JP4789524B2

JP4789524B2 - Solid oxide fuel cell assembly

Info

Publication number: JP4789524B2
Application number: JP2005203945A
Authority: JP
Inventors: 成門高橋
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2025-07-13
Also published as: JP2007026744A

Description

本発明は、放熱を抑えることができると共に、高転化率が得られる改質器構造をもち高効率発電を可能とする固体電解質形燃料電池組立体に関するものである。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell assembly capable of suppressing heat dissipation and having a reformer structure that can obtain a high conversion rate and capable of high-efficiency power generation.

此種従来の固体電解質形燃料電池は、複数の固体電解質形燃料電池セルから成る燃料電池セルスタックを収納容器内に収容して構成され、約１０００℃の温度で運転される。 This type of conventional solid oxide fuel cell is configured by housing a fuel cell stack composed of a plurality of solid oxide fuel cells in a storage container, and is operated at a temperature of about 1000 ° C.

又、発電を行う際に燃料として用いる水素の供給方法として、天然ガス等の炭化水素と水蒸気を反応させて水素を生成する水蒸気改質法が用いられるが、この反応も５００〜９００℃で行われる。 In addition, as a method for supplying hydrogen used as a fuel when generating electricity, a steam reforming method is used in which hydrogen such as natural gas reacts with steam to generate hydrogen. This reaction is also performed at 500 to 900 ° C. Is called.

そのため、固体電解質形燃料電池の燃料改質器を燃料電池セルスタックを収容している収納容器内に配置し、発電に際して発生する熱を水蒸気改質反応に利用し、熱効率を高めることが行われている(例えば、特許文献1参照)。
特開２００５−１２３０１４号公報 For this reason, a fuel reformer of a solid oxide fuel cell is placed in a storage container that contains a fuel cell stack, and heat generated during power generation is used for a steam reforming reaction to increase thermal efficiency. (For example, see Patent Document 1).
JP-A-2005-123014

上記した燃料改質器を収納容器内に配置する方式では、発電室上部の燃料供給室に改質触媒を充填し、発電室からの輻射熱と排気ガスの熱伝達を加熱源とするため、熱源との距離が遠くなる事によって放熱が多くなり改質器温度を高温とすることが困難であるという問題がある。このために高転化率の改質ガスを得ることが困難である。 In the system in which the above-described fuel reformer is disposed in the storage container, the reforming catalyst is filled in the fuel supply chamber at the upper part of the power generation chamber, and radiant heat from the power generation chamber and heat transfer of the exhaust gas are used as a heat source. As the distance to the distance increases, heat radiation increases and it is difficult to increase the reformer temperature. For this reason, it is difficult to obtain a reformed gas having a high conversion rate.

又、燃料電池出力を少なくした低負荷運転時には発電反応による発熱量が減少するため発電室温度が低下し、水蒸気改質反応に必要な熱量が不足する虞がある。 In addition, when the fuel cell output is reduced and the load is low, the amount of heat generated by the power generation reaction decreases, so that the temperature of the power generation chamber decreases and the amount of heat necessary for the steam reforming reaction may be insufficient.

更に、近年では研究開発が進み、発電温度が従来の１０００℃から６００〜８００℃まで低下してきているため、セルからの輻射熱、排ガス温度も低下し、従来の改質器構造では燃料の高転化率を得ることが難しくなってきている。 Furthermore, in recent years, research and development has progressed, and since the power generation temperature has decreased from the conventional 1000 ° C. to 600-800 ° C., the radiant heat from the cells and the exhaust gas temperature have also decreased. Getting rates is getting harder.

以上の現状に鑑み、本発明は、放熱を抑えることができると共に、高転化率が得られる改質器構造をもち高効率発電を可能とする固体電解質形燃料電池組立体を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell assembly that has a reformer structure that can suppress heat dissipation and that can obtain a high conversion rate, and that enables high-efficiency power generation. And

上記の課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
請求項１に係る発明は、ハウジング内に、燃料ガス通路を有する複数の固体電解質形燃料電池セルを電気的に接続したセルスタックと、該セルスタックの各燃料電池セルに燃料ガスを供給するべく該燃料電池セルを装着した燃料ガスケースと、該燃料ガスケースに付設されたガス導入手段とを有し、前記燃料ガスケース内の燃料ガスが前記燃料電池セルの燃料ガス通路に供給される固体電解質形燃料電池組立体に於いて、前記燃料ガスケース内に被改質ガスを燃料ガスに改質する改質触媒を配設してなるとともに、前記燃料ガスケースは、仕切板によって前記セルスタック側に形成される一室と他室とから成る二室に仕切られ、且つ、両室が前記仕切板に設けられた連通孔により一部連通するように形成され、前記セルスタック側の前記一室が改質ガス流路となり、前記他室が前記改質触媒の収納部となり、前記他室の一端側に前記被改質ガスを供給する前記ガス導入手段が設けられ、前記他室の他端側における前記仕切板に前記連通孔が設けられていることを特徴とする固体電解質形燃料電池組立体を提供するものである。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following configurations.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a cell stack in which a plurality of solid oxide fuel cells having fuel gas passages are electrically connected in a housing, and fuel gas is supplied to each fuel cell of the cell stack. a fuel gas casing equipped with a fuel cell, have a gas introduction means is attached to the fuel gas case, the fuel gas in the fuel gas case Ru is supplied to the fuel gas passage of the fuel cell solid In the electrolyte fuel cell assembly, a reforming catalyst for reforming a reformed gas into a fuel gas is disposed in the fuel gas case, and the fuel gas case is separated from the cell stack by a partition plate. The chamber is divided into two chambers consisting of one chamber and another chamber, and both chambers are formed so as to partially communicate with each other through a communication hole provided in the partition plate. Room A reforming gas flow path, the other chamber serving as a housing portion for the reforming catalyst, the gas introducing means for supplying the reformed gas to one end of the other chamber, and the other end of the other chamber; The solid electrolyte fuel cell assembly is provided in which the communication hole is provided in the partition plate .

請求項２に係る発明は、上記燃料電池セルの上記燃料ガスケースへの装着部分がガラスによってガスシールされていることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質形燃料電池組立体を提供するものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the solid oxide fuel cell assembly according to the first aspect, wherein a portion where the fuel cell is attached to the fuel gas case is gas-sealed with glass. Is.

請求項３に係る発明は、上記燃料ガスケースは金属製燃料ガスケースであることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体電解質形燃料電池組立体を提供するものである。 The invention according to claim 3 provides the solid oxide fuel cell assembly according to claim 1 or 2, wherein the fuel gas case is a metal fuel gas case.

請求項４に係る発明は、上記ハウジング内に予備改質を行なうための予備改質触媒を収納する予備改質触媒収納ケースが配設されており、該予備改質触媒収納ケース内を通過した燃料ガスが上記燃料ガスケースに供給されるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の固体電解質形燃料電池組立体を提供するものである。
According to a fourth aspect of the present invention, a pre-reforming catalyst storage case for storing a pre-reforming catalyst for performing pre-reforming is disposed in the housing, and the pre-reforming catalyst storage case passes through the housing. fuel gas is to provide a solid electrolyte fuel cell assembly according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is configured to be supplied to the fuel gas case.

請求項５に係る発明は、上記予備改質触媒収納ケースが上記燃料電池セル先端近傍のセルオフガス燃焼排気に晒される位置に配置されていることを特徴とする請求項４記載の固体電解質形燃料電池組立体を提供するものである。
The invention according to claim 5 is the solid oxide fuel cell according to claim 4 , wherein the pre-reforming catalyst storage case is disposed at a position where it is exposed to cell off-gas combustion exhaust gas near the tip of the fuel cell. An assembly is provided.

請求項６に係る発明は、上記予備改質触媒収納ケースが上記セルスタックの側部近傍に配置されていることを特徴とする請求項４又は５記載の固体電解質形燃料電池組立体を提供するものである。
The invention according to claim 6 provides the solid oxide fuel cell assembly according to claim 4 or 5 , wherein the preliminary reforming catalyst storage case is disposed in the vicinity of a side portion of the cell stack. Is.

請求項７に係る発明は、上記予備改質触媒収納ケースは、上記セルスタックに沿って設けられており、その一端にはガス導入手段が接続され、且つ、該予備改質触媒収納ケースの他端部が、１又は複数の上記燃料ガスケースと一体化され連通していることを特徴とする請求項４乃至６のうちいずれかに記載の固体電解質形燃料電池組立体を提供するものである。
According to a seventh aspect of the present invention, the preliminary reforming catalyst storage case is provided along the cell stack, a gas introduction means is connected to one end of the preliminary reforming catalyst storage case, and other than the preliminary reforming catalyst storage case The solid oxide fuel cell assembly according to any one of claims 4 to 6, wherein an end portion is integrated with and communicated with one or a plurality of the fuel gas cases. .

本発明の請求項１記載の発明によれば、ハウジング内に、複数の固体電解質形燃料電池セルを電気的に接続したセルスタックと、該セルスタックの各燃料電池セルに燃料ガスを供給するべく該燃料電池セルを装着した燃料ガスケースと、該燃料ガスケースに付設されたガス導入手段とを有する固体電解質形燃料電池組立体に於いて、前記燃料ガスケース内に改質触媒を配設してなる固体電解質形燃料電池組立体を提供するので、燃料ガスケース中に改質触媒を配設することでモジュール内に改質部の占有するスペースが不要となり、モジュールを小型化できるため、モジュール表面からの放熱量を減少することができ、結果として熱自立が容易となる。又、運転時に最大の熱源となる燃料電池セルのすぐ近傍に改質触媒が設置されている為、改質に必要となる熱量を、非常に少ないロスで利用する事ができる。従って、放熱を抑えることができると共に、高転化率を得られる改質器構造をもち高効率発電が可能となる固体電解質形燃料電池組立体を提供できる。
又、前記燃料ガスケースは、仕切板によって前記セルスタック側に形成される一室と他室とから成る二室に仕切られ、且つ、両室が前記仕切板に設けられた連通孔により一部連通するように形成され、前記セルスタック側の前記一室が改質ガス流路となり、前記他室が前記改質触媒の収納部となり、前記他室の一端側に前記被改質ガスを供給する前記ガス導入手段が設けられ、前記他室の他端側における前記仕切板に前記連通孔が設けられているので、燃料ガスケース内は触媒層と改質ガス流路層の二層構造を持ち、両層は仕切板によって仕切られていることにより、各セルへの供給ガス組成を均一化することができると共に、仕切り板を介した触媒と改質ガスの熱交換により触媒層の過剰な温度分布を緩和できる。
即ち、仕切り板によって、全ガスを同一条件にそろえた上でセルへ供給することができ、又、仕切り板を介して改質ガスと触媒の熱交換を行う事で、特に触媒入口部でのガスの熱伝達と吸熱反応による温度低下を防ぎ、セルスタック内の温度分布を緩和できる。
According to the first aspect of the present invention, a cell stack in which a plurality of solid oxide fuel cells are electrically connected in a housing, and fuel gas is supplied to each fuel cell of the cell stack. In a solid oxide fuel cell assembly having a fuel gas case equipped with the fuel cell and a gas introducing means attached to the fuel gas case, a reforming catalyst is disposed in the fuel gas case. Since the solid oxide fuel cell assembly is provided, the space occupied by the reforming unit is not required in the module by disposing the reforming catalyst in the fuel gas case, and the module can be downsized. The amount of heat released from the surface can be reduced, and as a result, thermal independence is facilitated. Further, since the reforming catalyst is installed in the immediate vicinity of the fuel battery cell that is the largest heat source during operation, the amount of heat required for reforming can be utilized with very little loss. Therefore, it is possible to provide a solid oxide fuel cell assembly which can suppress heat dissipation and has a reformer structure capable of obtaining a high conversion rate and capable of high-efficiency power generation.
The fuel gas case is partitioned by a partition plate into two chambers consisting of one chamber formed on the cell stack side and another chamber, and both chambers are partially formed by communication holes provided in the partition plate. The one chamber on the cell stack side is formed as a reformed gas flow path, the other chamber is a storage portion for the reforming catalyst, and the reformed gas is supplied to one end side of the other chamber. The gas introduction means is provided, and the communication hole is provided in the partition plate on the other end side of the other chamber, so that the fuel gas case has a two-layer structure of a catalyst layer and a reformed gas flow path layer. The two layers are separated by a partition plate, so that the composition of the gas supplied to each cell can be made uniform, and the catalyst layer can be excessively exchanged by heat exchange between the catalyst and the reformed gas through the partition plate. The temperature distribution can be relaxed.
That is, the partition plate can supply all the gases to the same condition and supply heat to the cell, and the heat exchange between the reformed gas and the catalyst can be performed through the partition plate, particularly at the catalyst inlet. The temperature drop due to heat transfer and endothermic reaction of gas can be prevented, and the temperature distribution in the cell stack can be relaxed.

