等の２つのセルスタックＢ，Ｂを互いに上下逆向きにし、かつ、それらセルスタックＢ，Ｂの間に熱交換器Ｃ６を配設した構成のものである。
以下、２つのセルスタックＢ，Ｂのうち、上側に配置したセルスタックＢを上側セルスタック、下側に配置したセルスタックＢを下側セルスタックという。 The stack heat exchanger composite E has a configuration in which two cell stacks B and B equivalent to those described above are turned upside down and a heat exchanger C6 is disposed between the cell stacks B and B. Is.
Hereinafter, of the two cell stacks B and B, the cell stack B disposed on the upper side is referred to as an upper cell stack, and the cell stack B disposed on the lower side is referred to as a lower cell stack.

本実施形態に示す熱交換器Ｃ６は、４つの熱交換ユニット２４０…を互いに所要の間隙をもって積層してなるものである。
熱交換ユニット２４０は、上下２つの熱交換用板２４１，２４１間に区画形成される空隙ｍに後述する流路形成体２５０とを収容した中空円盤形のものであり、それらを中心軸線Ｏ１を中心として互いに同軸的に整列させた構成になっている。 The heat exchanger C6 shown in this embodiment is formed by stacking four heat exchange units 240 with a predetermined gap therebetween.
The heat exchange unit 240 has a hollow disk shape in which a flow path forming body 250 described later is accommodated in a gap m formed between two upper and lower heat exchange plates 241 and 241. It is the structure which mutually aligned coaxially as a center.

熱交換用板２４１は熱伝導効率の高い材質から形成されており、それは、隣接する他の熱交換ユニット２４０との間に上記した所要の間隙が形成される高さにした円形段差部２４２が、円形基板２４３の中心に突設され、かつ、周縁部に周壁２４４を傾設したものである。
円形段差部２４２，２４２には、流路形成体２５０に形成されているガス流入孔２５０ａとガス流出孔２５０ｂに対応する位置に、それらと同径の貫通孔２４２ａ，２４２ｂが開口形成されている。 The heat exchanging plate 241 is made of a material having a high heat conduction efficiency, and it has a circular stepped portion 242 having a height at which the above-described required gap is formed between other adjacent heat exchanging units 240. The circular substrate 243 protrudes from the center, and the peripheral wall 244 is inclined at the periphery.
The circular stepped portions 242 and 242 are formed with through holes 242 a and 242 b having the same diameter as the gas inflow holes 250 a and 250 b formed in the flow path forming body 250. .

流路形成体２５０は、上記の熱交換用板２４１，２４１の円形段差部２４２，２４２間に介挿されており、他方のガスを熱交換ユニット２４０に流入させるための流入孔２５０ａと、熱交換ユニット２４０内に流入した他方のガスを外部に流出させるための流出孔２５０ｂとが形成されている。 The flow path forming body 250 is inserted between the circular stepped portions 242 and 242 of the heat exchanging plates 241 and 241, an inflow hole 250 a for allowing the other gas to flow into the heat exchanging unit 240, and heat An outflow hole 250b for allowing the other gas flowing into the exchange unit 240 to flow out is formed.

円形段差部２４２，２４２間に流路形成体２５０を配置するとともに、熱交換用板２４１，２４１を互いに対向させて周壁２４４，２４４どうしを接合することにより、それらの内部に空隙ｍを区画形成した熱交換ユニット２４０となる。 The flow path forming body 250 is disposed between the circular stepped portions 242 and 242, and the heat exchange plates 241 and 241 are opposed to each other so that the peripheral walls 244 and 244 are joined to each other, thereby forming a gap m in the inside. The heat exchange unit 240 is obtained.

本実施形態においては、上側の２つの熱交換ユニットＣ６，Ｃ６と、上側の２つの熱交換ユニットＣ６，Ｃ６との間に、他方のガスを各熱交換ユニットＣ６に送給するための送給部体２６０を挟入した状態で積層されている。 In this embodiment, the supply for supplying the other gas to each heat exchange unit C6 between the upper two heat exchange units C6 and C6 and the upper two heat exchange units C6 and C6. They are stacked with the part 260 sandwiched therebetween.

送給部体２６０は、他方のガスを導入するための導入パイプ２６１を周壁２６０ａに突設しているとともに、その導入パイプ２６１から導入された他方のガスを流入させるための流入孔２６０ｂと、流入した他方のガスを外部に流出させるための流出孔２６０ｃとを形成した円柱形のものである。 The feeding section 260 has an introduction pipe 261 for introducing the other gas protruding from the peripheral wall 260a, and an inflow hole 260b for allowing the other gas introduced from the introduction pipe 261 to flow in, It has a cylindrical shape with an outflow hole 260c for allowing the other gas that has flowed in to flow out.

