JP5175456B2 - Solid electrolyte fuel cell module - Google Patents

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Description

本発明は、固体電解質形燃料電池セルを複数積層した固体電解質形燃料電池スタックを備えた固体電解質モジュールに関するものである。   The present invention relates to a solid electrolyte module including a solid electrolyte fuel cell stack in which a plurality of solid electrolyte fuel cells are stacked.

従来より、燃料電池として、固体電解質（固体酸化物）を用いた固体酸化物形燃料電池（以下ＳＯＦＣとも記す）が知られている。
このＳＯＦＣは、例えば板状の固体電解質体の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セルを、多数積層してスタックを形成し、燃料極に燃料ガスを供給するとともに、空気極に空気を供給し、燃料及び空気中の酸素を固体電解質体を介して化学反応させることによって電力を発生させるものである。 Conventionally, a solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as SOFC) using a solid electrolyte (solid oxide) is known as a fuel cell.
In this SOFC, for example, a large number of fuel cells each provided with a fuel electrode and an air electrode on each surface of a plate-shaped solid electrolyte body are stacked to form a stack, and a fuel gas is supplied to the fuel electrode, and an air electrode is provided. The air is supplied to the fuel, and electric power is generated by chemically reacting the fuel and oxygen in the air through the solid electrolyte body.

上述したＳＯＦＣは、高温型の燃料電池であり、セルを所定の温度（例えば７００〜１０００℃程度）まで上昇させないと発電することはできず、そのため、温度を上昇させる手段として、燃料電池の周辺に電気ヒータを設けて加熱する方法、燃料や空気のガスラインに加熱装置を設けて加熱する方法、燃料となる都市ガスやプロパンなどの炭化水素燃料の燃焼ガスを利用して、起動時の加熱や発電状態を維持する方法等が考えられている。   The above-mentioned SOFC is a high-temperature fuel cell, and cannot generate electric power unless the cell is raised to a predetermined temperature (for example, about 700 to 1000 ° C.). Therefore, as a means for raising the temperature, Heating at startup using a method of heating by installing an electric heater, a method of heating by installing a heating device in the gas line of fuel or air, or combustion gas of hydrocarbon fuel such as city gas or propane as fuel And a method of maintaining the power generation state is considered.

また、燃料ガスや空気を予め予熱して温度を高め、この高温となった燃料ガスや空気をセルに供給する技術も知られている（特許文献１参照）。
更に、比較的小型（１〜５ｋＷ程度）のＳＯＦＣにおいては、下記特許文献２、３に記載のように、スタックから排出された余剰燃料ガスをガス排出部近傍で燃焼させ、その燃焼熱により、スタックから離れた位置に設置されたガス改質部（即ち、燃料ガスを触媒にて改質する改質触媒部）を加熱するものが知られている。 In addition, a technique is known in which fuel gas or air is preheated in advance to increase the temperature, and the fuel gas or air that has reached a high temperature is supplied to the cell (see Patent Document 1).
Furthermore, in a relatively small (about 1 to 5 kW) SOFC, as described in Patent Documents 2 and 3 below, surplus fuel gas discharged from the stack is burned in the vicinity of the gas discharge portion, and by the heat of combustion, A device that heats a gas reforming unit (that is, a reforming catalyst unit that reforms fuel gas with a catalyst) installed at a position away from the stack is known.

このとき、スタックを収容するモジュール全体、即ち、改質触媒部等の周辺装置をスタックに加えたモジュール全体をなるべくコンパクトに設計すると、モジュール外に放散する熱を小さくできるため、発電効率の向上やシステム全体の熱効率を向上させるのに有利になる。
特開２００４−２２７８４６号公報 特開２００５−３２７５５３号公報 特開２００５−１５８５３０号公報 At this time, if the entire module containing the stack, i.e., the entire module in which peripheral devices such as the reforming catalyst unit are added to the stack, is designed as compactly as possible, the heat dissipated outside the module can be reduced. It is advantageous to improve the thermal efficiency of the entire system.
JP 2004-227846 A JP 2005-327553 A JP 2005-158530 A

しかしながら、上述した従来技術では、燃料ガスや空気の予熱を、スタックから離れた場所で行っているので、モジュール全体をコンパクトにすることが難しく、また、スタック等を加熱する際の熱効率が悪いという問題があった。   However, in the above-described prior art, since the fuel gas and air are preheated at a place away from the stack, it is difficult to make the entire module compact, and the heat efficiency when heating the stack or the like is poor. There was a problem.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来よりモジュールをコンパクトにできるとともに、スタック等を加熱する際の熱効率を高めることができる固体電解質形燃料電池モジュールを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to achieve a solid oxide fuel cell module capable of making the module more compact than before and improving the thermal efficiency when heating a stack or the like. Is to provide.

（１）請求項１の発明は、燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とを有する固体電解質体を備えた固体電解質形燃料電池セルを、複数積層した固体電解質形燃料電池スタックと、前記燃料ガスを前記燃料極に供給する前に予熱する燃料ガス予熱部と、を備えるとともに、前記固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の端部に、前記燃料ガス予熱部を積層配置した固体電解質形燃料電池モジュールにおいて、前記固体電解質形燃料電池スタックと前記燃料ガス予熱部とは、内部にガスの流路を有する中空の部材により一体化されるとともに、前記燃料ガスが、前記中空の部材の内部の流路により給気又は排気される構成であることを特徴とする。 (1) The invention according to claim 1, the solid body electrolyte fuel cell having a solid electrolyte body having an air electrode in contact with the fuel electrode and the oxidizer gas in contact with the fuel gas, a solid electrolyte fuel cell stacking a plurality stack and, Rutotomoni and a fuel gas preheating section you preheated before supplying the fuel gas to the fuel electrode, the end of the stacking direction of the solid electrolyte fuel cell stack, the fuel gas preheater The solid oxide fuel cell stack and the fuel gas preheating unit are integrated by a hollow member having a gas flow path therein, and the fuel gas is The structure is such that air is supplied or exhausted through a flow path inside the hollow member .

本発明では、固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の端部に、例えば層状の燃料ガス予熱部を積層配置している。
従って、モジュールをコンパクトに構成することができる。また、燃料ガス予熱部は固体電解質形燃料電池スタックに近接して積層一体化（スタック化）されているので、燃料ガス予熱部で予熱された燃料ガスは短い距離で燃料極の流路に供給され、よって、熱効率が良いという利点がある。 In the present invention, for example, a layered fuel gas preheating portion is laminated and disposed at an end portion in the stacking direction of the solid oxide fuel cell stack .
It follows, it is possible to configure the module in a compact. The fuel gas preheating part is stacked and integrated (stacked) close to the solid oxide fuel cell stack, so the fuel gas preheated in the fuel gas preheating part is supplied to the fuel electrode flow path at a short distance. Therefore, there is an advantage that the thermal efficiency is good.

ここで、前記燃料ガス予熱部としては、例えば上下の板材で挟まれた空間を採用できる。また、前記積層する構成として、固体電解質形燃料電池スタックに直接に燃料ガス予熱部が密着する構成を採用できるが、空間や他の部材を介して積層配置されるものも含まれる（以下同様）。   Here, as the fuel gas preheating portion, for example, a space sandwiched between upper and lower plate materials can be adopted. In addition, as the structure to be stacked, a structure in which the fuel gas preheating portion is in direct contact with the solid oxide fuel cell stack can be adopted, but includes a structure in which the fuel gas preheating portion is stacked via a space or another member (the same applies hereinafter). .

尚、前記固体電解質形燃料電池セルとは、燃料極と空気極と固体電解質体とからなる構成（セル本体）を備え、ガスとの接触により発電を行う発電単位である（以下同様）。
また、本発明では、固体電解質形燃料電池スタックと燃料ガス予熱部とは、内部にガスの流路を有する中空の部材により一体化されるとともに、燃料ガスが、中空の部材の内部の流路により給気又は排気される構成である。 The solid electrolyte fuel cell is a power generation unit that includes a fuel electrode, an air electrode, and a solid electrolyte body (cell body) and generates power by contact with gas (the same applies hereinafter).
In the present invention, the solid oxide fuel cell stack and the fuel gas preheating portion are integrated by a hollow member having a gas flow path therein, and the fuel gas is flowed inside the hollow member. In this configuration, air is supplied or exhausted.

