JP2011096603A

JP2011096603A - Fuel cell module

Info

Publication number: JP2011096603A
Application number: JP2009252142A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Akagi; 陽祐赤木; Naoki Watanabe; 直樹渡邉; Hajime Omura; 肇大村; Nobuo Isaka; 暢夫井坂
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2011-05-12

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell module in which heat of combustion gas generated by combustion of a fuel offgas and an oxidant offgas is effectively utilized so as to maintain high the temperatures of a reforming unit and an oxidant gas. SOLUTION: In the fuel cell module FC, each of a first heat exchanging part and a second heat exchanging part have a plurality of air passage tubes 76, 77 respectively, and the plurality of the air passage tubes 76, 77 have second side faces 76b, 77b the width of which is wider than the width of the first side faces 76a, 77a, respectively, and which are formed along a direction of a combustion gas flowing. The second side faces 76b, 77b of these air passage tubes 76, 77 are arranged in separation respectively so as to form gap parts 76g, 77g, and a blocking part CP is provided for preventing the combustion gas from flowing in a gap between the air passage tube 76 constituting the first heat exchanging part and the air passage tube 77 constituting the second heat exchanging part. COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、被改質ガスを改質して燃料ガスと成して燃料電池セルに供給するための改質器を備える燃料電池モジュールに関する。 The present invention relates to a fuel cell module including a reformer for reforming a gas to be reformed into fuel gas and supplying the fuel gas to a fuel cell.

固体酸化物形の燃料電池セルを備える燃料電池モジュールにおいては、燃料電池セルに対して燃料ガスを供給するために改質器が設けられる。この改質器は、都市ガスといった炭化水素含有ガスを被改質ガスとして外部より供給を受け、被改質ガスを改質して燃料電池セルに供給するように構成されている。改質器における改質反応は、部分酸化改質反応や、オートサーマル改質反応や、水蒸気改質反応といった各種の改質反応が組み合わされて行われるが、燃料電池セルにおける発電反応が進行している期間においては水蒸気改質反応が支配的である。水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、改質器の温度は低下する傾向にあるので、改質器に対して熱を付与することで改質効率を維持することが求められる。そこで、下記特許文献１のように、改質器の改質効率を維持向上させることができる燃料電池モジュールが提案されている。 In a fuel cell module including a solid oxide fuel cell, a reformer is provided to supply fuel gas to the fuel cell. The reformer is configured to receive a hydrocarbon-containing gas such as city gas as a reformed gas from the outside, reform the reformed gas, and supply the reformed gas to a fuel cell. The reforming reaction in the reformer is performed by combining various reforming reactions such as partial oxidation reforming reaction, autothermal reforming reaction, and steam reforming reaction, but the power generation reaction in the fuel cell progresses. During this period, the steam reforming reaction is dominant. Since the steam reforming reaction is an endothermic reaction, the temperature of the reformer tends to decrease. Therefore, it is required to maintain the reforming efficiency by applying heat to the reformer. Therefore, as in Patent Document 1 below, a fuel cell module that can maintain and improve the reforming efficiency of the reformer has been proposed.

下記特許文献１に記載されている燃料電池モジュールでは、燃料電池セルの上方に改質器を配置し、改質器から燃料電池セルの側面に延びる伝熱板を設けている。このように構成することで、高温となる燃料電池セルの輻射熱や、燃料電池セルにおいて発電反応に使用されなかった燃料オフガス及び酸化剤オフガスが燃焼する燃焼ガスの熱を、伝熱板を介して改質器に伝導させることができ、改質器を高温に保つことができる。 In the fuel cell module described in Patent Document 1 below, a reformer is disposed above the fuel cell, and a heat transfer plate extending from the reformer to the side surface of the fuel cell is provided. By configuring in this way, the radiant heat of the fuel cell that becomes a high temperature and the heat of the combustion gas in which the fuel off-gas and the oxidant off-gas that have not been used for the power generation reaction in the fuel cell are burned through the heat transfer plate The reformer can be conducted and the reformer can be kept at a high temperature.

また、下記特許文献１に記載されている燃料電池モジュールでは、燃料電池セルにおいて発電反応に使用されなかった燃料オフガス及び酸化剤オフガスが燃焼する燃焼ガスは、燃料電池セルの外側に設けられている蛇行流路を蛇行しながら下降する。この蛇行流路の外側に接するように別の蛇行流路が設けられており、この別の蛇行流路には酸化剤ガスとしての空気が蛇行しながら上昇する。このように内側の蛇行流路には上側から下側へ高温の燃焼ガスが蛇行し、外側の蛇行流路には下側から上側へと低温の空気が蛇行することで、燃焼ガスと空気との間で熱交換が行われる。また、燃焼ガスを利用して酸化剤ガスに熱を付与する燃料電池モジュールとして、下記特許文献２に記載の燃料電池モジュールも提案されている。 Further, in the fuel cell module described in Patent Document 1 below, the combustion gas in which the fuel off-gas and the oxidant off-gas that have not been used for the power generation reaction in the fuel cell are burned is provided outside the fuel cell. It descends while meandering the meandering flow path. Another meandering channel is provided in contact with the outside of the meandering channel, and air as an oxidant gas rises while meandering in this another meandering channel. In this way, the high-temperature combustion gas meanders from the upper side to the lower side in the inner meandering flow path, and the low-temperature air meanders from the lower side to the upper side in the outer meandering flow path. Heat exchange between the two. Further, as a fuel cell module that applies heat to the oxidant gas by using combustion gas, a fuel cell module described in Patent Document 2 below has also been proposed.

特開２００８−３４２０５号公報JP 2008-34205 A 特開２００９−１２９７１２号公報JP 2009-129712 A

固体酸化物形の燃料電池セルを備える燃料電池モジュールにおいては、改質器における改質反応を効率的に行う観点からは改質器に熱を付与することが求められ、燃料電池セルにおける発電反応を効率的に行う観点からは燃料電池セルに供給される酸化剤ガスに熱を付与することが求められる。 In a fuel cell module including a solid oxide fuel cell, it is required to apply heat to the reformer from the viewpoint of efficiently performing the reforming reaction in the reformer. From the viewpoint of efficiently performing the above, it is required to apply heat to the oxidant gas supplied to the fuel cell.

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来の技術では、高温となる燃料電池セルの輻射熱や、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する燃焼ガスの熱を、伝熱板を介して改質器に伝導させることで改質器の温度を高温に保つことはできているけれども、酸化剤ガスに燃焼ガスの熱を効率的に付与しているとは言い難いものであった。具体的には、燃焼ガスは、燃料電池セルの外側に設けられている蛇行流路に至るまでや、その蛇行流路を蛇行する間に酸化剤ガス以外のものに熱を与えてしまい、酸化剤ガスに対して効率的に熱を付与できてはいなかった。そのため、燃料電池セルに供給される酸化剤ガスの温度が十分に高温ではないため、燃料電池モジュールとしての運転温度が維持できない場合も想定される。 However, in the conventional technique described in the above-mentioned Patent Document 1, radiant heat of the fuel cell that becomes high temperature or heat of the combustion gas in which the fuel off-gas and the oxidant off-gas burn are transferred to the reformer via the heat transfer plate. Although it is possible to keep the temperature of the reformer at a high temperature by conducting, it is difficult to say that the heat of the combustion gas is efficiently applied to the oxidant gas. Specifically, the combustion gas gives heat to anything other than the oxidant gas until it reaches the meandering flow path provided outside the fuel cell, or while meandering the meandering flow path. The heat could not be efficiently applied to the agent gas. Therefore, since the temperature of the oxidant gas supplied to the fuel battery cell is not sufficiently high, it may be assumed that the operating temperature as the fuel cell module cannot be maintained.

