JP5491079B2 - Fuel cell system - Google Patents

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    • Y02E60/50Fuel cells

Description

本発明は、発電セルが積層されてなる燃料電池に対して燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給することにより電気エネルギーを得る燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system that obtains electric energy by supplying fuel gas and oxidant gas to a fuel cell in which power generation cells are stacked.

水素やメタノール等の燃料が有する化学エネルギーを電気エネルギーに変換する燃料電池システムは、一般に、電解質層をその両側から多孔質の燃料極(アノード)と空気極(カソード)で挟み込むように配してなる発電セルが複数積層された燃料電池を備えている。また、燃料電池の積層内部には、純水素や炭化水素系燃料を改質した水素含有ガスからなる燃料ガスを燃料極に供給したり、酸素や空気等の酸化剤ガスを空気極に供給したりするガス通路が設けられている(特許文献1参照)。   Fuel cell systems that convert chemical energy of fuels such as hydrogen and methanol into electrical energy are generally arranged so that the electrolyte layer is sandwiched between the porous fuel electrode (anode) and air electrode (cathode) from both sides. A fuel cell in which a plurality of power generation cells are stacked. Also, inside the fuel cell stack, a fuel gas composed of hydrogen-containing gas obtained by reforming pure hydrogen or hydrocarbon fuel is supplied to the fuel electrode, or an oxidant gas such as oxygen or air is supplied to the air electrode. Gas passages are provided (see Patent Document 1).

このような燃料電池システムにおいては、所定の温度のもとで、空気極側に供給された酸化剤ガス中の酸素が、空気極乃至は空気極と電解質層の境界部分でイオン化されて、電解質層を介して燃料極に向かって移動し、かかる酸素イオンが燃料極の燃料ガスと電極反応(発電反応)する。この発電反応により生じた電子が起電力として取り出される。   In such a fuel cell system, oxygen in the oxidant gas supplied to the air electrode side at a predetermined temperature is ionized at the air electrode or at the boundary between the air electrode and the electrolyte layer, so that the electrolyte The oxygen ions move toward the fuel electrode through the layer, and the oxygen ions react with the fuel gas in the fuel electrode (power generation reaction). Electrons generated by this power generation reaction are taken out as electromotive force.

特開2008−204946号公報JP 2008-204946 A

しかしながら、特許文献1に記載の燃料電池システムでは、複数積層された発電セルの固定に際して、複数の発電セルの積層方向の両端に該発電セルよりも大形の締付板が重ね合わされると共に、発電セルの周囲で積層方向に沿って延びるボルトが両締付板に挿通されて、ボルトの挿通端がナットで締結されることにより、複数の発電セルが積層方向に締め付け固定されている。また、燃料ガスや酸化剤ガスを各発電セルに供給するガス通路の一部(特許文献1ではガスマニホールド)が、燃料電池において複数の発電セルの積層方向に貫通形成されている。   However, in the fuel cell system described in Patent Document 1, when fixing a plurality of stacked power generation cells, a clamping plate larger than the power generation cell is superimposed on both ends in the stacking direction of the plurality of power generation cells, A plurality of power generation cells are fastened and fixed in the stacking direction by inserting bolts extending along the stacking direction around the power generation cells into both fastening plates and fastening the bolt insertion ends with nuts. Further, a part of a gas passage (a gas manifold in Patent Document 1) for supplying fuel gas and oxidant gas to each power generation cell is formed so as to penetrate in the stacking direction of the plurality of power generation cells in the fuel cell.

そのため、発電効率を向上させる目的で、例えば発電セルにおける燃料極や空気極等の電極面積を大きくすると、発電セルが、ボルト及びナットを含む締結機構やガス通路等に接触してしまい、電気的短絡やガスの圧損が高くなる問題があった。   Therefore, for example, if the electrode area such as the fuel electrode or the air electrode in the power generation cell is increased for the purpose of improving the power generation efficiency, the power generation cell comes into contact with a fastening mechanism including a bolt and a nut, a gas passage, etc. There has been a problem that short circuit and gas pressure loss become high.