これにより、本発明では、装置を一層コンパクトにできるとともに、一層熱効率を向上できる。ここで、前記中空の部材は、例えば中空ボルトの様に、内部にガス流路を備えた部材であるので、この中空の部材を用いることによって、固体電解質形燃料電池スタックの押圧固定ができるとともに、各固体電解質形燃料電池セルに連通するガス流路（内部マニホールド）を容易に実現できる（以下同様）。 Thereby, in this invention, while being able to make an apparatus more compact, thermal efficiency can be improved further. Here, since the hollow member is a member having a gas flow path inside, for example, a hollow bolt, the solid electrolyte fuel cell stack can be pressed and fixed by using the hollow member. A gas flow path (internal manifold) communicating with each solid oxide fuel cell can be easily realized (the same applies hereinafter).

（２）請求項２の発明は、燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とを有
燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とを有する固体電解質体を備えた固体電解質形燃料電池セルを、複数積層した固体電解質形燃料電池スタックと、前記酸化剤ガスを前記空気極に供給する前に予熱する酸化剤ガス予熱部と、を備えるとともに、前記固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の端部に、前記酸化剤ガス予熱部を積層配置した固体電解質形燃料電池モジュールにおいて、前記固体電解質形燃料電池スタックと前記酸化剤ガス予熱部とは、内部にガスの流路を有する中空の部材により一体化されるとともに、前記酸化剤ガスが、前記中空の部材の内部の流路により給気又は排気される構成であることを特徴とする。 ( 2 ) The invention of claim 2 includes a solid electrolyte body having a fuel electrode in contact with the fuel gas and an air electrode in contact with the oxidant gas, and a fuel electrode in contact with the fuel gas and an air electrode in contact with the oxidant gas . the solid body electrolyte fuel cell, comprising: a plurality of stacked solid electrolyte fuel cell stack, and a oxidation agent gas preheating section you preheated prior to feeding the oxygen-containing gas to the air electrode Rutotomoni, wherein In the solid oxide fuel cell module in which the oxidant gas preheating portion is stacked on the end of the solid oxide fuel cell stack in the stacking direction, the solid oxide fuel cell stack and the oxidant gas preheating portion And a hollow member having a gas flow path, and the oxidant gas is supplied or exhausted through a flow path inside the hollow member .

本発明では、固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の端部に、例えば層状の酸化剤ガス予熱部を積層配置している。
従って、モジュールをコンパクトに構成することができる。また、酸化剤ガス予熱部は固体電解質形燃料電池スタックに近接して積層一体化（スタック化）されているので、酸化剤ガス予熱部で予熱された酸化剤ガスは短い距離で空気極の流路に供給され、よって、熱効率が良いという利点がある。 In the present invention, for example, a layered oxidant gas preheating portion is laminated and disposed at the end portion in the stacking direction of the solid oxide fuel cell stack .
It follows, it is possible to configure the module in a compact. Further, since the oxidant gas preheating part is stacked and integrated (stacked) in the vicinity of the solid oxide fuel cell stack, the oxidant gas preheated in the oxidant gas preheating part flows in the air electrode at a short distance. There is an advantage that the heat efficiency is good.

尚、ここで、酸化剤ガス予熱部としては、例えば上下の板材で挟まれた空間を採用できる。
また、本発明では、固体電解質形燃料電池スタックと酸化剤ガス予熱部とは、内部にガスの流路を有する中空の部材により一体化されるとともに、酸化剤ガスが、中空の部材の内部の流路により給気又は排気される構成である。 Here, as the oxidant gas preheating portion, for example, a space sandwiched between upper and lower plate materials can be adopted.
Further, in the present invention, the solid oxide fuel cell stack and the oxidant gas preheating part are integrated by a hollow member having a gas flow path therein, and the oxidant gas is contained inside the hollow member. In this configuration, air is supplied or exhausted through the flow path.

これにより、装置を一層コンパクトにできるとともに、一層熱効率を向上できる。
（３）請求項３の発明は、前記固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の下端側に前記燃料ガス予熱部を備えるとともに、該燃料ガス予熱部は、内部に改質触媒層を有し、前記燃料極に供給する前記燃料ガスの改質を行うガス改質部であることを特徴とする。 Thereby , the apparatus can be made more compact and the thermal efficiency can be further improved.
( 3 ) The invention of claim 3 is provided with the fuel gas preheating part at the lower end side in the stacking direction of the solid oxide fuel cell stack , and the fuel gas preheating part has a reforming catalyst layer inside, It is a gas reforming section for reforming the fuel gas supplied to the fuel electrode.

本発明では、固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の下端側にガス改質部を配置して、固体電解質形燃料電池スタックと一体化したので、固体電解質形燃料電池モジュールをコンパクトにすることができるとともに、ガス改質部やスタックの加熱を効率良く行うことができる。   In the present invention, since the gas reforming portion is arranged at the lower end side in the stacking direction of the solid oxide fuel cell stack and integrated with the solid electrolyte fuel cell stack, the solid oxide fuel cell module can be made compact. In addition, the gas reforming section and the stack can be efficiently heated.

尚、前記ガス改質部としては、層状であって、固体電解質形燃料電池スタックに積層配置されてスタック化されたものが、コンパクト化及び熱効率の点で好適である。 Incidentally, as the gas reforming unit, a layered, those stacked is stacked on the solid electrolyte fuel cell stack, Ru preferred der in terms of compactness and thermal efficiency.

（４）請求項４の発明は、前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池モジュールの下方に、前記固体電解質形燃料電池スタックから排出される余剰のガスを燃料させる加熱手段を備えたことを特徴とする。 ( 4 ) According to the invention of claim 4, the surplus gas discharged from the solid oxide fuel cell stack is fueled below the solid oxide fuel cell module of any one of claims 1 to 3. It is characterized by comprising a heating means.

これにより、効率よく固体電解質形燃料電池スタックなどを加熱することができる。
尚、加熱手段としては、バーナ等各種の手段を採用できる。 Thereby, the solid oxide fuel cell stack and the like can be efficiently heated.
As the heating means, Ru can employs the burners and various.

・ここで、前記固体電解質体は、電池の作動時に燃料極に導入される燃料ガス又は空気極に導入される酸化剤ガスのうちの一方の一部をイオンとして移動させることができるイオン伝導性を有する。このイオンとしては、例えば酸素イオン及び水素イオン等が挙げられる。また、燃料極は、還元剤となる燃料ガスと接触し、セルにおける負電極として機能する。空気極は、酸化剤となる酸化剤ガスと接触し、セルにおける正電極として機能する。   Here, the solid electrolyte body is capable of ionic conductivity that can move a part of one of the fuel gas introduced into the fuel electrode or the oxidant gas introduced into the air electrode during operation of the battery as ions. Have Examples of the ions include oxygen ions and hydrogen ions. Further, the fuel electrode comes into contact with the fuel gas that becomes the reducing agent and functions as a negative electrode in the cell. The air electrode is in contact with an oxidant gas serving as an oxidant and functions as a positive electrode in the cell.

・固体電解質体の材料としては、例えばＺｒＯ2系セラミック、ＬａＧａＯ3系セラミック、ＢａＣｅＯ3系セラミック、ＳｒＣｅＯ3系セラミック、ＳｒＺｒＯ3系セラミック、及びＣａＺｒＯ3系セラミック等が挙げられる。 Examples of the material of the solid electrolyte body include ZrO 2 ceramics, LaGaO 3 ceramics, BaCeO 3 ceramics, SrCeO 3 ceramics, SrZrO 3 ceramics, and CaZrO 3 ceramics.