そこで本発明では、上記課題を解決するため、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する燃焼ガスの熱を有効に活用し、改質器及び酸化剤ガスの温度を高温に保つ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する。 Accordingly, in the present invention, in order to solve the above-described problem, a fuel cell that can effectively use the heat of the combustion gas in which the fuel off-gas and the oxidant off-gas burn, and can maintain the temperature of the reformer and the oxidant gas at a high temperature. The purpose is to provide modules.

上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとが一端側から他端側へと流れることにより作動する複数の燃料電池セルと、被改質ガスを改質して前記複数の燃料電池セルに供給する燃料ガスと成す改質器と、前記複数の燃料電池セルに供給する酸化剤ガスを昇温するための熱交換部と、備える燃料電池モジュールであって、前記複数の燃料電池セルの他端側に、前記複数の燃料電池セルからの燃料オフガスと酸化剤オフガスとが混合して燃焼し、その燃焼ガスが前記他端側から離れて行くように流れる燃焼部が形成され、前記改質器及び前記熱交換部は前記燃焼部に配置されると共に、前記改質器は前記熱交換部よりも前記複数の燃料電池セル側に配置され、前記熱交換部は第一熱交換部及び第二熱交換部を有しており、前記第一熱交換部及び第二熱交換部はそれぞれ複数の熱交換器を有し、それら複数の熱交換器それぞれは、燃焼ガスが流れる方向に交わるように配置される第一側面と、燃焼ガスが流れる方向に沿うように配置される第二側面とを有し、前記第一側面が燃焼ガスに接触する面積よりも前記第二側面が燃焼ガスに接触する面積が広くなるように構成されると共に、前記複数の熱交換器それぞれの第二側面が互いに離隔して隙間部が形成されるように配置され、前記第一熱交換部と前記第二熱交換部との間であって、燃焼ガスが流れる方向における前記第一熱交換部及び前記第二熱交換部の一端から他端の間に、前記第一熱交換部と前記第二熱交換部との間に燃焼ガスが流れ込むことを阻害する閉塞部が設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a fuel cell module according to the present invention has a plurality of fuel cells that operate when fuel gas and oxidant gas flow from one end side to the other end side, and a reformed gas is modified. A fuel cell module comprising: a reformer configured as a fuel gas to be supplied to the plurality of fuel cells; and a heat exchanging unit for raising the temperature of the oxidant gas supplied to the plurality of fuel cells. The fuel off-gas and the oxidant off-gas from the plurality of fuel cells are mixed and burned at the other end of the plurality of fuel cells so that the combustion gas moves away from the other end. A flowing combustion section is formed, and the reformer and the heat exchange section are disposed in the combustion section, and the reformer is disposed on the fuel cell side of the heat exchange section relative to the heat exchange section. The exchange part is the first heat exchange part and the second heat The first heat exchange unit and the second heat exchange unit each have a plurality of heat exchangers, and each of the plurality of heat exchangers is arranged so as to cross the direction in which the combustion gas flows. And the second side surface is in contact with the combustion gas rather than the area where the first side surface is in contact with the combustion gas. The first heat exchanging part and the second heat exchanging unit are configured to have a wide area and are arranged such that a second side surface of each of the plurality of heat exchangers is separated from each other to form a gap part. Between the first heat exchange unit and the second heat exchange unit in the direction in which the combustion gas flows, and between the one end and the other end of the second heat exchange unit, There is a blockage that prevents combustion gas from flowing in between And features.

本発明に係る燃料電池モジュールは、改質器も熱交換部も燃焼部に配置されているので、複数の燃料電池セルの他端側から離れて行くように流れる燃焼ガスによって熱が与えられ、改質器内部を流れる被改質ガスに効率的に熱を与えると共に、熱交換部内を流れる酸化剤ガスに効率的に熱を与えて昇温することができる。改質器は熱交換部よりも複数の燃料電池セル側に配置されているので、より効率的に熱を受け取ることができ、水蒸気改質反応といった吸熱反応の場合であっても、被改質ガスを効率的に改質して燃料ガスとすることができる。 In the fuel cell module according to the present invention, since both the reformer and the heat exchange unit are arranged in the combustion unit, heat is given by the combustion gas flowing away from the other end side of the plurality of fuel cells, Heat can be efficiently applied to the gas to be reformed flowing inside the reformer, and the temperature can be increased by efficiently applying heat to the oxidant gas flowing in the heat exchange section. Since the reformer is arranged on the multiple fuel cell side of the heat exchange part, it can receive heat more efficiently, even in the case of endothermic reaction such as steam reforming reaction The gas can be efficiently reformed to obtain a fuel gas.

一方、熱交換部は、第一熱交換部と第二熱交換部とを有しているので、単一の熱交換部として構成するよりもそれぞれの熱交換部を適切な位置に配置することができ、燃焼部内を流れる燃焼ガスの熱を効率的に受け取ることができる位置に配置することができる。第一熱交換部と第二熱交換部との間には閉塞部が設けられているので、第一熱交換部と第二熱交換部との間に燃焼ガスが流れ込むことを阻害し、第一熱交換部及び第二熱交換部それぞれにおける隙間部に燃焼ガスが流れることを促進することができる。隙間部は、第一熱交換部及び第二熱交換部それぞれを構成する複数の熱交換器の第二側面の間に形成されているので、第一側面よりも燃焼ガスとの接触面積が広くなるように形成される第二側面により多くの燃焼ガスを流すことができ、各熱交換器における熱交換の効率を向上させて各熱交換器内を流れる酸化剤ガスに効率的に熱を与えることができる。従って、改質器にも熱交換部にも燃焼ガスによって直接的に効率よく熱を与えることができるので、燃焼ガスの熱を有効に活用し、改質器及び酸化剤ガスの温度を高温に保つことができる。 On the other hand, since the heat exchanging unit has the first heat exchanging unit and the second heat exchanging unit, the heat exchanging units should be arranged at appropriate positions rather than being configured as a single heat exchanging unit. And can be disposed at a position where the heat of the combustion gas flowing in the combustion section can be efficiently received. Since the closed part is provided between the first heat exchange part and the second heat exchange part, it inhibits the combustion gas from flowing between the first heat exchange part and the second heat exchange part, It can promote that combustion gas flows into the crevice part in each of the 1 heat exchange part and the 2nd heat exchange part. Since the gap is formed between the second side surfaces of the plurality of heat exchangers constituting the first heat exchange unit and the second heat exchange unit, the contact area with the combustion gas is wider than the first side surface. More combustion gas can be flowed to the second side formed so as to improve the efficiency of heat exchange in each heat exchanger and efficiently supply heat to the oxidant gas flowing in each heat exchanger be able to. Therefore, since heat can be directly and efficiently applied to the reformer and the heat exchanging portion by the combustion gas, the heat of the combustion gas is effectively utilized, and the temperature of the reformer and the oxidant gas is increased. Can keep.

また本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記閉塞部は、前記第一熱交換部及び前記第二熱交換部における前記複数の燃料電池セル側に配置されていることも好ましい。 In the fuel cell module according to the present invention, it is also preferable that the blocking portion is disposed on the plurality of fuel cell sides in the first heat exchange portion and the second heat exchange portion.

この好ましい態様によれば、燃焼ガスが流れる方向における第一熱交換部及び第二熱交換部の一端から他端の間に配置される閉塞部を、燃料電池セル側に配置することで、第一熱交換部と第二熱交換部との間に流れ込もうとする燃焼ガスを確実に阻害し、温度が高い状態のまま第一熱交換部側と第二熱交換部側とに誘導し、それぞれを構成する複数の熱交換器の間の隙間部に確実に流れ込ませることができる。 According to this preferred aspect, by disposing the closing portion disposed between one end and the other end of the first heat exchange portion and the second heat exchange portion in the direction in which the combustion gas flows, on the fuel cell side, The combustion gas that is about to flow in between the first heat exchange part and the second heat exchange part is surely obstructed and guided to the first heat exchange part side and the second heat exchange part side while the temperature is high. And it can be made to flow reliably into the crevice between a plurality of heat exchangers which constitute each.

