JP2013201042A - 燃料電池ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】
燃料電池システムの断熱構造にヒュームドシリカを用いて、燃料電池システム全体が小型で燃料利用効率がよく、さらに断熱性能の低下を防ぐことによって、燃料電池システムの性能を長期間維持することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【解決手段】
酸化剤ガスと燃料ガスとを供給して発電反応を生じる燃料電池セルと、セルを内包するケーシングと、ケーシング外部を覆う断熱材と、を備えた燃料電池ユニットにおいて、前記断熱材はヒュームドシリカを含有し、外側表面にヒュームドシリカが露出する断熱材であり、前記断熱材の外側表面を、撥水性を持ち水蒸気を透過するフィルターで覆うことを特徴とする燃料電池ユニット。
【選択図】図９

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池ユニットに関する。

燃料電池セルから出る熱を保温するようケーシングの内側に断熱材を配置することで、燃料電池システム全体の燃料利用効率を向上させた燃料電池システムが知られている。

特開２００８−１６２６４号公報

燃料利用効率の向上を目的として保温効果を高めることを考えた場合、断熱材の厚みを増せば保温効果が高まるが、厚みを増した分燃料電池システムが大型化してしまう。大型化してしまうと断熱材の外表面積が大きくなり、放熱量も増えてしまうので、期待する断熱性能を達成するためには放熱量を考慮してさらに厚みを増す必要もある。しかし燃料電池は設置面積を小さくしたいという要望があるため、断熱材の厚みを増すことにも限界があった。
そこで、薄くても断熱性能がよいヒュームドシリカという断熱材を用いることが考えられる。ヒュームドシリカは、熱伝導率が０．０２５Ｗ／ｍＫ（３００℃）程度であり、一般的なセラミックファイバー系断熱材（熱伝導率：０．０８Ｗ／ｍＫ（４００℃）と比較しても非常に断熱性能が高い。したがって、断熱材を薄型化することができ、さらに一般的なセラミックファイバー系断熱材に比べて容積が少なくて済むことから、表面積を小さくでき、放熱ロスを抑制できるなど、高効率化に寄与することができる。

しかし、ヒュームドシリカは親水性が強いというもう一つの特徴があり、外気に晒しておくだけで内部に水分を蓄えてしまう。燃料電池では運転中と運転停止中とで７００℃近くの高温と常温を繰り返すため、内部に蓄えた水分は、高温環境下では気化してヒュームドシリカ断熱材外部に放出され、常温環境化に遷移するにつれて再び内部に水分を蓄えていくというサイクルを繰り返すこととなる。放出された水蒸気が冷やされ、結露した際、ヒュームドシリカ断熱材の外表面に水が接触してしまうと、水と接触した表面が侵食されてヒュームドシリカ断熱材の厚みが薄くなり、断熱性能が低下してしまうことが懸念される。
そこで本発明では、燃料電池システムの断熱構造にヒュームドシリカを用いて、燃料電池システム全体が小型で燃料利用効率がよく、さらに断熱性能の低下を防ぐことによって、燃料電池システムの性能を長期間維持することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。

第一の発明においては、酸化剤ガスと燃料ガスとを供給して発電反応を生じる燃料電池セルと、セルを内包するケーシングと、ケーシング外部を覆う断熱材と、を備えた燃料電池ユニットにおいて、前記断熱材はヒュームドシリカを含有し、外側表面にヒュームドシリカが露出する断熱材であり、前記断熱材の外側表面を、撥水性を持ち水蒸気を透過するフィルターで覆うことを特徴とする。

こうすることにより、ヒュームドシリカの外側表面に水が付着することを防止することができるため、燃料電池システムの断熱構造にヒュームドシリカを用いて、燃料電池システム全体が小型で燃料利用効率がよく、さらに断熱性能の低下を防ぐことによって、燃料電池システムの性能を長期間維持することができる燃料電池システムを提供することができる。

本発明においてより好ましくは、前記燃料電池ユニットはさらに前記燃料電池ユニットの側方に位置する前記フィルターの外周を覆い水蒸気を結露させるカバーを備え、前記フィルターと前記カバーとは、前記フィルターと前記カバーとの間を水が通過できるよう隙間を設けて配置され、通過した水を下方に排出するよう構成されていることを特徴とする

