JP4986378B2

JP4986378B2 - Fuel cell assembly

Info

Publication number: JP4986378B2
Application number: JP2003396210A
Authority: JP
Inventors: 孝小野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2023-11-26
Also published as: JP2005158530A

Description

本発明は、燃料電池組立体に関し、特に７ｋＷ以下の発電性能を有する家庭用、店舗用として好適に用いられる燃料電池組立体に関する。 The present invention relates to a fuel cell assembly, and more particularly to a fuel cell assembly suitably used for home use and store use having a power generation performance of 7 kW or less.

次世代エネルギーとして、近年、固体高分子形、リン酸形、溶融炭酸塩形及び固体電解質形等の種々の燃料電池発電システムが提案されている。特に、固体電解質形燃料電池発電システムは、作動温度が７００〜１０００℃と高いが、発電効率が高い、排熱が利用できる等の利点を有しており、研究開発が推し進められている。
As a next-generation energy, in recent years, a polymer electrolyte, phosphoric acid, various fuel cell power generation system, such as molten carbonate and solid oxide has been proposed. In particular, the solid electrolyte fuel cell power generation system, but the operating temperature is 700 to 1000 ° C. and a high power generation efficiency is high, has the advantages such as waste heat is available, research and development has been promoted.

燃料電池発電システムの典型例においては、下記特許文献１に開示されている如く、ハウジング内に発電室が規定され、かかる発電室内にセルスタックを含む発電手段が配設されている形態の燃料電池組立体を備えている。発電室には、酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給路、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路が付設されている。
特開２０００−１４９９７６号公報 In a typical example of a fuel cell power generation system, as disclosed in the following Patent Document 1, a power generation chamber is defined in a housing, and a power generation unit including a cell stack is disposed in the power generation chamber. An assembly is provided. The power generation chamber is provided with an oxygen-containing gas supply path for supplying oxygen-containing gas and a fuel gas supply path for supplying fuel gas.
JP 2000-149976 A

従来の固体電解質形燃料電池組立体においては、高温の発電温度を維持するため、発電室を断熱材で囲い、発電温度低下を防止しているものの、燃料電池の運転は定常負荷運転だけでなく、需要側必要電力に応じた部分負荷運転も有効であるが、発熱量の少ない部分負荷運転ではハウジング内の温度を維持することが困難であるという問題があった。
In the conventional solid electrolyte fuel cell assembly, in order to maintain the high temperature generator temperatures, the power generation chamber enclosure with a heat insulating material, but is prevented generation temperature drop, the operation of the fuel cell is not only steady load operation Although partial load operation according to demand-side required power is also effective, there is a problem that it is difficult to maintain the temperature in the housing in partial load operation with a small amount of heat generation.

本発明は、ハウジング内の温度を有効に維持することができる燃料電池組立体を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the fuel cell assembly which can maintain the temperature in a housing effectively.

本発明者は、上記課題に対して鋭意検討した結果、燃料電池組立体を構成するハウジングの内部に蓄熱材を配置し、ハウジング外に断熱材を配置することにより、発熱量の少ない部分負荷運転時においても、有効にハウジング内温度を維持できることを見出し、本発明に至った。
The present inventor has conducted intensive studies with respect to the object, place the heat storage material in the inner portion of the housing of a fuel cell assembly, by disposing the heat insulating material to the outside of the housing, heating value less partial load The present inventors have found that the temperature inside the housing can be effectively maintained even during operation and have reached the present invention.

即ち、本発明の燃料電池組立体は、ハウジングと、該ハウジングの外面を覆う断熱材と、前記ハウジングの内部に配置された複数個の燃料電池セルと、前記ハウジングの内面と前記燃料電池セルとの間に、前記複数個の燃料電池セルを覆うように配置された蓄熱材とを備え、該蓄熱材の密度が、前記断熱材の密度よりも大きいことを特徴とする。このような燃料電池組立体では、ハウジングの外面を断熱材で覆い、ハウジングの内面と燃料電池セルとの間に、複数個の燃料電池セルを覆うように蓄熱材を配置したことから、燃料電池組立体の定常負荷運転時に高温の熱を蓄熱材により蓄熱し、外部への熱放散を効果的に抑制することができ、ハウジングの外面を覆う断熱材によりさらに効果的に熱放散を抑制できる。また、発熱量の少ない部分負荷運転時においては、蓄熱材に蓄熱した熱をハウジング内に放熱することで、有効に発電温度を維持できる。また、蓄熱材が、ハウジングの内面と燃料電池セルとの間に、複数個の燃料電池セルを覆うように配置されていることから、燃料電池セルの発電温度を維持できる。さらに蓄熱材の密度が、断熱材の密度よりも大きいことから、発電温度を維持すべき蓄熱材で囲われた発電室を有効に高温に保持するこ
とができる。
That is, the fuel cell assembly of the present invention includes a housing, a heat insulating material that covers the outer surface of the housing, a plurality of fuel cells disposed inside the housing, an inner surface of the housing, and the fuel cell. And a heat storage material arranged so as to cover the plurality of fuel cells, wherein the density of the heat storage material is larger than the density of the heat insulating material. In such a fuel cell assembly, covering the outer surface of the housing with a heat insulating material, between the inner surface and the fuel cell housing, since placing the heat storage material so as to cover a plurality of fuel cells, fuel cells High temperature heat can be stored by the heat storage material during steady load operation of the assembly, heat dissipation to the outside can be effectively suppressed, and heat dissipation can be further effectively suppressed by the heat insulating material covering the outer surface of the housing. Further, during partial load operation with a small amount of heat generation, the heat generation temperature can be effectively maintained by radiating the heat stored in the heat storage material into the housing. Further, since the heat storage material is disposed between the inner surface of the housing and the fuel cell so as to cover the plurality of fuel cells, the power generation temperature of the fuel cell can be maintained. Furthermore, since the density of the heat storage material is larger than the density of the heat insulating material, the power generation room surrounded by the heat storage material that should maintain the power generation temperature is effectively kept at a high temperature.
You can.