・燃料極の材料としては、例えば、Ｎｉ及びＦｅ等の金属と、Ｓｃ、Ｙ等の希土類元素のうちの少なくとも１種により安定化されたジルコニア等のＺｒＯ2系セラミック、ＣｅＯ2系セラミック等のセラミックのうちの少なくとも１種との混合物などが挙げられる。また、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ及びＦｅ等の金属が挙げられる。これらの金属は１種のみでもよいし、２種以上の金属の合金でもよい。更に、これらの金属及び／又は合金と、上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物（サーメットを含む）が挙げられる。また、Ｎｉ及びＦｅ等の金属の酸化物と、上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物などが挙げられる。 As the material of the fuel electrode, for example, ZrO 2 ceramics such as zirconia stabilized by at least one of metals such as Ni and Fe and rare earth elements such as Sc and Y, CeO 2 ceramics, etc. The mixture with at least 1 sort (s) of ceramics etc. are mentioned. Moreover, metals, such as Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, Rh, Ni, and Fe, are mentioned. These metals may be used alone or in an alloy of two or more metals. Further, a mixture (including cermet) of these metals and / or alloys and at least one of each of the above ceramics may be mentioned. Moreover, the mixture of metal oxides, such as Ni and Fe, and at least 1 type of each of the said ceramic etc. are mentioned.

・空気極の材料としては、例えば、各種の金属、金属の酸化物、金属の複酸化物等を用いることができる。金属としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＲｈ等の金属又は２種以上の金属を含有する合金が挙げられる。更に、金属の酸化物としては、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＦｅ等の酸化物（Ｌａ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｃｅ2Ｏ3、Ｃｏ2Ｏ3、ＭｎＯ2及びＦｅＯ等）が挙げられる。また、複酸化物としては、少なくともＬａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＭｎ等を含有する複酸化物（Ｌａ1-xＳｒxＣｏＯ3系複酸化物、Ｌａ1-xＳｒxＦｅＯ3系複酸化物、Ｌａ1-xＳｒxＣｏ1-yＦｅyＯ3系複酸化物、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3系複酸化物、Ｐｒ1-xＢａxＣｏＯ3系複酸化物及びＳｍ1-xＳｒxＣｏＯ3系複酸化物等）が挙げられる。 As the material for the air electrode, for example, various metals, metal oxides, metal double oxides, and the like can be used. Examples of the metal include metals such as Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, and Rh, or alloys containing two or more metals. Furthermore, examples of the metal oxide include oxides such as La, Sr, Ce, Co, Mn and Fe (La 2 O 3 , SrO, Ce 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO 2 and FeO). It is done. As the double oxide, a double oxide containing at least La, Pr, Sm, Sr, Ba, Co, Fe, Mn, etc. (La 1-x Sr x CoO 3 -based double oxide, La 1-x Sr x FeO 3 -based double oxide, La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3 -based double oxide, La 1-x Sr x MnO 3 -based double oxide, Pr 1-x Ba x CoO 3 -based double oxide Oxide and Sm 1-x Sr x CoO 3 -based double oxide).

・中空の部材（例えば中空ボルト）の材料としては、耐熱性、化学的安定性、強度等の優れた材料を使用でき、例えばアルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料や、ステンレス鋼、ニッケル基合金、クロム基合金等の耐熱合金等の金属材料が挙げられる。   -As materials for hollow members (for example, hollow bolts), materials with excellent heat resistance, chemical stability, strength, etc. can be used. For example, ceramic materials such as alumina and zirconia, stainless steel, nickel-based alloys, chromium Examples thereof include metal materials such as heat-resistant alloys such as base alloys.

具体的には、ステンレス鋼としては、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼が挙げられる。フェライト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４０５等が挙げられる。マルテンサイト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３１等が挙げられる。オーステナイト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０５等が挙げられる。更に、ニッケル基合金としては、インコネル６００、インコネル７１８、インコロイ８０２等が挙げられる。クロム基合金としては、Ｄｕｃｒｌｌｏｙ ＣＲＦ（９４Ｃｒ５Ｆｅ１Ｙ2Ｏ3）等が挙げられる。 Specifically, examples of stainless steel include ferritic stainless steel, martensitic stainless steel, and austenitic stainless steel. Examples of ferritic stainless steel include SUS430, SUS434, and SUS405. Examples of martensitic stainless steel include SUS403, SUS410, and SUS431. Examples of austenitic stainless steel include SUS201, SUS301, and SUS305. Further, examples of the nickel-based alloy include Inconel 600, Inconel 718, Incoloy 802, and the like. Examples of the chromium-based alloy include Ducrloy CRF (94Cr5Fe1Y 2 O 3 ).

・そして、固体電解質形燃料電池を用いて発電を行う場合、燃料極側には燃料ガスを導入し、空気極側には酸化剤ガスを導入する。
燃料ガスとしては、水素、還元剤となる炭化水素、水素と炭化水素との混合ガス、及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス、これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等が挙げられる。この燃料ガスとしては水素が好ましい。これらの燃料ガスは１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用することもできる。また、５０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。 -And when generating electricity using a solid oxide fuel cell, a fuel gas is introduced into the fuel electrode side and an oxidant gas is introduced into the air electrode side.
As fuel gas, hydrogen, hydrocarbon as a reducing agent, mixed gas of hydrogen and hydrocarbon, fuel gas obtained by passing these gases through water at a predetermined temperature and humidified, and fuel obtained by mixing these gases with water vapor Gas etc. are mentioned. The hydrocarbon is not particularly limited, and examples thereof include natural gas, naphtha, and coal gasification gas. The fuel gas is preferably hydrogen. These fuel gas may use only 1 type and can also use 2 or more types together. Moreover, you may contain inert gas, such as nitrogen and argon of 50 volume% or less.

酸化剤ガスとしては、酸素と他の気体との混合ガス等が挙げられる。更に、この混合ガスには８０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスが含有されていてもよい。これらの酸化剤ガスのうちでは安全であって、且つ安価であるため、空気（約８０体積％の窒素が含まれている。）が好ましい。   Examples of the oxidizing gas include a mixed gas of oxygen and another gas. Further, the mixed gas may contain 80% by volume or less of an inert gas such as nitrogen and argon. Of these oxidant gases, air (containing about 80% by volume of nitrogen) is preferred because it is safe and inexpensive.

次に、本発明の最良の形態の例（実施例）について、すなわち、固体電解質形燃料電池モジュールの実施例について説明する。   Next, an example (example) of the best mode of the present invention, that is, an example of a solid oxide fuel cell module will be described.

ａ）まず、固体電解質形燃料電池モジュールの構成について説明する。
図１に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール１は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気（詳しくは空気中の酸素））との供給を受けて発電を行う装置であり、図示しない断熱容器内に収容されている。 a) First, the configuration of the solid oxide fuel cell module will be described.
As shown in FIG. 1, the solid oxide fuel cell module 1 of this embodiment receives power from a fuel gas (for example, hydrogen) and an oxidant gas (for example, air (specifically, oxygen in the air)) to generate power. It is an apparatus to perform and is accommodated in the heat insulation container which is not shown in figure.

前記固体電解質形燃料電池モジュール１は、層状の固体電解質形燃料電池セル３が複数個（例えば８個）積層された固体電解質形燃料電池スタック４と、固体電解質形燃料電池スタック４の下側に配置された層状の燃料ガス予熱部５とが、（僅かな隙間を介して）積層されて、ボルト７〜２１により一体化された積層体（モジュール本体）である。   The solid oxide fuel cell module 1 includes a solid electrolyte fuel cell stack 4 in which a plurality of (for example, eight) layered solid electrolyte fuel cell cells 3 are stacked, and a lower side of the solid electrolyte fuel cell stack 4. The layered fuel gas preheating part 5 arranged is a laminated body (module body) which is laminated (via a slight gap) and integrated by bolts 7 to 21.

