JP2010238622A - Fuel cell module - Google Patents

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直樹 渡邉
Shuichiro Saigan
修一郎 西願
Yosuke Akagi
陽祐 赤木
Nobuo Isaka
暢夫 井坂
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell module capable of preventing variations of temperatures of a fuel battery cell aggregate as well as realizing compactification. <P>SOLUTION: The fuel cell module 2 is equipped with the fuel battery cell assembly 12 having a plurality of fuel battery cells 16 operated by a fuel gas and an oxygen containing gas, and has a power generating chamber 10 in which the fuel battery cell assembly is arranged, an exhaust gas discharge passage 80 in order to discharge the fuel gas unused in operation of the fuel battery cells 16, and an exhaust gas formed by burning of the oxygen containing gas from the upward space of the power generating chamber, and an air layer 84 formed in a space between this exhaust gas discharge passage and the power generating chamber. An exhaust gas flow-in preventive part 90 is formed at a part in contact with the exhaust gas discharge passage of the air layer to prevent flow-in of the exhaust gas into the air layer. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池モジュールに係わり、特に、燃料ガスと酸素含有ガスとにより動作する複数の燃料電池セルからなる燃料電池セル集合体を備えた燃料電池モジュールに関する。   The present invention relates to a fuel cell module, and more particularly, to a fuel cell module including a fuel cell assembly composed of a plurality of fuel cells that operate with fuel gas and oxygen-containing gas.

固体電解質型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」とも言う)は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に空気を供給して、比較的高温で発電反応を生じさせて発電を行う燃料電池である。   A solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as “SOFC”) uses an oxide ion conductive solid electrolyte as an electrolyte, has electrodes attached to both sides thereof, supplies fuel gas to one side, and supplies the other. This is a fuel cell that generates electricity by supplying air to the side and generating a power generation reaction at a relatively high temperature.

この種の燃料電池では、燃料電池セル集合体を収納する発電室において、発電に寄与しない燃料ガスと酸化剤含有ガス(空気)とが燃焼し、その排気ガスが、発電室の上部から排気ガス排出路を通って排出されるようになっている。   In this type of fuel cell, the fuel gas that does not contribute to power generation and the oxidant-containing gas (air) burn in the power generation chamber that houses the fuel cell assembly, and the exhaust gas is exhausted from the upper portion of the power generation chamber. It is discharged through the discharge path.

特許文献1には、燃料電池セルを一列に配列したセルスタックを収容する発電室と、この発電室の両側に設けられ、発電に使用されなかった酸素含有ガスと燃料ガスとが燃焼した排気ガスを排出する排気ガス流通空間を備えた燃料電池モジュールが開示されている。この文献1のものでは、発電室と排気ガス流通空間との間に断熱材が配置されている。 Patent Document 1 discloses a power generation chamber that accommodates a cell stack in which fuel cells are arranged in a row, and an exhaust gas that is provided on both sides of the power generation chamber and in which an oxygen-containing gas and fuel gas that are not used for power generation are burned. A fuel cell module provided with an exhaust gas circulation space for discharging gas is disclosed. In the document 1, a heat insulating material is disposed between the power generation chamber and the exhaust gas circulation space.

特許文献2には、同様に、燃料電池スタックを収容する発電室と、この発電室の周囲に配設された断熱保温層を備えた燃料電池システム(燃料電池モジュール)が開示されている。この特許文献2のものでは、この断熱保温層を通して、発電室内の発電反応に伴って発生する反応熱が外部に放熱されるので、この放熱ロスを防止して反応熱を有効利用するために、断熱保温層内に水の入ったジャケット容器等の熱利用手段を設けるようにしている。   Similarly, Patent Document 2 discloses a fuel cell system (fuel cell module) including a power generation chamber that houses a fuel cell stack, and a heat insulating and heat insulating layer disposed around the power generation chamber. In the thing of this patent document 2, since the reaction heat generated with the power generation reaction in the power generation chamber is radiated to the outside through this heat insulating heat insulation layer, in order to prevent this heat loss and effectively use the reaction heat, Heat utilization means such as a jacket container containing water is provided in the heat insulation layer.