また、本発明の燃料電池組立体は、前記ハウジングは、前記燃料電池セルの内部を貫通するガス流路の排出側で前記燃料電池セルの発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させて生じた燃焼ガスを排出するための燃焼ガス排出流路と、前記燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給流路とを備え、前記燃焼ガス排出流路と前記酸素含有ガス供給流路とが、前記断熱材と前記蓄熱材との間に併設されて熱交換を行なう熱交換部を構成していることを特徴とする。このような燃料電池組立体では、熱交換部により高温の燃焼ガスと低温の酸素含有ガスが熱交換することにより低温の酸素含有ガスが予熱されるため高温の発電温度を維持することができるとともに、燃焼ガスによる外部への熱放散を抑えることができる。
The fuel cell assembly of the present invention, the housing is produced by burning fuel gas that was not used for power generation of the fuel cell at the discharge side of the gas flow path through the interior of the fuel cell A combustion gas discharge flow path for discharging combustion gas; and an oxygen-containing gas supply flow path for supplying oxygen-containing gas to the fuel cell, the combustion gas discharge flow path and the oxygen-containing gas supply flow and road, characterized in that is 併 set constitute a heat exchange unit that performs heat exchange between the heat insulator and the heat storage material. In such a fuel cell assembly, the high-temperature combustion gas and the low-temperature oxygen-containing gas are heat-exchanged by the heat exchanging unit, so that the low-temperature oxygen-containing gas is preheated, so that the high-temperature power generation temperature can be maintained. The heat dissipation to the outside by the combustion gas can be suppressed .

本発明の燃料電池組立体においては、ハウジングの外面を断熱材で覆い、ハウジングの内面と燃料電池セルとの間に、複数個の燃料電池セルを覆うように蓄熱材が配置されていることから、セル周囲の高温の熱を蓄熱材により蓄熱するとともに、外部への熱放散を断熱材と併せて効果的に抑制することができ、発熱量の少ない部分負荷運転時においても、有効に発電温度を維持できる。さらに蓄熱材の密度が、断熱材の密度よりも大きいことから、発電温度を維持すべき蓄熱材で囲われた発電室を有効に高温に保持することができる。

In the fuel cell assembly of the present invention, covering the outer surface of the housing with a heat insulating material, between the inner surface and the fuel cell housing, and Turkey have been heat storage material disposed so as to cover a plurality of fuel cells In addition, the high-temperature heat around the cell can be stored by the heat storage material, and heat dissipation to the outside can be effectively suppressed together with the heat insulating material, effectively generating power even during partial load operation with low heat generation. Can maintain temperature. Furthermore, since the density of the heat storage material is larger than the density of the heat insulating material, the power generation chamber surrounded by the heat storage material that should maintain the power generation temperature can be effectively maintained at a high temperature.

以下、本発明の燃料電池組立体を図１、２及び図３を参照して説明する。図示の燃料電池組立体は略直方体形状のハウジング２を具備している。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、即ち上断熱壁４、下断熱壁６、右側断熱壁８、左側断熱壁９、前断熱壁１０及び後断熱壁１１が配設されている。ハウジング２内には発電・燃焼室１２が規定されている。
Hereinafter, the fuel cell assembly of the present invention will be described with reference to FIGS. The illustrated fuel cell assembly includes a housing 2 having a substantially rectangular parallelepiped shape. On the outer surface of the six wall surfaces of the housing 2, heat insulating walls formed of appropriate heat insulating materials , that is, the upper heat insulating wall 4, the lower heat insulating wall 6, the right heat insulating wall 8, the left heat insulating wall 9, the front heat insulating wall 10, and the rear A heat insulating wall 11 is provided. A power generation / combustion chamber 12 is defined in the housing 2.

前断熱壁１０及び／又は後断熱壁１１は着脱自在或いは開閉自在に装着されており、前断熱壁１０及び／又は後断熱壁１１を離脱或いは開動せしめることによって発電・燃焼室１２内にアクセスすることができる。所望ならば、各断熱壁の外面に金属板製でよい外壁を配設することができる。 The front heat insulation wall 10 and / or the rear heat insulation wall 11 is detachably or removably attached, and the front heat insulation wall 10 and / or the rear heat insulation wall 11 is detached or opened to access the power generation / combustion chamber 12. be able to. If desired, an outer wall, which may be made of a metal plate, can be disposed on the outer surface of each heat insulating wall.

ハウジング２内の上端部には空気室（ガス室）１６が配設されている。空気室１６は上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース１７内に規定されている。空気室１６には、発電・燃焼室に向かって空気（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）２２の上端が連通している。空気導入管２２は複数本あり、その形状は円筒や中空板構造などが考えられる。図１、２では円筒の空気導入管２２を記載した。空気導入管２２は後述するセルスタック間に配置されており、セルの下端部において開口し、この開口部から空気が噴出する構造となっている。空気導入管２２はセラミックスなどの耐熱性の高い材料で作製するのが好適である。 An air chamber (gas chamber) 16 is disposed at the upper end of the housing 2. The air chamber 16 is defined in a rectangular parallelepiped case 17 having a relatively small vertical dimension. The air chamber 16 communicates with the upper end of an air introduction pipe (gas supply means) 22 for sending air (oxygen-containing gas) toward the power generation / combustion chamber. There are a plurality of air introduction pipes 22 and the shape thereof may be a cylinder or a hollow plate structure. 1 and 2, a cylindrical air introduction tube 22 is shown. The air introduction pipe 22 is disposed between the cell stacks described later, and has an opening at the lower end portion of the cell, and air is ejected from the opening portion. The air introduction tube 22 is preferably made of a material having high heat resistance such as ceramics.

そして、空気室１６には、低温ガス供給管１８からなる低温ガス供給手段が設けられており、この低温ガス供給管１８は、上断熱壁４を貫通し、外部に延設されている。 The air chamber 16 is provided with a low-temperature gas supply means including a low-temperature gas supply pipe 18. The low-temperature gas supply pipe 18 penetrates the upper heat insulating wall 4 and extends to the outside.

この低温ガス供給管１８は、空気室１６内に供給されるガスと同一種、即ち、低温の空気を空気室１６内に供給するものであり、低温ガス供給管１８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。特には、室温程度が望ましい。 The low-temperature gas supply pipe 18 supplies the same type of gas as that supplied into the air chamber 16, that is, low-temperature air, into the air chamber 16. The air supplied through the low-temperature gas supply pipe 18 is It must be cooler than the temperature of the preheated air. In particular, about room temperature is desirable.