また本発明に係る燃料電池モジュールでは、燃焼ガスが流れる方向からみて前記改質器を挟むように前記第一熱交換部と前記第二熱交換部とが配置され、燃焼ガスが流れる方向からみて前記改質器と前記閉塞部とが重なるように配置されていることも好ましい。 In the fuel cell module according to the present invention, the first heat exchange unit and the second heat exchange unit are arranged so as to sandwich the reformer when viewed from the direction in which the combustion gas flows, and viewed from the direction in which the combustion gas flows. It is also preferable that the reformer and the closed portion are arranged so as to overlap each other.

この好ましい態様によれば、燃焼ガスが流れる方向からみて改質器を挟むように第一熱交換部と第二熱交換部とが配置されているので、燃料電池セルの他端部側に面する改質器の底面に当たった燃焼ガスを第一熱交換部側と第二熱交換部側とに誘導し、それぞれを構成する複数の熱交換器の間の隙間部に確実に流れ込ませることができる。また、改質器の底面とは反対側の上面に回り込んだ燃焼ガスも、改質器と重なるように配置されている閉塞部によって第一熱交換部側と第二熱交換部側とに誘導することができ、より確実に隙間部に流れ込ませることができる。 According to this preferred aspect, since the first heat exchange part and the second heat exchange part are arranged so as to sandwich the reformer when viewed from the direction in which the combustion gas flows, The combustion gas that hits the bottom of the reformer to be guided is guided to the first heat exchange part side and the second heat exchange part side, and surely flows into the gaps between the plurality of heat exchangers constituting each. Can do. In addition, the combustion gas that has entered the upper surface on the side opposite to the bottom surface of the reformer is also moved to the first heat exchange portion side and the second heat exchange portion side by the closed portion disposed so as to overlap the reformer. It can be guided and can flow into the gap more reliably.

本発明によれば、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する燃焼ガスの熱を有効に活用し、改質器及び酸化剤ガスの温度を高温に保つことができる燃料電池モジュールを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell module that can effectively use the heat of the combustion gas in which the fuel off-gas and the oxidant off-gas burn, and can maintain the temperature of the reformer and the oxidant gas at a high temperature. it can.

本発明の実施形態である燃料電池モジュールを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fuel cell module which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態である燃料電池モジュールを図１のＡ方向から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the fuel cell module which is embodiment of this invention from the A direction of FIG. 本発明の実施形態である燃料電池モジュールを図１のＢ方向から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the fuel cell module which is embodiment of this invention from the B direction of FIG. 図１〜図３に示す燃料電池モジュールに用いられる燃料電池セルユニットを示す正面図である。It is a front view which shows the fuel cell unit used for the fuel cell module shown in FIGS. 図１〜図３に示す燃料電池モジュールに用いられる燃料電池セルスタックを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fuel cell stack used for the fuel cell module shown in FIGS.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same constituent elements in the drawings will be denoted by the same reference numerals as much as possible, and redundant description will be omitted.

図１は、本発明の実施形態による燃料電池装置のカバー部材が外された状態の燃料電池モジュールＦＣを示す斜視図であり、図２は、本発明の実施形態による燃料電池装置の燃料電池モジュールＦＣを図１のＡ方向から見た断面図であり、図３は、本発明の実施形態による燃料電池装置の燃料電池モジュールＦＣを図１のＢ方向から見た断面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a fuel cell module FC with a cover member of the fuel cell device according to an embodiment of the present invention removed, and FIG. 2 is a fuel cell module of the fuel cell device according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of FC as viewed from the direction A in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell module FC of the fuel cell device according to the embodiment of the present invention as viewed from the direction B in FIG.

カバー部材（図１及び図３には明示せず、図２にその外形を二点鎖線で示す）は、正面側の側壁と、長手方向の一対の側壁と、背面側の側壁と、天井とによって直方体状に形成される。各側壁の下端部には、フランジ部が形成され、そのフランジ部をベース部材２に当接させることで、カバー部材とベース部材２とによって密閉される空間が形成されている。カバー部材とベース部材２とはボルト（図示せず）によって固定され、そのボルトがカバー部材に設けられた取り付け穴を貫通し、ベース部材２に設けられた取り付け穴２ａを貫通することで固定されている。 The cover member (not explicitly shown in FIGS. 1 and 3, the outer shape of which is shown by a two-dot chain line in FIG. 2) includes a front side wall, a pair of longitudinal side walls, a back side wall, a ceiling, Is formed in a rectangular parallelepiped shape. A flange portion is formed at the lower end portion of each side wall, and a space sealed by the cover member and the base member 2 is formed by bringing the flange portion into contact with the base member 2. The cover member and the base member 2 are fixed by bolts (not shown), and the bolts pass through attachment holes provided in the cover member, and are fixed by passing through attachment holes 2a provided in the base member 2. ing.

カバー部材とベース部材２とによって形成される内部空間は、仕切り板１５によって二つの空間に分離されている。仕切り板１５によって分離されている空間の内、燃料電池セルスタック１１４が配置されている空間が発電室１６である。仕切り板１５によって分離されている空間の内、他方の空間が排出ガス室１７である。尚、カバー部材の内壁面と仕切り板１５とは、直接若しくは何らかの密着用部材（例えば、可撓性のある薄板部材）を介して間接的に密着している。 The internal space formed by the cover member and the base member 2 is separated into two spaces by the partition plate 15. Among the spaces separated by the partition plate 15, the space where the fuel cell stack 114 is disposed is the power generation chamber 16. Of the spaces separated by the partition plate 15, the other space is an exhaust gas chamber 17. The inner wall surface of the cover member and the partition plate 15 are in close contact with each other directly or indirectly through some kind of contact member (for example, a flexible thin plate member).

仕切り板１５は、ベース部材２に設けられた支持部材１５ａに戴置され、ベース部材２と所定距離を保って保持されている。支持部材１５ａは、仕切り板１５を長手方向の両端において支持するように一対設けられている。従って、一対の支持部材１５ａ，１５ａ間には隙間１５ｂ（流入口）が形成されている。カバー部材の壁面に設けられた排気ガス通路（図示しない）を通った排出ガスは、この隙間１５ｂから排出ガス室１７へと導入される。排出ガス室１７へと導入された排出ガスは、排気口（図示せず）から外部へと排出される。 The partition plate 15 is placed on a support member 15 a provided on the base member 2 and is held at a predetermined distance from the base member 2. A pair of support members 15a are provided so as to support the partition plate 15 at both ends in the longitudinal direction. Accordingly, a gap 15b (inlet) is formed between the pair of support members 15a and 15a. Exhaust gas that has passed through an exhaust gas passage (not shown) provided on the wall surface of the cover member is introduced into the exhaust gas chamber 17 through the gap 15b. The exhaust gas introduced into the exhaust gas chamber 17 is discharged to the outside through an exhaust port (not shown).

仕切り板１５にはガスタンク３が載置されている。ガスタンク３には、燃料電池セルスタック１１４が１０個並べて配置されており、ガスタンク３から燃料ガスが、それぞれの燃料電池セルスタック１１４を構成する燃料電池セル１８４に供給される。 The gas tank 3 is placed on the partition plate 15. Ten fuel cell stacks 114 are arranged side by side in the gas tank 3, and the fuel gas is supplied from the gas tank 3 to the fuel cell 184 constituting each fuel cell stack 114.

