JP2011204462A - 固体酸化物形燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 水が流れる第２の流路の上端部に高温の空気が溜まるのを抑制することができる固体酸化物形燃料電池システムを提供する。
【解決手段】 熱交換器４４は、熱交換器本体７２と、熱交換器本体７２内に間隔を置いて配設された複数の仕切りプレート８６，８８とを備える。複数の仕切りプレート８６，８８は、複数の第１の流路９０及び第２の流路９２を交互に規定する。熱交換器本体７２の下端部には複数の第２の流路９２の各上流側に連通された流入マニホールド１０２が設けられるとともに、その上端部には複数の第２の流路９２の各下流側に連通された流出マニホールド９８が設けられている。流入マニホールド１０２及び流出マニホールド９８は複数の第１の流路９０及び第２の流路９２を複数の仕切りプレートの配列方向に貫通して設けられている。複数の第２の流路９２の各上端部は、水の流れ方向に且つ流出マニホールド９８に向かって上り勾配で傾斜している。
【選択図】 図５

Description

本発明は、原燃料を改質して生成された燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う固体酸化物形燃料電池システムに関する。

従来より、固体酸化物形燃料電池を用いた固体酸化物形燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。固体酸化物形燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行うための燃料電池スタックと、熱を温水として貯えるための貯湯槽と、貯湯槽内の水を循環する貯湯水循環流路と、該燃料電池スタックからの排ガスと水とで熱交換するための熱交換器と、熱交換後の温水を貯えるための貯湯槽と、前記熱交換器と前記貯湯槽との間で水を循環させるための貯湯水循環流路と、を備えている。

この熱交換器は、熱交換器本体と、熱交換器本体内に間隔を置いて配設された複数の仕切りプレートと、を備えている。これら複数の仕切りプレートによって、燃料電池スタックからの排ガスが流れる複数の第１の流路と、貯湯水循環流路からの水が流れる複数の第２の流路とが規定されている。熱交換器本体の上端部には、複数の第１の流路の各上流側に連通された排ガス流入部と、複数の第２の流路の各下流側に連通された流出マニホールドとが設けられており、熱交換器本体の下端部には、複数の第１の流路の各下流側に連通された排ガス流出部と、複数の第２の流路の各上流側に連通された流入マニホールドとが設けられている。流入マニホールド及び流出マニホールドは、複数の第１及び第２の流路を複数の仕切りプレートの配列方向に貫通して設けられている。また、複数の第２の流路の各上端部は、実質上水平方向に延びている。

燃料電池スタックからの排ガスは、排ガス流入部より複数の第１の流路に流入され、複数の第１の流路を下方に流れた後に排ガス流出部より大気に排出される。また、貯湯水循環流路からの水は、流入マ二ホールドより複数の第２の流路に流入され、複数の第２の流路を上方に流れた後に流出マニホールドより流出されて、貯湯槽に貯められる。これにより、複数の第１の流路を流れる排ガスと複数の第２の流路を流れる水との間で熱交換が行われる。

特開２００７−２７３２５２号公報

しかしながら、上述した従来の固体酸化物形燃料電池システムでは、次のような問題がある。第２の流路の上端部及び流出マニホールドの内周上部にはそれぞれ、第２の流路内及び流出マニホールド内の空気が溜まる傾向にある。熱交換器本体の排ガス流入部には、燃料電池スタックからの高温（例えば２５０℃以上）の排ガスが流入されるので、この排ガスの熱によって第２の流路の上端部及び流出マニホールドの内周上部に溜まった空気が加熱される。この加熱された空気の熱によって、第２の流路の上端部及び流出マニホールドを流れる水の一部が蒸発するようになり、これにより水に溶解しているスケール成分（例えば、カルシウム、シリカ、マグネシウムなど）が缶石となって析出する場合がある。ここで析出した缶石が第２の流路内や流出マニホールド内に付着すると、第２の流路の上端部や流出マニホールドに腐食割れが発生するおそれがある。

また、第１の流路を流れる排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して回収するタイプの固体酸化物形燃料電池システムでは、上述のように腐食割れが発生すると、第２の流路内や流出マニホールド内を流れる水が第１の流路に漏出するおそれがある。このように第１の流路に漏出した場合、第２の流路内や流出マニホールド内に付着した缶石が凝縮水に混入するようになり、この凝縮水を回収して再利用すると固体酸化物形燃料電池システムに不具合が発生するおそれがある。