特開2008−66127号公報JP 2008-66127 A 特開2005−100821号公報JP 2005-1000082 A

上述した特許文献1及び特許文献2のように、発電室の周囲に断熱材又は断熱保温層を設けた場合、燃料電池セルスタックの中心部が比較的高温となり、一方、セルスタックの周辺部は比較的低温となり、温度のバラツキがあるので、断熱材又は断熱保温層の厚みは、この比較的高温であるセルスタックの中心部の温度に対応した厚みとしなければならず、それにより、断熱材又は断熱保温層の厚みが大きくなり、コンパクト化が要請される燃料電池モジュールにおいては、問題であった。   As described in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, when a heat insulating material or a heat insulation layer is provided around the power generation chamber, the center portion of the fuel cell stack becomes relatively high temperature, while the periphery of the cell stack is Since the temperature is relatively low and there is a variation in temperature, the thickness of the heat insulating material or the heat insulating heat insulating layer must be a thickness corresponding to the temperature of the center portion of the cell stack, which is a relatively high temperature. Or in the fuel cell module in which the thickness of the heat insulation and heat insulation layer becomes large and the downsizing is required, it is a problem.

さらに、特許文献1及び特許文献2には明示されていないが、燃料電池セルスタックや燃料電池セル集合体における温度のバラツキは、良好な電池反応を行うためには好ましくない。   Furthermore, although not explicitly disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, temperature variations in the fuel cell stack and the fuel cell assembly are not preferable in order to perform a favorable battery reaction.

そこで、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、コンパクト化を図ると共に燃料電池セル集合体の温度のバラツキを防止することができる燃料電池モジュールを提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and provides a fuel cell module that can be made compact and can prevent variations in temperature of the fuel cell assembly. The purpose is that.

上記の目的を達成するために、本発明は、燃料ガスと酸素含有ガスとにより動作する複数の燃料電池セルを有する燃料電池セル集合体を備えた燃料電池モジュールにおいて、燃料電池セル集合体が配置される発電室と、燃料電池セルの動作に用いられなかった燃料ガスと酸素含有ガスが燃焼することにより生じる排気ガスを発電室の上方空間から排出するための排気ガス排出路と、この排気ガス排出路と発電室との間の空間に形成された空気層と、を有し、空気層の排気ガス排出路と接する部分に排気ガスの空気層内への流入を防止する排気ガス流入防止部を形成したことを特徴としている。
このように構成された本発明においては、排気ガス排出路と発電室との間の空間に空気層を形成したので、この空気層が断熱機能を有し、これにより、発電室が排気ガス排出路から断熱され発電室の温度低下を防止することができる。次に、発電室から空気層へ熱が移動したとき、空気層内で空気が高温領域から低温領域へ熱拡散するので空気層内の空気の温度が均一化され、これにより、燃料電池セル集合体の温度のバラツキを抑えることができる。さらに、排気ガス流入防止部を設けて排気ガスが空気層内へ流入することを防止しているので、排気ガスが空気層内に流入して局所的な温度のバラツキが発生することもない。また、空気層を用いたので、厚みを薄くすることができ、コンパクト化できる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell module including a fuel cell assembly having a plurality of fuel cells operated by a fuel gas and an oxygen-containing gas. A power generation chamber, an exhaust gas exhaust passage for exhausting exhaust gas generated by combustion of fuel gas and oxygen-containing gas not used in the operation of the fuel cell from the space above the power generation chamber, and the exhaust gas An exhaust layer that has an air layer formed in a space between the exhaust passage and the power generation chamber, and that prevents the exhaust gas from flowing into the air layer at a portion of the air layer that contacts the exhaust gas exhaust passage It is characterized by having formed.
In the present invention configured as described above, an air layer is formed in the space between the exhaust gas discharge path and the power generation chamber, so that the air layer has a heat insulating function, and thus the power generation chamber discharges the exhaust gas. It is insulated from the road, and the temperature drop of the power generation chamber can be prevented. Next, when heat is transferred from the power generation chamber to the air layer, the air is thermally diffused from the high temperature region to the low temperature region in the air layer, so that the temperature of the air in the air layer is made uniform. Variations in body temperature can be suppressed. Further, since the exhaust gas inflow prevention portion is provided to prevent the exhaust gas from flowing into the air layer, the exhaust gas does not flow into the air layer and local temperature variation does not occur. Further, since the air layer is used, the thickness can be reduced and the size can be reduced.