ここで、図４を参照しながら燃料電池セル１８４を含む燃料電池セルユニット１１６について説明する。図４は、本発明の実施形態による燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。図４に示すように、燃料電池セルユニット１１６は、燃料電池セル１８４と、この燃料電池セル１８４の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子１８６とを備えている。 Here, the fuel cell unit 116 including the fuel cell 184 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a fuel cell unit of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the fuel cell unit 116 includes a fuel cell 184 and inner electrode terminals 186 respectively connected to the vertical ends of the fuel cell 184.

燃料電池セル１８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路１８８を形成する円筒形の内側電極層１９０と、円筒形の外側電極層１９２と、内側電極層１９０と外側電極層１９２との間にある電解質層１９４とを備えている。この内側電極層１９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層１９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。 The fuel cell 184 is a tubular structure extending in the vertical direction, and includes a cylindrical inner electrode layer 190 that forms a fuel gas flow path 188 therein, a cylindrical outer electrode layer 192, an inner electrode layer 190, and an outer side. An electrolyte layer 194 is provided between the electrode layer 192 and the electrode layer 192. The inner electrode layer 190 is a fuel electrode through which fuel gas passes and becomes a (−) electrode, while the outer electrode layer 192 is an air electrode that comes into contact with air and becomes a (+) electrode.

燃料電池セルユニット１１６の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子１８６は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子１８６について具体的に説明する。内側電極層１９０の上部１９０ａは、電解質層１９４と外側電極層１９２に対して露出された外周面１９０ｂと上端面１９０ｃとを備えている。内側電極端子１８６は、導電性のシール材１９６を介して内側電極層１９０の外周面１９０ｂと接続され、さらに、内側電極層１９０の上端面１９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層１９０と電気的に接続されている。内側電極端子１８６の中心部には、内側電極層１９０の燃料ガス流路１８８と連通する燃料ガス流路１９８が形成されている。 Since the inner electrode terminals 186 attached to the upper end side and the lower end side of the fuel cell unit 116 have the same structure, the inner electrode terminal 186 attached to the upper end side will be specifically described here. The upper portion 190 a of the inner electrode layer 190 includes an outer peripheral surface 190 b and an upper end surface 190 c that are exposed to the electrolyte layer 194 and the outer electrode layer 192. The inner electrode terminal 186 is connected to the outer peripheral surface 190b of the inner electrode layer 190 through a conductive sealing material 196, and is further in direct contact with the upper end surface 190c of the inner electrode layer 190. Electrically connected. A fuel gas channel 198 communicating with the fuel gas channel 188 of the inner electrode layer 190 is formed at the center of the inner electrode terminal 186.

内側電極層１９０は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。 The inner electrode layer 190 includes, for example, a mixture of Ni and zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Ca, Y, and Sc, and Ni and ceria doped with at least one selected from rare earth elements. The mixture is formed of at least one of Ni and a mixture of lanthanum garade doped with at least one selected from Sr, Mg, Co, Fe, and Cu.

電解質層１９４は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。 The electrolyte layer 194 is, for example, zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Y and Sc, ceria doped with at least one selected from rare earth elements, lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr and Mg, Formed from at least one of the following.

外側電極層１９２は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。 The outer electrode layer 192 includes, for example, lanthanum manganite doped with at least one selected from Sr and Ca, lanthanum ferrite doped with at least one selected from Sr, Co, Ni, and Cu, Sr, Fe, Ni, Cu It is formed from at least one of lanthanum cobaltite doped with at least one selected from the group consisting of silver and silver.

続いて、図５を参照しながら燃料電池セルスタック１１４について説明する。図５は、本発明の実施形態による燃料電池装置の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。図５に示すように、燃料電池セルスタック１１４は、１６本の燃料電池セルユニット１１６を備え、これらの燃料電池セルユニット１１６の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製の下支持板１６８及び上支持板２００により支持されている。これらの下支持板１６８及び上支持板２００には、内側電極端子１８６が貫通可能な貫通穴１６８ａ及び２００ａがそれぞれ形成されている。 Next, the fuel cell stack 114 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a perspective view showing a fuel cell stack of the fuel cell device according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the fuel cell stack 114 includes 16 fuel cell units 116, and the lower end side and the upper end side of these fuel cell units 116 are a ceramic lower support plate 168 and an upper side, respectively. It is supported by the support plate 200. The lower support plate 168 and the upper support plate 200 are formed with through holes 168a and 200a through which the inner electrode terminal 186 can pass.

さらに、燃料電池セルユニット１１６には、集電体２０２及び外部端子２０４が取り付けられている。この集電体２０２は、燃料極である内側電極層１９０に取り付けられた内側電極端子１８６と電気的に接続される燃料極用接続部２０２ａと、空気極である外側電極層１９２の外周面全体と電気的に接続される空気極用接続部２０２ｂとにより一体的に形成されている。空気極用接続部２０２ｂは、外側電極層１９２の表面を上下方向に延びる鉛直部２０２ｃと、この鉛直部２０２ｃから外側電極層１９２の表面に沿って水平方向に延びる多数の水平部２０２ｄとから形成されている。また、燃料極用接続部２０２ａは、空気極用接続部２０２ｂの鉛直部２０２ｃから燃料電池セルユニット１１６の上下方向に位置する内側電極端子１８６に向って斜め上方又は斜め下方に向って直線的に延びている。 Further, a current collector 202 and an external terminal 204 are attached to the fuel cell unit 116. The current collector 202 includes a fuel electrode connection portion 202a that is electrically connected to an inner electrode terminal 186 attached to the inner electrode layer 190 that is a fuel electrode, and an entire outer peripheral surface of the outer electrode layer 192 that is an air electrode. And an air electrode connecting portion 202b electrically connected to each other. The air electrode connecting portion 202b is formed by a vertical portion 202c extending in the vertical direction on the surface of the outer electrode layer 192 and a large number of horizontal portions 202d extending in the horizontal direction along the surface of the outer electrode layer 192 from the vertical portion 202c. Has been. Further, the fuel electrode connecting portion 202a is linearly directed obliquely upward or obliquely downward from the vertical portion 202c of the air electrode connecting portion 202b toward the inner electrode terminal 186 positioned in the vertical direction of the fuel cell unit 116. It extends.

さらに、燃料電池セルスタック１１４の端（図５では左端の奥側及び手前側）に位置する２個の燃料電池セルユニット１１６の上側端及び下側端の内側電極端子１８６には、それぞれ外部端子２０４が接続されている。これらの外部端子２０４は、隣接する燃料電池セルスタック１１４の端にある燃料電池セルユニット１１６の外部端子２０４（図示せず）に接続され、上述したように、１６０本の燃料電池セルユニット１１６の全てが直列接続されるようになっている。 Further, the inner electrode terminals 186 at the upper end and the lower end of the two fuel cell units 116 located at the ends of the fuel cell stack 114 (the far left side and the near side in FIG. 5) are external terminals, respectively. 204 is connected. These external terminals 204 are connected to the external terminals 204 (not shown) of the fuel cell unit 116 at the end of the adjacent fuel cell stack 114, and as described above, the 160 fuel cell units 116 are connected to each other. Everything is connected in series.

図１〜３に戻り、ガスタンク３の上面には、燃料電池セルスタック１１４の下支持板１６８とほぼ同じ形状の開口部（図示せず）が設けられており、その開口部に下支持板１６８を密接させてガスタンク３と各燃料電池セルスタック１１４とが接続されている。従って、燃料電池セルスタック１１４を構成する燃料電池セル１８４は、その先端部分を上部側に向けてガスタンク３に立設されている。 1 to 3, an opening (not shown) having substantially the same shape as the lower support plate 168 of the fuel cell stack 114 is provided on the upper surface of the gas tank 3, and the lower support plate 168 is provided in the opening. Are closely connected to each other, and the gas tank 3 and each fuel cell stack 114 are connected. Therefore, the fuel cell 184 constituting the fuel cell stack 114 is erected on the gas tank 3 with its tip end portion facing upward.