低温ガス供給管１８は、図２に示すように、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄ、即ち、燃料電池セル集合体の中央部を冷却するような空気室１６の位置に接続されている。言い換えれば、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄ間に配設された空気導入管２２のケース１７側板への開口部集合体中央に対して、対向するケース１７側板の位置に開口するように低温ガス供給管１８が設けられている。 As shown in FIG. 2, the low temperature gas supply pipe 18 is connected to a position of the air chamber 16 that cools the power generation units 56a, 56b, 56c, and 56d, that is, the central portion of the fuel cell assembly. In other words, the air introduction pipe 22 disposed between the power generation units 56a, 56b, 56c, and 56d has a low temperature so as to open at the position of the opposing case 17 side plate with respect to the center of the opening assembly to the case 17 side plate. A gas supply pipe 18 is provided.

ハウジング２の両側部、更に詳しくは右側断熱壁８の内側及び左側断熱壁９の内側には、全体として平板形状である熱交換器２４が配設されている。熱交換器２４の各々は実質上鉛直に延在する中空平板形態のケース２６から構成されている。 A heat exchanger 24 having a flat plate shape as a whole is disposed on both sides of the housing 2, more specifically, inside the right heat insulating wall 8 and inside the left heat insulating wall 9. Each of the heat exchangers 24 is constituted by a case 26 having a hollow flat plate shape extending substantially vertically.

かかるケース２６内にはその横方向中間に位置する仕切板２８が配設されており、ケース２６内は内側に位置する排出路３０と外側に位置する流入路３２とに区画されている。排出路３０内には上下方向に間隔をおいて３枚の仕切壁３４及び３６が配置されている。更に詳述すると、排出路３０内には、その前縁はケース２６の前壁（図示していない）から後方に離隔して位置するがその後縁はケース２６の後壁（図示していない）に接続されている形態の仕切壁３４と、その前縁はケース２６の前壁に接続されているがその後縁はケース２６の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁３６とが交互に配置されており、かくして燃焼ガス排出路３０はジグザグ形態にせしめられている。なお、所望ならばジグザグ形態の流路以外の形態でも良い。 A partition plate 28 located in the middle in the lateral direction is disposed in the case 26, and the inside of the case 26 is partitioned into a discharge path 30 positioned on the inner side and an inflow path 32 positioned on the outer side. Three partition walls 34 and 36 are arranged in the discharge path 30 at intervals in the vertical direction. More specifically, in the discharge passage 30, the front edge is located rearwardly away from the front wall (not shown) of the case 26, but the rear edge is the rear wall (not shown) of the case 26. And a partition wall 36 whose front edge is connected to the front wall of the case 26 but whose rear edge is spaced forward from the rear wall of the case 26. Are alternately arranged, and thus the combustion gas discharge passage 30 is zigzag-shaped. If desired, a form other than the zigzag flow path may be used.

同様に、流入路３２内にも上下方向に間隔をおいて３枚の仕切壁３８及び４０、即ちその前縁はケース２６の前壁（図示していない）から後方に離隔して位置するがその後縁はケース２６の後壁（図示していない）に接続されている形態の仕切壁３８と、その前縁はケース２６の前壁に接続されているがその後縁はケース２６の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁４０とが交互に配置されており、かくして流入路３２もジグザグ形態にせしめられている。なお、所望ならばジグザグ形態の流路以外の形態でも良い。 Similarly, the three partition walls 38 and 40, that is, the front edges thereof are also spaced apart from the front wall (not shown) of the case 26 in the inflow path 32 with a space in the vertical direction. The rear wall is connected to the rear wall (not shown) of the case 26, and the front edge of the partition wall 38 is connected to the front wall of the case 26. The partition walls 40 spaced apart from the front are alternately arranged, and thus the inflow passage 32 is also zigzag-shaped. If desired, a form other than the zigzag flow path may be used.

ケース２６の内側壁の上端部には排出開口４２が形成されており、排出路３０は排出開口４２を介して発電・燃焼室１２と連通せしめられている。図示の実施形態においては、熱交換器２４の各々の発電・燃焼室１２側、即ち、燃料電池セル側、及び燃料電池セルの上下には、蓄熱材からなる蓄熱壁が配置されている。即ち右側蓄熱壁４４ａ、左側蓄熱壁４４ｂ、前蓄熱壁４４ｃ及び後蓄熱壁４４ｄ、上蓄熱壁４４ｅ、下断熱壁４４ｆが、セル集合体を取り囲むように配設されている。かかる右側蓄熱壁４４ａ、左側蓄熱壁４４ｂの上部には、排出開口４２の下縁と実質上同高に位置して開口する開口部４５が形成されており、排出開口４２は開口部４５を通して発電・燃焼室１２に連通せしめられている。
A discharge opening 42 is formed at the upper end of the inner wall of the case 26, and the discharge path 30 is communicated with the power generation / combustion chamber 12 through the discharge opening 42. In the illustrated embodiment, heat storage walls made of a heat storage material are arranged on the power generation / combustion chamber 12 side of the heat exchanger 24, that is, on the fuel cell side, and above and below the fuel cell. That is, the right heat storage wall 44a, the left heat storage wall 44b, the front heat storage wall 44c and the rear heat storage wall 44d, the upper heat storage wall 44e, and the lower heat insulation wall 44f are arranged so as to surround the cell assembly. An opening 45 is formed in the upper part of the right heat storage wall 44 a and the left heat storage wall 44 b so as to be located at substantially the same height as the lower edge of the discharge opening 42, and the discharge opening 42 generates power through the opening 45. -It is connected to the combustion chamber 12.