尚、本実施例では、空気の入口と出口は、異なるボルト７、９により、固体電解質形燃料電池モジュール１の上部に設定されている。また、同じボルト１１によって、燃料ガスの入口は、固体電解質形燃料電池モジュール１の下部に設定されるとともに、燃料ガスの出口は、固体電解質形燃料電池モジュール１の上部に設定されている。   In this embodiment, the air inlet and outlet are set at the upper part of the solid oxide fuel cell module 1 by different bolts 7 and 9. Further, the same bolt 11 sets the fuel gas inlet at the lower part of the solid oxide fuel cell module 1 and the fuel gas outlet at the upper part of the solid oxide fuel cell module 1.

このうち、固体電解質形燃料電池セル３は、図２に分解して示す様に、いわゆる燃料極支持膜タイプのセルであり、燃料ガス流路２３側には、燃料極（アノード：負極）２５が配置されるとともに、燃料極２５の同図上側の表面には薄膜の固体電解質体２７が形成され、その固体電解質体２７の空気流路２９側の表面には、空気極（カソード：正極）３１が形成されている。尚、ここでは、燃料極２５と固体電解質体２７と空気極３１とをセル本体３３と称する。   Among these, the solid electrolyte fuel cell 3 is a so-called fuel electrode support membrane type cell as shown in an exploded view in FIG. 2, and a fuel electrode (anode: negative electrode) 25 is provided on the fuel gas flow path 23 side. Is disposed on the upper surface of the fuel electrode 25, and an air electrode (cathode: positive electrode) is formed on the surface of the solid electrolyte body 27 on the air flow path 29 side. 31 is formed. Here, the fuel electrode 25, the solid electrolyte body 27, and the air electrode 31 are referred to as a cell body 33.

また、空気極２５と上方の金属製のインターコネクタ（セル３間の導通を確保するとともにガス流路を遮断するプレート）３５との間には、その導通を確保するために、集電体３７が配置されている。   In addition, a current collector 37 is provided between the air electrode 25 and the upper metal interconnector (a plate that ensures conduction between the cells 3 and blocks the gas flow path) 35 in order to ensure the conduction. Is arranged.

更に詳しくは、固体電解質形燃料電池セル３は、上下一対の金属製のインターコネクタ３５と、空気流路２９側の金属製の空気極フレーム３９と、セラミックス製の絶縁フレーム４１と、セル本体３３を接合して配置するとともにガス流路を遮断する金属製のセパレータ４３と、燃料ガス流路２３側の金属製の燃料極フレーム４５とを備えている。   More specifically, the solid oxide fuel cell 3 includes a pair of upper and lower metal interconnectors 35, a metal air electrode frame 39 on the air flow path 29 side, a ceramic insulating frame 41, and a cell body 33. And a metal separator 43 that blocks the gas flow path and a metal fuel electrode frame 45 on the fuel gas flow path 23 side.

従って、空気極フレーム３９と絶縁フレーム４１とセパレータ（その外周縁部）４３と燃料極フレーム４５とインターコネクタ（その外周縁部）３５などにより、ボルト７〜２１が貫く固体電解質形燃料電池セル３の枠部４７が構成されている。   Therefore, the solid electrolyte fuel cell 3 through which the bolts 7 to 21 are penetrated by the air electrode frame 39, the insulating frame 41, the separator (its outer peripheral edge portion) 43, the fuel electrode frame 45, the interconnector (its outer peripheral edge portion) 35, and the like. Frame portion 47 is configured.

尚、隣り合う固体電解質形燃料電池セル３の間のインターコネクタは共有されるので、上下両端の固体電解質形燃料電池セル３以外は、セル間には、１枚のインターコネクタが配置されるだけである。   In addition, since the interconnector between adjacent solid electrolyte fuel cells 3 is shared, only one interconnector is arranged between the cells except for the solid electrolyte fuel cells 3 at both the upper and lower ends. It is.

一方、図３に示す様に（尚、図３では説明の簡易化のためにセルの数は少なくしてある）、燃料ガス予熱部５は、層状の内部空間４９を有し、その空間４９に外部から導入された燃料ガスを通過させる際に、（周囲からの熱を受けて）燃料ガスを予熱し、暖められた燃料ガスを固体電解質形燃料電池スタック４側に供給する層状の装置である。   On the other hand, as shown in FIG. 3 (note that the number of cells is reduced in FIG. 3 for simplification of explanation), the fuel gas preheating section 5 has a layered internal space 49, and the space 49 When the fuel gas introduced from the outside is passed through, the fuel gas is preheated (by receiving heat from the surroundings), and the heated fuel gas is supplied to the solid oxide fuel cell stack 4 side. is there.

この燃料ガス予熱部５は、上下一対の（ガスの漏出を防止する）遮蔽プレート５１と、遮蔽プレート５１の間に挟まれたスペーサである枠体５３とを備えたものであり、これによって、層状の内部空間４９が形成されている。   The fuel gas preheating unit 5 includes a pair of upper and lower shielding plates 51 (which prevent gas leakage) and a frame body 53 which is a spacer sandwiched between the shielding plates 51. A layered internal space 49 is formed.

そして、前記燃料ガス予熱部５は、固体電解質形燃料電池スタック４の下面側にて、スペーサ５５を介して、ボルト７〜２１にて一体に積層固定されている。尚、ここでは、スペーサ５５により、固体電解質形燃料電池スタック４と燃料ガス予熱部５との間に間隙５７を設けているが、スペーサ５５を省略して、固体電解質形燃料電池スタック４と燃料ガス予熱部５とを密着させてもよい。   The fuel gas preheating part 5 is integrally laminated and fixed by bolts 7 to 21 via a spacer 55 on the lower surface side of the solid oxide fuel cell stack 4. Here, a gap 57 is provided between the solid oxide fuel cell stack 4 and the fuel gas preheating portion 5 by the spacer 55, but the spacer 55 is omitted and the solid oxide fuel cell stack 4 and the fuel are separated. The gas preheating unit 5 may be in close contact.

また、前記ボルト７〜２１は、上述した様に、固体電解質形燃料電池モジュール１を積層方向に押圧して固体電解質形燃料電池セル３及び燃料ガス予熱部５を拘束するために用いる部材であり、その構造から２種類のボルト７〜２１が使用されている。   In addition, as described above, the bolts 7 to 21 are members used to press the solid oxide fuel cell module 1 in the stacking direction to restrain the solid oxide fuel cell 3 and the fuel gas preheating portion 5. Because of its structure, two types of bolts 7 to 21 are used.

即ち、前記図１に示す様に、単に固体電解質形燃料電池モジュール１を押圧するための第１のボルト１５〜２１と、内部に燃料ガス又は空気が流通するガス流路を備えた第２のボルト７〜１３である。   That is, as shown in FIG. 1, the first bolts 15 to 21 for simply pressing the solid oxide fuel cell module 1 and the second gas passage having a fuel gas or air flowing therein are provided. Bolts 7-13.

このうち、第２のボルト７〜１３には、図３に示す様に、空気のガス流路を備えた空気用のボルト（中空ボルト）７、９と燃料ガスのガス流路を備えた燃料用のボルト（中空ボルト）１１、１３がある。尚、使用する第２のボルト７〜１３の本数は、固体電解質形燃料電池スタック１の構造や定格等に応じて適宜選択できる。   Among these, as shown in FIG. 3, the second bolts 7 to 13 include air bolts (hollow bolts) 7 and 9 each having an air gas flow path and a fuel having a gas flow path for fuel gas. Bolts (hollow bolts) 11 and 13 are provided. The number of second bolts 7 to 13 to be used can be appropriately selected according to the structure and rating of the solid oxide fuel cell stack 1.