そこで、このような問題に対処するために、例えば、締結機構やガス通路をセル本体から大きく離して配置することが考えられるが、それでは、燃料電池自体が大型になって、燃料電池の設置対象が制限されたり、作動温度を高温に保つことが難しくなって、稼動コストの上昇や発電効率の低下等の問題が生じたりするおそれがあった。   Therefore, in order to deal with such problems, for example, it is conceivable to dispose the fastening mechanism and the gas passage greatly apart from the cell main body. May be restricted, or it may be difficult to maintain the operating temperature at a high temperature, which may cause problems such as an increase in operating cost and a decrease in power generation efficiency.

また、燃料電池の発電反応を効率良く生じさせて、発電効率を上げるためには、高温の酸化剤ガスや燃料ガスを燃料電池に対して効率的に供給することが必要であるが、特許文献1に示される如き燃料電池システムでは、上述の締結機構やガス通路に加えて、別途ガスを加熱するための手段を設けると、装置のコンパクト化が達成され難くなったり、稼動コストが上昇したりする問題があった。   Further, in order to efficiently generate the power generation reaction of the fuel cell and increase the power generation efficiency, it is necessary to efficiently supply a high-temperature oxidant gas or fuel gas to the fuel cell. In the fuel cell system as shown in FIG. 1, if a means for heating the gas is provided in addition to the fastening mechanism and the gas passage described above, it is difficult to achieve compactness of the apparatus or the operating cost increases. There was a problem to do.

本発明は、上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、コンパクトな構造で、燃料電池における発電セルの電極面積が十分に確保されると共に、酸化剤ガス又は燃料ガスが効率良く加熱されることによって、稼動コストを抑えつつ発電効率の向上が図られる、新規な構造の燃料電池システムを提供することにある。   The present invention has been made in the background of the circumstances as described above, and the problem to be solved is a compact structure, which sufficiently secures an electrode area of a power generation cell in a fuel cell, and an oxidizing agent. An object of the present invention is to provide a fuel cell system having a novel structure that can improve power generation efficiency while suppressing operating costs by efficiently heating gas or fuel gas.

(1)かかる課題を解決するためになされた請求項1の発明は、
略平板形状を有する電解質層と電極層とからなる発電セルを積層してなる燃料電池と、該燃料電池の積層方向に貫通する貫通孔と、該貫通孔に挿入されて該燃料電池を積層方向に締結する締結機構とを有する燃料電池システムであって、
前記燃料電池には、少なくとも前記貫通孔と開口部を共有し前記発電セルに対して燃料ガス又は酸化剤ガスを供給するガス流路が設けられ、
前記燃料電池の外部には、一端が前記開口部を介して前記ガス流路に連通され、外部から該ガス流路に前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを導入する外部連通路が設けられ、
前記締結機構のうち少なくとも前記貫通孔の開口部近辺部分が、前記貫通孔に挿通されて前記燃料電池から突出した固定部材の端部に固定されたことで、該燃料電池の排熱を回収して該燃料電池に導入される前の前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを加熱する予熱手段として構成され
前記外部連通路の他端は、前記燃料電池における前記積層方向に直交する方向に開口していることを特徴とする。
(1) The invention of claim 1 made to solve such a problem,
A fuel cell formed by laminating a power generation cell composed of an electrolyte layer and an electrode layer having a substantially flat plate shape, a through-hole penetrating in the stacking direction of the fuel cell, and being inserted into the through-hole to stack the fuel cell in the stacking direction A fuel cell system having a fastening mechanism for fastening to
The fuel cell is provided with a gas flow path that supplies at least the through hole and the opening and supplies fuel gas or oxidant gas to the power generation cell,
One end of the fuel cell is communicated with the gas flow path through the opening, and an external communication path for introducing the fuel gas or the oxidant gas into the gas flow path from the outside is provided.
At least a portion near the opening of the through hole in the fastening mechanism is fixed to an end of a fixing member that is inserted into the through hole and protrudes from the fuel cell, thereby recovering exhaust heat of the fuel cell. Configured as preheating means for heating the fuel gas or the oxidant gas before being introduced into the fuel cell ,
The other end of the external communication path is opened in a direction orthogonal to the stacking direction in the fuel cell .