ハウジング２の６個の壁面の外面に形成された断熱壁４、６、８、９、１０、１１は、アルミナ／シリカ系の汎用断熱材から形成されており、セル集合体を取り囲むように形成された蓄熱壁４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆは、密度が前記断熱材４、６、８、９、１０より大きいアルミナ純度の高い断熱材から形成されている。断熱壁４、６、８、９、１０、１１と蓄熱壁４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆは同一材料から形成されていても良いが、蓄熱材の密度は断熱材よりも大きいことが望ましい。断熱壁４、６、８、９、１０、１１の密度は０．２６ｇ／ｃｍ^３以下、蓄熱壁４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆの密度は０．３２ｇ／ｃｍ^３以下で、両者の熱伝導率は０．１〜０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが望ましい。 The heat insulating walls 4, 6, 8, 9, 10, and 11 formed on the outer surface of the six wall surfaces of the housing 2 are formed of an alumina / silica general-purpose heat insulating material so as to surround the cell assembly. The heat storage walls 44 a, 44 b, 44 c, 44 d, 44 e, 44 f are formed from a heat insulating material having a higher alumina purity than the heat insulating materials 4, 6, 8, 9, 10. The heat insulating walls 4, 6, 8, 9, 10, 11 and the heat storage walls 44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f may be formed of the same material, but the density of the heat storage material is larger than that of the heat insulating material. Is desirable. The heat insulating walls 4, 6, 8, 9, 10, 11 have a density of 0.26 g / cm ³ or less, and the heat storage walls 44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f have a density of 0.32 g / cm ³ or less. The thermal conductivity of is preferably 0.1 to 0.4 W / (m · K).

ケース２６の上壁における外側部には流入開口４８が形成されており、流入路３２はかかる流入開口４８を介して空気室１６に連通せしめられている。熱交換器２４、流入開口４８は、ガス供給流路を構成している。流入路３２の各々の後方には上下方向に細長く延びる二重筒体５０（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５０は外側筒部材５２と内側筒部材５４とから構成されている。排出路３０の下端部は外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている排出路の下端部に接続されており、流入路３２の下端部は内側筒部材５４内に規定されている流入路に接続されている。 An inflow opening 48 is formed on the outer side of the upper wall of the case 26, and the inflow path 32 is communicated with the air chamber 16 through the inflow opening 48. The heat exchanger 24 and the inflow opening 48 constitute a gas supply channel. A double cylinder 50 (only the upper end portion is shown in FIG. 1) extending in the vertical direction is disposed behind each of the inflow passages 32. The double cylinder 50 is an outer cylinder member. 52 and an inner cylindrical member 54. The lower end of the discharge path 30 is connected to the lower end of the discharge path defined between the outer cylinder member 52 and the inner cylinder member 54, and the lower end of the inflow path 32 is defined in the inner cylinder member 54. Connected to the inflow channel.

而して、図示の燃料電池組立体における上述したとおりの構成は、本出願人の出願にかかる特願２００３−２９５７９０号の明細書及び図面に開示されている燃料電池組立体と実質上同一であるので、上述した構成の詳細については上記特願２００３−２９５７９０号の明細書及び図面に委ね、本明細書においては説明を省略する。 Thus, the configuration of the fuel cell assembly shown in the drawing is substantially the same as the fuel cell assembly disclosed in the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 2003-295790 filed by the present applicant. Therefore, the details of the configuration described above are left to the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 2003-295790, and the description thereof is omitted in this specification.

上述した発電・燃焼室の下部には４個の発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄが配置されている。発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄは、夫々、上述した空気導入管２２間に位置せしめられている。言い換えれば、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄ間に、空気導入管２２が配設されている。図１、２と共に、図３、４を参照して説明を続けると、発電ユニット５６ａは前後方向（図１において紙面に垂直な方向）に細長く延びる直方体形状の燃料ガスケース５８ａを具備している。 Four power generation units 56a, 56b, 56c and 56d are arranged in the lower part of the above-described power generation / combustion chamber. The power generation units 56a, 56b, 56c, and 56d are respectively positioned between the air introduction pipes 22 described above. In other words, the air introduction pipe 22 is disposed between the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d. 3 and 4 together with FIGS. 1 and 2, the power generation unit 56a includes a rectangular parallelepiped fuel gas case 58a extending in the front-rear direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1). .

燃料ガス室を規定している燃料ガスケース５８ａの上面上にはセルスタック６０ａが装着されている。セルスタック６０ａは上下方向に細長く延びる直立燃料電池セル６２を燃料ガスケース５８ａの長手方向（即ち前後方向）に複数個配置して構成されている。図５に明確に図示する如く、セル６２の各々は電極支持基板６４、内側電極層である燃料極層６６、固体電解質層６８、外側電極層である酸素極層７０、及びインターコネクタ７２から構成されている。
A cell stack 60a is mounted on the upper surface of the fuel gas case 58a that defines the fuel gas chamber. The cell stack 60a is configured by a plurality pieces placed in the longitudinal direction (i.e., longitudinal direction) of upstanding fuel cells 62 of the fuel gas casing 58a elongated in the vertical direction. As clearly shown in FIG. 5, each cell 62 includes an electrode support substrate 64, a fuel electrode layer 66 that is an inner electrode layer, a solid electrolyte layer 68, an oxygen electrode layer 70 that is an outer electrode layer, and an interconnector 72. Has been.

電極支持基板６４は上下方向に細長く延びる柱状の板状片であり、その断面形状は平坦な両面と半円形状の両側面を有する。電極支持基板６４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７４が形成されている。電極支持基板６４の各々は燃料ガスケース５８ａの上壁上に、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 64 is a columnar plate-like piece that is elongated in the vertical direction, and the cross-sectional shape thereof has both flat surfaces and both sides of a semicircular shape. The electrode support substrate 64 is formed with a plurality (six in the illustrated example) of fuel gas passages 74 penetrating the electrode support substrate 64 in the vertical direction. Each of the electrode support substrates 64 is bonded to the upper wall of the fuel gas case 58a by, for example, a ceramic adhesive having excellent heat resistance.

燃料ガスケース５８ａの上壁には図１において紙面に垂直な方向に間隔をおいて左右方向に延びる複数個のスリット（図示していない）が形成されており、電極支持基板６４の各々に形成されている燃料ガス通路７４がスリットの各々に従って燃料ガス室に連通せしめられる。 On the upper wall of the fuel gas case 58a, a plurality of slits (not shown) extending in the left-right direction are formed at intervals in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. A fuel gas passage 74 is communicated with the fuel gas chamber according to each of the slits.