こうすることにより、断熱材から放出された水蒸気をカバーで結露させ、結露させた水をカバーとフィルターとの間を通して下方に排出することができるため、断熱材の周囲に充満する水蒸気量を減らすことができ、ヒュームドシリカの外側表面に水が付着することをより確実に防止することができる。

本発明においてより好ましくは、前記燃料電池ユニットを載せるトレーと、前記トレーを介して前記燃料電池ユニットの下方に配置された、前記燃料電池ユニットを運転制御するための補機ユニットと、をさらに備え、前記トレーは底面と、底面の周囲から前記燃料電池ユニット側の向きに立ち上がる周壁とを備えており、前記周壁は前記燃料電池ユニットの下部側面を囲うように配置され、前記底面は前記燃料電池ユニットを上面視したときに前記カバーよりはみ出るように伸び、底面に載った水を底面から下方に向けて、前記補機ユニットを避けて排水するよう導く排水管とを有することを特徴とする。

こうすることによって、トレー底面に溜まった水をトレー底面から取り除くことができるため、トレー底面で蒸発する水の量を減らすことができ、断熱材の周囲に充満する水蒸気量をより一層減らすことができ、ヒュームドシリカの外側表面に水が付着することをより確実に防止することができる。

さらには、燃料電池システム全体の設置面積の小型化を目的として燃料電池ユニットの下方に燃料電池の運転制御をする補機ユニットを配置した場合であっても、結露水が補機ユニットにかかって補機ユニットの故障に繋がることを防ぐことができる。

また、底面から下方に抜くことによって排水管を取り回すことが不要となり、設置面をより小型化することができる。また、自重により排水することができるので、排水手段を別途も受ける必要もなく、設置面積をより小型化することができる。

本発明によれば、燃料電池システムの断熱構造にヒュームドシリカを用いて、燃料電池システム全体が小型で燃料利用効率がよく、さらに断熱性能の低下を防ぐことによって、燃料電池システムの性能を長期間維持することができる燃料電池システムを提供することができる。

本発明の実施形態における燃料電池モジュールの外観を示す斜視図である。 図１の中央近傍における断面図であって、図１のＡ方向から見た断面を示す断面図である。 図１の中央近傍における断面図であって、図１のＢ方向から見た断面を示す断面図である。 図１のケーシングから一部の外板を取り除いた状態を示す斜視図である。 図２に相当する模式図であって、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す模式図である。 図３に相当する模式図であって、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す模式図である。 本実施形態に用いられる燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。 本実施形態における燃料電池セルスタックの構成を示す斜視図である。 燃料電池モジュール、断熱材、フィルター、断熱材カバー、トレーの構成を示す、斜視図である。 図９のトレーの斜視図である。 図９のＹ−Ｚ断面の構造図である。 図９のＸ−Ｙ断面の構造図である。 燃料電池モジュール２、断熱材、フィルター、断熱材カバー２０４を組み合わされた燃料電池ユニットと、金属トレー２０６とを補機ユニット２１２が格納された補機ユニットケース２１０に載せた状態を示す斜視図 図１３のＹ−Ｚ断面の構造図である。 図１３のＸ−Ｙ断面の構造図である。 図１３のＸ−Ｚ断面の構造図である。

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。

本発明の実施形態である燃料電池モジュール（燃料電池ユニット）について、図１を参照しながら説明する。図１に示す燃料電池モジュール２は、固体電解質形燃料電池ユニットの一部を構成するものである。固体電解質形燃料電池ユニットは、燃料電池モジュール２と、補機ユニット（図示せず）とを備える。

図１においては、燃料電池モジュール２の高さ方向をｙ軸方向としている。このｙ軸に直交する平面に沿ってｘ軸及びｚ軸を定義し、燃料電池モジュール２の短手方向に沿った方向をｘ軸方向とし、燃料電池モジュール２の長手方向に沿った方向をｚ軸方向としている。図２以降において図中に記載しているｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、図１におけるｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を基準としている。また、ｚ軸の負方向に沿った方向をＡ方向とし、ｘ軸の正方向に沿った方向をＢ方向としている。