本発明において、好ましくは、空気層は、板状部材により形成され、排気ガス流入防止部は、この板状部材の上端を折り曲げて形成された壁部である。
このように構成された本発明においては、排気ガス流入防止部が板状部材の上端を折り曲げて形成された壁部により形成しているので、簡易な構造により、排気ガス流入防止部を形成することができる。
In the present invention, preferably, the air layer is formed of a plate-like member, and the exhaust gas inflow prevention portion is a wall portion formed by bending the upper end of the plate-like member.
In the present invention configured as described above, the exhaust gas inflow prevention portion is formed by the wall portion formed by bending the upper end of the plate-like member. Therefore, the exhaust gas inflow prevention portion is formed with a simple structure. be able to.

本発明において、好ましくは、空気層は、燃料電池セル集合体の長手方向に沿った側に形成されている。
このように構成された本発明においては、燃料電池セル集合体が長手方向に長い場合には中央部分の温度が両端部分の温度よりも高温となるが、そのような場合でも、空気層が燃料電池セル集合体の長手方向に沿った側に形成されているので、空気層内の中央部分の高温となった空気が両端部分へ熱拡散することにより、空気層内の温度が均一化されるので、これにより、燃料電池セル集合体の温度のバラツキを抑えることができる。
In the present invention, the air layer is preferably formed on the side along the longitudinal direction of the fuel cell assembly.
In the present invention configured as described above, when the fuel cell assembly is long in the longitudinal direction, the temperature of the central portion becomes higher than the temperatures of both end portions. Since it is formed on the side along the longitudinal direction of the battery cell assembly, the temperature in the air layer is made uniform by heat diffusion of the high-temperature air in the central portion in the air layer to both end portions. Therefore, this makes it possible to suppress variations in the temperature of the fuel cell assembly.

本発明において、好ましくは、空気層は、燃料電池セル集合体の四方の側に形成されている。
このように構成された本発明においては、燃料電池セル集合体の四方の側に形成されているので、燃料電池セル集合体のほぼ全域が空気層により囲まれ、さらに、このほぼ全域において空気層内の温度が均一化されるので、これにより、燃料電池セル集合体の温度のバラツキをより効果的に抑えることができる。
In the present invention, the air layer is preferably formed on four sides of the fuel cell assembly.
In the present invention configured as described above, since the fuel cell assembly is formed on the four sides, almost the entire area of the fuel cell assembly is surrounded by the air layer, and further, the air layer is formed in the almost entire area. Since the inside temperature is made uniform, it is possible to more effectively suppress variations in temperature of the fuel cell assembly.

本発明の燃料電池モジュールによれば、コンパクト化を図ると共に燃料電池セル集合体の温度のバラツキを防止することができる。   According to the fuel cell module of the present invention, it is possible to reduce the size and prevent variations in temperature of the fuel cell assembly.

本発明の一実施形態による燃料電池モジュールを備えた固体電解質型燃料電池(SOFC)を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell (SOFC) including a fuel cell module according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による燃料電磁モジュールを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fuel electromagnetic module by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による燃料電池モジュールを示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the fuel cell module by one Embodiment of this invention. 図3のIV-IV線に沿って断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. 図4のA部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the A section of FIG. 図3のVI-VI線に沿って見た断面図である。It is sectional drawing seen along the VI-VI line of FIG.

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体電解質型燃料電池(SOFC)の燃料電池モジュールを説明する。
図1は、本発明の一実施形態による燃料電池モジュールを備えた固体電解質型燃料電池(SOFC)を示す全体構成図である。この図1に示すように、固体電解質型燃料電池(SOFC)1は、燃料電池モジュール2と、補機ユニット4を備えている。
Next, a solid oxide fuel cell (SOFC) fuel cell module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell (SOFC) equipped with a fuel cell module according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a solid oxide fuel cell (SOFC) 1 includes a fuel cell module 2 and an auxiliary unit 4.