このような本発明の燃料電池システムにおいては、燃料電池の排熱を利用して燃料電池供給前の燃料ガス又は酸化剤ガスを加熱する予熱手段が設けられていることによって、ガスを加熱する際の稼動コストを抑えつつ、高温の燃料ガス又は酸化剤ガスを燃料電池に供給して、燃料電池の発電反応を効率良く生じさせることが可能となる。   In such a fuel cell system of the present invention, the preheating means for heating the fuel gas or the oxidant gas before supplying the fuel cell using the exhaust heat of the fuel cell is provided, so that the gas is heated. It is possible to efficiently generate a power generation reaction of the fuel cell by supplying high-temperature fuel gas or oxidant gas to the fuel cell while suppressing the operation cost of the fuel cell.

また、予熱手段は締結機構の一部として構成されていると共に、燃料電池のガス流路と締結機構を挿入する貫通孔が少なくとも開口部を共有していることから、燃料電池ひいては燃料電池システムがコンパクトになることに加え、このようにコンパクトとされつつも、燃料電池システムにおいて締結機構やガス流路、予熱手段における何れか二つの配設スペースが削減される分だけ、発電セルの電極面積が大きく確保される。   In addition, the preheating means is configured as a part of the fastening mechanism, and the gas flow path of the fuel cell and the through hole into which the fastening mechanism is inserted share at least the opening, so that the fuel cell and thus the fuel cell system are In addition to being compact, the electrode area of the power generation cell can be reduced by reducing the space for any two of the fastening mechanism, the gas flow path, and the preheating means in the fuel cell system. Largely secured.

それ故、本発明の燃料電池システムによれば、コンパクトな構造で、稼動コストを抑えつつ、発電性能が有効に発揮される。
また、外部連通路の他端は、燃料電池における発電セルの積層方向に直交する方向に開口している。このため、外部連通路における燃料電池から排熱を受ける受熱面積が確実に大きく確保されることになり、燃料ガス又は酸化剤ガスを、一層効率良く加熱することができる。
なお、本発明において、上記電解質層や電極層の略平板形状には、平坦な板状を含む他、小さな凹凸や曲線部分などを有するが平坦な板状と同一の作用、効果を奏するものと考えられる概ね平坦な板状を含む。
Therefore, according to the fuel cell system of the present invention, the power generation performance is effectively exhibited with a compact structure and the operation cost is suppressed.
The other end of the external communication path opens in a direction orthogonal to the stacking direction of the power generation cells in the fuel cell. For this reason, the heat receiving area for receiving the exhaust heat from the fuel cell in the external communication path is surely ensured and the fuel gas or the oxidant gas can be heated more efficiently.
In the present invention, the substantially flat plate shape of the electrolyte layer and the electrode layer includes a flat plate shape, and has small unevenness and curved portions, but has the same functions and effects as the flat plate shape. Includes a generally flat plate shape that can be considered.

(2)請求項2の発明は、
前記締結機構は、前記固定部材と、該固定部材の端部に設けられた雄ねじ部に対し、該固定部材の先端部分と所定の間隙をもって螺合される有底筒状の固定ナットと、からなり、
前記締結機構に含まれる前記予熱手段は、該固定部材の先端部分と該固定ナットとを含んで構成されていることを特徴とする。
(2) The invention of claim 2
Wherein the fastening mechanism, the fixed member, relative to the external thread portion provided on an end portion of the fixing member, and the bottomed cylindrical fixing nut screwed with the tip portion with a predetermined gap between said fixed member , consists of,
The preheating means included in the fastening mechanism includes a distal end portion of the fixing member and the fixing nut.

これにより、予熱手段が簡単な構造で実現される。また、例えば、予熱手段を設計変更する場合には、形状や大きさ、構造等の形態が異なる固定ナットを交換することで、容易に対応可能となる。   Thereby, the preheating means is realized with a simple structure. Further, for example, when the design of the preheating means is changed, it can be easily handled by replacing the fixing nuts having different shapes such as shape, size, structure and the like.