それゆえ本発明の目的は、第２の流路内や流出マニホールド内に缶石が生じることを抑制することができる熱交換器を備えた固体酸化物形燃料電池システムを提供することである。

本発明の請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行うための燃料電池スタックと、該燃料電池スタックからの排ガスと水とで熱交換するための熱交換器と、熱交換後の温水を貯えるための貯湯槽と、前記熱交換器と前記貯湯槽との間で水を循環させるための貯湯水循環流路と、を備える固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記熱交換器は、熱交換器本体と、該熱交換器本体内に間隔を置いて配設された複数の仕切りプレートと、を備え、該複数の仕切りプレートは、前記燃料電池スタックからの排ガスが流れる複数の第１の流路と、前記貯湯水循環流路からの水が流れる複数の第２の流路と、を規定し、
前記熱交換器本体の上端部には、前記複数の第１の流路の各上流側に連通された排ガス流入部と、前記複数の第２の流路の各下流側に連通された流出マニホールドとが設けられており、前記熱交換器本体の下端部には、前記複数の第１の流路の各下流側に連通された排ガス流出部と、前記複数の第２の流路の各上流側に連通された流入マニホールドとが設けられており、前記流入マニホールド及び前記流出マニホールドは、前記複数の第１及び第２の流路を前記複数の仕切りプレートの配列方向に貫通して設けられているとともに、
前記複数の第２の流路の各上端部は、水の流れ方向に且つ前記流出マニホールドに向かって上り勾配で傾斜していることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記複数の第２の流路の各上端部は、５〜４５度の角度でもって上り勾配で傾斜していることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行うための燃料電池スタックと、該燃料電池スタックからの排ガスと水とで熱交換するための熱交換器と、熱交換後の温水を貯えるための貯湯槽と、前記熱交換器と前記貯湯槽との間で水を循環させるための貯湯水循環流路と、を備える固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記熱交換器は、熱交換器本体と、該熱交換器本体内に間隔を置いて配設された複数の仕切りプレートと、を備え、該複数の仕切りプレートは、前記燃料電池スタックからの排ガスが流れる複数の第１の流路と、前記貯湯水循環流路からの水が流れる複数の第２の流路と、を規定し、
前記熱交換器本体の上端部には、前記複数の第１の流路の各上流側に連通された排ガス流入部と、前記複数の第２の流路の各下流側に連通された流出マニホールドとが設けられており、前記熱交換器本体の下端部には、前記複数の第１の流路の各下流側に連通された排ガス流出部と、前記複数の第２の流路の各上流側に連通された流入マニホールドとが設けられており、前記流入マニホールド及び前記流出マニホールドは、前記複数の第１及び第２の流路を前記複数の仕切りプレートの配列方向に貫通して設けられているとともに、
前記排ガス流入部には、排ガスの前記流出マニホールド側への流入を抑制するためのプレート部材が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記第１の流路を規定する前記複数の仕切りプレートの上端部には凹部が設けられ、前記プレート部材は、前記流出マニホールドの一部を覆うようにして前記複数の仕切りプレートの前記凹部に配設されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記凹部は、前記第１の流路を規定する前記複数の仕切りプレートの上端部に設けられた複数の切欠き部又は複数のスリットから構成され、前記プレート部材は、前記複数の切欠き部又は複数のスリットに収容支持されることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、複数の第２の流路の各上端部は、水の流れ方向に且つ流出マニホールドに向かって上り勾配で傾斜しているので、第２の流路の上端部に溜まった高温の空気は、第２の流路の上端部に沿って流出マニホールドに向かって流れるようになる。これにより、第２の流路の上端部に高温の空気が溜まるのを抑制することができ、それ故に、第２の流路内に缶石が発生するのを抑制することができ、第２の流路の上端部に腐食割れが発生するのを抑制することができる。

また、本発明の請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、複数の第２の流路の各上端部は、５〜４５度の角度でもって上り勾配で傾斜しているので、第２の流路の上端部に溜まった高温の空気を流出マニホールドに向けて効率良く流すことができる。