燃料電池モジュール2は、ハウジング6を備え、このハウジング6内部には、密封空間8が形成されている。この密閉空間8の下方部分である発電室10には、燃料ガスと酸素含有ガス(空気)とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体12が配置されている。この燃料電池セル集合体12は、10個の燃料電池セルスタック14を備え、この燃料電池セルスタック14は、16本の燃料電池セル16から構成されている。このように、燃料電池セル集合体12は、160本の燃料電池セル16を有し、これらの燃料電池セル16の全てが直列接続されている。   The fuel cell module 2 includes a housing 6, and a sealed space 8 is formed inside the housing 6. A fuel cell assembly 12 that performs a power generation reaction with fuel gas and oxygen-containing gas (air) is disposed in a power generation chamber 10 that is a lower portion of the sealed space 8. The fuel cell assembly 12 includes ten fuel cell stacks 14, and the fuel cell stack 14 includes 16 fuel cells 16. Thus, the fuel cell assembly 12 has 160 fuel cells 16, and all of these fuel cells 16 are connected in series.

燃料電池モジュール2の密封空間8の上述した発電室10の上方には、燃焼室18が形成され、この燃焼室18で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の酸素含有ガス(空気)とが燃焼し、排気ガスを生成するようになっている。
また、この燃焼室18の上方には、燃料ガスを改質する改質器20が配置され、残余の燃料ガスの燃料熱によって改質器20を改質反応が可能な温度となるように加熱している。さらに、この改質器20の上方には、燃焼熱を受けて発電用空気を加熱するための空気用熱交換器22が配置されている。
A combustion chamber 18 is formed above the above-described power generation chamber 10 in the sealed space 8 of the fuel cell module 2. In this combustion chamber 18, the remaining fuel gas that has not been used for the power generation reaction and the remaining oxygen-containing gas ( Air) is combusted to generate exhaust gas.
Further, a reformer 20 for reforming the fuel gas is disposed above the combustion chamber 18, and the reformer 20 is heated to a temperature at which a reforming reaction can be performed by the fuel heat of the remaining fuel gas. is doing. Furthermore, an air heat exchanger 22 for receiving combustion heat and heating power generation air is disposed above the reformer 20.

次に、補機ユニット4は、水道等の水供給源24からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク26と、この貯水タンクから供給される水の流量を調整する水流量調整ユニット28(モータで駆動される「水ポンプ」等)を備えている。また、補機ユニット4は、都市ガス等の燃料供給源30から供給された燃料ガスを遮断するガス遮断弁32と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器36と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット38(モータで駆動される「燃料ポンプ」等)を備えている。さらに、補機ユニット4は、空気供給源40から供給される酸素含有ガスである空気を遮断する電磁弁42と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット44(モータで駆動される「空気ブロア」等)及び発電用空気流量調整ユニット45(モータで駆動される「空気ブロア」等)と、改質器20に供給される改質用空気を加熱する第1ヒータ46と、発電室に供給される第発電用空気を加熱する第2ヒータ48とを備えている。これらの第1ヒータ46と第2ヒータ48は、起動時の昇温を効率よく行うために設けられているが、省略しても良い。   Next, the auxiliary unit 4 stores a pure water tank 26 that stores water from a water supply source 24 such as tap water and uses the filter to obtain pure water, and a water flow rate that adjusts the flow rate of the water supplied from the water storage tank. An adjustment unit 28 (such as a “water pump” driven by a motor) is provided. The auxiliary unit 4 also includes a gas shut-off valve 32 that shuts off the fuel gas supplied from a fuel supply source 30 such as city gas, a desulfurizer 36 for removing sulfur from the fuel gas, and a flow rate of the fuel gas. A fuel flow rate adjusting unit 38 (such as a “fuel pump” driven by a motor) is provided. Further, the auxiliary unit 4 includes an electromagnetic valve 42 that shuts off air that is an oxygen-containing gas supplied from an air supply source 40, and a reforming air flow rate adjustment unit 44 that adjusts the flow rate of air (driven by a motor). “Air blower” and the like, a power generation air flow rate adjustment unit 45 (such as an “air blower” driven by a motor), a first heater 46 for heating the reforming air supplied to the reformer 20, and power generation And a second heater 48 for heating the power generation air supplied to the chamber. The first heater 46 and the second heater 48 are provided in order to efficiently raise the temperature at startup, but may be omitted.