各燃料電池セル１８４は、管状であり、燃料電池セル１８４の管内を燃料電池セル１８４の一方の端部から他方の端部へと流れるガスと、その管外を一方の端部から他方の端部へと流れるガスの作用により作動する。本実施形態では、燃料電池セル１８４の管内を流れるガスは、水素又は炭化水素燃料等を改質した改質ガス等の燃料ガスであり、燃料電池セル１８４の管外を流れるガスは、酸素を含む空気等の酸化剤ガス（発電用空気）である。 Each fuel battery cell 184 has a tubular shape, and a gas flowing from one end of the fuel battery cell 184 to the other end inside the pipe of the fuel battery cell 184 and outside the pipe from the one end to the other end. It operates by the action of the gas flowing to the part. In the present embodiment, the gas flowing in the pipe of the fuel cell 184 is a fuel gas such as reformed gas obtained by reforming hydrogen or hydrocarbon fuel, and the gas flowing outside the pipe of the fuel cell 184 contains oxygen. An oxidant gas (air for power generation) such as air.

燃料電池セルスタック１１４の上方に位置するように、改質器５が配置されている。改質器５には、配管６Ｃと配管６Ｄとが繋がれていて、これらの配管６Ｃ及び配管６Ｄによって、改質器５は燃料電池セルスタック１１４と所定間隔をおいて上方に位置するように保持されている。配管６Ｃは、改質器５に被改質ガスとしての都市ガス、空気（改質用空気）、及び水蒸気を供給するための配管であって、仕切り板１５に対して立設されている。配管６Ｄは、改質器５において改質された燃料ガスをガスタンク３に供給するための配管であって、ガスタンク３に対して立設されている。 The reformer 5 is disposed so as to be located above the fuel cell stack 114. A pipe 6C and a pipe 6D are connected to the reformer 5, and the reformer 5 is positioned above the fuel cell stack 114 with a predetermined interval by the pipe 6C and the pipe 6D. Is retained. The pipe 6 C is a pipe for supplying city gas, air (reforming air) and water vapor as reformed gas to the reformer 5, and is erected with respect to the partition plate 15. The pipe 6 D is a pipe for supplying the fuel gas reformed in the reformer 5 to the gas tank 3, and is erected with respect to the gas tank 3.

配管６Ｃを通して改質器５に供給される都市ガス及び空気は、被改質ガス供給管６Ａを通って燃料電池モジュールＦＣ内に導入される。また、配管６Ｃを通して改質器５に供給される水蒸気は、水蒸気供給管６Ｂを通って燃料電池モジュールＦＣ内に導入される。被改質ガス供給管６Ａ及び水蒸気供給管６Ｂは、混合室（図示せず）に繋がっている。被改質ガス供給管６Ａから供給される都市ガス及び空気と、水蒸気供給管６Ｂから供給される水蒸気とは、この混合室において混合され、配管６Ｃへと供給される。 The city gas and air supplied to the reformer 5 through the pipe 6C are introduced into the fuel cell module FC through the reformed gas supply pipe 6A. Further, the steam supplied to the reformer 5 through the pipe 6C is introduced into the fuel cell module FC through the steam supply pipe 6B. The reformed gas supply pipe 6A and the steam supply pipe 6B are connected to a mixing chamber (not shown). The city gas and air supplied from the reformed gas supply pipe 6A and the water vapor supplied from the water vapor supply pipe 6B are mixed in this mixing chamber and supplied to the pipe 6C.

図１〜３には明示しないが本実施形態では、被改質ガス供給管６Ａと水蒸気供給管６Ｂとのそれぞれに電磁弁が取り付けられていて、それぞれの電磁弁は制御部としてのＣＰＵから出力される指示信号に応じて開閉し、改質器５に供給する被改質ガスと空気と水蒸気の比率を変更可能なように構成されている。 Although not explicitly shown in FIGS. 1 to 3, in this embodiment, electromagnetic valves are attached to the reformed gas supply pipe 6 A and the steam supply pipe 6 B, respectively, and each electromagnetic valve is output from a CPU as a control unit. The ratio of the gas to be reformed, air, and water vapor supplied to the reformer 5 can be changed by opening and closing according to the instruction signal.

改質器５に導入された被改質ガスとしての都市ガス（水蒸気が混合されている場合もあり）及び空気（被改質ガスとしての都市ガスのみの場合もあり）は、改質器５内に収められている改質触媒によって改質される。改質された燃料ガスは、配管６Ｄを通ってガスタンク３へと供給される。改質器５に対して配管６Ｃが繋がっている部分と、改質器５に対して配管６Ｄが繋がっている部分とは、長手方向において一端近傍と他端近傍とに引き離されている。これによって、改質器５に供給された燃料ガス及び空気は改質触媒に十分に触れることが可能となる。 The city gas (which may be mixed with steam) and air (which may be only the city gas as the gas to be reformed) introduced into the reformer 5 are the reformer 5 It is reformed by the reforming catalyst housed inside. The reformed fuel gas is supplied to the gas tank 3 through the pipe 6D. The portion where the pipe 6C is connected to the reformer 5 and the portion where the pipe 6D is connected to the reformer 5 are separated from each other in the vicinity of one end and the other end in the longitudinal direction. As a result, the fuel gas and air supplied to the reformer 5 can sufficiently touch the reforming catalyst.

改質器５には、改質触媒が封入されている。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、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。これらの改質触媒は球体である。 A reforming catalyst is enclosed in the reformer 5. As the reforming catalyst, a catalyst in which nickel is applied to the surface of the alumina sphere and a catalyst in which ruthenium is applied to the surface of the alumina sphere are appropriately used. These reforming catalysts are spheres.

本実施形態では、改質器５及び各燃料電池セルスタック１１４を覆うように、流路部材７が設けられている。流路部材７は、空気流路外壁７１，７２と、空気分配室７３と、空気集約室７４と、空気流路管７６，７６，７６，７６，７７，７７，７７，７７と、外壁７８，７９とを有している。流路部材７は、長手方向に空気流路外壁７１，７２が、短手方向に外壁７８，７９が、それぞれ配置され、それらの部材によって箱状となるように形成されている。流路部材７は、改質器５及び各燃料電池セルスタック１１４を覆うように、仕切り板１５に立設されている。続く説明では、流路部材７の仕切り板１５に当接する側を下方とし、その下方と反対側を上方として説明する。 In the present embodiment, the flow path member 7 is provided so as to cover the reformer 5 and each fuel cell stack 114. The flow path member 7 includes air flow path outer walls 71 and 72, an air distribution chamber 73, an air collection chamber 74, air flow path pipes 76, 76, 76, 76, 77, 77, 77, 77, and an outer wall 78. , 79. The flow path member 7 is formed such that the air flow path outer walls 71 and 72 are arranged in the longitudinal direction and the outer walls 78 and 79 are arranged in the short direction, respectively, and are formed into a box shape by these members. The flow path member 7 is erected on the partition plate 15 so as to cover the reformer 5 and each fuel cell stack 114. In the following description, the side that contacts the partition plate 15 of the flow path member 7 is defined as the lower side, and the side opposite to the lower side is described as the upper side.

空気分配室７３は、外壁７８の上方に取り付けられている。すなわち、空気分配室７３は、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形成される箱状体の内側且つ短手側の上方に取り付けられている。空気分配室７３には、空気供給管７Ａが繋がれており、酸化剤ガスとしての空気が供給される。空気分配室７３には、空気流路管７６，７６，７６，７６，７７，７７，７７，７７（熱交換器）も繋がれている。 The air distribution chamber 73 is attached above the outer wall 78. That is, the air distribution chamber 73 is attached to the inside of the box-like body formed by the air flow path outer walls 71 and 72 and the outer walls 78 and 79 and on the short side. An air supply pipe 7A is connected to the air distribution chamber 73, and air as an oxidant gas is supplied. Air flow pipes 76, 76, 76, 76, 77, 77, 77, 77 (heat exchangers) are also connected to the air distribution chamber 73.