(3)請求項3の発明は、前記固定ナットは内部開口を備え、前記ガス流路と前記外部連通路は該内部開口を介して接続されていることを特徴とする。
つまり、本発明では、外部連通路の少なくとも一部において加熱された燃料ガス又は酸化剤ガスが、内部開口においても加熱されてガス流路に導入されることから、ガスの加熱を途切らすことなく、高温のガスをガス流路に安定して導き入れることが出来て、発電効率の更なる向上が図られる。また、内部開口の形成位置を設定変更することによって、ガス流路に対する外部連通路の接続態様を容易に変更することが出来る。
(3) The invention of claim 3 is characterized in that the fixing nut has an internal opening, and the gas flow path and the external communication path are connected via the internal opening.
That is, in the present invention, since the fuel gas or oxidant gas heated in at least a part of the external communication path is also heated in the internal opening and introduced into the gas flow path, the gas heating is not interrupted. The high-temperature gas can be stably introduced into the gas flow path, and the power generation efficiency can be further improved. Moreover, the connection mode of the external communication path with respect to the gas flow path can be easily changed by changing the setting position of the internal opening.

(4)請求項4の発明は、前記内部開口は、前記燃料電池における前記積層方向と平行に広がる面に開口していることを特徴とする。
これにより、少なくとも外部連通路における内部開口との接続部分が、燃料電池の積層方向に対して直交する方向に配されることとなり、外部連通路において燃料電池から排熱を受ける受熱面積が大きく確保され易くなる。その結果、燃料ガス又は酸化剤ガスが一層効率良く加熱される。
(4) The invention of claim 4 is characterized in that the internal opening is open to a surface extending in parallel with the stacking direction in the fuel cell.
As a result, at least a connection portion with the internal opening in the external communication path is arranged in a direction orthogonal to the stacking direction of the fuel cells, and a large heat receiving area for receiving heat exhausted from the fuel cell is secured in the external communication path. It becomes easy to be done. As a result, the fuel gas or oxidant gas is heated more efficiently.

(5)請求項5の発明は、前記燃料電池の発電を補助するための発電補助部材を備え、該発電補助部材が該燃料電池と電気的に絶縁された状態で隣り合うように配置されていることを特徴とする。 (5) The invention of claim 5 includes a power generation assisting member for assisting power generation of the fuel cell, and the power generation assisting member is disposed adjacent to the fuel cell in an electrically insulated state. It is characterized by being.

このような本発明の燃料電池システムにおいては、燃料電池の発電を補助する発電補助部材が設けられていることによって、発電効率が一層向上される。
ここで、燃料電池の発電を補助するとは、燃料ガスおよび酸化剤ガスの発電セルへの供給による発電反応を効率良く生じさせるために、燃料電池や燃料ガス、酸化剤ガスを加熱したり、それらの放熱を抑えたりすることをいう。即ち、発電補助部材には、例えば、酸化剤ガスを加熱する熱交換器、発電に用いられる水素含有ガスを水蒸気改質で生成するために必要な水蒸気を発生させる気化器、改質ガスを生成する改質器、放熱を抑える断熱部材等が採用される。
In such a fuel cell system of the present invention, the power generation efficiency is further improved by providing the power generation auxiliary member that assists the power generation of the fuel cell.
Here, assisting the power generation of the fuel cell means heating the fuel cell, the fuel gas, and the oxidant gas in order to efficiently generate a power generation reaction by supplying the fuel gas and the oxidant gas to the power generation cell. It means to suppress heat dissipation. That is, the power generation auxiliary member generates, for example, a heat exchanger that heats the oxidant gas, a vaporizer that generates steam necessary for generating hydrogen-containing gas used for power generation by steam reforming, and reformed gas. A reformer that performs heat insulation and a heat insulating member that suppresses heat dissipation are employed.