インターコネクタ７２は電極支持基板６４の片面（図５のセルスタック６０ａにおいて上面）上に配設されている。燃料極層６６は電極支持基板６４の他面（図５のセルスタック６０ａにおいて下面）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７２の両端に接合せしめられている。固体電解質層６８は燃料極層６６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７２の両端に接合せしめられている。酸素極層７０は、固体電解質層６８の主部上、即ち電極支持基板６４の他面を覆う部分上に配置され、電極支持基板板６４を挟んでインターコネクタ７２に対向して位置せしめられている。 The interconnector 72 is disposed on one side of the electrode support substrate 64 (upper surface in the cell stack 60a in FIG. 5). The fuel electrode layer 66 is disposed on the other surface (the lower surface in the cell stack 60a of FIG. 5) and both side surfaces of the electrode support substrate 64, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 72. The solid electrolyte layer 68 is disposed so as to cover the entire fuel electrode layer 66, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 72. The oxygen electrode layer 70 is disposed on the main part of the solid electrolyte layer 68, that is, on the portion covering the other surface of the electrode support substrate 64, and is positioned to face the interconnector 72 with the electrode support substrate plate 64 interposed therebetween. Yes.

セルスタック６０ａにおける隣接する燃料電池セル６２間には集電部材７６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７２と他方の燃料電池セル６２の酸
素極層７０とを接続している。セルスタック６０ａの両端、即ち図５にお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７６が配設されている。セルスタック６０ａの両端に位置する集電部材７６には電力取出手段（図示していない）が接続されており、かかる電力取出手段はハウジング２の前断熱壁１０、後断熱壁１１、または下断熱材６を通してハウジング２外に延在せしめられている。所望ならば、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの各々に電力取出手段を配設することに代えて、適宜の接続手段によってセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄを相互に直列接続し、４個のセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに関して共通の電力取出手段を配設することもできる。
Between the fuel cell 62 adjacent in the cell stack 60a and the current collecting member 76 is disposed to connect the oxygen electrode layer 70 of the interconnector 72 and the other fuel cell 62 of one fuel cell 62 ing. Current collecting members 76 are disposed on both ends of the cell stack 60a, 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 76 located at both ends of the cell stack 60a, and the electric power extraction means is the front heat insulation wall 10, the rear heat insulation wall 11 or the lower heat insulation wall of the housing 2. The material 6 extends outside the housing 2. If desired, the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d are connected in series with each other by appropriate connection means instead of disposing the power extraction means in each of the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d. Common power extraction means may be provided for the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d.

燃料電池セル６２について更に詳述すると、電極支持基板６４は燃料ガスを燃料極層６６まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ７２を介して集電するために導電性であることが要求され、かかる要求を満足する多孔質の導電性セラミック（若しくはサーメット）から形成することができる。
In more detail about the fuel cell 62, the electrode support substrate 64 is gas permeable to allow the fuel gas to permeate to the fuel electrode layer 66, and is also electrically conductive to collect current via the interconnector 72. It can be formed from a porous conductive ceramic (or cermet) that is required and satisfies such requirements.

燃料極層６６及び／又は固体電解質層６８との同時焼成により燃料電池セル６２を製造するためには、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから電極支持基板６４を形成することが好ましい。所要ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５乃至５０％の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であるのが好ましい。

In order to manufacture the fuel cell 62 by co-firing with the fuel electrode layer 66 and / or the solid electrolyte layer 68, it is preferable to form the electrode support substrate 64 from the iron group metal component and the specific rare earth oxide. In order to provide the required gas permeability, it is preferred that the open porosity is in the range of 30% or more, in particular 35 to 50%, and the conductivity is also 300 S / cm or more, in particular 440 S / cm or more. Is preferred.

燃料極層６６は多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２（安定化ジルコニアと称されている）とＮｉ及び／又はＮｉＯとから形成することができる。 The fuel electrode layer 66 can be formed of a porous conductive ceramic, for example, ZrO ₂ (referred to as stabilized zirconia) in which a rare earth element is dissolved and Ni and / or NiO.

固体電解質層６８は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと空気とのリークを防止するためにガス遮断性を有するものであることが必要であり、通常、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ_２から形成されている。 The solid electrolyte layer 68 has a function as an electrolyte for bridging electrons between electrodes, and at the same time needs to have a gas barrier property in order to prevent leakage between fuel gas and air. In general, it is formed from ZrO ₂ in which ₃ to 15 mol% of a rare earth element is dissolved.

酸素極層７０は所謂ＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックから形成することができる。酸素極層７０はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。 The oxygen electrode layer 70 can be formed of a conductive ceramic made of a so-called ABO ₃ type perovskite oxide. The oxygen electrode layer 70 is required to have gas permeability, and the open porosity is preferably 20% or more, particularly preferably in the range of 30 to 50%.

インターコネクタ７２は導電性セラミックから形成することができるが、水素ガスでよい燃料ガス及び空気と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクタ７２は電極支持基板６４に形成された燃料ガス通路７４を通る燃料ガス及び電極支持基板６４の外側を流動する空気のリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが望まれる。 Although the interconnector 72 can be formed from a conductive ceramic, it needs to have a reduction resistance and an oxidation resistance in order to come into contact with a fuel gas and air that may be hydrogen gas. A perovskite oxide (LaCrO ₃ oxide) is preferably used. The interconnector 72 must be dense in order to prevent leakage of fuel gas passing through the fuel gas passage 74 formed in the electrode support substrate 64 and air flowing outside the electrode support substrate 64, and is 93% or more. In particular, it is desired to have a relative density of 95% or more.

集電部材７６は弾性を有する金属又は合金から形成された適宜の形状の部材或いは金属繊維又は合金繊維から成るフェルトに所要表面処理を加えた部材から構成することができる。 The current collecting member 76 can be composed of a member having an appropriate shape formed of a metal or alloy having elasticity, or a member obtained by adding a required surface treatment to a felt made of metal fiber or alloy fiber.

図４を参照して説明を続けると、発電ユニット５６ａは、セルスタック６０ａ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改質ケース７８ａも具備している。改質ケース７８ａの前面には燃料ガス送給管８０ａの一端即ち上端が接続されている。 Continuing the description with reference to FIG. 4, the power generation unit 56 a also includes a reforming case 78 a that is preferably a rectangular shape (or a cylindrical shape) that extends elongated in the front-rear direction above the cell stack 60 a. ing. One end, that is, the upper end of the fuel gas supply pipe 80a is connected to the front surface of the reforming case 78a.