空気流路管７６，７６，７６，７６，７７，７７，７７，７７は、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形成される箱状体の内側且つ長手側の上方に、空気流路外壁７１，７２に沿うように配置されている。空気流路管７６，７６，７６，７６は、空気流路外壁７１から内側に向けて所定間隔をおくように、互いに並行に配置されている。空気流路管７６，７６，７６，７６の一端は空気分配室７３に繋がれており、他端は空気集約室７４に繋がれている。従って、空気分配室７３に流入した空気は、空気流路管７６，７６，７６，７６を通り、空気集約室７４へと流れ込んで再合流する。 The air flow path pipes 76, 76, 76, 76, 77, 77, 77, 77 are located on the inner side of the box-like body formed by the air flow path outer walls 71, 72 and the outer walls 78, 79 and above the longitudinal side. It arrange | positions so that the air flow path outer walls 71 and 72 may be followed. The air flow path pipes 76, 76, 76, 76 are arranged in parallel to each other so as to be spaced from the air flow path outer wall 71 toward the inside. One end of each air flow pipe 76, 76, 76, 76 is connected to the air distribution chamber 73, and the other end is connected to the air collecting chamber 74. Therefore, the air flowing into the air distribution chamber 73 flows through the air flow path pipes 76, 76, 76, 76 and flows into the air collecting chamber 74 to rejoin.

空気流路管７７，７７，７７，７７は、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形成される箱状体の内側且つ長手側の上方に、空気流路外壁７２に沿うように配置されている。空気流路管７７，７７，７７，７７は、空気流路外壁７２から内側に向けて所定間隔をおくように、互いに並行に配置されている。空気流路管７７，７７，７７，７７の一端は空気分配室７３に繋がれており、他端は空気集約室７４に繋がれている。従って、空気分配室７３に流入した空気は、空気流路管７７，７７，７７，７７を通り、空気集約室７４へと流れ込んで再合流する。 The air flow path pipes 77, 77, 77, 77 extend along the air flow path outer wall 72 on the inner side of the box-shaped body formed by the air flow path outer walls 71, 72 and the outer walls 78, 79 and above the longitudinal side. Is arranged. The air flow path pipes 77, 77, 77, 77 are arranged in parallel to each other so as to be spaced from the air flow path outer wall 72 toward the inside. One end of each air flow pipe 77, 77, 77, 77 is connected to the air distribution chamber 73, and the other end is connected to the air collecting chamber 74. Therefore, the air flowing into the air distribution chamber 73 flows through the air flow path pipes 77, 77, 77, 77 into the air collecting chamber 74 and rejoins.

空気集約室７４は、外壁７９の内側上方に取り付けられている。すなわち、空気集約室７４は、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形成される箱状体の内側且つ短手側の上方に取り付けられている。空気集約室７４は空気流路外壁７１，７２と密着するように配置されており、空気集約室７４に流れ込んだ空気は空気流路外壁７１，７２へと流れ出すように構成されている。 The air collecting chamber 74 is attached to the upper inside of the outer wall 79. That is, the air collecting chamber 74 is attached to the inside of the box-like body formed by the air flow path outer walls 71 and 72 and the outer walls 78 and 79 and above the short side. The air collecting chamber 74 is disposed so as to be in close contact with the air flow path outer walls 71 and 72, and the air flowing into the air collecting chamber 74 is configured to flow out to the air flow path outer walls 71 and 72.

本実施形態では、空気流路管７６，７６，７６，７６が第一熱交換部を形成するように所定間隔をおいて互いに近接するように配置されている。空気流路管７６，７６，７６，７６のそれぞれの間には隙間部７６ｇ，７６ｇ，７６ｇが形成されている。また、各空気流路管７６，７６，７６，７６は、それぞれ第一側面７６ａと第二側面７６ｂとを有している。第一側面７６ａは、空気流路管７６の底面を形成しており、燃料電池セルスタック１１４側に対向し、燃焼ガスが流れる方向に交わるように配置されている。第二側面７６ｂは、第一側面７６ａよりも長く燃焼ガスが流れる方向に沿うように形成されている。すなわち、第一側面７６ａの面積よりも、第二側面７６ｂの面積が広くなるように形成されている。空気流路管７６は断面が矩形の管状に形成されているので、その長手方向に沿った長さは第一側面７６ａも第二側面７６ｂも略同じである。そのため、第一側面７６ａの面積よりも、第二側面７６ｂの面積が広くなるように形成すれば、図２に示すように、第一側面７６ａの幅よりも第二側面７６ｂの高さが長くなり、縦長断面を形成するように形成される。 In the present embodiment, the air flow path pipes 76, 76, 76, 76 are arranged so as to be close to each other at a predetermined interval so as to form the first heat exchange section. Crevice portions 76g, 76g, and 76g are formed between the air passage tubes 76, 76, 76, and 76, respectively. Each air flow channel pipe 76, 76, 76, 76 has a first side surface 76a and a second side surface 76b. The first side surface 76a forms the bottom surface of the air flow path pipe 76, is opposed to the fuel cell stack 114 side, and is arranged so as to cross the direction in which the combustion gas flows. The second side surface 76b is formed to extend along the direction in which the combustion gas flows longer than the first side surface 76a. That is, it is formed so that the area of the second side surface 76b is larger than the area of the first side surface 76a. Since the air flow path pipe 76 is formed in a tubular shape having a rectangular cross section, the length along the longitudinal direction is substantially the same on the first side face 76a and the second side face 76b. Therefore, if the second side surface 76b is formed to have a larger area than the first side surface 76a, the second side surface 76b is longer than the first side surface 76a as shown in FIG. It forms so that a longitudinally long cross section may be formed.

同様に、空気流路管７７，７７，７７，７７が第二熱交換部を形成するように所定間隔をおいて互いに近接するように配置されている。空気流路管７７，７７，７７，７７のそれぞれの間には隙間部７７ｇ，７７ｇ，７７ｇが形成されている。また、各空気流路管７７，７７，７７，７７は、それぞれ第一側面７７ａと第二側面７７ｂとを有している。第一側面７７ａは、空気流路管７７の底面を形成しており、燃料電池セルスタック１１４側に対向し、燃焼ガスが流れる方向に交わるように配置されている。第二側面７７ｂは、第一側面７７ａよりも長く燃焼ガスが流れる方向に沿うように形成されている。従って、図２に示すように、第一側面７７ａの幅よりも第二側面７７ｂの高さが長くなり、縦長断面を形成するように形成されている。 Similarly, the air flow path pipes 77, 77, 77, 77 are arranged so as to be close to each other at a predetermined interval so as to form the second heat exchange section. Crevice portions 77g, 77g, and 77g are formed between the air flow passage tubes 77, 77, 77, and 77, respectively. Each air flow pipe 77, 77, 77, 77 has a first side surface 77a and a second side surface 77b. The first side surface 77a forms the bottom surface of the air passage tube 77, is opposed to the fuel cell stack 114 side, and is arranged so as to cross the direction in which the combustion gas flows. The second side surface 77b is formed to extend along the direction in which the combustion gas flows longer than the first side surface 77a. Therefore, as shown in FIG. 2, the height of the second side surface 77b is longer than the width of the first side surface 77a, and the vertical side section is formed.