請求項２記載の発明によれば、上記燃料電池セルの上記燃料ガスケースへの装着部分がガラスによってガスシールされているので、請求項１に記載の発明の効果に加え、高温時に於けるガスシールが確実に行なえると共に、ガラスシール部近傍で改質による吸熱反応をさせる事で燃料電池セルの常用使用温度を低下させて、過昇温によるガラス軟化、ガスリークを防止できる。 According to the second aspect of the present invention, since the portion where the fuel cell is mounted on the fuel gas case is gas-sealed with glass, in addition to the effect of the first aspect, the gas at a high temperature can be obtained. Sealing can be surely performed, and an endothermic reaction by reforming is performed in the vicinity of the glass seal portion, so that the normal use temperature of the fuel cell can be lowered, and glass softening and gas leakage due to excessive temperature rise can be prevented.

請求項３記載の発明によれば、上記燃料ガスケースは金属製燃料ガスケースであるので、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、運転時は外部から熱を受けることで反応が進む水蒸気改質法を用いる為、改質部は温度低下が発生し、これにより、従来、燃料ガス室としてのみ機能していた金属燃料ガスケースの温度を従来よりも低下させることができるため、金属部材外表面で進行する酸化による劣化を抑制し、金属製燃料ガスケースの寿命を延長する事ができる。 According to the invention described in claim 3, since the fuel gas case is a metal fuel gas case, in addition to the effect of the invention described in claim 1 or 2, the reaction is caused by receiving heat from outside during operation. Because the steam reforming method is used, a temperature drop occurs in the reforming section, which can lower the temperature of the metal fuel gas case, which conventionally functions only as a fuel gas chamber, Deterioration due to oxidation that proceeds on the outer surface of the metal member can be suppressed, and the life of the metal fuel gas case can be extended.

請求項４記載の発明によれば、上記ハウジング内に予備改質を行なうための予備改質触媒を収納する予備改質触媒収納ケースが配設されており、該予備改質触媒収納ケース内を通過した燃料ガスが上記燃料ガスケースに供給されるように構成されているので、請求項１乃至３のうちいずれかに記載の発明の効果に加え、プレリフォーマーとなる予備改質触媒を収納する予備改質触媒収納ケースを設置し、炭素数の多い炭化水素を安定性の高いメタンへ改質することで、予備改質触媒収納ケースから高温の燃料ガス室内の改質部へメタンを供給することができ、炭素数の多い炭化水素から発生しやすい熱分解性炭素析出を防止することができる。
According to the invention of claim 4, a pre-reforming catalyst storage case for storing a pre-reforming catalyst for performing pre-reforming is disposed in the housing, and the pre-reforming catalyst storage case is disposed inside the housing. Since the fuel gas that has passed through is configured to be supplied to the fuel gas case, in addition to the effects of the invention according to any one of claims 1 to 3 , a pre-reformer catalyst that serves as a pre-reformer is accommodated. A pre-reforming catalyst storage case is installed, and methane is supplied from the pre-reforming catalyst storage case to the reforming section in the high-temperature fuel gas chamber by reforming hydrocarbons with a large number of carbon atoms into highly stable methane. It is possible to prevent thermal decomposable carbon deposition that is likely to occur from hydrocarbons having a large number of carbon atoms.

又、プレリフォームを行なうために、ある程度の温度を有する位置を燃料ガスもしくは改質ガスが通過するため、ガスが予熱されて、燃料ガス室内の改質部の温度を更に上昇させることが可能となり、高転化率の改質ガスをセルスタックへ供給できると共に、予備改質触媒収納ケースの予備改質によってセル自体の温度低下を軽減できるため、更なる高効率発電が可能となる。 Further, since the fuel gas or the reformed gas passes through a position having a certain temperature for the pre-reform, the gas is preheated so that the temperature of the reforming portion in the fuel gas chamber can be further increased. In addition, the reformed gas having a high conversion rate can be supplied to the cell stack, and the temperature reduction of the cell itself can be reduced by the pre-reforming of the pre-reforming catalyst storage case, so that further high-efficiency power generation is possible.

更に、中心部温度過剰による熱暴走を予備改質触媒収納ケースの改質の吸熱、及び、水気化熱にて防止することができる。 Furthermore, thermal runaway due to excessive temperature at the center can be prevented by heat absorption during reforming of the preliminary reforming catalyst storage case and heat of water vaporization.

請求項５記載の発明によれば、上記予備改質触媒収納ケースが上記燃料電池セル先端近傍のセルオフガス燃焼排気に晒される位置に配置されているので、請求項４記載の発明の効果に加え、予備改質触媒収納ケースは従来の燃焼部近傍に設置した上部改質器を兼用できると共に、予備改質触媒収納ケースがセルオフガス燃焼排気に晒されて予備改質触媒収納ケース内にて予備改質が行なわれ、且つ、改質ガスが燃料ガスケースまでのガス流路でセルからの輻射熱を受けて更に予熱されて燃料ガスケース内の改質部に供給され改質反応を行う為、より高転化率の改質ガスをセルへ供給することができる。
According to the invention described in claim 5 , since the preliminary reforming catalyst storage case is disposed at a position exposed to the cell off gas combustion exhaust near the tip of the fuel cell, in addition to the effect of the invention described in claim 4 , The pre-reforming catalyst storage case can also be used as an upper reformer installed in the vicinity of the conventional combustion section, and the pre-reforming catalyst storage case is exposed to cell off gas combustion exhaust and pre-reformed in the pre-reforming catalyst storage case. And the reformed gas receives radiant heat from the cell in the gas flow path to the fuel gas case, and is further preheated and supplied to the reforming section in the fuel gas case to perform the reforming reaction. A reformed reformed gas can be supplied to the cell.

これにより、内部改質によるセル自体の温度低下を軽減できるため、従来の上部改質器だけの場合に比べてより高効率発電を行う事ができる。 Thereby, since the temperature drop of the cell itself due to internal reforming can be reduced, higher efficiency power generation can be performed as compared with the case of only the conventional upper reformer.

又、部分酸化による起動を行う場合、炭化水素と所定比の空気を混合した混合ガスを予備改質触媒収納ケース、燃料ガスケース、セルスタックを介した後燃焼させることでモジュールの昇温を開始するが、燃焼部に予備改質触媒収納ケースが設置されているため、燃料ガスケースの改質部より先に予備改質触媒収納ケースが加熱され、部分酸化反応の反応開始点が予備改質触媒収納ケース部になり、燃料ガスケースに於いて部分酸化反応が生じないので、セルスタック、ガラスシール部の劣化を低減できる。 In addition, when starting up by partial oxidation, the temperature of the module starts to rise by burning the mixed gas, which is a mixture of hydrocarbon and air at a predetermined ratio, through the pre-reforming catalyst storage case, fuel gas case, and cell stack. However, since the pre-reforming catalyst storage case is installed in the combustion part, the pre-reforming catalyst storage case is heated before the reforming part of the fuel gas case, and the reaction start point of the partial oxidation reaction is pre-reforming. Since it becomes a catalyst storage case part and a partial oxidation reaction does not occur in the fuel gas case, deterioration of the cell stack and the glass seal part can be reduced.

請求項６記載の発明によれば、上記予備改質触媒収納ケースが上記セルスタックの側部近傍に配置されているので、請求項４又は５記載の発明の効果に加え、予備改質触媒収納ケース内の予備改質触媒はセルスタック側部近傍に於いて輻射熱を受け、予備改質を行うことができると共に、予備改質触媒収納ケースから排出される改質ガスが燃料ガスケースまでのガス流路でセルからの輻射熱を受け更に予熱されて燃料ガスケースの改質部に供給され改質反応が行われる為、より高転化率の改質ガスをセルへ供給することができる。
According to the invention described in claim 6 , since the preliminary reforming catalyst storage case is disposed in the vicinity of the side portion of the cell stack, the preliminary reforming catalyst storage is added to the effect of the invention of claim 4 or 5. The pre-reforming catalyst in the case receives radiant heat in the vicinity of the side of the cell stack and can perform pre-reforming, and the reformed gas discharged from the pre-reforming catalyst storage case is the gas to the fuel gas case. The radiant heat from the cell is received in the flow path and further preheated and supplied to the reforming portion of the fuel gas case to perform the reforming reaction, so that the reformed gas having a higher conversion rate can be supplied to the cell.

これにより、内部改質によるセル自体の温度低下を軽減できるため、上部改質器だけの場合に比べてより高効率発電を行う事ができる。 Thereby, since the temperature drop of the cell itself due to internal reforming can be reduced, more efficient power generation can be performed as compared with the case of only the upper reformer.