つまり、本発明の燃料電池システムでは、発電補助部材が燃料電池と隣り合うように配置されていることから、燃料電池の排熱を積極的に利用して発電補助部材ひいては発電補助部材を流動する燃料ガス又は酸化剤ガスを加熱したり、或いは燃料電池の排熱の拡散を抑えたりすることが有効に実現され、その結果、発電効率の更なる向上が図られる。   That is, in the fuel cell system of the present invention, since the power generation assisting member is disposed adjacent to the fuel cell, the exhaust heat of the fuel cell is actively used to flow through the power generation assisting member, and thus the power generation assisting member. Heating the fuel gas or oxidant gas or suppressing the diffusion of the exhaust heat of the fuel cell is effectively realized, and as a result, the power generation efficiency is further improved.

本発明の一実施形態としての燃料電池システムを概略的に示す説明モデル図。1 is an explanatory model diagram schematically showing a fuel cell system as one embodiment of the present invention. 同燃料電池システムの一部を構成する固体酸化物形燃料電池の正面図。The front view of the solid oxide fuel cell which comprises a part of the fuel cell system. 同固体酸化物形燃料電池の平面図。FIG. 2 is a plan view of the solid oxide fuel cell. 同固体酸化物形燃料電池の一要部を示す斜視図。The perspective view which shows the principal part of the solid oxide fuel cell. 同固体酸化物形燃料電池の一部を構成する単セルを概略的に示す縦断面説明図。The longitudinal cross-sectional explanatory drawing which shows roughly the single cell which comprises some solid oxide fuel cells. 同固体酸化物形燃料電池を概略的に示す縦断面説明図。The longitudinal cross-sectional explanatory drawing which shows the same solid oxide form fuel cell roughly. 同燃料電池システムの一部を構成する固定ナットを拡大して示す斜視図。The perspective view which expands and shows the fixing nut which comprises some fuel cell systems. 同燃料電池システムの一要部を拡大して示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which expands and shows the principal part of the fuel cell system. 図8のIX−IX断面図。IX-IX sectional drawing of FIG. 本発明の別の一実施形態としての燃料電池システムにおける固体酸化物形燃料電池を概略的に示す縦断面説明図。FIG. 4 is a longitudinal sectional explanatory view schematically showing a solid oxide fuel cell in a fuel cell system as another embodiment of the present invention.

以下に、本発明を具体化した実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図1には、本発明の一実施形態としての燃料電池システム10が概略的に示されている。この燃料電池システム10は、燃料電池としての固体酸化物形燃料電池12や、燃料ガス供給部材、酸化剤ガス供給部材、加熱部材、発電補助部材14、パワーコンディショナ16等を含んで構成されている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, FIG. 1 schematically shows a fuel cell system 10 as an embodiment of the present invention. The fuel cell system 10 includes a solid oxide fuel cell 12 as a fuel cell, a fuel gas supply member, an oxidant gas supply member, a heating member, a power generation auxiliary member 14, a power conditioner 16, and the like. Yes.

固体酸化物形燃料電池12の詳細な構造については後述するが、固体酸化物形燃料電池12は、図2,3にも示されているように、略矩形ブロック状を有しており、燃料電池システム10の一部を構成する断熱材からなる断熱容器18に収容配置される。また、断熱容器18には、加熱バーナ20が収容配置されており、断熱容器18の外部から加熱バーナ20に空気と燃料を送って、比例弁22や電磁弁24、エアブロワ26を用いて固体酸化物形燃料電池12の加熱効率に最適な空気量を調整しつつ、固体酸化物形燃料電池12を断熱容器18内で加熱するようになっている。要するに、加熱部材が、加熱バーナ20や比例弁22、電磁弁24、エアブロワ26を含んで構成されている。   Although the detailed structure of the solid oxide fuel cell 12 will be described later, the solid oxide fuel cell 12 has a substantially rectangular block shape as shown in FIGS. The battery system 10 is housed and disposed in a heat insulating container 18 made of a heat insulating material constituting a part of the battery system 10. The heat insulating container 18 accommodates and arranges a heating burner 20. Air and fuel are sent from the outside of the heat insulating container 18 to the heating burner 20, and solid oxidation is performed using the proportional valve 22, the electromagnetic valve 24, and the air blower 26. The solid oxide fuel cell 12 is heated in the heat insulating container 18 while adjusting the amount of air optimal for the heating efficiency of the physical fuel cell 12. In short, the heating member includes the heating burner 20, the proportional valve 22, the electromagnetic valve 24, and the air blower 26.