燃料電池モジュール２は、燃料電池セル（詳細は後述する）を収容するケーシング５６と、ケーシング５６の上部に設けられている熱交換器２２とを備える。ケーシング５６の内部は密封空間となっている。ケーシング５６には、被改質ガス供給管６０と、水供給管６２とが繋げられている。一方、熱交換器２２には、発電用空気導入管７４と、燃焼ガス排出管８２とが繋げられている。

被改質ガス供給管６０は、ケーシング５６の内部に都市ガスといった改質用の被改質ガスを供給する管路である。水供給管６２は、被改質ガスを水蒸気改質する際に用いられる水を供給する管路である。発電用空気導入管７４は、改質後の燃料ガスと発電反応を起こさせるための発電用空気（酸化剤ガス）を供給する管路である。燃焼ガス排出管８２は、発電反応後の燃料ガスを燃焼した結果生じる燃焼ガスを排出する管路である。

続いて、図２〜図４を参照しながら、燃料電池モジュール２の内部について説明する。図２は、燃料電池モジュール２をその中央近傍において図１のＡ方向から見た断面図である。図３は、燃料電池モジュール２をその中央近傍において図２のＢ方向から見た断面図である。図４は、図１に示す燃料電池モジュール２から燃料電池セル集合体を覆うケーシング５６の一部を取り外した状態を示す斜視図である。

図２〜図４に示すように、燃料電池モジュール２の燃料電池セル集合体１２は、ケーシング５６により、全体が覆われている。図４に示すように、燃料電池セル集合体１２は、全体としてＢ方向よりＡ方向の方が長いほぼ直方体形状であり、改質器２０側の上面、燃料ガスタンク６８側の下面、図４のＡ方向に沿って延びる長辺側面と、図４のＢ方向に沿って延びる短辺側面と、を備えている。

本実施形態の場合、水供給管６２から供給される水を蒸発させるための蒸発混合器（図に明示しない）は、改質器２０の内部に設けられている。蒸発混合器は、燃焼ガスにより加熱され、水を水蒸気にすると共に、この水蒸気と、被改質ガスである燃料ガス（都市ガス）と空気とを混合するためのものである。

被改質ガス供給管６０及び水供給管６２は、ケーシング５６の内部に導かれた後、共に改質器２０に繋がれている。より具体的には、図３に示すように、改質器２０の上流端である図中右側の端部に繋がれている。

改質器２０は、燃料電池セル集合体１２の上方に形成された燃焼室１８の更に上方に配置されている。したがって、改質器２０は、発電反応後の残余の燃料ガス及び空気による燃焼熱によって熱せられ、蒸発混合器としての役割と、改質反応を起こす改質器としての役割とを果たすように構成されている。

改質器２０の下流端（図３の左端）には、燃料供給管６６の上端が接続されている。この燃料供給管６６の下端側６６ａは、燃料ガスタンク６８内に入り込むように配置されている。

図２〜図４に示すように、燃料ガスタンク６８は、燃料電池セル集合体１２の真下に設けられている。また、燃料ガスタンク６８内に挿入された燃料供給管６６の下端側６６ａの外周には、長手方向（Ａ方向）に沿って複数の小穴（図示せず）が形成されている。改質器２０で改質された燃料ガスは、これら複数の小穴（図示せず）によって燃料ガスタンク６８内に長手方向に均一に供給されるようになっている。燃料ガスタンク６８に供給された燃料ガスは、燃料電池セル集合体１２を構成する各燃料電池セルユニット１６の内側にある燃料ガス流路（詳細は後述する）内に供給され、燃料電池セルユニット１６内を上昇して、燃焼室１８に至るようになっている。

続いて、発電用空気を燃料電池モジュール２の内部へ供給するための構造を、図２〜図４及び図５、図６を参照しながら説明する。図５は、図２に対応する模式図であって、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図である。図は６、図３に対応する模式図であって、同様に発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図である。これらの図に示すように、改質器２０の上方に、熱交換器２２が設けられている。熱交換器２２には、複数の燃焼ガス配管７０と、この燃焼ガス配管７０の周囲に形成された発電用空気流路７２とが設けられている。

熱交換器２２の上面における一端側（図３における右端）には、発電用空気導入管７４が取り付けられている。この発電用空気導入管７４により、発電用空気流量調整ユニット（図示しない）から、発電用空気が、熱交換器２２内に導入されるようになっている。