上記構成からなる熱交換器Ｃ６による熱交換動作は、次のとおりである。
導入パイプ２６１を介して送給された他方のガスは、各熱交換ユニット２４０を通過する際に、熱交換用板２４１，２４１に上記ガス導入部３４から流入した一方のガスが流接することにより、それら二種類のガス相互間の熱交換が行われる。 The heat exchange operation by the heat exchanger C6 having the above-described configuration is as follows.
When the other gas fed through the introduction pipe 261 passes through each heat exchange unit 240, the one gas flowing from the gas introduction part 34 flows into the heat exchange plates 241 and 241. The heat exchange between the two types of gases is performed.

熱交換が行われた後の一方のガスは、熱交換ユニット２４０の間隙ｓ１及び誘導部２３０を通じてガス排出部２２０，２２０に向けて流動する。これにより、セルスタックＢをなすセルユニット１０の平面内における温度分布の均一化を図ることができ、そのセルスタックＢの内部を所望の温度差に抑えられる。
また、熱交換器Ｃ６をセルスタックＢ，Ｂ間に介設しているので、燃料電池Ａ９のさらなる小型化を図ることができる。 One gas after the heat exchange is performed flows toward the gas discharge parts 220 and 220 through the gap s1 of the heat exchange unit 240 and the guide part 230. Thereby, the temperature distribution in the plane of the cell unit 10 constituting the cell stack B can be made uniform, and the inside of the cell stack B can be suppressed to a desired temperature difference.
Further, since the heat exchanger C6 is interposed between the cell stacks B and B, the fuel cell A9 can be further reduced in size.

すなわち、熱交換器Ｃ６の一方のガスの導入側は温度が低い一方、排出側は他方のガスから熱を受けて高温となる。また、セルスタックＢを通じて排出される一方のガスは、セルスタックＢに流入する前と比べて温度が高いため、熱交換器Ｃ６とセルスタックＢに流れる一方のガスを対向させることにより、セルユニットＢ面内の温度分布を緩和させることができるのである。 That is, while the temperature of the introduction side of one gas of the heat exchanger C6 is low, the discharge side receives heat from the other gas and becomes high temperature. In addition, since one gas discharged through the cell stack B has a higher temperature than before flowing into the cell stack B, the cell unit is made to face the heat exchanger C6 and one gas flowing into the cell stack B. The temperature distribution in the B plane can be relaxed.

本発明の第九の実施形態について、別の運転方法に関するフローチャートを図１１に示す。
ステップ１（図中Ｓ１と略記する。以下同様。）燃料電池への要求出力を認識して、ステップ２に進む。
ステップＳ２にて要求出力に応じて、改質器に投入される燃料と、改質器の動作温度より、改質器から排出される他方ガスの熱量を予測するのとともに、セルスタックＢの発電による発熱量を予測して、ステップ３に進む。 FIG. 11 shows a flowchart regarding another operation method according to the ninth embodiment of the present invention.
Step 1 (abbreviated as S1 in the figure, the same applies hereinafter) Recognizes the required output to the fuel cell and proceeds to Step 2.
In step S2, in accordance with the required output, the amount of heat of the other gas discharged from the reformer is predicted from the fuel input to the reformer and the operating temperature of the reformer. The amount of heat generated by is predicted, and the process proceeds to step 3.

ステップ３にて、発電に必要且つ出力を低下させない程度に十分な空気量（空気（酸素）利用率10〜80%程度）を計算して、ステップ４に進む。
ステップＳ４にて上記ガス条件の場合に於いて、セルスタックの代表温度（例えば平均温度）が所望の範囲に収まるかを判断し、所望温度に収まると判断した場合には、ステップ５に進む。 In step 3, the amount of air necessary for power generation and sufficient to prevent the output from being reduced (air (oxygen) utilization rate of about 10 to 80%) is calculated, and the process proceeds to step 4.
In step S4, it is determined whether the representative temperature (for example, average temperature) of the cell stack falls within a desired range in the case of the above gas conditions, and if it is determined that it falls within the desired temperature, the process proceeds to step 5.