次に、燃料電池モジュール2には、排気ガスが供給される温水製造装置50が接続されている。この温水製造装置50には、水供給源24から水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
また、燃料電池モジュール2には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス52が取り付けられている。
さらに、燃料電池モジュール2には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部(電力変換部)であるインバータ54が接続されている。
Next, a hot water production apparatus 50 to which exhaust gas is supplied is connected to the fuel cell module 2. The hot water production apparatus 50 is supplied with tap water from the water supply source 24, and the tap water is heated by the heat of the exhaust gas and supplied to a hot water storage tank of an external hot water heater (not shown).
The fuel cell module 2 is provided with a control box 52 for controlling the amount of fuel gas supplied and the like.
Furthermore, the fuel cell module 2 is connected to an inverter 54 that is a power extraction unit (power conversion unit) for supplying the power generated by the fuel cell module to the outside.

次に、図2乃至図6により、本発明の実施形態による燃料電池モジュールの内部構造を説明する。図2は本発明の一実施形態による燃料電磁モジュールを示す斜視図であり、図3は本発明の一実施形態による燃料電池モジュールを示す正面断面図であり、図4は図3のIV-IV線に沿って断面図であり、図5は図4のA部を拡大して示す断面図であり、図6は図3のVI-VI線に沿って見た断面図である。   Next, the internal structure of the fuel cell module according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 is a perspective view showing a fuel electromagnetic module according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a front sectional view showing a fuel cell module according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a part A of FIG. 4, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 3.

図2乃至図4に示すように、燃料電池モジュール2のハウジング6内の密閉空間8には、上述したように、下方から順に、燃料電池セル集合体12、改質器20、空気用熱交換器22が配置されている。   As shown in FIGS. 2 to 4, in the sealed space 8 in the housing 6 of the fuel cell module 2, as described above, the fuel cell assembly 12, the reformer 20, and the air heat exchange are sequentially performed from below. A vessel 22 is arranged.

改質器20は、その上流端側に純水を導入するための純水導入管60と改質される燃料ガスと改質用空気を導入するための被改質ガス導入管62が取り付けられ、また、改質器20の内部には、上流側から順に、蒸発部20aと改質部20bを形成され、改質部20bには改質触媒が充填されている。この改質器20に導入された水蒸気(純水)が混合された燃料ガス及び空気は、改質器20内に充填された改質触媒により改質される。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。   The reformer 20 is provided with a pure water introduction pipe 60 for introducing pure water and a reformed gas introduction pipe 62 for introducing reformed fuel gas and reforming air to the upstream end side thereof. In addition, in the reformer 20, an evaporation unit 20a and a reforming unit 20b are formed in order from the upstream side, and the reforming unit 20b is filled with a reforming catalyst. The fuel gas and air mixed with the steam (pure water) introduced into the reformer 20 are reformed by the reforming catalyst filled in the reformer 20. As the reforming catalyst, a catalyst obtained by imparting nickel to the alumina sphere surface or a catalyst obtained by imparting ruthenium to the alumina sphere surface is appropriately used.

この改質器20の下流端側には、燃料ガス供給管64が接続され、この燃料ガス供給管64は、下方に延び、さらに、燃料電池セル集合体12の下方に形成されたマニホールド66内で水平に延びている。燃料ガス供給管64の水平部64aの下方面には、複数の燃料供給孔64bが形成されており、この燃料供給孔64bから、改質された燃料ガスがマニホールド66内に供給される。   A fuel gas supply pipe 64 is connected to the downstream end side of the reformer 20, and the fuel gas supply pipe 64 extends downward and further in an manifold 66 formed below the fuel cell assembly 12. It extends horizontally. A plurality of fuel supply holes 64 b are formed in the lower surface of the horizontal portion 64 a of the fuel gas supply pipe 64, and the reformed fuel gas is supplied into the manifold 66 from the fuel supply holes 64 b.