熱交換器２２の上側の他端側（図３における左端）には、図２に示すように、発電用空気流路７２の出口ポート７６ａが一対形成されている。この出口ポート７６ａは、一対の連絡流路７６につながっている。さらに、燃料電池モジュール２のケーシング５６の幅方向（Ｂ方向：短辺側面方向）の両側の外側には、発電用空気供給路７７が形成されている。

したがって、発電用空気供給路７７には、発電用空気流路７２の出口ポート７６ａ及び連絡流路７６から、発電用空気が供給されるようになっている。この発電用空気供給路７７は、燃料電池セル集合体１２の長手方向に沿って形成されている。さらに、その下方側であり且つ燃料電池セル集合体１２の下方側に対応する位置に、発電室１０内の燃料電池セル集合体１２の各燃料電池セルユニット１６に向けて発電用空気を吹き出すための複数の吹出口７８ａ，７８ｂが形成されている。これらの吹出口７８ａ，７８ｂから吹き出された発電用空気は、各燃料電池セルユニット１６の外側に沿って、下方から上方へ流れるようになっている。

続いて、燃料ガスと発電用空気とが燃焼して生成される燃焼ガスを排出するための構造を説明する。燃料電池セルユニット１６の上方にある燃焼室１８では、発電反応に使用されなかった燃料ガスと発電用空気とが燃焼することで、燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスは、燃焼室１８内を上昇し、整流板２１に至る。整流板２１には、図６に示すように、開口２１ａが設けられており、開口２１ａ内に燃焼ガスが導かれる。この開口２１ａを通った燃焼ガスは、熱交換器２２の他端側に至る。熱交換器２２内には、燃焼ガスを排出するための複数の燃焼ガス配管７０（燃焼ガス流路）が設けられている。これらの燃焼ガス配管７０の下流端側には、燃焼ガス排出管８２が接続され、燃焼ガスが外部に排出されるようになっている。

続いて、図７を参照しながら燃料電池セルユニット１６について説明する。図７は、本実施形態の燃料電池セルユニット１６を示す部分断面図である。

図７に示すように、燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セル８４と、この燃料電池セル８４の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子８６とを備えている。

燃料電池セル８４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８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０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９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。

燃料電池セルユニット１６の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６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８６について具体的に説明する。内側電極層９０の上部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと上端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の上端面９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層９０と電気的に接続されている。内側電極端子８６の中心部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する燃料ガス流路９８が形成されている。

内側電極層９０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。

電解質層９４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。

外側電極層９２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。

続いて、図８を参照しながら燃料電池セルスタック１４について説明する。図８は、本発実施形態の燃料電池セルスタック１４を示す斜視図である。

図８に示すように、燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６を備え、これらの燃料電池セルユニット１６の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製の燃料ガスタンク上板６８ａ及び上支持板１００により支持されている。これらの燃料ガスタンク上板６８ａ及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴がそれぞれ形成されている。

さらに、燃料電池セルユニット１６には、集電体１０２及び外部端子１０４が取り付けられている。この集電体１０２は、燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６と、隣接する燃料電池セルユニット１６の空気極である外側電極層９２の外周面とを電気的に接続するものである。

さらに、燃料電池セルスタック１４の端に位置する２個の燃料電池セルユニット１６の上側端及び下側端の内側電極端子８６には、それぞれ外部端子１０４が接続されている。これらの外部端子１０４は、隣接する燃料電池セルスタック１４の端にある燃料電池セルユニット１６の外部端子１０４に接続され、１６０本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されるようになっている。

（ここから本発明の特徴部分に関する実施例）
続いて、図９を参照して断熱材の構造についてさらに説明する。図９は、図１燃料電池モジュール２を覆う断熱材、断熱材カバーの構造を模式的に示した斜視図である。