また、本発明の請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、排ガス流入部には、排ガスの流出マニホールド側への流入を抑制するためのプレート部材が設けられているので、排ガス流入部より流入された排ガスは、このプレート部材によって流出マニホールド側に流れることが抑えられ、高温の排ガスが流出マニホールドの外周面に接触するのが抑制される。これにより、流出マニホールドの内周上部に溜まった空気が加熱されるのを抑制することができ、それ故に、流出マニホールド内に缶石が発生するのを抑制することができ、流出マニホールドに腐食割れが発生するのを抑制することができる。

また、本発明の請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、複数の仕切りプレートの上端部には凹部が設けられているので、この凹部にプレート部材を配設することにより、プレート部材を所要の通りに容易に配設することができる。

また、本発明の請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、凹部は、複数の仕切りプレートの上端部に設けられた複数の切欠き部又は複数のスリットから構成されているので、プレート部材を複数の切欠き部又は複数のスリットに収容支持することにより、プレート部材の配設をより容易に行うことができる。

本発明の第１の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図である。 図１の熱交換器を示す斜視図である。 図２中のＡ−Ａ線による熱交換器の断面図である。 図２中のＢ−Ｂ線による熱交換器の断面図である。 図４中のＣ−Ｃ線による熱交換器の断面図である。 本発明の第２の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムに用いられる熱交換器を示す側面図である。 図６の熱交換器本体の上端部における内部構造を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムに用いられる熱交換器本体の上端部における内部構造を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの各種実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
まず、図１〜図５を参照して、第１の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムについて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図であり、図２は、図１の熱交換器を示す斜視図であり、図３は、図２中のＡ−Ａ線による熱交換器の断面図であり、図４は、図２中のＢ−Ｂ線による熱交換器の断面図であり、図５は、図４中のＣ−Ｃ線による熱交換器の断面図である。

図１を参照して、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池２、改質器４及び空気予熱器６を備えている。固体酸化物形燃料電池２は、略直方体状の燃料電池本体８と、電気化学反応によって発電を行うための燃料電池スタック１０とから構成されている。燃料電池本体８は遮熱壁１２を備え、遮熱壁１２の内部には高温空間１４が規定されており、この高温空間１４内に燃料電池スタック１０が配設されている。燃料電池スタック１０は、酸素イオンを伝導する固体電解質１６を備え、この固体電解質１６として、例えばイットリアをドープしたジルコニアが用いられる。燃料電池スタック１０の固体電解質１６の片側には燃料電極（図示せず）が設けられ、またその他側には酸素電極（図示せず）が設けられている。

燃料電池スタック１０の燃料電極側１８の導入側は、燃料ガス送給ライン２０を介して改質器４に接続され、この改質器４は、原燃料ガス供給ライン２２を介して原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給源２４（例えば、埋設管や貯蔵タンクなど）に接続されている。原燃料ガス供給ライン２２には、原燃料ガスの供給量を制御するための流量制御弁２６が配設されている。また、燃料電池スタック１０の酸素電極側２８の導入側は、空気送給ライン３０を介して空気を予熱するための空気予熱器６に接続され、この空気予熱器６は、空気供給ライン３４を介して送風装置３６に接続されている。

燃料電池スタック１０の燃料電極側１８及び酸素電極側２８の各排出側には燃焼室３８が設けられ、燃料電極側１８から排出された反応燃料ガス（残余燃料ガスを含む）と酸素電極側２８から排出された空気（酸素を含む）とがそれぞれこの燃焼室３８に送給されて燃焼される。この燃焼室３８は排ガス送給ライン４０を介して空気予熱器６に接続され、この空気予熱器６には排ガス排出ライン４２が接続されている。また、排ガス排出ライン４２には熱交換器４４が配設され、この熱交換器４４を通して大気に開放されている。

熱交換器４４には貯湯タンク４６（貯湯槽を構成する）からの貯湯水循環ライン４８（貯湯水循環流路を構成する）が接続されており、この貯湯水循環ライン４８には、貯湯タンク４６に貯められた水を貯湯水循環ライン４８を通して循環させるための循環ポンプ５０が配設されている。貯湯タンク４６は、固体酸化物形燃料電池２の稼動により発生した熱を温水として蓄熱するためのものである。貯湯タンク４６には水供給ライン５２が接続され、この水供給ライン５２には水（水道水）の供給を制御するための開閉弁５４が配設されている。貯湯タンク４６に貯められた温水は、温水給湯ライン５６を通して出湯される。