又、部分酸化による起動を行う場合、炭化水素と所定比の空気を混合した混合ガスを予備改質触媒収納ケース、燃料ガスケース、セルスタックを介した後燃焼させることでモジュールの昇温を開始するが、セルスタック側部近傍に予備改質触媒収納ケースが設置されているため、燃料ガスケースの改質部より先に予備改質触媒収納ケースが加熱され、部分酸化反応の反応開始点が予備改質触媒収納ケース部になり、燃料ガスケースに於いて部分酸化反応が生じないので、セルスタック、ガラスシール部の劣化を低減できる。 In addition, when starting up by partial oxidation, the temperature of the module starts to rise by burning the mixed gas, which is a mixture of hydrocarbon and air at a predetermined ratio, through the pre-reforming catalyst storage case, fuel gas case, and cell stack. However, since the pre-reforming catalyst storage case is installed near the cell stack side, the pre-reforming catalyst storage case is heated before the reforming part of the fuel gas case, and the reaction start point of the partial oxidation reaction is Since it becomes the pre-reforming catalyst storage case part and the partial oxidation reaction does not occur in the fuel gas case, the deterioration of the cell stack and the glass seal part can be reduced.

請求項７記載の発明によれば、上記予備改質触媒収納ケースは、上記セルスタックに沿って設けられており、その一端にはガス導入手段が接続され、且つ、該予備改質触媒収納ケースの他端部が、１又は複数の上記燃料ガスケースと一体化され連通しているので、請求項４乃至６のうちいずれかに記載の発明の効果に加え、発電中最も高温となるセル近傍に予備改質触媒収納ケースを設置することで、高転化率の改質ガスを得ることができるため、高効率発電が可能となる。
According to the seventh aspect of the present invention, the preliminary reforming catalyst storage case is provided along the cell stack, a gas introducing means is connected to one end of the preliminary reforming catalyst storage case, and the preliminary reforming catalyst storage case In addition to the effect of the invention according to any one of claims 4 to 6 , in addition to the effect of the invention according to any one of claims 4 to 6 , the other end of the cell is integrated with and communicated with one or more of the fuel gas cases By installing the preliminary reforming catalyst storage case, a reformed gas with a high conversion rate can be obtained, so that highly efficient power generation becomes possible.

又、予備改質触媒収納ケースを燃料ガスケースと一体化し、連通させることにより、配管の取り回しが無い簡便な構造とし製造コストを安くすることができる。 Further, by integrating the preliminary reforming catalyst storage case with the fuel gas case so as to communicate with each other, it is possible to reduce the manufacturing cost with a simple structure without piping.

更に又、ガス導入手段が上方となるように予備改質触媒収納ケースを設置すれば、ガス供給系を上方から下方へのダウンフローとすることで、水供給時の気化不良を防止し炭素析出の虞が無い改質器構造とすることができる。 Furthermore, if the pre-reforming catalyst storage case is installed so that the gas introduction means is on the upper side, the gas supply system has a downward flow from the upper side to the lower side, thereby preventing vaporization failure during water supply and carbon deposition. Thus, the reformer structure can be obtained.

そして、前記予備改質触媒収納ケースは、上方から触媒を充填する構造とすれば、触媒が重力の作用を受けて円滑に充填され、触媒充填不良を未然に防ぐことができる。 If the preliminary reforming catalyst storage case has a structure in which the catalyst is filled from above, the catalyst is smoothly filled under the action of gravity, and the catalyst filling failure can be prevented beforehand.

又、前記予備改質触媒収納ケースは、縦置き型改質器として触媒充填をセルスタック製造工程の最後に行うことができるため、セルスタックのガラスシール工程などの高温酸化雰囲気に触媒を晒すことが無く、触媒寿命を長くすることができる。 Further, since the preliminary reforming catalyst storage case can be charged at the end of the cell stack manufacturing process as a vertical type reformer, the catalyst is exposed to a high temperature oxidizing atmosphere such as a glass sealing process of the cell stack. The life of the catalyst can be extended.

更に又、モジュールの系外へ供給口を延出させることにより、触媒交換することも可能になる。 Furthermore, the catalyst can be replaced by extending the supply port outside the module system.

そして、部分酸化による起動時も燃焼部に近い触媒入口近傍から反応が開始されるため、触媒全体が高温の発熱反応に晒されることがなくなり触媒寿命を延長できる。 In addition, since the reaction is started from the vicinity of the catalyst inlet close to the combustion portion even at the time of starting by partial oxidation, the entire catalyst is not exposed to a high temperature exothermic reaction, and the catalyst life can be extended.

以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図１及び図２に於いて、１は、本発明の固体電解質形燃料電池組立体を示し、固体電解質形燃料電池組立体１は、略直方体形状のハウジング２を具備し、このハウジング２の６個の壁面の外面には適宜の断熱材から形成された断熱壁（遮熱部材）３〜８、即ち、上断熱壁３、下断熱壁４、右側断熱壁５、左側断熱壁６、前断熱壁７及び後断熱壁８が配設されている。そして、ハウジング２内に発電・燃焼室９が規定されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings showing examples.
1 and 2, reference numeral 1 denotes a solid oxide fuel cell assembly of the present invention. The solid electrolyte fuel cell assembly 1 includes a housing 2 having a substantially rectangular parallelepiped shape. Heat insulation walls (heat shield members) 3 to 8 formed of appropriate heat insulating materials on the outer surfaces of the individual wall surfaces, that is, the upper heat insulating wall 3, the lower heat insulating wall 4, the right heat insulating wall 5, the left heat insulating wall 6, and the front heat insulating material A wall 7 and a rear heat insulating wall 8 are disposed. A power generation / combustion chamber 9 is defined in the housing 2.

前記ハウジング２内の上端部には空気室（ガス室）１０が配設されている。空気室１０は上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース１１内に規定されている。 An air chamber (gas chamber) 10 is disposed at the upper end in the housing 2. The air chamber 10 is defined in a rectangular parallelepiped case 11 having a relatively small vertical dimension.

空気室１０には、発電・燃焼室９に向かって空気（酸素含有ガス）を送り込むための空気導入管（ガス供給手段）１２，１２…の上端が連通している。 The air chamber 10 communicates with the upper ends of air introduction pipes (gas supply means) 12, 12... For sending air (oxygen-containing gas) toward the power generation / combustion chamber 9.

空気導入管１２，１２…は、セルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄ間に配置されており、セルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄの下端部近傍に於いて開口し、この開口部から空気が噴出する構造となっている。 The air introduction pipes 12, 12... Are arranged between the cell stacks 13a, 13b, 13c and 13d, and open near the lower ends of the cell stacks 13a, 13b, 13c and 13d. It has a structure that erupts.

空気室１０には、低温ガス供給管１４が設けられており、この低温ガス供給管１４は、上断熱壁３を貫通し、外部に延設されている。 The air chamber 10 is provided with a low-temperature gas supply pipe 14, and the low-temperature gas supply pipe 14 penetrates the upper heat insulating wall 3 and extends to the outside.

この低温ガス供給管１４は、空気室１０内に供給されるガスと同一種、即ち、低温の空気を空気室１０内に供給するものであり、低温ガス供給管１４により供給される空気は、予熱された空気の温度よりも低温である必要がある。好適には、室温程度が望ましい。 The low-temperature gas supply pipe 14 supplies the same type of gas as that supplied into the air chamber 10, that is, low-temperature air into the air chamber 10, and the air supplied through the low-temperature gas supply pipe 14 is It must be cooler than the temperature of the preheated air. Preferably, about room temperature is desirable.

低温ガス供給管１４は、発電ユニット１５ａ，１５ｂ，１５ｃ及び１５ｄから成る発電ユニット集合体２１の中央部を冷却するように空気室１０の上板に接続され、空気室１０内に開口している。 The low temperature gas supply pipe 14 is connected to the upper plate of the air chamber 10 so as to cool the central portion of the power generation unit assembly 21 composed of the power generation units 15 a, 15 b, 15 c and 15 d, and opens into the air chamber 10. .

前記ハウジング２の両側部、即ち、右側断熱壁５の内側及び左側断熱壁６の内側には、夫々、平板形状の熱交換器２２，２２が配設されている。熱交換器２２，２２の各々は実質上鉛直に延在する中空平板状のケース２３から構成されている。 Flat heat exchangers 22 and 22 are disposed on both sides of the housing 2, that is, on the inner side of the right heat insulating wall 5 and the inner side of the left heat insulating wall 6, respectively. Each of the heat exchangers 22 and 22 includes a hollow plate-like case 23 that extends substantially vertically.

かかるケース２３内にはその横方向中間に位置する仕切板２４が配設されており、ケース２３内は内側に位置する排出路２５と外側に位置する流入路２６とに区画されている。排出路２５内には流路をジグザクに形成すべく上下方向に間隔を於いて３枚の仕切壁２７〜２９が配置されている。流入路２６も同様にジグザグの流路が形成されている。 A partition plate 24 positioned in the middle in the lateral direction is disposed in the case 23, and the case 23 is partitioned into a discharge path 25 positioned on the inner side and an inflow path 26 positioned on the outer side. Three partition walls 27 to 29 are arranged in the discharge path 25 at intervals in the vertical direction so as to form the flow path in a zigzag manner. The inflow path 26 is similarly formed with a zigzag flow path.

前記ケース２３の内側壁の上端部には排出開口３０が形成されており、排出路２５は排出開口３０を介して発電・燃焼室９と連通せしめられている。 A discharge opening 30 is formed at the upper end of the inner wall of the case 23, and the discharge path 25 is communicated with the power generation / combustion chamber 9 through the discharge opening 30.

又、図示の実施形態に於いては、熱交換器２２の各々の発電・燃焼室９側、即ち、発電ユニット集合体２１側、及び、発電ユニット集合体２１の上下には、蓄熱材から成る蓄熱壁（遮熱部材）３１〜３６が配置されている。 In the illustrated embodiment, each of the heat exchangers 22 is composed of a heat storage material on the power generation / combustion chamber 9 side, that is, on the power generation unit assembly 21 side and on the top and bottom of the power generation unit assembly 21. Heat storage walls (heat shield members) 31 to 36 are arranged.

即ち、右側蓄熱壁３１、左側蓄熱壁３２、前蓄熱壁３３及び後蓄熱壁３４、下蓄熱壁３５、上蓄熱壁３６が、発電ユニット集合体２１を取り囲むように配設されている。 That is, the right heat storage wall 31, the left heat storage wall 32, the front heat storage wall 33 and the rear heat storage wall 34, the lower heat storage wall 35, and the upper heat storage wall 36 are disposed so as to surround the power generation unit assembly 21.

かかる右側蓄熱壁３１、左側蓄熱壁３２の上部には、排出開口３０の下縁と実質上同高に位置して開口する開口部４１が形成されており、排出開口３０は開口部４１を通して発電・燃焼室９に連通せしめられている。 An opening 41 is formed in the upper part of the right heat storage wall 31 and the left heat storage wall 32 so as to be located at substantially the same height as the lower edge of the discharge opening 30. The discharge opening 30 generates power through the opening 41. -It is connected to the combustion chamber 9.

前記ケース２３の上壁における外側部には流入開口４２が形成されており、流入路２６はかかる流入開口４２を介して空気室１０に連通せしめられている。 An inflow opening 42 is formed on the outer side of the upper wall of the case 23, and the inflow passage 26 is communicated with the air chamber 10 through the inflow opening 42.