燃料電池モジュール２には、その上下、左右、正背面の6面全面にヒュームドシリカを用いた断熱材２００が取り付けられている。
更に、各断熱材２００の表面には撥水性を持ち水蒸気を透過するフィルター２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ，２０２ｅ，２０２ｆが隙間無く配置されている。
また、撥水性を持ち水蒸気を透過するフィルターのうち、上面と側面に配置されたフィルター２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ，２０２ｅは金属製の断熱材カバー２０４で覆われる。図１２はX−Y断面図である。K部拡大図に示されるようにフィルターは不織布になっており表面と断熱材カバーと側面に配置したフィルターとの間には隙間が設けられている。底面の撥水性を持ち水蒸気を透過するフィルター２０２ｆの下面には、金属製のトレー２０６が配置されている。
金属製のトレー２０６は図１０のように、底面と、その周囲4辺が折り曲げられて立ち上がった周壁から成る箱形の構造になっており、その短辺の中央に２つの結露水排水管２０８が設けられている。底面の大きさは、燃料電池モジュール２、断熱材、フィルター、カバーを組合わせたものよりも大きく、上面視したカバーよりはみ出るように伸びており、周壁は燃料電池モジュール２の側面下方端部を囲うようにわずかに立ち上がっている。
図１１はＹ−Ｚ断面図である。
図１３は、燃料電池モジュール２、断熱材、フィルター、断熱材カバー２０４を組み合わされた燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットを載せる金属トレー２０６とを、燃料電池発電モジュールを運転制御する為の補機ユニット２１２が格納された補機ユニットケース２１０に載せた状態を示す斜視図である。
図１４（Ｙ−Ｚ面）、図１５（Ｘ−Ｙ面）、図１６（Ｘ−Ｚ面）に示されるように金属トレー２０６の短辺の中央から出た２本の結露水排水管は補機ユニットケース２１０内を通り、最終的には補機ユニットケースの外側に出されている。

断熱材は、燃料電池セル集合体１２での発電反応の際、発生する熱と使用されなかった燃料ガスと発電用空気とが燃焼することで発生する燃焼ガスの熱が燃料電池モジュール２の表面から外部へ逃げる事を防ぐ役目を果たしている、断熱材はヒュームドシリカで出来ており、破損しやすい為、その外側を金属製の断熱材カバー２０４で保護している。

ヒュームドシリカ断熱材２００は、その性質上、空気中の水分を容易く吸着するが、燃料電池モジュール２が運転中に発生する高温の熱により、吸着された水分が水蒸気となって断熱材内部から断熱材表面に押し出される。その後、断熱材外部に放出された水蒸気は、外気温と接している金属製の断熱材カバー２０４により冷やされ、断熱材表面で結露する。ヒュームドシリカ断熱材は親水性が高く、空気中の水分を吸着して内部に取り込む性質を有するが、その外表面に水がついてしまうと、水と接触した表面が侵食され厚みが薄くなり、断熱性能が低下してしまう。この為、最外面に撥水性を持ち水蒸気を透過するフィルターを配置する事により、結露水はヒュームドシリカ断熱材２００を侵食する事無く、金属カバーとフィルターの間に設けた隙間を通り、下方に落下する。また、金属カバーは大気温度で冷やされているため、水蒸気を結露させやすい。このため、ヒュームドシリカ断熱材２００から放出された水蒸気を結露して、ヒュームドシリカ断熱材２００の周囲に充満する水蒸気量を減らすことができるので、ヒュームドシリカ断熱材２００の外側表面に水が付着することをより確実に防止することができる。

落下した結露水は燃料電池モジュール２の下方に配置された金属製トレー２０６によって回収され、トレーに設けられた結露水排水管２０８を介して給湯発電ユニットの外部に排出させる。これによって、トレー２０６底面に溜まった水をトレー２０６底面から取り除くことができるため、トレー２０６底面で蒸発する水の量を減らすことができ、断熱材の周囲に充満する水蒸気量をより一層減らすことができ、ヒュームドシリカ断熱材２００の外側表面に水が付着することをより確実に防止することができる。また、燃料電池発電モジュール２の下に配置された補機ユニット２１２に結露水が掛かり故障の原因となることを防ぐことができる。さらには、底面から下方に抜くことによって排水管を補機ユニット２１２外で取り回すことが不要となり、設置面をより小型化することができる。また、自重により排水することができるので、排水手段を別途も受ける必要もなく、設置面積をより小型化することができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