また、排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して得られる凝縮水を回収して貯めるための凝縮水回収タンク５８が設けられている。凝縮水回収タンク５８は、凝縮水回収ライン６０を介して熱交換器４４に接続されている。また、凝縮水回収タンク５８には、凝縮水を改質器４に送給するための凝縮水送給ライン６２が接続され、この凝縮水送給ライン６２には不純物除去手段６４及び送給ポンプ６６が配設されている。不純物除去手段６４は例えばイオン交換膜などから構成され、凝縮水に含まれる不純物を除去する。

この固体酸化物形燃料電池システムの稼動運転は、次のようにして行われる。原燃料ガス供給源２４からの原燃料ガスは、原燃料ガス供給ライン２２を通して後述する凝縮水とともに改質器４に供給される。改質器４においては、原燃料ガスの一部と水（凝縮水）とが改質反応して原燃料ガスの一部が改質され、このように改質されて生成された燃料ガスが燃料ガス送給ライン２０を通して燃料電池スタック１０の燃料電極側１８に送給される。また、送風装置３６からの空気は、空気供給ライン３４を通して空気予熱器６に供給され、この空気予熱器６において排ガスとの間で熱交換されて加温された後に、空気送給ライン３０を通して燃料電池スタック１０の酸素電極側２８に送給される。

燃料電池スタック１０の燃料電極側１８は改質された燃料ガスを酸化し、またその酸素電極側２８は空気中の酸素を還元し、燃料電極側１８の酸化及び酸素電極側２８の還元による電気化学反応により発電が行われる。なお、固体酸化物形燃料電池２における電気化学反応は、約７００〜１０００℃の高温状態で行われる。

燃料電極側１８からの反応燃料ガス及び酸素電極側２８からの空気はそれぞれ燃焼室３８に送給され、空気中の酸素を利用して余剰の燃料ガスが燃焼される。燃焼室３８からの排ガスは排ガス送給ライン４０を通して空気予熱器６に送給され、この空気予熱器６において送風装置３６からの空気との熱交換に利用されて排ガス排出ライン４２を通して熱交換器４４に送給される。熱交換器４４においては、貯湯タンク４６から貯湯水循環ライン４８を通して送給される水と排ガス排出ライン４２を流れる排ガスとの間で熱交換が行われる。熱交換により加温された水（温水）は、循環ポンプ５０の作用によって貯湯水循環ライン４８を通して貯湯タンク４６に貯められる。

また、熱交換により排ガスの温度が露点まで低下されることによって、排ガスに含まれる水蒸気が凝縮回収されて凝縮水回収ライン６０を通して凝縮水回収タンク５８に貯められ、凝縮回収後の排ガスは排ガス排出ライン６８を通して大気に排出される。凝縮水回収タンク５８に貯められた凝縮水は、凝縮水送給ライン６２を通して不純物除去手段６４に送給され、この不純物除去手段６４によって凝縮水に含まれる不純物が除去される。不純物が除去された後の凝縮水は、送給ポンプ６６の作用によって凝縮水送給ライン６２を通して改質器４に送給される。

次に、図２〜図５をも参照して、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システムにおける熱交換器４４の構成について説明する。この熱交換器４４は、横長のベース７０と、ベース７０の上方に立設された略直方体状の熱交換器本体７２と、を備えている。ベース７０の一端部は熱交換器本体７２の下端部より外側（横方向）に延びており、この一端部には排ガス流出管７４が上方に延びて設けられている。ベース７０の内部には排ガス流路（図示せず）が形成されており、この排ガス流路は排ガス流出管７４に連通されている。

熱交換器本体７２の上端部及び下端部にはそれぞれ、矩形状に開口された排ガス流入部７６及び排ガス流出部（図示せず）が設けられている。熱交換器本体７２の上端部には、排ガス流入部７６を外側より覆うための枠状のガス受け部７８が設けられている。熱交換器本体７２の排ガス流入部７６は排ガス排出ライン４２に連通され、またその排ガス流出部は、ベース７０の内部の排ガス流路に連通されている。また、熱交換器本体７２の一側面において、一側端部側における下端部には水流入管８０が外部に延びて設けられ、また他側端部側における上端部には水流出管８２が外部に延びて設けられている。水流入管８０及び水流出管８２にはそれぞれ、貯湯水循環ライン４８を介して貯湯タンク４６の流出側及び流入側が接続されている。