第一熱交換部を形成する空気流路管７６，７６，７６，７６と、第二熱交換部を形成する空気流路管７７，７７，７７，７７との間には、その部分に燃焼ガスが流れ込むことを阻害する閉塞部ＣＰが設けられている。より具体的には、第一熱交換部を形成する空気流路管７６，７６，７６，７６の最も内側に配置されている空気流路管７６と、第二熱交換部を形成する空気流路管７７，７７，７７，７７の最も内側に配置されている空気流路管７７との間に閉塞部ＣＰが設けられている。 Between the air flow path pipes 76, 76, 76, and 76 that form the first heat exchange section and the air flow path pipes 77, 77, 77, and 77 that form the second heat exchange section, combustion occurs in that portion. An obstruction | occlusion part CP which blocks | prevents that gas flows in is provided. More specifically, the air flow path pipe 76 that is disposed on the innermost side of the air flow path pipes 76, 76, 76, and 76 that form the first heat exchange section, and the air flow that forms the second heat exchange section. A blocking portion CP is provided between the air pipes 77, 77, 77, 77 and the air channel pipe 77 arranged on the innermost side.

閉塞部ＣＰは、燃焼ガスが流れる方向（図２における上下方向）における第一熱交換部を形成する空気流路管７６，７６，７６，７６及び第二熱交換部を形成する空気流路管７７，７７，７７，７７の一端から他端の間に設けられている。より具体的には、閉塞部ＣＰは、第一熱交換部を形成する空気流路管７６，７６，７６，７６及び第二熱交換部を形成する空気流路管７７，７７，７７，７７における燃料電池セルスタック１１４側に配置されている。このように配置することで、第一熱交換部を形成する空気流路管７６，７６，７６，７６と、第二熱交換部を形成する空気流路管７７，７７，７７，７７との間に流れ込もうとする燃焼ガスを確実に阻害し、温度が高い状態のまま第一熱交換部側と第二熱交換部側とに誘導し、それぞれを構成する複数の熱交換器である空気流路管７６，７６，７６，７６それぞれの間の隙間部７６ｇ，７６ｇ，７６ｇや、空気流路管７７，７７，７７，７７の間の隙間部７７ｇ，７７ｇ，７７ｇに確実に流れ込ませることができる。 The blocking portion CP is an air flow channel tube 76, 76, 76, 76 that forms a first heat exchange unit and a second heat exchange unit that forms a first heat exchange unit in the direction in which combustion gas flows (vertical direction in FIG. 2). 77, 77, 77, 77 are provided between one end and the other end. More specifically, the blocking portion CP includes the air flow path pipes 76, 76, 76, and 76 that form the first heat exchange section and the air flow path pipes 77, 77, 77, and 77 that form the second heat exchange section. In the fuel cell stack 114 side. By arranging in this way, the air flow path pipes 76, 76, 76, 76 forming the first heat exchange section and the air flow path pipes 77, 77, 77, 77 forming the second heat exchange section. It is a plurality of heat exchangers that reliably inhibit the combustion gas that flows in between and guide them to the first heat exchange part side and the second heat exchange part side while maintaining a high temperature state, respectively. The gaps 76g, 76g, 76g between the air flow path pipes 76, 76, 76, 76 and the gaps 77g, 77g, 77g between the air flow path pipes 77, 77, 77, 77 are surely flowed. be able to.

また本実施形態では、燃焼ガスが流れる方向からみて改質器５を挟むように第一熱交換部を形成する空気流路管７６，７６，７６，７６と、第二熱交換部を形成する空気流路管７７，７７，７７，７７とが配置され、燃料ガスが流れる方向からみて改質器５と閉塞部ＣＰとが重なるように配置されている。このように配置することで、燃料電池セル１８４の他端部側に面する改質器５の底面に当たった燃焼ガスを第一熱交換部を形成する空気流路管７６，７６，７６，７６と、第二熱交換部を形成する空気流路管７７，７７，７７，７７とに誘導し、それぞれを構成する複数の熱交換器である空気流路管７６，７６，７６，７６それぞれの間の隙間部７６ｇ，７６ｇ，７６ｇや、空気流路管７７，７７，７７，７７の間の隙間部７７ｇ，７７ｇ，７７ｇに確実に流れ込ませることができる。また、改質器５の底面とは反対側の上面に回り込んだ燃焼ガスも、改質器５と重なるように配置されている閉塞部ＣＰによって第一熱交換部を形成する空気流路管７６，７６，７６，７６と、第二熱交換部を形成する空気流路管７７，７７，７７，７７とに誘導することができ、より確実に隙間部７６ｇ，７６ｇ，７６ｇや隙間部７７ｇ，７７ｇ，７７ｇに流れ込ませることができる。 In the present embodiment, the air flow path pipes 76, 76, 76, 76 that form the first heat exchange part and the second heat exchange part are formed so as to sandwich the reformer 5 when viewed from the direction in which the combustion gas flows. Air flow pipes 77, 77, 77, 77 are disposed, and the reformer 5 and the closed portion CP are disposed so as to overlap each other when viewed from the direction in which the fuel gas flows. By arranging in this way, the air flow pipes 76, 76, 76, which form the first heat exchange section with the combustion gas that has hit the bottom surface of the reformer 5 facing the other end of the fuel cell 184 76 and air flow path pipes 77, 77, 77, 77 forming the second heat exchanging portion, and air flow path pipes 76, 76, 76, 76, which are a plurality of heat exchangers constituting each, respectively. The gaps 76g, 76g, 76g between the two and the gaps 77g, 77g, 77g between the air flow pipes 77, 77, 77, 77 can be surely flown. In addition, the combustion gas that has flowed to the upper surface opposite to the bottom surface of the reformer 5 also forms an air flow path tube that forms a first heat exchanging portion by the closed portion CP disposed so as to overlap the reformer 5. 76, 76, 76, 76 and the air flow path pipes 77, 77, 77, 77 forming the second heat exchanging portion, and the gap portions 76g, 76g, 76g and the gap portion 77g can be surely obtained. , 77g, 77g.

空気流路外壁７１，７２は、それぞれが二重壁構造となっていて、それぞれの内部を空気が流れることができるように構成されている。より具体的には、空気流路外壁７１は、上方から三室に分割された構造となっており、上方から順に、第一室９１、第二室９２、第三室９３として形成されている。空気集約室７４から流れ込んだ空気は、第一室９１に流れ込んだ後、第二室９２に流れ込み、その後第三室９３に流れ込む。同様に、空気流路外壁７２も、上方から三室に分割された構造となっており、上方から順に、第一室９４、第二室９５、第三室９６として形成されている。空気集約室７４から流れ込んだ空気は、第一室９４に流れ込んだ後、第二室９５に流れ込み、その後第三室９６に流れ込む。 Each of the air flow path outer walls 71 and 72 has a double wall structure, and is configured so that air can flow through each of them. More specifically, the air flow path outer wall 71 has a structure divided into three chambers from above, and is formed as a first chamber 91, a second chamber 92, and a third chamber 93 in this order from above. The air that flows from the air collecting chamber 74 flows into the first chamber 91, then flows into the second chamber 92, and then flows into the third chamber 93. Similarly, the air flow path outer wall 72 is also divided into three chambers from above, and is formed as a first chamber 94, a second chamber 95, and a third chamber 96 in order from the top. The air flowing from the air collecting chamber 74 flows into the first chamber 94, then flows into the second chamber 95, and then flows into the third chamber 96.

第三室９３，９６にはそれぞれ、所定間隔をおいて複数の空気流入孔９３ａ，９６ａが形成されている。空気流入孔９３ａ，９６ａは、燃料電池セルスタック１１４が連設されている方向に、各燃料電池セル１８４間の間隙に向かう位置であって、燃料電池セル１８４に対する上下方向の位置が略同一となるように、複数個形成されている。 In the third chambers 93 and 96, a plurality of air inflow holes 93a and 96a are formed at predetermined intervals, respectively. The air inflow holes 93a and 96a are located in the direction in which the fuel cell stacks 114 are connected to each other and toward the gap between the fuel cells 184, and the vertical positions with respect to the fuel cells 184 are substantially the same. A plurality of them are formed.