このマニホールド66の上方には、上述した燃料電池セルスタック14を支持するための貫通孔を備えた下支持板68が取り付けられており、マニホールド66内の燃料ガスが、燃料電池セル16内に供給される。   A lower support plate 68 having a through hole for supporting the fuel cell stack 14 described above is attached above the manifold 66, and the fuel gas in the manifold 66 is supplied into the fuel cell 16. Is done.

次に、改質器20の上方には、空気用熱交換器22が設けられている。この空気用熱交換器22は、上流側に空気集約室70、下流側に2つの空気分配室72を備え、これらの空気集約室70と空気分配室72は、6個の空気流路管74により接続されている。ここで、図3に示すように、3個の空気流路管74が一組(74a,74b,74c,74d,74e,74f)となっており、空気集約室70内の空気が各組の空気流路管74からそれぞれの空気分配室72へ流入する。   Next, an air heat exchanger 22 is provided above the reformer 20. The air heat exchanger 22 includes an air aggregation chamber 70 on the upstream side and two air distribution chambers 72 on the downstream side. The air aggregation chamber 70 and the air distribution chamber 72 include six air flow path tubes 74. Connected by. Here, as shown in FIG. 3, three air flow path pipes 74 form a set (74a, 74b, 74c, 74d, 74e, 74f), and the air in the air collecting chamber 70 is in each set. It flows into each air distribution chamber 72 from the air flow path pipe 74.

空気用熱交換器22の6個の空気流路管74内を流れる空気は、燃焼室18で燃焼して上昇する排気ガスにより予熱される。
空気分配室72のそれぞれには、空気導入管76が接続され、この空気導入管76は、下方に延び、その下端側が、発電室10の下方空間に連通し、発電室10に余熱された空気を導入する。
The air flowing through the six air flow path pipes 74 of the air heat exchanger 22 is preheated by exhaust gas that burns and rises in the combustion chamber 18.
An air introduction pipe 76 is connected to each of the air distribution chambers 72, the air introduction pipe 76 extends downward, and the lower end side communicates with the lower space of the power generation chamber 10, and the air that has been preheated in the power generation chamber 10. Is introduced.

次に、マニホールド66の下方には、排気ガス室78が形成されている。また、図4に示すように、ハウジング6の長手方向に沿った面である前面6aと後面6bの内側には、上下方向に延びる排気ガス排出路80が形成され、この排気ガス排出路80の上端側は、空気用熱交換器22(空気流路管78)が配置された発電室10の上方の空間と連通し、下端側は、排気ガス室78と連通している。また、排気ガス室78の下面のほぼ中央には、排気ガス排出管82が接続され、この排気ガス排出管82の下流端は、図1に示す上述した温水製造装置50に接続されている。
図3に示すように、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置83が、燃焼室18に設けられている。
Next, an exhaust gas chamber 78 is formed below the manifold 66. Further, as shown in FIG. 4, an exhaust gas discharge passage 80 extending in the vertical direction is formed inside the front surface 6 a and the rear surface 6 b which are surfaces along the longitudinal direction of the housing 6. The upper end side communicates with the space above the power generation chamber 10 in which the air heat exchanger 22 (air flow pipe 78) is disposed, and the lower end side communicates with the exhaust gas chamber 78. Further, an exhaust gas discharge pipe 82 is connected to substantially the center of the lower surface of the exhaust gas chamber 78, and the downstream end of the exhaust gas discharge pipe 82 is connected to the above-described hot water producing apparatus 50 shown in FIG.
As shown in FIG. 3, an ignition device 83 for starting combustion of fuel gas and air is provided in the combustion chamber 18.

さらに、図4に示すように、排気ガス排出路80と発電室8との間の空間には、空気層84が形成されている。この空気層84は、燃料電池セル集合体12が平面視で長方形形状となっているので、この燃料電池セル集合体12の長手方向に沿って、前側と後側の2箇所に設けられている(図6参照)。   Further, as shown in FIG. 4, an air layer 84 is formed in the space between the exhaust gas discharge path 80 and the power generation chamber 8. Since the fuel cell assembly 12 has a rectangular shape in plan view, the air layer 84 is provided at two locations on the front side and the rear side along the longitudinal direction of the fuel cell assembly 12. (See FIG. 6).