尚、各ボルト７〜１３と固体電解質形燃料電池スタック４とは、絶縁リング等の絶縁板（図示しない）により電気的に絶縁されている（以下各実施例も同様）。
ｂ）次に、固体電解質形燃料電池モジュール１のガス流路について説明する。 The bolts 7 to 13 and the solid oxide fuel cell stack 4 are electrically insulated by an insulating plate (not shown) such as an insulating ring (the same applies to the following embodiments).
b) Next, the gas flow path of the solid oxide fuel cell module 1 will be described.

(1)空気の流路
図３（ａ）に示す様に、空気用のボルト７の上方から供給された空気は、そのボルト７の軸中心に形成された中心孔６１に導入され、各横穴６３から各セル内の空気流路２９に供給される。 (1) Air flow path As shown in FIG. 3A, the air supplied from above the bolt 7 for air is introduced into the center hole 61 formed at the axial center of the bolt 7 and 63 is supplied to the air flow path 29 in each cell.

次に、各セル内の空気流路２９の空気は、同様な横穴６５を介して、他の空気用（排出用）のボルト９の中心孔６７に排出され、その上方よりスタック外に排出される。
(2)燃料の流路
図３（ｂ）に示す様に、燃料用のボルト１１の下方から供給された燃料ガスは、そのボルト１１の軸中心に形成された中心孔６９Ａに導入され、燃料ガス予熱部５の横穴７１から内部空間４９に供給される。尚、燃料用のボルト１１の中心孔６９は、下方の中心孔６９Ａと上方の中心孔６９Ｂとからなり、燃料ガス予熱部５と固体電解質形燃料電池スタック４との間にて閉塞されている。 Next, the air in the air flow path 29 in each cell is discharged to the center hole 67 of the bolt 9 for other air (for discharge) through a similar lateral hole 65, and is discharged out of the stack from above. The
(2) Fuel flow path As shown in FIG. 3 (b), the fuel gas supplied from below the fuel bolt 11 is introduced into a center hole 69A formed in the axial center of the bolt 11, and the fuel is supplied. It is supplied to the internal space 49 from the lateral hole 71 of the gas preheating unit 5. The center hole 69 of the fuel bolt 11 is composed of a lower center hole 69A and an upper center hole 69B, and is closed between the fuel gas preheating portion 5 and the solid oxide fuel cell stack 4. .

次に、燃料ガス予熱部５の内部空間４９に供給された燃料ガスは、周囲からの熱を受けて予熱され、予熱後の燃料ガスは、同様な横穴７３から、他の燃料用のボルト１３の中心孔７５に導入される。   Next, the fuel gas supplied to the internal space 49 of the fuel gas preheating unit 5 is preheated by receiving heat from the surroundings, and the preheated fuel gas passes through the similar lateral hole 73 to another fuel bolt 13. The central hole 75 is introduced.

次に、燃料ガスは、固体電解質形燃料電池スタック４の各横穴７７から、各セル内の燃料ガス流路２３に供給される。
次に、各セル内の燃料ガス流路２３の燃料ガスは、同様な横穴７９を介して、燃料用のボルト１１の中心孔６９Ｂに排出され、その上方よりスタック外に排出される。 Next, the fuel gas is supplied from each lateral hole 77 of the solid oxide fuel cell stack 4 to the fuel gas flow path 23 in each cell.
Next, the fuel gas in the fuel gas flow path 23 in each cell is discharged to the center hole 69B of the bolt 11 for fuel through a similar lateral hole 79, and is discharged from the upper side to the outside of the stack.

ｃ）次に、固体電解質形燃料電池モジュール１の製造方法について、簡単に説明する。
・まず、例えばＳＵＳ４３０からなる板材を打ち抜いて、インターコネクタ１９、空気極フレーム３９、セパレータ４３、燃料極フレーム４５、遮蔽プレート５１、枠体５３、スペーサ５５を製造した。 c) Next, a method for manufacturing the solid oxide fuel cell module 1 will be briefly described.
First, a plate material made of, for example, SUS430 was punched out, and the interconnector 19, the air electrode frame 39, the separator 43, the fuel electrode frame 45, the shielding plate 51, the frame body 53, and the spacer 55 were manufactured.

また、定法により、ＭｇＯとスピネルを主成分とするグリーンシートを所定形状に形成し、焼成して、絶縁フレーム４１を製造した。
固体電解質形燃料電池セル３のセル本体３３を、定法に従って製造した。具体的には、燃料極２５のグリーンシート上に、固体電解質体２７の材料を印刷し、その上に空気極３１の材料を印刷し、その後焼成した。尚、セル本体３３は、セパレータ４３にろう付けして固定した。 Further, an insulating frame 41 was manufactured by forming a green sheet having MgO and spinel as main components into a predetermined shape and firing it by a conventional method.
The cell main body 33 of the solid oxide fuel cell 3 was manufactured according to a conventional method. Specifically, the material of the solid electrolyte body 27 was printed on the green sheet of the fuel electrode 25, the material of the air electrode 31 was printed thereon, and then fired. The cell body 33 was fixed to the separator 43 by brazing.

・そして、上述したインターコネクタ１９、集電体３５、空気極フレーム３９、絶縁フレーム４１、（セル本体３３をろう付けした）セパレータ４３、燃料極フレーム４７、遮蔽プレート５１、枠体５３、スペーサ５５などを、積層して一体にして、固体電解質形燃料電池モジュール１を組み付けた。   The above-described interconnector 19, current collector 35, air electrode frame 39, insulating frame 41, separator 43 (with the cell main body 33 brazed), fuel electrode frame 47, shielding plate 51, frame body 53, spacer 55 The solid oxide fuel cell module 1 was assembled by laminating and the like.

そして、この固体電解質形燃料電池モジュール１の枠部４７に形成した貫通孔（図示せず）にボルト７〜２１を嵌め込むとともに、それらの両端からナット８１を螺合させて締め付け、固体電解質形燃料電池スタック１を押圧して一体化した。   Then, the bolts 7 to 21 are fitted into through holes (not shown) formed in the frame portion 47 of the solid electrolyte fuel cell module 1, and nuts 81 are screwed and tightened from both ends thereof, thereby solid electrolyte type The fuel cell stack 1 was pressed and integrated.

尚、燃料ガスや空気をモジュール外に排出（又はモジュール内に導入）しないボルトには、有底のナットを使用して開口部を封鎖する。
ｃ）次に、本実施例の効果について説明する。 For bolts that do not discharge fuel gas or air out of the module (or are introduced into the module), a bottomed nut is used to seal the opening.
c) Next, the effect of the present embodiment will be described.

本実施例では、固体電解質形燃料電池スタック４の積層方向の端部（下端）に、層状の燃料ガス予熱部５を積層配置している。
従って、固体電解質形燃料電池モジュール１をコンパクトに構成することができる。また、燃料ガス予熱部５は固体電解質形燃料電池スタック４に近接して積層一体化（スタック化）されているので、燃料ガス予熱部５で予熱された燃料ガスは短い距離で燃料ガス流路２３に供給され、よって、熱効率が良いという利点がある。 In the present embodiment, a layered fuel gas preheating portion 5 is stacked on the end portion (lower end) of the solid oxide fuel cell stack 4 in the stacking direction.
Therefore, the solid oxide fuel cell module 1 can be configured compactly. Further, since the fuel gas preheating unit 5 is laminated and integrated (stacked) in the vicinity of the solid oxide fuel cell stack 4, the fuel gas preheated by the fuel gas preheating unit 5 is a fuel gas flow path at a short distance. Therefore, there is an advantage that the thermal efficiency is good.