２：燃料電池モジュール（燃料電池ユニット）
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：燃料電池セルユニット
１８：燃焼室
２０：改質器
２１：整流板
２１ａ：開口
２２：熱交換器
５６：ケーシング
６０：被改質ガス供給管
６２：水供給管
６６：燃料供給管
６６ａ：下端側
６８：燃料ガスタンク
６８ａ：燃料ガスタンク上板
７０：燃焼ガス配管（燃焼ガス流路）
７２：発電用空気流路
７４：発電用空気導入管
７６：連絡流路
７６ａ：出口ポート
７７：発電用空気供給路
７８ａ，７８ｂ：吹出口
８２：燃焼ガス排出管
８４：燃料電池セル
８６：内側電極端子
８８：燃料ガス流路
９０：内側電極層
９０ａ：上部
９０ｂ：外周面
９０ｃ：上端面
９２：外側電極層
９４：電解質層
９６：シール材
９８：燃料ガス流路
１００：上支持板
１０２：集電体
１０４：外部端子
２００：ヒュームドシリカを用いた断熱材
２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ，２０２ｅ，２０２ｆ：撥水性を持ち水蒸気を透過するフィルター
２０４：金属製の断熱材カバー
２０６：金属製のトレー
２０８：結露水排水管
２１０：補機ユニットケース
２１２：補機ユニット

続いて、図９を参照して断熱材の構造についてさらに説明する。図９は、図１燃料電池モジュール２を覆う断熱材、断熱材カバーの構造を模式的に示した斜視図である。

燃料電池モジュール２には、その上下、左右、正背面の6面全面にヒュームドシリカを用いた断熱材２００が取り付けられている。
更に、各断熱材２００の表面には撥水性を持ち水蒸気を透過するフィルター２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ，２０２ｅ，２０２ｆが隙間無く配置されている。
また、撥水性を持ち水蒸気を透過するフィルターのうち、上面と側面に配置されたフィルター２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ，２０２ｅは金属製の断熱材カバー２０４で覆われる。図１２はX−Y断面図である。K部拡大図に示されるようにフィルターは不織布になっており表面と断熱材カバーと側面に配置したフィルターとの間には隙間が設けられている。底面の撥水性を持ち水蒸気を透過するフィルター２０２ｆの下面には、金属製のトレー２０６が配置されている。
金属製のトレー２０６は図１０のように、底面と、その周囲4辺が折り曲げられて立ち上がった周壁から成る箱形の構造になっており、その短辺の中央に２つの結露水排水管２０８が設けられている。底面の大きさは、燃料電池モジュール２、断熱材、フィルター、カバーを組合わせたものよりも大きく、上面視したカバーよりはみ出るように伸びており、周壁は燃料電池モジュール２の側面下方端部を囲うようにわずかに立ち上がっている。
図１４乃至図１６に示されるように金属トレー２０６の短辺の中央から出た２本の結露水排水管は補機ユニットケース２１０内を通り、最終的には補機ユニットケースの外側に出されている。

Claims (3)

1. 酸化剤ガスと燃料ガスとを供給して発電反応を生じる燃料電池セルと、セルを内包するケーシングと、ケーシング外部を覆う断熱材と、を備えた燃料電池ユニットにおいて、
   前記断熱材はヒュームドシリカを含有し、外側表面にヒュームドシリカが露出する断熱材であり、
   前記断熱材の外側表面を、撥水性を持ち水蒸気を透過するフィルターで覆うことを特徴とする燃料電池ユニット。
2. 前記燃料電池ユニットはさらに前記燃料電池ユニットの側方に位置する前記フィルターの外周を覆い水蒸気を結露させるカバーを備え、
   前記フィルターと前記カバーとは、前記フィルターと前記カバーとの間を水が通過できるよう隙間を設けて配置することによって、通過した水を下方に排出するよう構成されていることを特徴とする、請求項１に記載された燃料電池ユニット。
3. 前記燃料電池ユニットを載せるトレーと、前記トレーを介して前記燃料電池ユニットの下方に配置された、前記燃料電池ユニットを運転制御するための補機ユニットと、をさらに備え、
   前記トレーは底面と、底面の周囲から前記燃料電池ユニット側の向きに立ち上がる周壁とを備えており、
   前記周壁は前記燃料電池ユニットの下部側面を囲うように配置され、
   前記底面は前記燃料電池ユニットを上面視したときに前記カバーよりはみ出るように伸び、底面に載った水を底面から下方に向けて、前記補機ユニットを避けて排水するよう導く排水管とを有することを特徴とする、請求項２に記載された燃料電池ユニットを具備する燃料電池システム。

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