燃料ガス送給管８０ａ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８０ａの他端は上記燃料ガスケース５８ａの前面に接続されている。改質ケース７８ａの後面には被改質ガス供給管８２ａの一端が接続されている。被改質ガス供給管８２ａは改質ケースから下方に延び、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 80a extends downward, then curves and extends rearward, and the other end of the fuel gas supply pipe 80a is connected to the front surface of the fuel gas case 58a. One end of a reformed gas supply pipe 82a is connected to the rear surface of the reforming case 78a. The to-be-reformed gas supply pipe 82 a extends downward from the reforming case, and extends under the housing 2 and out of the housing 2.

被改質ガス供給管８２ａは都市ガス等の炭化水素ガスでよい被改質ガス供給源（図示していない）に接続されており、被改質ガス供給管８２ａを介して改質ケース７８ａに被改質ガスが供給される。改質ケース７８ａ内には燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための適宜の改質触媒が収容されている。 The to-be-reformed gas supply pipe 82a is connected to a to-be-reformed gas supply source (not shown) which may be a hydrocarbon gas such as city gas, and is connected to the reforming case 78a through the to-be-reformed gas supply pipe 82a. A gas to be reformed is supplied. An appropriate reforming catalyst for reforming the fuel gas into a hydrogen-rich fuel gas is accommodated in the reforming case 78a.

図示の実施形態においては、改質ケース７８ａは燃料ガス送給管８０ａを介して燃料ガスケース５８ａに接続され、これによって所要位置に保持されているが、所要ならば、図４に二点鎖線で図示する如く、例えば上記被改質ガス供給管８２ａの下面と燃料ガスケース５８ａの後端部下面或いは後面との間に適宜の支持部材８４ａを付設することもできる。 In the illustrated embodiment, the reforming case 78a is connected to the fuel gas case 58a via the fuel gas supply pipe 80a and is held in a required position by this, but if necessary, the two-dot chain line in FIG. For example, an appropriate support member 84a can be provided between the lower surface of the reformed gas supply pipe 82a and the lower surface or rear surface of the rear end portion of the fuel gas case 58a.

図３において説明すると、発電ユニット５６ｃは上述した発電ユニット５６ａと実質上同一であり、発電ユニット５６ｂ及び５６ｄは、発電ユニット５６ａ及び５６ｃに対して前後方向が逆に配置されていること、従って改質ケース７８ｂ及び７８ｄと燃料ガスケース５８ｂ及び５８ｄとを接続する燃料ガス送給管（図示していない）が後側に配置され、被改質ガス供給管８２ｂ及び８２ｄが改質ケースから下方に延び、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。 Referring to FIG. 3, the power generation unit 56c is substantially the same as the power generation unit 56a described above, and the power generation units 56b and 56d are disposed in the front-rear direction opposite to the power generation units 56a and 56c. Fuel gas supply pipes (not shown) connecting the quality cases 78b and 78d and the fuel gas cases 58b and 58d are arranged on the rear side, and the reformed gas supply pipes 82b and 82d are located downward from the reforming case. It extends under the housing 2 and extends out of the housing 2.

上述したとおりの燃料電池組立体においては、被改質ガスが被改質ガス供給管８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄを介して改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄに供給され、改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内において水素リッチな燃料ガスに改質された後に、燃料ガス送給管８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄを通して燃料ガスケース５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び５８ｄ内に規定されている燃料ガス室に供給され、次いでセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに供給される。 In the fuel cell assembly as described above, the gas to be reformed is supplied to the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d via the gas to be reformed supply pipes 82a, 82b, 82c and 82d, and the reforming case 78a. , 78b, 78c and 78d, the fuel defined in the fuel gas cases 58a, 58b, 58c and 58d through the fuel gas supply pipes 80a, 80b, 80c and 80d after being reformed into hydrogen-rich fuel gas. It is supplied to the gas chamber and then supplied to the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d.

セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの各々においては、酸素極において、
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−（固体電解質）
の電極反応が生成され、燃料極において、
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 60a, 60b, 60c and 60d, at the oxygen electrode,
1 / 2O ₂ + 2e ⁻ → O ²⁻ (solid electrolyte)
The electrode reaction of
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６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄから上方に流動した燃料ガス及び空気は、起動時に発電・燃焼室１２内に配設されている点火手段（図示していない）によって点火されて燃焼される。周知の如く、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄにおける発電に起因して、そしてまた燃料ガスと空気との燃焼に起因して発電・燃焼室１２内は例えば１０００℃程度の高温になる。改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄは発電・燃焼室１２内に配設され、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの直ぐ上方に位置せしめられており、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１２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。 Fuel gas and air that have flown upward from the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d without being used for power generation are ignited by an ignition means (not shown) disposed in the power generation / combustion chamber 12 at the time of startup. It is ignited and burned. As is well known, the power generation / combustion chamber 12 has a high temperature of, for example, about 1000 ° C. due to power generation in the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d, and also due to combustion of fuel gas and air. The reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d are disposed in the power generation / combustion chamber 12, and are positioned immediately above the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d, and are directly heated by the combustion flame. Thus, the high temperature generated in the power generation / combustion chamber 12 is effectively used for reforming the reformed gas.

発電・燃焼室１２内に生成された燃焼ガスは熱交換器２４に形成されている排出開口４２から排出路３０に流入し、ジグザグ状に延在する排出路３０を流動した後に二重筒体５０の外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている排出路を通して排出される。燃焼ガスが二重筒体５０における排出路を流動する際には、二重筒体５０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。 The combustion gas generated in the power generation / combustion chamber 12 flows into the discharge passage 30 from the discharge opening 42 formed in the heat exchanger 24, and flows through the discharge passage 30 extending in a zigzag shape. 50 is discharged through a discharge passage defined between the outer cylinder member 52 and the inner cylinder member 54. When the combustion gas flows through the discharge path in the double cylinder 50, air flows through the inflow path in the double cylinder 50, and heat exchange is performed between the combustion gas and air.

そしてまた、燃焼ガスが熱交換器２４の排出路３０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２４の流入路３２をジグザグ状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 30 of the heat exchanger 24 in a zigzag manner, the air is caused to flow so as to face the inflow passage 32 of the heat exchanger 24 in a zigzag manner. Thus, heat is effectively exchanged between the combustion gas and air to preheat the air.