熱交換器２２，２２、流入開口４２，４２は、ガス供給流路を構成している。流入路２６の各々の後方には上下方向に細長く延びる二重筒体４３（図１にその上端部のみを図示している）が配設されており、かかる二重筒体４３は外側筒部材４４と内側筒部材４５とから構成されている。排出路２５の下端部は外側筒部材４４と内側筒部材４５との間に規定されている排出路（図示せず）の下端部に接続されており、流入路２６の下端部は内側筒部材４５内に規定されている流入路（図示せず）に接続されている。 The heat exchangers 22 and 22 and the inflow openings 42 and 42 constitute a gas supply channel. A double cylindrical body 43 (only the upper end portion is shown in FIG. 1) extending in the vertical direction is disposed behind each of the inflow passages 26. The double cylindrical body 43 is an outer cylindrical member. 44 and an inner cylindrical member 45. The lower end of the discharge path 25 is connected to the lower end of a discharge path (not shown) defined between the outer cylinder member 44 and the inner cylinder member 45, and the lower end of the inflow path 26 is the inner cylinder member. 45 is connected to an inflow passage (not shown) defined in 45.

上述した発電・燃焼室９の下部には４個の発電ユニット１５ａ，１５ｂ，１５ｃ及び１５ｄが配置されている。発電ユニット１５ａ，１５ｂ，１５ｃ及び１５ｄは、夫々、前述した空気導入管１２，１２…間に位置せしめられている。 Four power generation units 15a, 15b, 15c and 15d are arranged in the lower part of the power generation / combustion chamber 9 described above. The power generation units 15a, 15b, 15c and 15d are respectively positioned between the air introduction pipes 12, 12.

発電ユニット１５ａ，１５ｂ，１５ｃ及び１５ｄは、図３及び図４に示す如く、前後方向（図に於いて左右方向）に細長く延びる直方体形状のマニホールドとなる合金製を含む金属製の燃料ガスケース４７ａ，４７ｂ，４７ｃ及び４７ｄを具備している。 As shown in FIGS. 3 and 4, the power generation units 15a, 15b, 15c, and 15d are made of a metal fuel gas case 47a including an alloy that is a rectangular parallelepiped manifold extending in the front-rear direction (left-right direction in the figure). , 47b, 47c and 47d.

そして、図５に示す如く、前記燃料ガスケース４７ａによって規定される燃料ガス室４８の内部は、仕切板４９によって前記セルスタック１３ａ側に形成される一室と他室とから成る二室（図５に於いて上室と下室）に仕切られ、セルスタック１３ａ側の一室が改質ガス流路５０となり、他室が改質触媒５１を収納する改質触媒収納部５２となるように構成され、改質触媒収納部５２内に改質触媒５１が配設されている。 As shown in FIG. 5, the interior of the fuel gas chamber 48 defined by the fuel gas case 47a is divided into two chambers (one figure) formed by a partition plate 49 on the cell stack 13a side and one chamber (see FIG. 5). 5 is divided into an upper chamber and a lower chamber), and one chamber on the cell stack 13a side becomes the reformed gas flow path 50, and the other chamber becomes the reforming catalyst storage portion 52 for storing the reforming catalyst 51. The reforming catalyst 51 is arranged in the reforming catalyst storage unit 52.

そして、改質ガス流路５０と、改質触媒収納部５２とは、連通孔５３を介して連通しており、連通孔５３には耐熱性通気部材５４が配設される。又、改質触媒収納部５２のガス供給口５５にも耐熱性通気部材５４が配設される。 The reformed gas flow path 50 and the reforming catalyst storage portion 52 communicate with each other through a communication hole 53, and a heat-resistant ventilation member 54 is disposed in the communication hole 53. A heat-resistant ventilation member 54 is also disposed in the gas supply port 55 of the reforming catalyst storage unit 52.

又、図３に示す他の燃料ガスケース４７ｂ，４７ｃ及び４７ｄも同様に構成される。更に、燃料ガスケース４７ａ，４７ｂ，４７ｃ及び４７ｄの上面上にはセルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄを構成する上下方向に細長く延びる直立の燃料電池セル６２，６２…が図５に示すガラス６１によってガスシールされて装着されている。そして、燃料電池セル６２，６２…が燃料ガスケース４７ａ，４７ｂ，４７ｃ及び４７ｄの上面上の長手方向に夫々複数個縦列配置され、且つ、電気的に接続されてセルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄが構成されている。 The other fuel gas cases 47b, 47c and 47d shown in FIG. Further, on the upper surfaces of the fuel gas cases 47a, 47b, 47c and 47d, the upright fuel cell cells 62, 62... Constituting the cell stacks 13a, 13b, 13c and 13d are elongated in the vertical direction. It is fitted with a gas seal. .. Are arranged in the longitudinal direction on the upper surfaces of the fuel gas cases 47a, 47b, 47c and 47d, and are electrically connected to each other to form cell stacks 13a, 13b, 13c and 13d is configured.

燃料電池セル６２の各々は、図６に図示する如く、電極支持基板６３、内側電極層である燃料極層６４、固体電解質層６５、外側電極層である酸素極層６６、及びインターコネクタ６７から構成されている。 As shown in FIG. 6, each of the fuel cells 62 includes an electrode support substrate 63, a fuel electrode layer 64 that is an inner electrode layer, a solid electrolyte layer 65, an oxygen electrode layer 66 that is an outer electrode layer, and an interconnector 67. It is configured.

電極支持基板６３は上下方向に細長く延びる柱状の板状片であり、その断面形状は例えば略長円形状に形成されている。電極支持基板６３にはこれを鉛直方向に貫通する複数個（図示の場合は６個）の燃料ガス通路６８，６８…が形成されている。電極支持基板６３の各々は図５に示す燃料ガスケース４７ａ（又は、４７ｂ，４７ｃ及び４７ｄ）の上壁上に、前述したように前記ガラス６１によってガスシールされ、更に、例えば耐熱性に優れたセラミック接着剤によって接合される。 The electrode support substrate 63 is a columnar plate-like piece that is elongated in the vertical direction, and its cross-sectional shape is formed, for example, in a substantially oval shape. A plurality (six in the illustrated example) of fuel gas passages 68, 68... Penetrating through the electrode support substrate 63 in the vertical direction are formed. Each of the electrode support substrates 63 is gas-sealed by the glass 61 on the upper wall of the fuel gas case 47a (or 47b, 47c and 47d) shown in FIG. 5 as described above, and further, for example, has excellent heat resistance. Joined by ceramic adhesive.

燃料ガスケース４７ａの上壁には前後方向（図５に於いて左右方向）に間隔を於いて左右方向（図５に於いて紙面に垂直方向）に延びる複数個のスリット（図示せず）が形成されており、電極支持基板６３の各々に形成されている燃料ガス通路６８がスリットを介して燃料ガスケース４７ａの燃料ガス室４８の改質ガス流路５０に連通している。 The upper wall of the fuel gas case 47a has a plurality of slits (not shown) extending in the left-right direction (perpendicular to the paper surface in FIG. 5) at intervals in the front-rear direction (left-right direction in FIG. 5). The fuel gas passage 68 formed in each of the electrode support substrates 63 communicates with the reformed gas flow path 50 of the fuel gas chamber 48 of the fuel gas case 47a through a slit.

前記インターコネクタ６７は電極支持基板６３の片面（図６に於いて電極支持基板６３の上面）上に配設されている。 The interconnector 67 is disposed on one surface of the electrode support substrate 63 (the upper surface of the electrode support substrate 63 in FIG. 6).

燃料極層６４は電極支持基板６３の他面（図６に於いて電極支持基板６３の下面）及び両側面に配設されており、その両端はインターコネクタ６７の両端に接合せしめられている。 The fuel electrode layer 64 is disposed on the other surface (the lower surface of the electrode support substrate 63 in FIG. 6) and both side surfaces of the electrode support substrate 63, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 67.

固体電解質層６５は燃料極層６４の全体を覆うように配設され、その両端はインターコネクタ６７の両端に接合せしめられている。 The solid electrolyte layer 65 is disposed so as to cover the entire fuel electrode layer 64, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 67.

酸素極層６６は、固体電解質層６５の主部に接し、即ち、図６に於いて固体電解質層６５の下面に接して配置され、電極支持基板６３を挟んでインターコネクタ６７に対向するように配置されている。 The oxygen electrode layer 66 is disposed in contact with the main part of the solid electrolyte layer 65, that is, in contact with the lower surface of the solid electrolyte layer 65 in FIG. 6, and faces the interconnector 67 with the electrode support substrate 63 interposed therebetween. Has been placed.

セルスタック１３ａにおける隣接する燃料電池セル６２間には集電部材６９が配設されており、一方の燃料電池セル６２のインターコネクタ６７と他方の隣接する燃料電池セル６２の酸素極層６６とを接続している。 A current collecting member 69 is disposed between adjacent fuel cells 62 in the cell stack 13a, and an interconnector 67 of one fuel cell 62 and an oxygen electrode layer 66 of the other adjacent fuel cell 62 are connected. Connected.

セルスタック１３ａの両端、即ち、図６に於いて上端及び下端に位置する燃料電池セル６２の片面及び他面にも集電部材６９が配設されている。セルスタック１３ａの両端に位置する集電部材６９，６９には電力取出手段（図示せず）が接続されており、かかる電力取出手段は図２に示すハウジング２の前断熱壁７、後断熱壁８、又は図１に示す下断熱壁４を通してハウジング２外に延在せしめられている。尚、他のセルスタック１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄについても同様に構成される。 Current collecting members 69 are disposed on both ends of the cell stack 13a, that is, on one side and the other side of the fuel cell 62 located at the upper end and the lower end in FIG. Electric power extraction means (not shown) is connected to the current collecting members 69, 69 located at both ends of the cell stack 13a, and the electric power extraction means are the front heat insulation wall 7 and the rear heat insulation wall of the housing 2 shown in FIG. 8 or through the lower heat insulating wall 4 shown in FIG. The other cell stacks 13b, 13c and 13d are similarly configured.

図３を参照して更に説明を続けると、発電ユニット１５ａは、セルスタック１３ａの上方を前後方向に細長く延びる長方体形状（或いは円筒形状）であるのが好都合である予備改質触媒収納ケース７０ａを具備している。 If the explanation is further continued with reference to FIG. 3, the pre-reforming catalyst storage case is advantageous in that the power generation unit 15a has a rectangular shape (or cylindrical shape) extending in the longitudinal direction above the cell stack 13a. 70a.