空気流路外壁７１，７２に流れ込んだ空気は、空気流入孔９３ａ，９６ａを通って発電室１６内の燃料電池セル１８４近傍へと流れ込むように構成されている。空気流入孔９３ａ，９６ａを通って流れ込んだ空気（発電用空気）は、燃料電池セル１８４の外側を通って各燃料電池セル１８４の下方から上方へと流れる。各燃料電池セル１８４の上方に至った空気（発電用空気）は、各燃料電池セル１８４の管内流路を通った燃料ガスと合わせて燃焼される。 The air flowing into the air flow path outer walls 71 and 72 is configured to flow into the vicinity of the fuel cell 184 in the power generation chamber 16 through the air inflow holes 93a and 96a. The air (power generation air) that has flowed through the air inflow holes 93 a and 96 a flows from the lower side to the upper side of each fuel cell 184 through the outside of the fuel cell 184. The air (air for power generation) reaching above each fuel cell 184 is burned together with the fuel gas that has passed through the pipe flow path of each fuel cell 184.

各燃料電池セルスタック１１４の上方は、空気（発電用空気）と燃料ガスとが混合して燃焼する燃焼部１８となっている。燃料ガスは、ガスタンク３から、燃料電池セルユニット１１６の管内流路１８８を通り、燃焼部１８に向けて上昇する。また、燃料電池セル１８４の外側を流れる空気も、燃焼部１８に向けて上昇する。空気流路外壁７２の燃焼部１８に対応する部分には点火装置挿入穴９７が設けられ、燃焼ガスと空気との燃焼を開始させるための点火装置（図示せず）が点火装置挿入穴９７から燃焼部１８に突出されている。この点火装置により燃料ガスと空気とが混合して燃焼する。燃料電池セルスタック１１４を構成する燃料電池セル１８４は、燃焼部１８によって上方から加熱される。また、空気流入孔９３ａ，９６ａを通って流れ込む空気も、上述したように空気流路管７６，７７、空気流路外壁７１，７２を通る間に、燃焼部１８における燃焼によって加熱される。 Above each fuel cell stack 114 is a combustion section 18 in which air (power generation air) and fuel gas are mixed and burned. The fuel gas rises from the gas tank 3 through the pipe flow path 188 of the fuel cell unit 116 toward the combustion unit 18. Further, the air flowing outside the fuel cell 184 also rises toward the combustion unit 18. An ignition device insertion hole 97 is provided in a portion of the air flow path outer wall 72 corresponding to the combustion portion 18, and an ignition device (not shown) for starting combustion of combustion gas and air is provided from the ignition device insertion hole 97. Projecting to the combustion section 18. The ignition device mixes and burns fuel gas and air. The fuel cells 184 constituting the fuel cell stack 114 are heated from above by the combustion unit 18. In addition, the air flowing through the air inflow holes 93a and 96a is also heated by the combustion in the combustion section 18 while passing through the air passage pipes 76 and 77 and the air passage outer walls 71 and 72 as described above.

２：ベース部材
２ａ：穴
３：ガスタンク
５：改質器
６Ａ：被改質ガス供給管
６Ｂ：水蒸気供給管
６Ｃ：配管
６Ｄ：配管
７：流路部材
７Ａ：空気供給管
１５：板
１５ａ：支持部材
１５ｂ：隙間
１６：発電室
１７：排出ガス室
１８：燃焼部
７１，７２：空気流路外壁
７３：空気分配室
７４：空気集約室
７６：空気流路管
７６ａ：第一側面
７６ｂ：第二側面
７６ｇ：隙間部
７７：空気流路管
７７ａ：第一側面
７７ｂ：第二側面
７７ｇ：隙間部
７８，７９：外壁
９１：第一室
９２：第二室
９３：第三室
９３ａ，９６ａ：空気流入孔
９４：第一室
９５：第二室
９６：第三室
９７：点火装置挿入穴
１１４：燃料電池セルスタック
１１６：燃料電池セルユニット
１６８：下支持板
１６８ａ：貫通穴
１８４：燃料電池セル
１８６：内側電極端子
１８８：燃料ガス流路
１９０：内側電極層
１９０ａ：上部
１９０ｂ：外周面
１９０ｃ：上端面
１９２：外側電極層
１９４：電解質層
１９６：シール材
１９８：燃料ガス流路
２００：上支持板
２０２：集電体
２０２ａ：燃料極用接続部
２０２ｂ：空気極用接続部
２０２ｃ：鉛直部
２０２ｄ；水平部
２０４：外部端子
ＣＰ：閉塞部
ＦＣ：燃料電池モジュール 2: Base member 2a: Hole 3: Gas tank 5: Reformer 6A: Reformed gas supply pipe 6B: Steam supply pipe 6C: Pipe 6D: Pipe 7: Flow path member 7A: Air supply pipe 15: Plate 15a: Support Member 15b: Crevice 16: Power generation chamber 17: Exhaust gas chamber 18: Combustion section 71, 72: Air flow channel outer wall 73: Air distribution chamber 74: Air collection chamber 76: Air flow channel 76a: First side surface 76b: Second Side 76g: Gap 77: Air channel tube 77a: First side 77b: Second side 77g: Gap 78, 79: Outer wall 91: First chamber 92: Second chamber 93: Third chamber 93a, 96a: Air Inflow hole 94: first chamber 95: second chamber 96: third chamber 97: ignition device insertion hole 114: fuel cell stack 116: fuel cell unit 168: lower support plate 168a: through hole 184: fuel cell 186 : Inner electrode terminal 188: Fuel gas Channel 190: Inner electrode layer 190a: Upper portion 190b: Outer peripheral surface 190c: Upper end surface 192: Outer electrode layer 194: Electrolyte layer 196: Seal material 198: Fuel gas channel 200: Upper support plate 202: Current collector 202a: Fuel Electrode connection part 202b: Air electrode connection part 202c: Vertical part 202d; Horizontal part 204: External terminal CP: Blocking part FC: Fuel cell module

Claims

A plurality of fuel cells that operate when fuel gas and oxidant gas flow from one end side to the other end side;
A reformer configured to reform the gas to be reformed and to supply fuel gas to the plurality of fuel cells;
A heat exchanging unit for raising the temperature of the oxidant gas supplied to the plurality of fuel cells;
A fuel cell module comprising:
Combustion in which the fuel off-gas and oxidant off-gas from the plurality of fuel cells are mixed and burned at the other end of the plurality of fuel cells and the combustion gas flows away from the other end Part is formed,
The reformer and the heat exchange unit are disposed in the combustion unit, and the reformer is disposed on the fuel cell side of the heat exchange unit,
The heat exchange part has a first heat exchange part and a second heat exchange part,
Each of the first heat exchange unit and the second heat exchange unit has a plurality of heat exchangers, and each of the plurality of heat exchangers has a first side surface disposed so as to cross the direction in which the combustion gas flows, and combustion A second side surface disposed along the gas flow direction, and the second side surface is in contact with the combustion gas, and the second side surface is in contact with the combustion gas. And the second side surfaces of each of the plurality of heat exchangers are spaced apart from each other to form a gap,
Between the first heat exchange part and the second heat exchange part, between the one end to the other end of the first heat exchange part and the second heat exchange part in the direction in which the combustion gas flows, A fuel cell module, wherein a blocking portion that inhibits combustion gas from flowing between one heat exchange portion and the second heat exchange portion is provided.

2. The fuel cell module according to claim 1, wherein the blocking portion is disposed on the fuel cell side of the first heat exchange portion and the second heat exchange portion.

The first heat exchange part and the second heat exchange part are arranged so as to sandwich the reformer as seen from the direction in which the combustion gas flows, and the reformer and the blocking part are seen from the direction in which the combustion gas flows. The fuel cell module according to claim 2, wherein the fuel cell modules are arranged to overlap each other.