熱交換器本体７２の内部には熱交換空間８４が形成されており、この熱交換空間８４には複数の第１の仕切りプレート８６及び第２の仕切りプレート８８が間隔を置いて交互に配設されている。第１の仕切りプレート８６及び第２の仕切りプレート８８はそれぞれ、薄板状の一対のステンレス鋼板の間にニッケルろう材を介在させ、一対のステンレス鋼板をろう付け固定することにより構成されている。これら複数の第１の仕切りプレート８６及び第２の仕切りプレート８８によって、排ガス排出ライン４２からの排ガスが流れる複数の第１の流路９０と、貯湯水循環ライン４８からの水が流れる複数の第２の流路９２とが交互に規定される。

第１の仕切りプレート８６の一側端部側における下端部には、円形状の流入開口部９４が設けられ、またその他側端部側における上端部には、円形状の流出開口部９６が設けられている（図５参照）。

第２の仕切りプレート８８の上端部は、これに隣接する第１の仕切りプレート８６にろう付け固定されている（図４及び図５参照）。また、第２の仕切りプレート８８の両側端部及び下端部はそれぞれ、これに隣接する第１の仕切りプレート８６にろう付け固定されている。第２の仕切りプレート８８の上端部及び下端部はそれぞれ、第２の流路９２の上端部及び下端部を規定し、また第２の仕切りプレート８８の両側端部はそれぞれ、第２の流路９２の両側端部を規定するようになる。また、第２の仕切りプレート８８の上端部（即ち、第２の流路９２の上端部）は、水の流れ方向に且つ流出マニホールド９８（後述する）に向かって上り勾配で傾斜している（図５参照）。この傾斜した第２の仕切りプレート８８の上端部における他側端部（図５において右側の端部）は流出マニホールド９８の上側部にろう付け固定されており、これにより傾斜した第２の仕切りプレート８８の上端部は、その一側端部（図５において左側の端部）から流出マニホールド９８まで延びるようになる。また、第２の流路９２の上端部の傾斜角度θは、例えば約５〜４５度の範囲で適宜構成される。なお、第２の仕切りプレート８８の上端部、具体的には、第２の仕切りプレート８８の上端部と第１の仕切りプレート８６との接続部１００には、第２の流路９２内の空気が溜まるようになる（図４参照）。

上述のように構成されることにより、複数の第１の仕切りプレート８６及び第２の仕切りプレート８８の間には、第１の流路９０及び第２の流路９２が交互に規定される。また、複数の第１の流路９０の各上流側は排ガス流入部７６に連通され、それらの各下流側は排ガス流出部に連通されている。

第１の仕切りプレート８６の流入開口部９４の外周部には流入マニホールド１０２が設けられ、また流出開口部９６の外周部には流出マニホールド９８が設けられている。流出マニホールド９８の上側部は、隣接する一対の第１の仕切りプレート８６の間にろう付け固定され、またその下側部は、隣接する第１の仕切りプレート８６及び第２の仕切りプレート８８の間にろう付け固定されている。この流出マニホールド９８は、複数の第２の流路９２の各下流側に連通されるとともに、複数の第１の流路９０及び第２の流路９２を複数の仕切りプレート８６，８８の配列方向に貫通して延びて熱交換器本体７２の水流出管８２に連通されている。なお、流出マニホールド９８の内周上部１０４には、流出マニホールド９８内の空気が溜まる傾向にある（図３参照）。

また、流入マニホールド１０２は、流出マニホールド９８と同様に、複数の第２の流路９２の各上流側に連通されるとともに、複数の第１の流路９０及び第２の流路９２を複数の仕切りプレート８６，８８の配列方向に貫通して延びて熱交換器本体７２の水流入管８０に連通されている。

上述した熱交換器４４における排ガスと水との熱交換について説明すると、次の通りである。排ガス排出ライン４２からの排ガスは、熱交換器本体７２の排ガス流入部７６より複数の第１の流路９０に流入され、図３及び図４中の白色の矢印で示すように、複数の第１の流路９０を通して下方に流れる。その後に、排ガス流出部より流出されて排ガス流路を通して流れ、排ガス流出管７４より大気に排出される。また、貯湯水循環ライン４８からの水は、熱交換器本体７２の水流入管８２より流入マニホールド１０２に流入され、図３及び図４中の黒色の矢印で示すように、複数の第２の流路９２を上方に流れる。その後に、流出マニホールド９８を流れて水流出管８２より流出され、貯湯水循環ライン４８を通して貯湯タンク４６に貯められる。このように排ガスが複数の第１の流路９０を下方に流れるとともに、水が複数の第２の流路９２を上方に流れることによって、排ガスと水との間で熱交換が行われる。