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
ａ）まず、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュールの構成について説明する。
図４及び図５に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール９１は、固体電解質形燃料電池スタック９３の上端に、前記燃料ガス予熱部と同様な構造の空気予熱部（酸化剤ガス予熱部）９５が、僅かな隙間を介して積層され、ボルト９７〜１１１により一体化された積層体（モジュール本体）である。この固体電解質形燃料電池モジュール９１は、図示しない断熱容器内に収容されている。 Next, the second embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
a) First, the configuration of the solid oxide fuel cell module of this example will be described.
As shown in FIGS. 4 and 5, the solid oxide fuel cell module 91 of this embodiment has an air preheating part (oxidant) having the same structure as that of the fuel gas preheating part at the upper end of the solid oxide fuel cell stack 93. The gas preheating part) 95 is a laminated body (module main body) laminated with a small gap and integrated with bolts 97 to 111. The solid oxide fuel cell module 91 is accommodated in a heat insulating container (not shown).

尚、本実施例では、同じボルト９７によって、空気の入口は、固体電解質形燃料電池モジュール９１の上部に設定されるとともに、空気の出口は、固体電解質形燃料電池モジュール１の下部に設定されている。また、燃料ガスの入口と出口は、異なるボルト１０１、１０３により、固体電解質形燃料電池モジュール９１の上部に設定されている。   In this embodiment, the same bolt 97 is used to set the air inlet to the upper part of the solid oxide fuel cell module 91 and the air outlet to the lower part of the solid oxide fuel cell module 1. Yes. Further, the inlet and outlet of the fuel gas are set at the upper part of the solid oxide fuel cell module 91 by different bolts 101 and 103.

ｂ）次に、固体電解質形燃料電池モジュール９１のガス流路について説明する。
(1)空気の流路
図５（ａ）に示す様に、空気用のボルト９７の上方から供給された空気は、そのボルト９７の中心孔１１３Ａ（上部の中心孔）から空気予熱部９５内に導入される。 b) Next, the gas flow path of the solid oxide fuel cell module 91 will be described.
(1) Air flow path As shown in FIG. 5A, the air supplied from above the bolt 97 for air passes through the center hole 113A (upper center hole) of the bolt 97 into the air preheating section 95. To be introduced.

次に、空気予熱部９５内にて（周囲の温度により）予熱された空気は、他のボルト９９の中心孔１１５に供給され、この中心孔１１５から各セルの空気流路１１７に供給される。   Next, the air preheated in the air preheating unit 95 (by the ambient temperature) is supplied to the center hole 115 of the other bolt 99, and is supplied from the center hole 115 to the air flow path 117 of each cell. .

次に、空気流路１１７内の空気は、前記ボルト９７の中心孔１１３Ｂ（下部の中心孔）に排出され、その上方よりスタック外に排出される。
尚、空気用のボルト９７の上下の中心孔１１３Ａ、１１３Ｂは、前記実施例１と同様に途中で閉塞され、軸方向に貫通していない。 Next, the air in the air flow path 117 is discharged to the center hole 113B (lower center hole) of the bolt 97, and is discharged out of the stack from above.
The upper and lower center holes 113A and 113B of the air bolt 97 are blocked in the same way as in the first embodiment and do not penetrate in the axial direction.

(2)燃料の流路
図５（ｂ）に示す様に、燃料用のボルト１０１の上方から供給された燃料ガスは、そのボルト１０１の軸中心に形成された中心孔１１９に導入され、この中心孔１１９から各セルの燃料ガス流路１２１に導入される。 (2) Fuel flow path As shown in FIG. 5B, the fuel gas supplied from above the fuel bolt 101 is introduced into a center hole 119 formed at the axial center of the bolt 101. The gas is introduced into the fuel gas passage 121 of each cell from the center hole 119.

次に、燃料ガス流路１２１内の燃料ガスは、他の燃料用のボルト１０３の中心孔１２３に排出され、その上方よりスタック外に排出される。
ｃ）本実施例では、固体電解質形燃料電池スタック９３の積層方向の上端に、層状の空気予熱部９５を積層配置している。 Next, the fuel gas in the fuel gas flow path 121 is discharged into the center hole 123 of the bolt 103 for other fuel, and is discharged out of the stack from above.
c) In the present embodiment, a layered air preheater 95 is stacked on the upper end of the solid oxide fuel cell stack 93 in the stacking direction.

従って、固体電解質形燃料電池モジュール９１をコンパクトに構成することができる。また、空気予熱部９５は固体電解質形燃料電池スタック９３に近接して積層一体化（スタック化）されているので、空気予熱部９５で予熱された空気は短い距離で空気流路１１７に供給され、よって、熱効率が良いという利点がある。   Therefore, the solid oxide fuel cell module 91 can be configured compactly. Further, since the air preheating unit 95 is laminated and integrated (stacked) in the vicinity of the solid oxide fuel cell stack 93, the air preheated by the air preheating unit 95 is supplied to the air flow path 117 at a short distance. Therefore, there is an advantage that the thermal efficiency is good.

次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
ａ）まず、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュールの構成について説明する。
図６及び図７に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール１３１は、固体電解質形燃料電池スタック１３３の上端に、層状の空気予熱部１３５が、僅かな隙間を介して積層されている。また、固体電解質形燃料電池スタック１３３の下端に、燃料ガス予熱部を兼ねる層状のガス改質部１３７が、僅かな隙間を介して積層されている。 Next, the third embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
a) First, the configuration of the solid oxide fuel cell module of this example will be described.
As shown in FIGS. 6 and 7, in the solid oxide fuel cell module 131 of this embodiment, a layered air preheating portion 135 is laminated on the upper end of the solid electrolyte fuel cell stack 133 with a slight gap. ing. In addition, a layered gas reforming portion 137 that also serves as a fuel gas preheating portion is stacked at the lower end of the solid oxide fuel cell stack 133 with a slight gap therebetween.

そして、固体電解質形燃料電池スタック１３３、空気予熱部１３５、ガス改質部１３７は、ボルト１３９〜１５３により一体化された積層体（モジュール本体）となっており、図示しない断熱容器内に収容されている。   The solid oxide fuel cell stack 133, the air preheating unit 135, and the gas reforming unit 137 are a laminated body (module body) integrated by bolts 139 to 153, and are accommodated in a heat insulating container (not shown). ing.

尚、本実施例では、同じボルト１３９によって、空気の入口は、固体電解質形燃料電池モジュール１３１の上部に設定されるとともに、空気の出口は、固体電解質形燃料電池モジュール１３１の下部に設定されている。また、同じボルト１４５によって、燃料ガスの入口は、固体電解質形燃料電池モジュール１３１の下部に設定されるとともに、燃料ガスの出口は、固体電解質形燃料電池モジュール１３１の上部に設定されている。   In this embodiment, the same bolt 139 is used to set the air inlet to the upper part of the solid oxide fuel cell module 131 and the air outlet to the lower part of the solid oxide fuel cell module 131. Yes. Further, the same bolt 145 sets the fuel gas inlet at the lower part of the solid oxide fuel cell module 131 and the fuel gas outlet at the upper part of the solid oxide fuel cell module 131.

特に、本実施例では、空気予熱部１３５の内部には、例えばアルミナからなる多孔質セラミック材１３６が配置されており、これにより空気の予熱を効率よく行うことができる。尚、空気予熱部１３５の内部には、それ以外にも、例えば、耐熱金属からなる多孔体（発泡金属等）、アルミナなどのセラミックス及び耐熱金属からなる繊維質フェルトなどが利用できる。   In particular, in the present embodiment, a porous ceramic material 136 made of alumina, for example, is disposed inside the air preheating unit 135, whereby air can be preheated efficiently. In addition, for example, a porous body made of a heat-resistant metal (foamed metal, etc.), ceramics such as alumina, and a fibrous felt made of a heat-resistant metal can be used inside the air preheating unit 135.

また、図７に示す様に、ガス改質部１３７の内部には、燃料ガスを水素リッチの燃料ガスに改質する改質触媒層１５５が配置されている。この改質触媒層１５５は、例えば図８に示す様に、通気孔１５７、１５９を有するＮｉ−ＹＳＺの板状多孔体１６１、１６３から構成されるが、それ以外にも、例えば粒状Ｎｉ触媒など各種の改質触媒を利用できる。   Further, as shown in FIG. 7, a reforming catalyst layer 155 that reforms the fuel gas into a hydrogen-rich fuel gas is disposed inside the gas reforming unit 137. For example, as shown in FIG. 8, the reforming catalyst layer 155 is composed of Ni-YSZ plate-like porous bodies 161 and 163 having vent holes 157 and 159. In addition, for example, a granular Ni catalyst or the like is used. Various reforming catalysts can be used.