ステップ５にて、改質ガスと空気を熱交換させて、ステップ６に進む。
ステップ６にて、流量調整用バブルアクチュエータによりバブルを閉めて、熱交換後の空気を全てセルスタックへ導入させる。
一方、ステップ５においてセルスタックの代表温度が所望の範囲に収まらなかったと判断した場合には、ステップ７に進む。 In step 5, heat is exchanged between the reformed gas and air, and the process proceeds to step 6.
In step 6, the bubble is closed by the flow rate adjusting bubble actuator, and all the air after heat exchange is introduced into the cell stack.
On the other hand, if it is determined in step 5 that the representative temperature of the cell stack is not within the desired range, the process proceeds to step 7.

ステップ７にて、改質器からの改質ガスの熱量を算出し、その為に必要な空気量を算出し、空気を導入してステップ８に進む。
ステップ８にて改質ガスと空気を熱交換させて、改質ガスの余剰な熱を奪い、ステップ９に進む。 In step 7, the amount of heat of the reformed gas from the reformer is calculated, the amount of air necessary for this is calculated, air is introduced, and the process proceeds to step 8.
In step 8, the reformed gas and the air are subjected to heat exchange to take away excess heat of the reformed gas, and the process proceeds to step 9.

ステップ９にて、発電に必要十分な空気量のみをセルスタックに流し、残りの空気をセルスタック外へ排出させるように、流量増減用バルブアクチュエータを作動させる。
なお、本運転方法は、流量増減用バルブアクチュエータを備えた実施形態においてはいずれにも共通であって、第九の実施形態に限るものではない。 In Step 9, the flow rate increasing / decreasing valve actuator is operated so that only the air amount necessary and sufficient for power generation is allowed to flow through the cell stack and the remaining air is discharged out of the cell stack.
Note that this operation method is common to all the embodiments including the flow rate increasing / decreasing valve actuator, and is not limited to the ninth embodiment.

なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・上記の実施形態においては、熱交換器として複数本の円形にした管を配列した構成のものについて説明したが、これに限らず、さらに熱交換効率を高めるためのフィンを上記の管に設けた構成や、チューブ＆コルゲート等を適用することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the following modifications can be made.
In the above embodiment, the heat exchanger has a configuration in which a plurality of circular tubes are arranged. However, the present invention is not limited to this, and fins for further improving the heat exchange efficiency are provided in the above tubes. The structure and tube & corrugate etc. can be applied.

・以上詳細に説明したが、いずれにしても、上記各実施形態において説明した各構成は、それら各実施形態にのみ適用することに限らず、一の実施形態において説明した構成を、他の実施形態に準用若しくは適用し、さらには、それを任意に組み合わせることができるものであることを付記する。 Although described in detail above, in any case, each configuration described in each of the above embodiments is not limited to being applied only to each of the above embodiments, and the configuration described in one embodiment is not limited to other embodiments. It should be noted that the present invention can be applied mutatis mutandis or applied, and can be arbitrarily combined.

本発明の第一の実施形態に係る燃料電池を示すものであり、（Ａ）は平断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The fuel cell which concerns on 1st embodiment of this invention is shown, (A) is a plane sectional view, (B) is sectional drawing which follows the II line | wire shown to (A). （Ａ）は、本発明の第二の実施形態に係る燃料電池の平断面図、（Ｂ）は、流量増減用バルブアクチュエータを制御するための制御部である。(A) is a plane sectional view of the fuel cell according to the second embodiment of the present invention, and (B) is a control unit for controlling the flow rate increasing / decreasing valve actuator. 本発明の第三の実施形態に係る燃料電池Ａ３の平断面図である。It is a plane sectional view of fuel cell A3 concerning a third embodiment of the present invention. 本発明の第四の実施形態に係る燃料電池を示すものであり、（Ａ）は平断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。The fuel cell which concerns on 4th embodiment of this invention is shown, (A) is a plane sectional view, (B) is sectional drawing which follows the II line | wire shown to (A). 本発明の第五の実施形態に係る燃料電池の平断面図である。FIG. 6 is a plan sectional view of a fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の第六の実施形態に係る燃料電池を示すものであり、（Ａ）は平断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。The fuel cell which concerns on 6th embodiment of this invention is shown, (A) is a plane sectional view, (B) is sectional drawing which follows the II line | wire shown to (A). 本発明の第七の実施形態に係る燃料電池を示すものであり、（Ａ）は平断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。The fuel cell which concerns on 7th embodiment of this invention is shown, (A) is a plane sectional view, (B) is sectional drawing which follows the II line | wire shown to (A). 本発明の第八の実施形態に係る燃料電池を示すものであり、（Ａ）は平断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。The fuel cell which concerns on 8th embodiment of this invention is shown, (A) is a plane sectional view, (B) is sectional drawing which follows the II line | wire shown to (A). 本発明の第九の実施形態に係る燃料電池を示すものであり、（Ａ）は全体斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。The fuel cell which concerns on 9th embodiment of this invention is shown, (A) is a whole perspective view, (B) is sectional drawing which follows the II line | wire shown to (A). 図９に示す熱交換器の拡大図である。It is an enlarged view of the heat exchanger shown in FIG. 本発明の第九の実施形態に係る燃料電池の、別の運転方法に関するフローチャートである。It is a flowchart regarding another operating method of the fuel cell according to the ninth embodiment of the present invention.