予備改質触媒収納ケース７０ａは、燃料電池セル６２，６２…先端（図３に於いて上端）近傍のセルオフガス燃焼排気に晒される位置に配置されている。即ち、セルスタック１３ａ上端近傍に配置され、セルスタック１３ａ上端から流動した燃料ガス及び空気による燃焼排気に晒されるように配置されている。 The pre-reforming catalyst storage case 70a is disposed at a position where it is exposed to the cell off gas combustion exhaust gas in the vicinity of the fuel cell 62, 62... (The upper end in FIG. 3). That is, it is arranged near the upper end of the cell stack 13a, and is arranged so as to be exposed to the combustion exhaust gas and air flowing from the upper end of the cell stack 13a.

予備改質触媒収納ケース７０ａの前面には燃料ガス送給管７１ａ（ガス導出手段）の上端が接続されている。 The upper end of a fuel gas supply pipe 71a (gas outlet means) is connected to the front surface of the preliminary reforming catalyst storage case 70a.

燃料ガス送給管７１ａは下方に延び、次いで湾曲して後方に延び、燃料ガス送給管７１ａの他端は前記燃料ガスケース４７ａの前面に接続されている。従って、前記予備改質触媒収納ケース７０ａは、燃料ガスケース４７ａの上流に配設されている。予備改質触媒収納ケース７０ａの後面には被改質ガス供給管７２ａ（ガス導入手段）の一端が接続されている。被改質ガス供給管７２ａは予備改質触媒収納ケース７０ａから下方に延び、ハウジング２の下を通ってハウジング２外に延出している。 The fuel gas supply pipe 71a extends downward, then curves and extends rearward, and the other end of the fuel gas supply pipe 71a is connected to the front surface of the fuel gas case 47a. Therefore, the preliminary reforming catalyst storage case 70a is disposed upstream of the fuel gas case 47a. One end of a reformed gas supply pipe 72a (gas introduction means) is connected to the rear surface of the preliminary reforming catalyst storage case 70a. The reformed gas supply pipe 72 a extends downward from the preliminary reforming catalyst storage case 70 a, passes under the housing 2, and extends out of the housing 2.

被改質ガス供給管７２ａは都市ガス等の炭化水素ガスで良い被改質ガス供給源７３に接続されており、被改質ガス供給管７２ａを介して予備改質触媒収納ケース７０ａに被改質ガスが供給される。予備改質触媒収納ケース７０ａ内には原料ガスを安定性の高いメタンへ改質するための適宜の予備改質触媒（図示せず）が収容されている。 The to-be-reformed gas supply pipe 72a is connected to a to-be-reformed gas supply source 73 which may be a hydrocarbon gas such as city gas, and is reformed to the preliminary reforming catalyst storage case 70a through the to-be-reformed gas supply pipe 72a. Quality gas is supplied. An appropriate preliminary reforming catalyst (not shown) for reforming the raw material gas into highly stable methane is accommodated in the preliminary reforming catalyst storage case 70a.

図示の実施形態に於いては、予備改質触媒収納ケース７０ａは燃料ガス送給管７１ａを介して燃料ガスケース４７ａに接続され、これによって所要位置に保持されている。 In the illustrated embodiment, the preliminary reforming catalyst storage case 70a is connected to the fuel gas case 47a via the fuel gas supply pipe 71a, and is thereby held in a required position.

改質ガスは予備改質触媒収納ケース７０ａから燃料ガス送給管７１ａを通して燃料ガスケース４７ａへと供給される。 The reformed gas is supplied from the preliminary reforming catalyst storage case 70a to the fuel gas case 47a through the fuel gas supply pipe 71a.

発電ユニット１５ｃは前述した発電ユニット１５ａと実質上同一構成であり、発電ユニット１５ｂ及び１５ｄは、発電ユニット１５ａ及び１５ｃに対して前後方向が逆に配置されている。 The power generation unit 15c has substantially the same configuration as the above-described power generation unit 15a, and the power generation units 15b and 15d are arranged in the front-rear direction opposite to the power generation units 15a and 15c.

従って予備改質触媒収納ケース７０ｂ及び７０ｄと燃料ガスケース４７ｂ及び４７ｄとを接続する燃料ガス送給管７１ｂ及び７１ｄが後側に配置され、被改質ガス供給管７２ｂ及び７２ｄが予備改質触媒収納ケース７０ｂ及び７０ｄから下方に延び、ハウジング２の下を通ってハウジング２外に延出し、被改質ガスを供給する被改質ガス供給源７３に接続されている。 Accordingly, the fuel gas supply pipes 71b and 71d connecting the preliminary reforming catalyst storage cases 70b and 70d and the fuel gas cases 47b and 47d are arranged on the rear side, and the reformed gas supply pipes 72b and 72d are the preliminary reforming catalyst. The storage cases 70b and 70d extend downward, extend under the housing 2 to the outside of the housing 2, and are connected to a reformed gas supply source 73 that supplies the reformed gas.

而して、この被改質ガス供給源７３により、被改質ガスが被改質ガス供給管７２a，７２ｂ，７２ｃ及び７２ｄに所定圧力で供給されると、被改質ガスは被改質ガス供給管７２ａ，７２ｂ，７２ｃ及び７２ｄを介して予備改質触媒収納ケース７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び７０ｄに供給され、予備改質触媒収納ケース７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び７０ｄ内に於いて安定性の高いメタンへ改質された後に、燃料ガス送給管７１ａ，７１ｂ，７１ｃ及び７１ｄを通して燃料ガスケース４７ａ、４７ｂ、４７ｃ及び４７ｄ内に規定されている燃料ガス室４８，４８…に供給され、改質触媒収納部５２，５２…に於いて改質触媒収納部５２，５２…に収納される改質触媒５１，５１…によって更に水素リッチな燃料ガスに改質された後に、前記連通孔５３，５３…の耐熱性通気部材５４，５４…を通して改質ガス流路５０，５０…に入り、改質ガス流路５０，５０…からセルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄに供給される。 Thus, when the reformed gas is supplied to the reformed gas supply pipes 72a, 72b, 72c and 72d by the reformed gas supply source 73 at a predetermined pressure, the reformed gas becomes the reformed gas. It is supplied to the pre-reforming catalyst storage cases 70a, 70b, 70c and 70d through the supply pipes 72a, 72b, 72c and 72d, and has high stability in the pre-reforming catalyst storage cases 70a, 70b, 70c and 70d. After being reformed to methane, it is supplied to the fuel gas chambers 48, 48... Defined in the fuel gas cases 47a, 47b, 47c and 47d through the fuel gas supply pipes 71a, 71b, 71c and 71d, and reformed. In the catalyst storage portions 52, 52..., The communication holes 53 are formed after the reforming catalysts 51, 51. , 53... Enter the reformed gas passages 50, 50... Through the reformed gas passages 50, 50, and are supplied to the cell stacks 13 a, 13 b, 13 c and 13 d.

セルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄの各々に於いては、酸素極層６６の酸素極に於いて、
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−（固体電解質）
の電極反応が生成され、燃料極層６４の燃料極に於いて、
Ｏ^２−（固体電解質）＋Ｈ_２→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
の電極反応が生成されて発電される。 In each of the cell stacks 13a, 13b, 13c and 13d, in the oxygen electrode of the oxygen electrode layer 66,
1 / 2O ₂ + 2e ⁻ → O ²⁻ (solid electrolyte)
In the fuel electrode of the fuel electrode layer 64,
O ²⁻ (solid electrolyte) + H ₂ → H ₂ O + 2e ⁻
The electrode reaction is generated and power is generated.

発電に使用されることなくセルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄの燃料電池セル６２，６２…先端から上方に流動した燃料ガス及び空気は、発電・燃焼室９内に配設された点火手段（図示せず）の点火による継続的燃焼によって燃焼される。 The fuel cells 62, 62... Of the fuel cells 62, 62... In the cell stacks 13 a, 13 b, 13 c and 13 d without being used for power generation are igniting means (inside the power generation / combustion chamber 9). It is burned by continuous combustion by ignition (not shown).

周知の如く、セルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄにおける発電、及び、燃料ガスと空気との燃焼に起因して発電・燃焼室９内は例えば８００℃程度の高温になる。 As is well known, the power generation / combustion chamber 9 has a high temperature of, for example, about 800 ° C. due to power generation in the cell stacks 13a, 13b, 13c, and 13d and combustion of fuel gas and air.

予備改質触媒収納ケース７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び７０ｄは発電・燃焼室９内に配設され、前述した如く、セルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄの燃料電池セル６２，６２…上端の近傍に位置せしめられており、高温の燃料電池セル６２，６２…によって加熱されると共に、燃焼炎によって直接的にも加熱され、かくして発電・燃焼室９内に生成される高温が被改質ガスの改質に効果的に利用される。 The pre-reforming catalyst storage cases 70a, 70b, 70c and 70d are disposed in the power generation / combustion chamber 9, and as described above, in the vicinity of the upper ends of the fuel cell cells 62, 62... Of the cell stacks 13a, 13b, 13c and 13d. Are heated by the high-temperature fuel cells 62, 62... And also directly heated by the combustion flame, and thus the high temperature generated in the power generation / combustion chamber 9 is changed to the reformed gas. Effectively used for quality.

発電・燃焼室９内に生成された燃焼ガスは熱交換器２２に形成されている排出開口３０から排出路２５に流入し、ジグザグ状に延在する排出路２５を流動した後に二重筒体４３の外側筒部材４４と内側筒部材４５との間に規定されている排出路を通して排出される。 The combustion gas generated in the power generation / combustion chamber 9 flows into the discharge path 25 from the discharge opening 30 formed in the heat exchanger 22, flows through the discharge path 25 extending in a zigzag shape, and then double cylinders. 43 is discharged through a discharge passage defined between the outer cylinder member 44 and the inner cylinder member 45.

燃焼ガスが二重筒体４３における排出路を流動する際には、二重筒体４３における流入路を空気が流動し、燃焼ガスと空気との間で熱交換が行われる。 When the combustion gas flows through the discharge path in the double cylinder 43, the air flows through the inflow path in the double cylinder 43, and heat exchange is performed between the combustion gas and the air.

そして又、燃焼ガスが熱交換器２２の排出路２５をジグザグ状に流動せしめられる際には、空気が熱交換器２２の流入路２６をジグザグ状に燃焼ガスに対向するように流動せしめられる。かくして燃焼ガスと空気との間で効果的に熱交換されて空気が予熱される。 Further, when the combustion gas is caused to flow in the exhaust passage 25 of the heat exchanger 22 in a zigzag manner, the air is caused to flow in the inflow passage 26 of the heat exchanger 22 so as to face the combustion gas in a zigzag manner. Thus, heat is effectively exchanged between the combustion gas and air to preheat the air.

一方、空気は二重筒体４３の内側筒部材４５内に規定されている流入路を通して熱交換器２２の流入路２６に供給され、熱交換器２２を通過して予熱（加熱）された空気は、空気室１０に一旦貯留され、空気導入管１２を通って燃焼・発電室９のセルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄ間に供給される。 On the other hand, the air is supplied to the inflow path 26 of the heat exchanger 22 through the inflow path defined in the inner cylinder member 45 of the double cylinder 43, and is preheated (heated) through the heat exchanger 22. Is temporarily stored in the air chamber 10 and supplied between the cell stacks 13 a, 13 b, 13 c and 13 d of the combustion / power generation chamber 9 through the air introduction pipe 12.