長期間に渡って発電を遂行することによってセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの一部或いは全部が劣化した場合には、ハウジング２の前断熱壁１０或いは後断熱壁１１を離脱或いは開動せしめ、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部をハウジング２内から取り出す。 When part or all of the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d deteriorates due to power generation over a long period of time, the front heat insulation wall 10 or the rear heat insulation wall 11 of the housing 2 is detached or opened. Part or all of the power generation units 56 a, 56 b, 56 c and 56 d are taken out from the housing 2.

そして、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部を新しいものに交換して、或いは発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部におけるセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄのみを新しいものに交換して、再びハウジング２内の所要位置に装着すればよい。発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部あるいは全部における改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内に収容されている改質触媒を交換することが必要な場合にも、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部をハウジング２内から取り出し、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部における改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ自体を新しいものに或いは改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内の改質触媒のみを新しいものに交換すればよい。 Then, replace some or all of the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d with new ones, or only the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d in some or all of the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d. May be replaced with a new one and mounted again at a required position in the housing 2. Even when it is necessary to replace the reforming catalyst accommodated in the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d in some or all of the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d, the power generation units 56a, 56b , 56c and 56d are removed from the housing 2, and the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d themselves in the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d are replaced with new ones or reforming cases. Only the reforming catalyst in 78a, 78b, 78c and 78d may be replaced with a new one.

改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内の改質触媒の交換を充分容易に遂行し得るようになすために、所望ならば改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄの一部を開閉自在な扉にせしめることができる。 In order to be able to perform the replacement of the reforming catalyst in the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d sufficiently easily, a part of the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d can be opened and closed if desired. It can be put on the door.

一方、空気は二重筒体５０の内側筒部材５４内に規定されている流入路を通して熱交換器２４の流入路３２に供給され、熱交換器２４を通過して予熱（加熱）された空気は、空気室１６に一旦貯留され、空気導入管２２を通って燃焼・発電室１２のセルスタック間に供給される。この際、空気導入管２２はセルスタック６０の燃料電池セル６２の上端の燃料ガス通路７４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１６の予熱空気はセルスタック６０上部の燃焼領域でさらに加熱され、高温に暖められた空気がセルに供給される。 On the other hand, air is supplied to the inflow path 32 of the heat exchanger 24 through the inflow path defined in the inner cylinder member 54 of the double cylinder 50, and is preheated (heated) through the heat exchanger 24. Is temporarily stored in the air chamber 16 and supplied between the cell stacks of the combustion / power generation chamber 12 through the air introduction pipe 22. At this time, the air introduction pipe 22 passes through the combustion gas atmosphere that burns in the vicinity of the fuel gas passage 74 at the upper end of the fuel cell 62 of the cell stack 60. Accordingly, the preheated air in the air chamber 16 is further heated in the combustion region above the cell stack 60, and the air heated to a high temperature is supplied to the cell.

通常運転時は前記熱交換器２４で予熱された空気が空気室１６に導入され、この空気室１６から空気導入管２２を用いて燃焼・発電室１２へ空気が導入されるが、発電室の温度が想定以上に上昇した場合は、前記熱交換器２４を通らない低温ガス供給管１８を通ってきた低温の空気が空気室１６に導入され、熱交換器２４を通過して予熱された空気と混合されて、空気室１６の空気温度がある程度低下する。この空気を発電室１２、即ち、セルスタック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間に導入されるので、発電室１２、即ち燃料電池セルの過度に上昇した温度が低下されるので、発電室内の温度を適宜にコントロールできる良好な燃料電池組立体が提供される。 During normal operation, air preheated by the heat exchanger 24 is introduced into the air chamber 16, and air is introduced from the air chamber 16 into the combustion / power generation chamber 12 using the air introduction pipe 22. When the temperature rises more than expected, the low-temperature air that has passed through the low-temperature gas supply pipe 18 that does not pass through the heat exchanger 24 is introduced into the air chamber 16 and preheated through the heat exchanger 24. And the air temperature of the air chamber 16 is reduced to some extent. By supplying this air between the power generation chambers 12, that is, between the cell stacks, air having a lower temperature than that during normal operation is introduced between the cell stacks. Therefore, a good fuel cell assembly that can appropriately control the temperature in the power generation chamber is provided.

また、空気室１６内の空気温度は、低温ガス供給管１８から供給された外気と、熱交換器２４を通過して予熱された空気と混合されるため、室温ほど低温の空気ではないので、熱い燃料電池セル６０に供給しても、燃料電池セル６０のクラックや熱衝撃破壊を引き起こすなどの不具合を避けることが出来るので、燃料電池発電システム全体の機能劣化が抑えられ寿命が延ばすことができる。 Moreover, since the air temperature in the air chamber 16 is mixed with the outside air supplied from the low temperature gas supply pipe 18 and the air preheated through the heat exchanger 24, the air temperature is not as low as room temperature. Even if the fuel cell 60 is supplied to the hot fuel cell 60, it is possible to avoid problems such as cracks and thermal shock destruction of the fuel cell 60, so that the deterioration of the function of the entire fuel cell power generation system can be suppressed and the life can be extended. .

さらに、低温ガス供給管１８による低温ガスの供給を、空気供給管２２の開口部中央部に向けて供給することにより、さらに、両側の熱交換器から加熱された空気を開口部中央部に向けて供給することにより、最も加熱しやすいセル集合体の中央部に空気供給管２２により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、最適な冷却手段とすることができる。 Furthermore, by supplying the supply of the low temperature gas from the low temperature gas supply pipe 18 toward the center of the opening of the air supply pipe 22, the air heated from the heat exchangers on both sides is further directed to the center of the opening. The air supplied through the air supply pipe 22 to the center of the cell assembly that is most easily heated can be at the lowest temperature, and the temperature can be increased as the distance from the center increases. can do.