これらの空気層84は、図6に示すように、発電室8の前側と後側で且つ燃料電池セル集合体12の長手方向に沿って設けられた第1板状部材86と、排気ガス排出路80の内部側壁として機能する第2板状部材88から形成される。
具体的には、図5に示すように、第1板状部材86の先端部が外側に折り曲げられ、次に、第2板状部材88が内側に折り曲げられ、これらの2つの板状部材86,88の重なり部分が壁部90を形成している。この壁部90により、空気層84の内部に排気ガスが流入しないようになっている。
As shown in FIG. 6, these air layers 84 include a first plate-like member 86 provided on the front side and the rear side of the power generation chamber 8 and along the longitudinal direction of the fuel cell assembly 12, and exhaust gas discharge. It is formed from the 2nd plate-shaped member 88 which functions as an internal side wall of the path | route 80. FIG.
Specifically, as shown in FIG. 5, the distal end portion of the first plate-like member 86 is bent outward, then the second plate-like member 88 is bent inward, and these two plate-like members 86 are bent. , 88 form a wall 90. The wall 90 prevents the exhaust gas from flowing into the air layer 84.

次に、上述した本実施形態による燃料電池モジュールの作用(動作)を説明する。
先ず、本実施形態においては、排気ガス排出路80と発電室10との間の空間に空気層84を形成したので、この空気層84が断熱機能を有し、これにより、発電室10が排気ガス排出路80から断熱され発電室10の温度低下を防止することができる。
次に、燃料電池セル集合体12は中央部が比較的高温で、横方向の端部は比較的低温となっており、温度のバラツキがある。このため、発電室10から空気層84へ熱が移動したとき、空気層84内の空気も、中央部では比較的高温となり、端部では比較的低温となるが、空気が、図6において、矢印Bで示すように、高温領域80aから低温領域80bへ移動するので空気層84内の空気の温度が均一化される。これにより、燃料電池セル集合体12の温度のバラツキを抑えることができる。さらに、排気ガス流入防止部である壁部90を設けているので、排気ガスが空気層84内へ流入することが防止されるので、排気ガスが空気層84内に流入して局所的な温度のバラツキが発生することもない。
また、断熱材の代わりに空気層84を用いたので、厚みを薄くすることができ、装置全体がコンパクトになる。
Next, the operation (operation) of the fuel cell module according to the above-described embodiment will be described.
First, in the present embodiment, since the air layer 84 is formed in the space between the exhaust gas discharge path 80 and the power generation chamber 10, the air layer 84 has a heat insulating function, whereby the power generation chamber 10 is exhausted. It is insulated from the gas discharge path 80, and the temperature fall of the power generation chamber 10 can be prevented.
Next, the fuel cell assembly 12 has a relatively high temperature at the center and a relatively low temperature at the end in the lateral direction, and there are variations in temperature. Therefore, when heat is transferred from the power generation chamber 10 to the air layer 84, the air in the air layer 84 is also relatively hot at the center and relatively cold at the end, but the air in FIG. As indicated by the arrow B, the temperature of the air in the air layer 84 is made uniform because the high temperature region 80a moves to the low temperature region 80b. Thereby, the variation in the temperature of the fuel cell assembly 12 can be suppressed. Furthermore, since the wall portion 90 which is an exhaust gas inflow prevention portion is provided, the exhaust gas is prevented from flowing into the air layer 84, so that the exhaust gas flows into the air layer 84 and the local temperature. This variation does not occur.
Further, since the air layer 84 is used instead of the heat insulating material, the thickness can be reduced, and the entire apparatus becomes compact.

次に、空気層84は、第1板状部材86及び第2板状部材88により形成され、排気ガス流入防止部である壁部90がこれらの板状部材86,88の上端を折り曲げて形成されているので、簡易な構造により、排気ガス流入防止部を形成することができる。   Next, the air layer 84 is formed by the first plate-like member 86 and the second plate-like member 88, and the wall portion 90 which is an exhaust gas inflow prevention portion is formed by bending the upper ends of these plate-like members 86, 88. Therefore, the exhaust gas inflow prevention portion can be formed with a simple structure.