ｂ）次に、固体電解質形燃料電池モジュール１３１のガス流路について説明する。
(1)空気の流路
図７（ａ）に示す様に、空気用のボルト１３９の上方から供給された空気は、そのボルト１３９の中心孔１６５Ａ（上部の中心孔）から空気予熱部１３５内に導入される。 b) Next, the gas flow path of the solid oxide fuel cell module 131 will be described.
(1) Air flow path As shown in FIG. 7A, the air supplied from above the bolt 139 for air passes through the center hole 165A (upper center hole) of the bolt 139 into the air preheating unit 135. To be introduced.

次に、空気予熱部１３５内にて（周囲の温度により）予熱された空気は、他のボルト１４１の中心孔１６７に供給され、この中心孔１６７から各セルの空気流路１６９に供給される。   Next, the air preheated in the air preheating unit 135 (by the ambient temperature) is supplied to the center hole 167 of the other bolt 141 and is supplied from the center hole 167 to the air flow path 169 of each cell. .

次に、空気流路１６９内の空気は、前記ボルト１３９の中心孔１６５Ｂ（下部の中心孔）に排出され、その下方よりスタック外に排出される。
尚、空気用のボルト１３９の上下の中心孔１６５Ａ、１６５Ｂは、途中で閉塞され、軸方向に貫通していない。 Next, the air in the air flow path 169 is discharged to the center hole 165B (lower center hole) of the bolt 139, and is discharged out of the stack from below.
The upper and lower center holes 165A and 165B of the air bolt 139 are blocked in the middle and do not penetrate in the axial direction.

(2)燃料の流路
図７（ｂ）に示す様に、燃料用のボルト１４５の下方から供給された燃料ガスは、そのボルト１４５の中心孔１７１Ａ（下部の中心孔）からガス改質部１３７内に導入される。 (2) Fuel flow path As shown in FIG. 7 (b), the fuel gas supplied from below the fuel bolt 145 passes through the center hole 171A (lower center hole) of the bolt 145 to the gas reforming section. 137.

次に、ガス改質部１３７内にて予熱及び改質された燃料ガスは、他のボルト１４３の中心孔１７３に導入される。尚、ガス改質は吸熱反応であるので、例えば図示しないバーナによりガス改質部１３７をその下方より加熱する。   Next, the fuel gas preheated and reformed in the gas reforming unit 137 is introduced into the center hole 173 of another bolt 143. Since the gas reforming is an endothermic reaction, for example, the gas reforming unit 137 is heated from below by a burner (not shown).

次に、燃料ガスは、中心孔１７３から各セル内の燃料ガス流路１７５に導入される。
次に、燃料ガス流路１７５内の燃料ガスは、前記ボルト１４５の中心孔１７１Ｂに排出され、その上方よりスタック外に排出される。 Next, the fuel gas is introduced from the center hole 173 into the fuel gas flow path 175 in each cell.
Next, the fuel gas in the fuel gas flow path 175 is discharged into the center hole 171B of the bolt 145, and is discharged out of the stack from above.

尚、燃料用のボルト１４５の上下の中心孔１７１Ａ、１７１Ｂも途中で閉塞され、軸方向に貫通していない。
ｃ）本実施例では、固体電解質形燃料電池スタック１３３の積層方向の上端に、層状の空気予熱部１３５を積層配置するととともに、固体電解質形燃料電池スタック１３３の積層方向の下端に、層状の燃料ガス予熱部を兼ねるガス改質部１３７を積層配置している。 The upper and lower center holes 171A and 171B of the fuel bolt 145 are also blocked in the middle and do not penetrate in the axial direction.
c) In the present embodiment, a layered air preheater 135 is stacked on the upper end of the solid electrolyte fuel cell stack 133 in the stacking direction, and the layered fuel is stacked on the lower end of the solid oxide fuel cell stack 133 in the stacking direction. A gas reforming section 137 that also serves as a gas preheating section is stacked.

従って、固体電解質形燃料電池モジュール１３１をコンパクトに構成することができる。また、空気予熱部１３５及びガス改質部１３７は固体電解質形燃料電池スタック１３３に近接して積層一体化（スタック化）されているので、空気予熱部１３５で予熱された空気及びガス改質部１３７で予熱された燃料ガスは、それぞれ短い距離で空気流路１３９及び燃料ガス流路１７５に供給され、よって、熱効率が良いという利点がある。   Therefore, the solid oxide fuel cell module 131 can be made compact. Further, since the air preheating unit 135 and the gas reforming unit 137 are stacked and integrated (stacked) close to the solid oxide fuel cell stack 133, the air and gas reforming unit preheated by the air preheating unit 135 are stacked. The fuel gas preheated at 137 is supplied to the air flow path 139 and the fuel gas flow path 175 at short distances, respectively, so that there is an advantage that the thermal efficiency is good.

特に、本実施例では、ガス改質部１３７はバーナ等で加熱されるが、このガス改質部１３７は燃料ガス予熱部を兼ねているので、十分な予熱を行うことができるという利点がある。   In particular, in this embodiment, the gas reforming section 137 is heated by a burner or the like, but since the gas reforming section 137 also serves as a fuel gas preheating section, there is an advantage that sufficient preheating can be performed. .

次に、実施例４について説明するが、前記実施例３と同様な内容の説明は省略する。
図９に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール１８１は、前記実施例３と同様な（固体電解質形燃料電池スタック１８２に空気予熱部１８４やガス改質部１８９を積層した）固体電解質形燃料電池モジュール（モジュール本体）１８３の下方に、平面燃料バーナ１８５を配置したものであり、それらは、断熱容器１８７内に収容されている。 Next, the fourth embodiment will be described, but the description of the same contents as the third embodiment will be omitted.
As shown in FIG. 9, the solid oxide fuel cell module 181 of this example is the same as that of Example 3 (the air preheating unit 184 and the gas reforming unit 189 are stacked on the solid oxide fuel cell stack 182). A planar fuel burner 185 is disposed below the solid oxide fuel cell module (module main body) 183, and these are accommodated in a heat insulating container 187.

前記バーナ１８５は、ガス改質部１８９を加熱するために、ガス改質部１８９の下方に配置されたものであり、このバーナ１８５には、モジュール本体１８３から排出された余剰の燃料ガスと余剰の空気とが供給される。   The burner 185 is disposed below the gas reforming unit 189 in order to heat the gas reforming unit 189, and the surplus fuel gas discharged from the module main body 183 and the surplus fuel gas are disposed in the burner 185. Of air.

本実施例においても、前記実施例３と同様な効果を奏する。   Also in this embodiment, the same effects as those of the third embodiment are obtained.

次に、実施例５について説明するが、本実施例は前記実施例１の応用例であるので、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。尚、本実施例では、ボルトの締結部分を拡大して示している。   Next, although Example 5 is demonstrated, since a present Example is an application example of the said Example 1, description of the content similar to the said Example 1 is abbreviate | omitted. In addition, in the present Example, the fastening part of a volt | bolt is expanded and shown.

図１０に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール１９１は、固体電解質形燃料電池スタック１９３の下側に、燃料ガス予熱部を兼ねるガス改質部１９５を積層配置したものである。   As shown in FIG. 10, the solid oxide fuel cell module 191 of the present embodiment has a gas reforming section 195 that also serves as a fuel gas preheating section stacked on the lower side of the solid electrolyte fuel cell stack 193. .