この際、空気導入管１２，１２…は、セルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄの燃料電池セル６２，６２…の上端の燃料ガス通路６８，６８…近傍で燃焼する燃焼ガス雰囲気中を通過する。従って、空気室１０の予熱空気はセルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄ上部の燃焼領域で更に加熱され、高温に暖められた空気が燃料電池セル６２，６２…に供給される。 At this time, the air introduction pipes 12, 12... Pass through the combustion gas atmosphere combusting in the vicinity of the fuel gas passages 68, 68... At the upper ends of the fuel cell cells 62, 62 ... of the cell stacks 13a, 13b, 13c and 13d. . Therefore, the preheated air in the air chamber 10 is further heated in the combustion region above the cell stacks 13a, 13b, 13c and 13d, and the air heated to a high temperature is supplied to the fuel cells 62, 62.

通常運転時は前記熱交換器２２で予熱された空気が空気室１０に導入され、この空気室１０から空気導入管１２，１２…を介して燃焼・発電室９へ空気が導入されるが、燃焼・発電室９の温度が想定以上に上昇した場合は、前記熱交換器２２を通らない低温ガス供給管１４を通ってきた低温の空気が空気室１０に導入され、熱交換器２２を通過して予熱された空気と混合されて、空気室１０の空気温度がある程度低下する。 During normal operation, air preheated by the heat exchanger 22 is introduced into the air chamber 10, and air is introduced from the air chamber 10 into the combustion / power generation chamber 9 through the air introduction pipes 12, 12,. When the temperature of the combustion / power generation chamber 9 rises more than expected, low-temperature air that has passed through the low-temperature gas supply pipe 14 that does not pass through the heat exchanger 22 is introduced into the air chamber 10 and passes through the heat exchanger 22. As a result, the air temperature in the air chamber 10 is reduced to some extent by being mixed with the preheated air.

斯くして、本発明の固体電解質形燃料電池組立体１は、空気を発電・燃焼室９、即ち、セルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄ間に供給することにより、通常運転時より温度の低い空気がセルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄ間に導入されるので、燃焼・発電室９、即ち燃料電池セル６２，６２…の過度に上昇した温度が低下し、発電・燃焼室９内の温度を適宜にコントロールできる。 Thus, the solid oxide fuel cell assembly 1 of the present invention is supplied with air between the power generation / combustion chamber 9, that is, the cell stacks 13a, 13b, 13c and 13d, so that the temperature is lower than that during normal operation. Since air is introduced between the cell stacks 13a, 13b, 13c and 13d, the excessively elevated temperature of the combustion / power generation chamber 9, that is, the fuel cells 62, 62. Can be controlled appropriately.

又、空気室１０内の空気温度は、低温ガス供給管１４から供給された外気と、熱交換器２２を通過して予熱された空気とが混合されるため、室温ほど低温の空気ではないので、熱い燃料電池セル６２，６２…に供給しても、燃料電池セル６２，６２…のクラックや熱衝撃破壊を引き起こす等の不具合を避けることができ、固体電解質形燃料電池組立体１全体の機能劣化が抑えられ寿命を延ばすことができる。 The air temperature in the air chamber 10 is not as low as room temperature because the outside air supplied from the low temperature gas supply pipe 14 and the air preheated through the heat exchanger 22 are mixed. Even when the fuel cells 62, 62,... Are supplied to the hot fuel cells 62, 62, it is possible to avoid problems such as cracks and thermal shock destruction of the fuel cells 62, 62, etc., and the function of the solid oxide fuel cell assembly 1 as a whole. Deterioration can be suppressed and the life can be extended.

更に、低温ガス供給管１４による低温ガスの供給を、空気導入管１２，１２…の開口部中央部に向けて供給し、更に、両側の熱交換器２２，２２から加熱された空気を空気導入管１２，１２…の開口部中央部に向けて供給することにより、最も加熱しやすい燃料電池セル６２，６２…のセル集合体中央部に空気導入管２２，２２…によって供給される空気を最も低温とでき、中央部から離れるに従って高い温度とすることができ、最適な冷却を行なうことができる。 Further, the supply of the low temperature gas from the low temperature gas supply pipe 14 is supplied toward the center of the opening of the air introduction pipes 12, 12,..., And the air heated from the heat exchangers 22, 22 on both sides is introduced into the air. By supplying toward the center of the opening of the pipes 12, 12..., The air supplied by the air introduction pipes 22, 22. The temperature can be lowered, and the temperature can be increased as the distance from the center increases, so that optimum cooling can be performed.

又、従来の固体電解質型燃料電池組立体に於いては、発電量が少ないため比較的小型に作製され、定常運転時には熱自立し効果的に発電し、燃料ガス量を少なくして発電量を少なくした場合、発熱量が少なくなり、熱自立しなくなる傾向にあったが、本発明の前記固体電解質形燃料電池組立体１に於いては、断熱壁３，４，５，６，７，８によりハウジング２内に熱を有効に閉じ込め、定常運転時の高温の熱を蓄熱壁３１〜３６に吸収させ、部分負荷運転し発熱量が少なくなった場合に熱を放散させ、ハウジング２内の温度を有効に維持できる。 In addition, the conventional solid oxide fuel cell assembly is manufactured in a relatively small size due to a small amount of power generation, and in the normal operation, the heat self-sustained and effectively generates power, and the fuel gas amount is reduced to reduce the power generation amount. When the amount is reduced, the calorific value tends to decrease and the heat does not stand by itself. However, in the solid oxide fuel cell assembly 1 of the present invention, the heat insulating walls 3, 4, 5, 6, 7, 8 The heat is effectively confined in the housing 2 by the heat storage walls 31 to 36 to absorb the high-temperature heat in the steady operation, and the heat is dissipated when the calorific value is reduced by the partial load operation. Can be maintained effectively.

更に、前記固体電解質形燃料電池組立体１によれば、燃料ガスケース４７ａ内に改質触媒５１が配設されることにより、運転時に最大の熱源となる燃料電池セル６２のすぐ近傍に改質触媒５１が設置されることとなるため、改質に必要となる熱量を、非常に少ないロスで利用する事ができる。 Furthermore, according to the solid oxide fuel cell assembly 1, the reforming catalyst 51 is disposed in the fuel gas case 47a, so that the reforming is performed in the immediate vicinity of the fuel cell 62 that is the largest heat source during operation. Since the catalyst 51 is installed, the amount of heat required for reforming can be utilized with very little loss.

更に又、前記セルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄはガラス６１によってガスシールされているので、高温時に於けるガスシールが確実に行なえると共に、ガラスシール部近傍で改質による吸熱反応をさせる事で前記燃料電池セル６２の常用使用温度を低下させ、過昇温によるガラス軟化、ガスリークを防止できる。 Furthermore, since the cell stacks 13a, 13b, 13c and 13d are gas-sealed by the glass 61, gas sealing at a high temperature can be surely performed and an endothermic reaction by reforming is performed in the vicinity of the glass seal portion. Thus, the normal use temperature of the fuel cell 62 can be lowered, and glass softening and gas leakage due to excessive temperature rise can be prevented.

そして、運転時は外部から熱を受けることで反応が進む水蒸気改質法を用いることにより、燃料ガスケース４７ａの改質部は温度低下が発生し、従来、改質ガス通路としてのみ機能していた燃料ガスケースの温度を従来よりも低下させることができるため、金属部材外表面で進行する酸化による劣化を抑制し、寿命を延長する事ができる。 And, by using the steam reforming method in which the reaction proceeds by receiving heat from the outside during operation, the temperature of the reforming portion of the fuel gas case 47a is lowered, and conventionally, it functions only as a reforming gas passage. Further, since the temperature of the fuel gas case can be lowered as compared with the conventional case, deterioration due to oxidation that proceeds on the outer surface of the metal member can be suppressed, and the life can be extended.

又、前記燃料ガスケース４７ａは仕切板４９によって上下に仕切られ、上部が改質ガス流路５０となり、下部が改質触媒５１の収納部５２となるように構成されているので、各セルへの供給ガス組成を均一化することができると共に、仕切り板４９を介した改質触媒５１と改質ガスの熱交換により触媒層の温度分布を緩和できる。 Further, the fuel gas case 47a is divided into upper and lower parts by a partition plate 49, and the upper part serves as the reformed gas flow path 50 and the lower part serves as the accommodating part 52 for the reforming catalyst 51. Can be made uniform, and the temperature distribution of the catalyst layer can be relaxed by heat exchange between the reforming catalyst 51 and the reformed gas via the partition plate 49.

従って、本発明の前記燃料ガスケース４７ａは仕切り板４９によって、全ガスを同一条件にそろえた上でセルへ供給することができる。 Therefore, the fuel gas case 47a of the present invention can supply all the gas to the cell after the same condition is met by the partition plate 49.

更に、前記固体電解質形燃料電池組立体１は、燃料ガス室４８を規定する燃料ガスケース４７ａの上流に予備改質を行なうための予備改質触媒を収納する予備改質触媒収納ケース７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び７０ｄが配設されるので、この予備改質触媒によって高温の燃料ガス室４８内の改質触媒収納部５２へ安定性の高いメタンを供給することができ、熱分解性炭素析出を防止することができる。 Further, the solid oxide fuel cell assembly 1 includes preliminary reforming catalyst storage cases 70a and 70b for storing a preliminary reforming catalyst for performing preliminary reforming upstream of the fuel gas case 47a defining the fuel gas chamber 48. , 70c and 70d are provided, so that the pre-reforming catalyst can supply methane having high stability to the reforming catalyst housing 52 in the high-temperature fuel gas chamber 48, and pyrolytic carbon deposition can be performed. Can be prevented.

又、予備改質触媒収納ケース７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び７０ｄによるプレリフォームにより改質ガスが予熱されて、燃料ガス室４８内の改質触媒収納部５２の温度を更に上昇させることができるため、高転化率の改質ガスをセルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄへ供給できると共に、内部改質によるセル自体の温度低下を軽減できるため、更なる高効率発電が可能となる。 Further, the reformed gas is preheated by the pre-reform by the preliminary reforming catalyst storage cases 70a, 70b, 70c and 70d, so that the temperature of the reforming catalyst storage section 52 in the fuel gas chamber 48 can be further increased. A reformed gas with a high conversion rate can be supplied to the cell stacks 13a, 13b, 13c and 13d, and the temperature drop of the cell itself due to internal reforming can be reduced, so that further highly efficient power generation is possible.