上述した実施形態においては、燃料電池セル集合体が長方形状のものであるが、燃料電池セルが正方形形状又はそれに近い形状の場合には、排気ガス排出路を四方の側に設けると共に、この排気ガス排出路と発電室の間の四方の側に、空気室を形成するようにしても良い。この場合には、空気室が、燃料電池セル集合体の四方の側に形成されているので、燃料電池セル集合体のほぼ全域が空気層により囲まれ、さらに、このほぼ全域において空気層内の温度が均一化されるので、これにより、燃料電池セル集合体の温度のバラツキをより効果的に抑えることができる。   In the embodiment described above, the fuel cell assembly is rectangular, but when the fuel cell has a square shape or a shape close thereto, an exhaust gas discharge path is provided on all four sides, and this exhaust An air chamber may be formed on four sides between the gas discharge path and the power generation chamber. In this case, since the air chambers are formed on the four sides of the fuel cell assembly, almost the entire area of the fuel cell assembly is surrounded by the air layer. Since the temperature is made uniform, it is possible to more effectively suppress the temperature variation of the fuel cell assembly.

1 固体電解質型燃料電池(SOFC)
2 燃料電池モジュール
6 ハウジング
10 発電室
12 燃料電池セル集合体
14 燃料電池セルスタック
16 燃料電池セル
18 燃焼室
80 排気ガス排出路
84 空気層
86 第1板状部材
88 第2板状部材
90 壁部
1 Solid oxide fuel cell (SOFC)
2 Fuel cell module 6 Housing 10 Power generation chamber 12 Fuel cell assembly 14 Fuel cell stack 16 Fuel cell 18 Combustion chamber 80 Exhaust gas discharge passage 84 Air layer 86 First plate member 88 Second plate member 90 Wall

Claims (4)

燃料ガスと酸素含有ガスとにより動作する複数の燃料電池セルを有する燃料電池セル集合体を備えた燃料電池モジュールにおいて、
燃料電池セル集合体が配置される発電室と、
上記燃料電池セルの動作に用いられなかった燃料ガスと酸素含有ガスが燃焼することにより生じる排気ガスを上記発電室の上方空間から排出するための排気ガス排出路と、
この排気ガス排出路と発電室との間の空間に形成された空気層と、を有し、
上記空気層の排気ガス排出路と接する部分に排気ガスの空気層内への流入を防止する排気ガス流入防止部を形成したことを特徴とする燃料電池モジュール。
In a fuel cell module comprising a fuel cell assembly having a plurality of fuel cells operating with a fuel gas and an oxygen-containing gas,
A power generation chamber in which the fuel cell assembly is disposed;
An exhaust gas exhaust passage for exhausting exhaust gas generated by combustion of the fuel gas and oxygen-containing gas not used in the operation of the fuel cell from the upper space of the power generation chamber;
An air layer formed in a space between the exhaust gas discharge path and the power generation chamber,
A fuel cell module, wherein an exhaust gas inflow prevention portion for preventing inflow of exhaust gas into the air layer is formed at a portion of the air layer in contact with the exhaust gas discharge path.
上記空気層は、板状部材により形成され、上記排気ガス流入防止部は、この板状部材の上端を折り曲げて形成された壁部である請求項1記載の燃料電池モジュール。   2. The fuel cell module according to claim 1, wherein the air layer is formed of a plate-like member, and the exhaust gas inflow prevention portion is a wall portion formed by bending the upper end of the plate-like member. 上記空気層は、上記燃料電池セル集合体の長手方向に沿った側に形成されている請求項1又は請求項2に記載の燃料電池モジュール。   The fuel cell module according to claim 1, wherein the air layer is formed on a side of the fuel cell assembly along the longitudinal direction. 上記空気層は、上記燃料電池セル集合体の四方の側に形成されている請求項1又は請求項2に記載の燃料電池モジュール。   The fuel cell module according to claim 1, wherein the air layer is formed on four sides of the fuel cell assembly.
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