熱交換器本体７２の排ガス流入部７６には、排ガス排出ライン４２からの高温（例えば２５０℃以上）の排ガスが流入されるので、この排ガスの熱によって第２の流路９２の上端部の接続部１００に溜まった空気が加熱される。上述のように、第２の流路９２の上端部は、水の流れ方向に且つ流出マニホールド９８に向かって上り勾配で傾斜しているので、第２の流路９２の上端部の接続部１００に溜まった高温の空気は、第２の流路９２の上端部に沿って流出マニホールド９８に向かって流れるようになる。これにより、第２の流路９２の上端部の接続部１００に高温の空気が溜まるのを抑制することができ、それ故に、第２の流路９２内に缶石が発生するのを抑制することができ、第２の流路９２の上端部に腐食割れが発生するのを抑制することができる。

なお、第２の流路９２の上端部の傾斜角度θは、適宜設定することができるが、第２の流路９２の上端部の接続部１００に溜まった高温の空気が流出マニホールド９８に向けて流れる機能を有し、かつ熱交換器本体７２が大型化することを避ける目的で、傾斜角度θを５〜４５度に構成するのが好ましく、このように構成することによって、第２の流路９２の上端部の接続部１００に溜まった高温の空気を流出マニホールド９８に向けて効率良く流すことができる。
［第２の実施形態］
次に、図６及び図７を参照して、第２の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムについて説明する。図６は、本発明の第２の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムに用いられる熱交換器を示す側面図であり、図７は、図６の熱交換器本体の上端部における内部構造を示す斜視図である。なお、本実施形態において、上述した第１の実施形態と実質上同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態の固体酸化物形燃料電池システムでは、第１の流路９０を規定する複数の第１の仕切りプレート８６Ａの各上端部には、矩形状の切欠き部１０６が設けられている。これら複数の切欠き部１０６によって、複数の第１の仕切りプレート８６Ａの上端部には凹部１０８が形成され、これら複数の第１仕切りプレート８６Ａの凹部１０８の一端部（即ち、流出マニホールド９８側の端部）には、流出マニホールド９８の一部を覆うようにしてプレート部材１１０がろう付け固定されている。

このように流出マニホールド９８の一部がプレート部材１１０によって覆われているので、排ガス流入部７６より流入された排ガスは、プレート部材１１０によって流出マニホールド９８側に流れるのが抑えられ、高温の排ガスが流出マニホールド９８の外周面に接触するのが抑制される。これにより、流出マニホールド９８の内周上部１０４に溜まった空気が加熱されるのを抑制することができ、それ故に、流出マニホールド９８内に缶石が発生するのを抑制することができ、流出マニホールド９８に腐食割れが発生するのを抑制することができる。
［第３の実施形態］
次に、図８を参照して、第３の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムについて説明する。図８は、本発明の第３の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムに用いられる熱交換器本体の上端部における内部構造を示す斜視図である。

本実施形態の固体酸化物形燃料電池システムでは、第１の流路９０を規定する複数の第１の仕切りプレート８６Ｂの各上端部には、上下に延びるスリット１１２が設けられている。これら複数のスリット１１２によって、複数の第１の仕切りプレート８６Ｂの上端部には凹部１０８Ｂが形成され、これら複数の第１仕切りプレート８６Ｂの凹部１０８Ｂには、流出マニホールド９８の一部を覆うようにしてプレート１１０Ｂがろう付けによって収容支持されている。

このように構成されているので、上述した第２の実施形態と同様に、排ガス流入部７６より流入された排ガスは、プレート部材１１０Ｂによって流出マニホールド９８側に流れるのが抑えられ、高温の排ガスが流出マニホールド９８の外周面に接触するのが抑制される。これにより、流出マニホールド９８の内周上部１０４に溜まった空気が加熱されるのを抑制することができ、それ故に、流出マニホールド９８内に缶石が発生するのを抑制することができ、流出マニホールド９８に腐食割れが発生するのを抑制することができる。