そして、本発明の燃料電池組立体では、ハウジング２内であってセル集合体の周囲に、蓄熱壁４４ａ、左側蓄熱壁４４ｂ、前蓄熱壁４４ｃ及び後蓄熱壁４４ｄ、下蓄熱壁４４ｅ、上断熱壁４４ｆを、ハウジング２の外面に上断熱壁４、下断熱壁６、右側断熱壁８、左側断熱壁９、前断熱壁１０及び後断熱壁１１を配置することにより、セル周囲の高温の熱を蓄熱壁により蓄熱するとともに、外部への熱放散を蓄熱壁及び断熱材と併せて効果的に抑制することができ、分散型発電用の燃料電池組立体において、発熱量の少ない部分負荷運転時においても、有効に発電温度を維持できる。 In the fuel cell assembly of the present invention, the heat storage wall 44a, the left heat storage wall 44b, the front heat storage wall 44c, the rear heat storage wall 44d, the lower heat storage wall 44e, and the upper heat insulation are provided in the housing 2 and around the cell assembly. By disposing the wall 44f on the outer surface of the housing 2, the upper heat insulating wall 4, the lower heat insulating wall 6, the right heat insulating wall 8, the left heat insulating wall 9, the front heat insulating wall 10, and the rear heat insulating wall 11 are arranged. Can be effectively stored together with the heat storage wall and the heat insulating material, and in the fuel cell assembly for distributed power generation, during partial load operation with less heat generation In this case, the power generation temperature can be effectively maintained.

即ち、分散型発電用の燃料電池組立体では発電量は少ないため小型であり、定常運転時には熱自立し、効果的に発電するが、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るが、本発明では、断熱壁によりハウジング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、ハウジング内の温度を有効に維持できる。 In other words, the fuel cell assembly for distributed power generation is small because the power generation amount is small, and is self-sustaining in the normal operation and generates power effectively. However, if the power generation amount is reduced by reducing the fuel gas amount, In the present invention, the heat is effectively confined in the housing by the heat insulating wall, the high-temperature heat in the steady operation is absorbed by the heat storage wall, the partial load operation is performed, and the heat generation amount is reduced. When the temperature decreases, heat can be dissipated and the temperature inside the housing can be effectively maintained.

以上、添付図面を参照して本発明の好適実施形態について詳細に説明したが、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ことは多言するまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications and corrections can be made without departing from the scope of the present invention. It goes without saying that this is possible.

例えば、セルスタックの上方に特定の改質ケースを備えた燃料電池組立体に関連せしめて本発明を説明したが、改質ケースがセルスタックの上方以外の場合でも、本発明を適用することが出来る。また、改質ケースをハウジング内に設けない場合であっても良い。 For example, the present invention has been described in relation to a fuel cell assembly having a specific reforming case above the cell stack. However, the present invention can be applied even when the reforming case is not located above the cell stack. I can do it. Moreover, the case where a reforming case is not provided in a housing may be sufficient.

また、上記形態では、空気室に低温ガス供給手段を設け、空気供給管により、燃料電池セルの外面に空気を供給する場合について説明したが、本発明は、空気供給管により燃料電池セルの内部に空気を供給するようにしても良いことは勿論である。尚、この場合、燃料電池セルの内側には空気極が、外側には燃料極が形成されることは言うまでもない。 Further, in the above embodiment, a case has been described in which low temperature gas supply means is provided in the air chamber and air is supplied to the outer surface of the fuel cell by the air supply pipe. However, the present invention provides the inside of the fuel cell by the air supply pipe. Of course, air may be supplied to the air. In this case, it goes without saying that an air electrode is formed inside the fuel cell and a fuel electrode is formed outside.

また、上記形態では、空気室に低温ガス供給手段を設けた例について説明したが、燃料ガス室に低温ガス供給手段を設け、燃料ガスにより燃料電池セルを冷却するようにしてもよいことは勿論である。 Further, in the above embodiment, an example in which the low temperature gas supply means is provided in the air chamber has been described. However, it is of course possible to provide the low temperature gas supply means in the fuel gas chamber and cool the fuel cell with the fuel gas. It is.

さらに、上記形態では、燃料電池セルの上方で燃料ガスと空気が反応して燃焼する場合について説明したが、本発明では、燃焼しない場合であっても良いことは勿論である。 Furthermore, although the case where fuel gas and air react and burn above the fuel battery cell has been described in the above embodiment, the present invention may of course not burn.

本発明の燃料電池組立体の好適実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows suitable embodiment of the fuel cell assembly of this invention. 図１の平面図。The top view of FIG. 図１の燃料電池組立体に使用されている発電ユニット集合体を示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing a power generation unit assembly used in the fuel cell assembly of FIG. 1. 図３の発電ユニットを示す斜視図。The perspective view which shows the electric power generation unit of FIG. 図３のセルスタックを示す断面図。Sectional drawing which shows the cell stack of FIG.

Explanation of symbols

２：ハウジング
４、６、８、９、１０、１１：断熱壁
１２：発電・燃焼室
１６：空気室（ガス室）
１８：低温ガス供給手段
２２：空気供給管（ガス供給管）
２４：熱交換器
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ：蓄熱壁
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄ：発電ユニット
５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び５８ｄ：燃料ガスケース
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄ：セルスタック
６２：燃料電池セル
７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ：改質ケース 2: Housing 4, 6, 8, 9, 10, 11: Thermal insulation wall 12: Power generation / combustion chamber 16: Air chamber (gas chamber)
18: Low temperature gas supply means 22: Air supply pipe (gas supply pipe)
24: heat exchangers 44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f: heat storage walls 56a, 56b, 56c and 56d: power generation units 58a, 58b, 58c and 58d: fuel gas cases 60a, 60b, 60c and 60d: cell stacks 62: Fuel cell 78a, 78b, 78c and 78d: reforming case

Claims

A housing;
A heat insulating material covering the outer surface of the housing;
A plurality of fuel cells disposed inside the housing;
A heat storage material disposed between the inner surface of the housing and the fuel battery cell so as to cover the plurality of fuel battery cells;
A fuel cell assembly, wherein a density of the heat storage material is larger than a density of the heat insulating material.

The housing has a combustion gas discharge flow for discharging a combustion gas generated by burning a fuel gas not used for power generation of the fuel battery cell on a discharge side of a gas flow path penetrating the inside of the fuel battery cell. And an oxygen-containing gas supply channel for supplying an oxygen-containing gas to the fuel cell, wherein the combustion gas discharge channel and the oxygen-containing gas supply channel comprise the heat insulating material and the heat storage material. 2. The fuel cell assembly according to claim 1, further comprising a heat exchanging portion that is disposed between the two and performs heat exchange.