更に、前記予備改質触媒収納ケース７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び７０ｄがセルオフガス燃焼排気に晒される位置に配置されているので、予備改質触媒収納ケース７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び７０ｄは従来の燃焼部近傍に設置した上部改質器を兼用できると共に、予備改質触媒収納ケース７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び７０ｄ内にて予備改質を行うと共に、改質ガスが７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び７０ｄまでのガス流路で燃料電池セル６２からの輻射熱を受け更に予熱されて改質触媒収納部５２に供給され改質反応を行うため、より高転化率の改質ガスを燃料電池セル６２へ供給することができる。 Further, since the preliminary reforming catalyst storage cases 70a, 70b, 70c and 70d are arranged at positions where they are exposed to the cell off gas combustion exhaust, the preliminary reforming catalyst storage cases 70a, 70b, 70c and 70d are located in the vicinity of the conventional combustion section. The upper reformer installed at the same time can also be used, and the preliminary reforming is performed in the preliminary reforming catalyst storage cases 70a, 70b, 70c and 70d, and the reformed gas flows to 70a, 70b, 70c and 70d. Since the radiant heat from the fuel battery cell 62 is received on the road and further preheated and supplied to the reforming catalyst housing 52 to perform the reforming reaction, a reformed gas having a higher conversion rate can be supplied to the fuel battery cell 62. .

又、部分酸化による起動を行う場合、炭化水素と所定比の空気を混合した混合ガスを予備改質触媒収納ケース７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び７０ｄ、燃料ガス室４８内の改質触媒収納部５２、セルスタック１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄを介した後燃焼させることで、部分酸化反応の反応開始点が予備改質触媒収納ケース７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び７０ｄになり、燃料ガスケース４７ａ，４７ｂ，４７ｃ及び４７ｄに於いて部分酸化反応が生じないので、セルスタック、ガラスシール部の劣化を低減できる。 Further, when starting by partial oxidation, a mixed gas obtained by mixing hydrocarbon and air in a predetermined ratio is used as a preliminary reforming catalyst storage case 70a, 70b, 70c and 70d, a reforming catalyst storage section 52 in the fuel gas chamber 48, By performing post-combustion through the cell stacks 13a, 13b, 13c, and 13d, the reaction start points of the partial oxidation reaction become the pre-reforming catalyst storage cases 70a, 70b, 70c, and 70d, and the fuel gas cases 47a, 47b, 47c. And the partial oxidation reaction does not occur at 47d, so that the deterioration of the cell stack and the glass seal portion can be reduced.

尚、前記固体電解質形燃料電池組立体１に於いて、前記予備改質触媒収納ケース７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び７０ｄを設けない構成であっても良く、然る時は、モジュール内に於ける改質部の占有するスペースが低減し、モジュールを小型化できるため、モジュール表面からの放熱量を減少することができ、結果として熱自立が容易となる。 The solid oxide fuel cell assembly 1 may have a configuration in which the preliminary reforming catalyst storage cases 70a, 70b, 70c and 70d are not provided. In this case, the modification in the module may be performed. Since the space occupied by the mass portion is reduced and the module can be miniaturized, the amount of heat released from the module surface can be reduced, and as a result, thermal independence is facilitated.

図７は、他の実施形態の発電ユニット８１ａを示し、発電ユニット８１ａは、前記発電ユニット（図４に於いて１５ａ）の予備改質触媒収納ケース（図４に於いて７０ａ）に代えて、他の予備改質触媒収納ケース８２ａを設けたものであり、予備改質触媒収納ケース８２ａは、セルスタック１３ａの側部近傍に、且つ、燃料ガスケース４７ａの長手方向と平行に配置され、前記予備改質触媒収納ケース（図４に於いて７０ａ）と同様に両端が夫々燃料ガス送給管７１ａ（ガス導出手段）、被改質ガス供給管７２ａに接続され、予備改質触媒収納ケース８２ａ内には被改質ガスを安定性の高いメタンへ改質するための適宜の予備改質触媒（図示せず）が収容されている。 FIG. 7 shows a power generation unit 81a according to another embodiment. The power generation unit 81a is replaced with a pre-reforming catalyst storage case (70a in FIG. 4) of the power generation unit (15a in FIG. 4). Another preliminary reforming catalyst storage case 82a is provided, and the preliminary reforming catalyst storage case 82a is disposed in the vicinity of the side portion of the cell stack 13a and in parallel with the longitudinal direction of the fuel gas case 47a. Similar to the preliminary reforming catalyst storage case (70a in FIG. 4), both ends are connected to the fuel gas supply pipe 71a (gas outlet means) and the reformed gas supply pipe 72a, respectively, and the preliminary reforming catalyst storage case 82a. An appropriate pre-reforming catalyst (not shown) for reforming the gas to be reformed into methane having high stability is accommodated in the interior.

而して、被改質ガスが被改質ガス供給管７２ａを介して予備改質触媒収納ケース８２ａに供給され、予備改質触媒収納ケース８２ａ内に於いて安定性の高いメタンへ改質された後に、改質されたメタンガスが燃料ガス送給管７１ａを通して燃料ガスケース４７ａ内に供給される。 Thus, the gas to be reformed is supplied to the preliminary reforming catalyst storage case 82a via the target gas supply pipe 72a and reformed into methane having high stability in the preliminary reforming catalyst storage case 82a. After that, the reformed methane gas is supplied into the fuel gas case 47a through the fuel gas supply pipe 71a.

斯くして、前記発電ユニット８１ａは、予備改質触媒収納ケース８２ａがセルスタック１３ａの側部近傍に配置されるので、予備改質触媒収納ケース８２ａ内の予備改質触媒はセルスタック１３ａ側部近傍に於いて輻射熱を受け、予備改質を行うことができると共に、予備改質触媒収納ケース８２ａから排出される改質ガスが燃料ガスケース４７ａまでのガス流路でセルスタック１３ａからの輻射熱を受け更に予熱されて燃料ガスケース４７ａの改質触媒収納部５２に供給され改質反応が行われる為、より高転化率の改質ガスをセルスタック１３ａへ供給することができる。 Thus, in the power generation unit 81a, the preliminary reforming catalyst storage case 82a is disposed in the vicinity of the side of the cell stack 13a, so that the preliminary reforming catalyst in the preliminary reforming catalyst storage case 82a is the side of the cell stack 13a. Preliminary reforming can be performed by receiving radiant heat in the vicinity, and the reformed gas discharged from the pre-reforming catalyst storage case 82a can radiate heat from the cell stack 13a in the gas flow path to the fuel gas case 47a. Since it is further preheated and supplied to the reforming catalyst storage section 52 of the fuel gas case 47a to perform the reforming reaction, a reformed gas having a higher conversion rate can be supplied to the cell stack 13a.

従って、前述のように予備改質触媒収納ケース８２ａがセルオフガス燃焼排気に晒される位置、即ち、燃料電池セル６２の上端近傍に設置されない場合でも、予備改質触媒収納ケース８２ａをセルスタック１３ａの側部近傍に配置することで前記予備改質触媒収納ケース７０ａと同様の効果が期待できる。 Accordingly, as described above, even when the pre-reforming catalyst storage case 82a is not exposed to the position where the cell off gas combustion exhaust is exposed, that is, near the upper end of the fuel cell 62, the pre-reforming catalyst storage case 82a is placed on the cell stack 13a side. By arranging in the vicinity of the portion, the same effect as the preliminary reforming catalyst storage case 70a can be expected.

これにより、内部改質によるセル自体の温度低下を軽減できるため、予備改質触媒収納ケース８２ａにより高効率発電を行う事ができる。 As a result, the temperature drop of the cell itself due to internal reforming can be reduced, so that highly efficient power generation can be performed by the preliminary reforming catalyst storage case 82a.

又、部分酸化による起動を行う場合、炭化水素と所定比の空気を混合した混合ガスを予備改質触媒収納ケース８２ａ、燃料ガスケース４７ａ、セルスタック１３ａを介した後燃焼させることでモジュールの昇温を開始するが、セルスタック１３ａ側部近傍に予備改質触媒収納ケース８２ａが設置されていれば、燃料ガスケース４７ａの改質部より先に予備改質触媒収納ケース８２ａが加熱されるため、部分酸化反応の反応開始点が予備改質触媒収納ケース８２ａ部になり、燃料ガスケース４７ａに於いて部分酸化反応も生じないので、セルスタック１３ａ、ガラスシール部の劣化を低減できる。 In addition, when starting by partial oxidation, the mixed gas in which a hydrocarbon and a predetermined ratio of air are mixed is burned after passing through the pre-reforming catalyst storage case 82a, the fuel gas case 47a, and the cell stack 13a, thereby increasing the module. However, if the preliminary reforming catalyst storage case 82a is installed near the side of the cell stack 13a, the preliminary reforming catalyst storage case 82a is heated before the reforming portion of the fuel gas case 47a. Since the reaction start point of the partial oxidation reaction is the preliminary reforming catalyst storage case 82a, and no partial oxidation reaction occurs in the fuel gas case 47a, the deterioration of the cell stack 13a and the glass seal portion can be reduced.

尚、他の発電ユニット１５ｂ〜１５ｄに於いても前記発電ユニット８１ａと同様な構成にすることができる。 The other power generation units 15b to 15d can have the same configuration as the power generation unit 81a.

又、前記予備改質触媒収納ケース８２ａは、セルスタック１３ａの側部近傍に、且つ、燃料ガスケース４７ａの長手方向と平行に配置されたが、セルスタック１３ａの側部近傍であって、且つ、燃料ガスケース４７ａの端部近傍に配置されても良い。然る時も同様な効果が期待できる。 The preliminary reforming catalyst storage case 82a is disposed in the vicinity of the side portion of the cell stack 13a and in parallel with the longitudinal direction of the fuel gas case 47a. The fuel gas case 47a may be disposed near the end. At that time, the same effect can be expected.

更に、前記予備改質触媒収納ケース７０ａが配置される前記発電ユニット１５ａに、セルスタック１３ａの側部近傍に配置される前記予備改質触媒収納ケース８２ａを更に加えて設けて適宜配管接続しても良く、然る時は、より高転化率の改質ガスをセルスタック１３ａへ供給することができると共に、内部改質によるセル自体の温度低下を更に軽減できる。
又、発電ユニット８１ａの中心部の温度過剰による熱暴走を、予備改質触媒収納ケース７０ａ及び予備改質触媒収納ケース８２ａの改質による吸熱、及び、水気化熱によって防止することができる。 Further, the power generation unit 15a in which the preliminary reforming catalyst storage case 70a is disposed is further provided with the preliminary reforming catalyst storage case 82a disposed in the vicinity of the side of the cell stack 13a, and appropriately connected by piping. In this case, the reformed gas having a higher conversion rate can be supplied to the cell stack 13a, and the temperature drop of the cell itself due to the internal reforming can be further reduced.
Further, thermal runaway due to excessive temperature at the center of the power generation unit 81a can be prevented by heat absorption due to reforming of the preliminary reforming catalyst storage case 70a and the preliminary reforming catalyst storage case 82a and heat of water vaporization.