この固体電解質形燃料電池モジュール１９１では、固体電解質形燃料電池スタック１９３とガス改質部１９７とは、例えばＭｇＯとスピネルの混合焼結体シート又はマイカシートからなる絶縁板１９９〜２０３により、電気的に絶縁されている。また、各ボルト２０７〜２１３と固体電解質形燃料電池スタック１９３の上面との間も、同様な絶縁板２１５により、電気的に絶縁されている。尚、各ボルト２０７〜２１３と固体電解質形燃料電池スタック１９３との間には間隙がある。   In the solid oxide fuel cell module 191, the solid oxide fuel cell stack 193 and the gas reforming unit 197 are electrically connected by insulating plates 199 to 203 made of, for example, a mixed sintered body sheet or mica sheet of MgO and spinel. Is insulated. The bolts 207 to 213 and the upper surface of the solid oxide fuel cell stack 193 are also electrically insulated by a similar insulating plate 215. There is a gap between each of the bolts 207 to 213 and the solid oxide fuel cell stack 193.

これにより、固体電解質形燃料電池スタック１９３とガス改質部１９７（特に改質触媒層２０５）との間のショートを防止することができる。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。 Thereby, a short circuit between the solid oxide fuel cell stack 193 and the gas reforming unit 197 (particularly the reforming catalyst layer 205) can be prevented.
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.

実施例１の固体電解質形燃料電池モジュールを示す斜視図である。1 is a perspective view showing a solid oxide fuel cell module of Example 1. FIG. 固体電解質形燃料電池セルを分解した状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which decomposed | disassembled the solid electrolyte form fuel cell. （ａ）モジュールにおける空気の流路を示す説明図、（ｂ）モジュールにおける燃料ガスの流路を示す説明図である。(A) It is explanatory drawing which shows the flow path of the air in a module, (b) It is explanatory drawing which shows the flow path of the fuel gas in a module. 実施例２の固体電解質形燃料電池モジュールを示す斜視図である。3 is a perspective view showing a solid oxide fuel cell module of Example 2. FIG. （ａ）モジュールにおける空気の流路を示す説明図、（ｂ）モジュールにおける燃料ガスの流路を示す説明図である。(A) It is explanatory drawing which shows the flow path of the air in a module, (b) It is explanatory drawing which shows the flow path of the fuel gas in a module. 実施例３の固体電解質形燃料電池モジュールを示す斜視図である。6 is a perspective view showing a solid oxide fuel cell module of Example 3. FIG. （ａ）モジュールにおける空気の流路を示す説明図、（ｂ）モジュールにおける燃料ガスの流路を示す説明図である。(A) It is explanatory drawing which shows the flow path of the air in a module, (b) It is explanatory drawing which shows the flow path of the fuel gas in a module. 改質触媒層を例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates a reforming catalyst layer. 実施例４の固体電解質形燃料電池モジュールを示す斜視図である。6 is a perspective view showing a solid oxide fuel cell module of Example 4. FIG. 実施例５の固体電解質形燃料電池モジュールを破断して示し、（ａ）モジュールにおける空気の流路を示す説明図、（ｂ）モジュールにおける燃料ガスの流路を示す説明図である。FIG. 7 is a cutaway view of a solid oxide fuel cell module of Example 5, (a) an explanatory view showing an air flow path in the module, and (b) an explanatory view showing a fuel gas flow path in the module.

符号の説明Explanation of symbols

１、９１、１３１、１８１、１９１…固体電解質形燃料電池モジュール
３…固体電解質形燃料電池セル
４、９３、１３３、１８２、１９３…固体電解質形燃料電池スタック
２５…燃料極
２７…固体電解質体
３１…空気極
４９…燃料ガス予熱部
９５、１８４…空気予熱部
１８５…バーナ
１８７…断熱容器
１３７、１８９…ガス改質部
１９９、２０１、２０３、２１５…絶縁板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 91, 131, 181, 191 ... Solid electrolyte fuel cell module 3 ... Solid electrolyte fuel cell 4, 93, 133, 182, 193 ... Solid electrolyte fuel cell stack 25 ... Fuel electrode 27 ... Solid electrolyte body 31 ... Air electrode 49 ... Fuel gas preheating part 95, 184 ... Air preheating part 185 ... Burner 187 ... Heat insulation container 137,189 ... Gas reforming part 199, 201, 203, 215 ... Insulating plate

Claims (4)

燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とを有する固体電解質体を備えた固体電解質形燃料電池セルを、複数積層した固体電解質形燃料電池スタックと、
前記燃料ガスを前記燃料極に供給する前に予熱する燃料ガス予熱部と、
を備えるとともに、
前記固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の端部に、前記燃料ガス予熱部を積層配置した固体電解質形燃料電池モジュールにおいて、
前記固体電解質形燃料電池スタックと前記燃料ガス予熱部とは、内部にガスの流路を有する中空の部材により一体化されるとともに、前記燃料ガスが、前記中空の部材の内部の流路により給気又は排気される構成であることを特徴とする固体電解質形燃料電池モジュール。 The solid body electrolyte fuel cell having a solid electrolyte body having an air electrode in contact with the fuel electrode and the oxidizer gas in contact with the fuel gas, a solid electrolyte fuel cell stack in which a plurality stacked,
A fuel gas preheating section you preheated before supplying the fuel gas to the fuel electrode,
The equipped Rutotomoni,
In the solid oxide fuel cell module in which the fuel gas preheating portion is stacked and disposed at an end portion in the stacking direction of the solid oxide fuel cell stack ,
The solid oxide fuel cell stack and the fuel gas preheating unit are integrated by a hollow member having a gas flow path therein, and the fuel gas is supplied by a flow path inside the hollow member. A solid oxide fuel cell module characterized by being configured to be vented or exhausted . 燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とを有する固体電解質体を備えた固体電解質形燃料電池セルを、複数積層した固体電解質形燃料電池スタックと、
前記酸化剤ガスを前記空気極に供給する前に予熱する酸化剤ガス予熱部と、
を備えるとともに、
前記固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の端部に、前記酸化剤ガス予熱部を積層配置した固体電解質形燃料電池モジュールにおいて、
前記固体電解質形燃料電池スタックと前記酸化剤ガス予熱部とは、内部にガスの流路を有する中空の部材により一体化されるとともに、前記酸化剤ガスが、前記中空の部材の内部の流路により給気又は排気される構成であることを特徴とする固体電解質形燃料電池モジュール。 The solid body electrolyte fuel cell having a solid electrolyte body having an air electrode in contact with the fuel electrode and the oxidizer gas in contact with the fuel gas, a solid electrolyte fuel cell stack in which a plurality stacked,
An acid agent gas preheating section you preheated prior to feeding the oxygen-containing gas to the air electrode,
The equipped Rutotomoni,
In the solid oxide fuel cell module in which the oxidant gas preheating portion is stacked on the end portion in the stacking direction of the solid oxide fuel cell stack ,
The solid oxide fuel cell stack and the oxidant gas preheating unit are integrated by a hollow member having a gas flow path therein, and the oxidant gas is flowed inside the hollow member. A solid oxide fuel cell module, characterized in that it is supplied or exhausted by 前記固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の下端側に前記燃料ガス予熱部を備えるとともに、該燃料ガス予熱部は、内部に改質触媒層を有し、前記燃料極に供給する前記燃料ガスの改質を行うガス改質部であ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モジュール。 The fuel gas preheating part is provided at the lower end side in the stacking direction of the solid oxide fuel cell stack , and the fuel gas preheating part has a reforming catalyst layer inside, and the fuel gas preheating part is supplied to the fuel electrode. solid electrolyte fuel cell module according to 請 Motomeko 1 you being a gas reforming unit that performs modified. 前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池モジュールの下方に、前記固体電解質形燃料電池スタックから排出される余剰のガスを燃料させる加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池モジュール。 A heating means for fueling surplus gas discharged from the solid oxide fuel cell stack is provided below the solid oxide fuel cell module according to any one of claims 1 to 3. solid oxide fuel cell module according to any one of 請 Motomeko 1-3 you.
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