なお、本実施形態では、スリット１１２を上下に延びるように構成することにより、プレート部材１１０Ｂを垂直方向に配設するように構成したが、スリット１１２を垂直方向に対して傾斜して延びるように構成することにより、プレート部材１１０Ｂを垂直方向に対して傾斜して配設するように構成してもよい。

以上、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの各種実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。

１０ 燃料電池スタック
４４，４４Ａ，４４Ｂ 熱交換器
４６ 貯湯タンク
４８ 貯湯水循環ライン
７２ 熱交換器本体
７６ 排ガス流入部
８６，８６Ａ，８６Ｂ 第１の仕切りプレート
８８ 第２の仕切りプレート
９０ 第１の流路
９２ 第２の流路
９８ 流出マニホールド
１０２ 流入マニホールド
１０６ 切欠き部
１０８，１０８Ｂ 凹部
１１０，１１０Ｂ プレート部材
１１２ スリット

Claims (5)

1. 燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行うための燃料電池スタックと、該燃料電池スタックからの排ガスと水とで熱交換するための熱交換器と、熱交換後の温水を貯えるための貯湯槽と、前記熱交換器と前記貯湯槽との間で水を循環させるための貯湯水循環流路と、を備える固体酸化物形燃料電池システムであって、
   前記熱交換器は、熱交換器本体と、該熱交換器本体内に間隔を置いて配設された複数の仕切りプレートと、を備え、該複数の仕切りプレートは、前記燃料電池スタックからの排ガスが流れる複数の第１の流路と、前記貯湯水循環流路からの水が流れる複数の第２の流路と、を規定し、
   前記熱交換器本体の上端部には、前記複数の第１の流路の各上流側に連通された排ガス流入部と、前記複数の第２の流路の各下流側に連通された流出マニホールドとが設けられており、前記熱交換器本体の下端部には、前記複数の第１の流路の各下流側に連通された排ガス流出部と、前記複数の第２の流路の各上流側に連通された流入マニホールドとが設けられており、前記流入マニホールド及び前記流出マニホールドは、前記複数の第１及び第２の流路を前記複数の仕切りプレートの配列方向に貫通して設けられているとともに、
   前記複数の第２の流路の各上端部は、水の流れ方向に且つ前記流出マニホールドに向かって上り勾配で傾斜していることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。
2. 前記複数の第２の流路の各上端部は、５〜４５度の角度でもって上り勾配で傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
3. 燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行うための燃料電池スタックと、該燃料電池スタックからの排ガスと水とで熱交換するための熱交換器と、熱交換後の温水を貯えるための貯湯槽と、前記熱交換器と前記貯湯槽との間で水を循環させるための貯湯水循環流路と、を備える固体酸化物形燃料電池システムであって、
   前記熱交換器は、熱交換器本体と、該熱交換器本体内に間隔を置いて配設された複数の仕切りプレートと、を備え、該複数の仕切りプレートは、前記燃料電池スタックからの排ガスが流れる複数の第１の流路と、前記貯湯水循環流路からの水が流れる複数の第２の流路と、を規定し、
   前記熱交換器本体の上端部には、前記複数の第１の流路の各上流側に連通された排ガス流入部と、前記複数の第２の流路の各下流側に連通された流出マニホールドとが設けられており、前記熱交換器本体の下端部には、前記複数の第１の流路の各下流側に連通された排ガス流出部と、前記複数の第２の流路の各上流側に連通された流入マニホールドとが設けられており、前記流入マニホールド及び前記流出マニホールドは、前記複数の第１及び第２の流路を前記複数の仕切りプレートの配列方向に貫通して設けられているとともに、
   前記排ガス流入部には、排ガスの前記流出マニホールド側への流入を抑制するためのプレート部材が設けられていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。
4. 前記第１の流路を規定する前記複数の仕切りプレートの上端部には凹部が設けられ、前記プレート部材は、前記流出マニホールドの一部を覆うようにして前記複数の仕切りプレートの前記凹部に配設されていることを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
5. 前記凹部は、前記第１の流路を規定する前記複数の仕切りプレートの上端部に設けられた複数の切欠き部又は複数のスリットから構成され、前記プレート部材は、前記複数の切欠き部又は複数のスリットに収容支持されることを特徴とする請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池システム。

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