図８は、他の実施形態の発電ユニット９１ａを示し、発電ユニット９１ａは、前記発電ユニット（図３に於いて１５ａ）の予備改質触媒収納ケース（図３に於いて７０ａ）に代えて、他の予備改質触媒収納ケース９２ａを設けたものであり、予備改質触媒収納ケース９２ａは、前記セルスタック１３ａに沿って設けられ、一端（図８に於いて上端）がガス導入手段である被改質ガス供給管７２ａに接続され、他端（図８に於いて下端）部が１又は複数（図８に於いては１）の燃料ガスケース４７ａ端部と一体化され、且つ、連通させたものである。尚、他の発電ユニット（図３に於いて１５ｂ，１５ｃ及び１５ｄ）に於いても、前記予備改質触媒収納ケース（図３に於いて７０ｂ，７０ｃ及び７０ｄ）に代えて、前記予備改質触媒収納ケース９２ａと同様な予備改質触媒収納ケースが設けられる。 FIG. 8 shows a power generation unit 91a according to another embodiment. The power generation unit 91a is replaced with a pre-reforming catalyst storage case (70a in FIG. 3) of the power generation unit (15a in FIG. 3). Another preliminary reforming catalyst storage case 92a is provided. The preliminary reforming catalyst storage case 92a is provided along the cell stack 13a, and one end (the upper end in FIG. 8) is a gas introduction means. Connected to the reformed gas supply pipe 72a, the other end (lower end in FIG. 8) is integrated with one or a plurality of end portions (1 in FIG. 8) of the fuel gas case 47a, and communicated. It has been made. In the other power generation units (15b, 15c and 15d in FIG. 3), the preliminary reforming catalyst storage case (70b, 70c and 70d in FIG. 3) is used instead of the preliminary reforming catalyst storage case. A pre-reforming catalyst storage case similar to the catalyst storage case 92a is provided.

前記発電ユニット９１ａは、予備改質触媒収納ケース９２ａを前記セルスタック１３ａに沿って設け、即ち、発電中最も高温となる燃料電池セル６２近傍に予備改質触媒収納ケース９２ａを設置することで、被改質ガスを安定性の高いメタンへ改質できる。 The power generation unit 91a is provided with a preliminary reforming catalyst storage case 92a along the cell stack 13a, that is, by installing the preliminary reforming catalyst storage case 92a in the vicinity of the fuel cell 62 that becomes the highest temperature during power generation, The reformed gas can be reformed to highly stable methane.

又、予備改質触媒収納ケース９２ａを燃料ガスケース４７ａと一体化し、連通させることにより、配管の取り回しが無い簡便な構造とし製造コストを安くすることができる。 In addition, by integrating the preliminary reforming catalyst storage case 92a with the fuel gas case 47a and communicating with each other, a simple structure with no piping can be made and the manufacturing cost can be reduced.

更に又、被改質ガス供給管７２ａが上方となるように予備改質触媒収納ケース９２ａを設置すれば、ガス供給系を上方から下方へのダウンフローとすることで、水供給時の気化不良を防止し炭素析出の虞が無い改質器構造とすることができる。 Furthermore, if the pre-reformed catalyst storage case 92a is installed so that the reformed gas supply pipe 72a is on the upper side, the gas supply system has a downward flow from the upper side to the lower side, thereby causing poor vaporization at the time of water supply. Thus, a reformer structure can be obtained in which there is no risk of carbon deposition.

そして、上方から触媒を充填する構造とすることができるため、重力を利用して充填することにより触媒充填不良を未然に防ぐことができる。 And since it can be set as the structure filled with a catalyst from upper direction, the catalyst filling defect can be prevented beforehand by filling using gravity.

又、縦置き型改質器とすれば、触媒充填をセルスタック製造工程の最後に行うことができるため、セルスタック１３ａのガラスシール工程などの高温酸化雰囲気に触媒を晒すことが無く、触媒寿命を長くすることができる。 Further, if the vertical reformer is used, the catalyst can be charged at the end of the cell stack manufacturing process, so that the catalyst is not exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere such as a glass sealing process of the cell stack 13a, and the catalyst lifetime is reduced. Can be lengthened.

図９は、他の実施形態の発電ユニット１０１ａを示し、発電ユニット１０１ａは、前記発電ユニット（図４に於いて１５ａ）の予備改質触媒収納ケース（図４に於いて７０ａ）に代えて設けられる他の予備改質触媒収納ケース１０２ａであり、予備改質触媒収納ケース１０２ａは、セルスタック１３ａの側部近傍に、セルスタック１３ａに沿って設けられ、且つ、一端がガス導入手段である被改質ガス供給管７２ａに接続され、他端部が１又は複数（図に於いては１）の燃料ガスケース４７ａ側部と一体化され、連通せしめられたものである。尚、他の発電ユニット（図３に於いて１５ｂ，１５ｃ及び１５ｄ）に於いても、前記予備改質触媒収納ケース１０２ａと同様な予備改質触媒収納ケースが設けられる。 FIG. 9 shows a power generation unit 101a according to another embodiment. The power generation unit 101a is provided in place of the preliminary reforming catalyst storage case (70a in FIG. 4) of the power generation unit (15a in FIG. 4). The preliminary reforming catalyst storage case 102a is provided along the cell stack 13a in the vicinity of the side of the cell stack 13a, and one end is a gas introduction means. The other end portion is connected to the reformed gas supply pipe 72a and is integrated with one or more (1 in the figure) side portions of the fuel gas case 47a so as to communicate with each other. In the other power generation units (15b, 15c and 15d in FIG. 3), a preliminary reforming catalyst storage case similar to the preliminary reforming catalyst storage case 102a is provided.

前記発電ユニット１０１ａは、前記発電ユニット９１ａと同様な効果が期待できると共に、前記発電ユニット８１ａと同様な効果も期待できるものである。従って、被改質ガスを安定性の高いメタンへ改質できると共に、それによってより高転化率の改質ガスをセルスタック１３ａへ供給することができ、且つ、内部改質によるセル自体の温度低下を更に軽減できる。 The power generation unit 101a can be expected to have the same effect as the power generation unit 91a, and can also be expected to have the same effect as the power generation unit 81a. Therefore, the gas to be reformed can be reformed to methane having high stability, and thereby, a reformed gas having a higher conversion rate can be supplied to the cell stack 13a, and the temperature of the cell itself is lowered due to internal reforming. Can be further reduced.

本発明の固体電解質形燃料電池組立体の好適実施形態を示す正面縦断面図である。1 is a front longitudinal sectional view showing a preferred embodiment of a solid oxide fuel cell assembly of the present invention. 本発明の固体電解質形燃料電池組立体の好適実施形態を示す平面図である。1 is a plan view showing a preferred embodiment of a solid oxide fuel cell assembly of the present invention. 図１の固体電解質形燃料電池組立体に使用される発電ユニット集合体の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a power generation unit assembly used in the solid oxide fuel cell assembly of FIG. 1. 図１の固体電解質形燃料電池組立体に使用される発電ユニットの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a power generation unit used in the solid oxide fuel cell assembly of FIG. 1. 図１の固体電解質形燃料電池組立体に使用される発電ユニットの一部側面縦断図である。FIG. 2 is a partial side longitudinal sectional view of a power generation unit used in the solid oxide fuel cell assembly of FIG. 1. 図１の固体電解質形燃料電池組立体に使用されるセルスタックの平面断面図である。FIG. 2 is a plan sectional view of a cell stack used in the solid oxide fuel cell assembly of FIG. 1. 図１の固体電解質形燃料電池組立体に使用される他の実施形態の発電ユニットの斜視図である。It is a perspective view of the electric power generation unit of other embodiment used for the solid oxide fuel cell assembly of FIG. 図１の固体電解質形燃料電池組立体に使用される他の実施形態の発電ユニットの一部側面縦断面図である。It is a partial side longitudinal cross-sectional view of the electric power generation unit of other embodiment used for the solid oxide fuel cell assembly of FIG. 図１の固体電解質形燃料電池組立体に使用される他の実施形態の発電ユニットの斜視図である。It is a perspective view of the electric power generation unit of other embodiment used for the solid oxide fuel cell assembly of FIG.

Explanation of symbols

１固体電解質形燃料電池組立体
２ハウジング
１３ａ〜１３ｄセルスタック
４７ａ〜４７ｄ燃料ガスケース
４８燃料ガス室
４９仕切板
５０改質ガス流路
５１改質触媒
６１ガラス
７０ａ〜７０ｄ，８２ａ,９２ａ，１０２ａ予備改質触媒収納ケース DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid electrolyte type fuel cell assembly 2 Housing 13a-13d Cell stack 47a-47d Fuel gas case 48 Fuel gas chamber 49 Partition plate 50 Reforming gas flow path 51 Reforming catalyst 61 Glass 70a-70d, 82a, 92a, 102a Reserve Reforming catalyst storage case

Claims

A cell stack in which a plurality of solid oxide fuel cells having fuel gas passages are electrically connected in a housing, and a fuel in which the fuel cells are mounted to supply fuel gas to each fuel cell of the cell stack and gas case, have a gas introduction means is attached to the fuel gas case, at the fuel gas Ru is supplied to the fuel gas passage solid electrolyte fuel cell assembly of the fuel cell in the fuel gas casing A reforming catalyst for reforming the gas to be reformed into fuel gas is disposed in the fuel gas case, and the fuel gas case includes a chamber formed on the cell stack side by a partition plate; The chamber is partitioned into two chambers, and both chambers are formed so as to partially communicate with each other through a communication hole provided in the partition plate, and the one chamber on the cell stack side serves as a reformed gas flow path. , The other chamber serves as a storage portion for the reforming catalyst, the gas introducing means for supplying the gas to be reformed is provided on one end side of the other chamber, and the communication with the partition plate on the other end side of the other chamber is provided. A solid oxide fuel cell assembly comprising a hole .

2. The solid oxide fuel cell assembly according to claim 1, wherein a portion where the fuel cell is mounted on the fuel gas case is gas-sealed with glass.

3. The solid oxide fuel cell assembly according to claim 1, wherein the fuel gas case is a metal fuel gas case.

A pre-reforming catalyst storage case for storing a pre-reforming catalyst for performing pre-reforming is disposed in the housing, and the fuel gas that has passed through the pre-reforming catalyst storage case is placed in the fuel gas case. The solid oxide fuel cell assembly according to any one of claims 1 to 3 , wherein the assembly is configured to be supplied.

5. The solid oxide fuel cell assembly according to claim 4, wherein the preliminary reforming catalyst storage case is disposed at a position where the preliminary reforming catalyst storage case is exposed to cell off-gas combustion exhaust near the tip of the fuel cell.

It said pre-reforming catalyst containing case solid electrolyte fuel cell assembly according to claim 4 or 5 further characterized in that is disposed at a side near the cell stack.

The preliminary reforming catalyst storage case is provided along the cell stack, one end of which is connected to a gas introduction means, and the other end of the preliminary reforming catalyst storage case is one or more. solid electrolyte fuel cell assembly according to any one of claims 4 to 6, characterized in that in communication is integrated with the fuel gas case.