Explanation of symbols

１０セルユニット
１２ユニット内集電体
３０ケース
３４，２４０ガス導入部
３５ガス排出部
４１熱交換用チューブ
８０ユニット内集電体
１００ユニット外集電体
１３５流量増減用バルブアクチュエータ
１６５，１８０改質器
Ａ１〜Ａ９燃料電池
Ｂスタック構造体
Ｂａ外周縁部
Ｃ１〜Ｃ６温度差緩和手段（熱交換器）
Ｄガス流量増減部
ｓ間隙 10 Cell unit 12 In-unit current collector 30 Case 34, 240 Gas inlet 35 Gas outlet 41 Heat exchange tube 80 In-unit current collector 100 In-unit current collector 135 Flow rate increase / decrease valve actuators 165, 180 Reformer A1 to A9 Fuel cell B Stack structure Ba Outer peripheral edge C1 to C6 Temperature difference mitigation means (heat exchanger)
D Gas flow rate increase / decrease section s Gap

Claims

In a fuel cell that houses a cell stack formed by stacking solid oxide cell units in a case, and performs power generation by allowing two types of gas to flow separately from each other in the cell stack and the case,
A temperature difference mitigation means for mitigating a temperature difference between two kinds of gases is arranged along a gas flow path leading to the cell stack of any of the above gases flowing into the case. Fuel cell.

The fuel cell according to claim 1, wherein the temperature relaxation means is a heat exchanger that performs heat exchange between two kinds of gases.

The gas introduction part for introducing one gas into the said case is formed in the case, The heat exchanger is arrange | positioned in the said gas introduction part, The Claim 2 characterized by the above-mentioned. Fuel cell.

The heat exchanger is a tube in which heat exchange tubes for circulating the other gas and exchanging heat with the one gas are arranged at a predetermined interval, and these heat exchange tubes are arranged in a gas flow path. 4. The fuel cell according to claim 2, wherein the heat exchange heat transfer area is arranged to increase from the upstream side toward the downstream side in the flow direction.

The fuel cell according to claim 4, wherein the heat exchange tubes are arranged so that a distance between the gas flow paths is increased from the upstream side to the downstream side in the flow direction.

The gas flow rate increasing / decreasing unit that increases or decreases the flow rate of the other gas is disposed along the gas flow path from the heat exchanger to the cell stack. Fuel cell.

The fuel cell according to claim 6, wherein the gas flow rate increasing / decreasing unit diverts a part of the other gas after heat exchange to the outside of the gas flow path before reaching the cell stack.

The fuel cell according to claim 6 or 7, wherein the gas flow rate increasing / decreasing unit includes a gas flow rate increasing / decreasing means for increasing / decreasing a gas flow rate divided according to a required output of the fuel cell.

The gas flow rate increasing / decreasing unit is characterized in that a flow rate increasing / decreasing valve actuator for increasing / decreasing the amount of gas to be shunted is disposed in a shunt pipe disposed on the downstream side in the gas flow direction of the heat exchanger. The fuel cell according to any one of claims 6 to 8.

The gas introduction part and the gas discharge part are arranged adjacent to each other, and one gas introduced into the case from the gas introduction part is circulated along the outer peripheral edge part of the cell stack, The fuel cell according to claim 1, further comprising a gas guide member that guides the gas discharge unit through the gap.

The fuel cell according to any one of claims 2 to 10, wherein at least one heat exchanger is arranged in a stacking direction of the cell units.

The heat exchanger is of a hollow disk shape in which a gap for flowing one of the gases between the upper and lower two heat exchange plates is formed, and this is stacked coaxially with the cell unit. The fuel cell according to claim 11.

The gas flow path is formed so that the flow direction of one gas flowing through the heat exchanger and the flow direction of one gas flowing through the cell stack are opposed to each other. The fuel cell as described.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 13, wherein the reformer is disposed in the gas discharge portion.