特に本実施形態では、固体酸化物形燃料電池12における断熱容器18への収容に際して、固体酸化物形燃料電池12の外周部分を覆うようにして、気化器28と熱交換器30が固体酸化物形燃料電池12に固設されており、これら気化器28や熱交換器30も断熱容器18に収容される。   In particular, in the present embodiment, when the solid oxide fuel cell 12 is accommodated in the heat insulating container 18, the vaporizer 28 and the heat exchanger 30 are covered with the solid oxide so as to cover the outer peripheral portion of the solid oxide fuel cell 12. The vaporizer 28 and the heat exchanger 30 are also accommodated in the heat insulating container 18.

気化器28は、固体酸化物形燃料電池12の周壁部の一部分に沿うような形状を有するハウジング構造とされている。
また、気化器28と、断熱容器18の外部に設けられた純水タンク32及び供給ポンプ34とが、水供給管路36を介して接続されており、純水タンク32の水が供給ポンプ34を用いて水供給管路36を通じて気化器28の内部に送られる。そして、加熱バーナ20により加熱された気化器28内部において、水が加熱されて水蒸気になる。
The carburetor 28 has a housing structure having a shape along a part of the peripheral wall portion of the solid oxide fuel cell 12.
Further, the vaporizer 28 is connected to a pure water tank 32 and a supply pump 34 provided outside the heat insulating container 18 through a water supply pipe 36, and the water in the pure water tank 32 is supplied to the supply pump 34. To the inside of the vaporizer 28 through the water supply line 36. And in the vaporizer | carburetor 28 heated by the heating burner 20, water is heated and becomes water vapor | steam.

さらに、気化器28と、断熱容器18の外部に設けられた図示しない原料ガスタンクや電磁弁38、昇圧ポンプ40とが、原料ガス供給管路42を通じて接続されており、電磁弁38や昇圧ポンプ40を用いて、原料ガスの気化器28内部への吐出量を調節しつつ、原料ガスが気化器28内部に送られる。本実施形態の原料ガスは、例えば、メタンなどの炭化水素を含む都市ガスやLPG等とされる。   Further, the vaporizer 28 and a raw material gas tank, an electromagnetic valve 38 and a booster pump 40 (not shown) provided outside the heat insulating container 18 are connected through a raw material gas supply pipe 42, and the electromagnetic valve 38 and the booster pump 40 are connected. The raw material gas is sent into the vaporizer 28 while adjusting the discharge amount of the raw material gas into the vaporizer 28. The source gas of the present embodiment is, for example, city gas containing hydrocarbons such as methane, LPG, or the like.

更にまた、気化器28の外壁部には燃料ガス供給管路44が設けられ、固体酸化物形燃料電池12に連結されている。
これにより、原料ガスと水蒸気が気化器28内部で混合されて燃料ガスを生成し、かかる燃料ガスが、燃料ガス供給管路44を通じて後述の改質層90において水素含有ガスに改質されてから、固体酸化物形燃料電池12に供給される。つまり、燃料電池システム10の燃料ガス供給部材が、気化器28や改質層90、純水タンク32、供給ポンプ34、水供給管路36、電磁弁38、昇圧ポンプ40、原料ガス供給管路42、燃料ガス供給管路44を含んで構成されている。
Furthermore, a fuel gas supply line 44 is provided on the outer wall portion of the vaporizer 28 and connected to the solid oxide fuel cell 12.
As a result, the raw material gas and water vapor are mixed in the vaporizer 28 to generate a fuel gas, and the fuel gas is reformed into a hydrogen-containing gas in a reforming layer 90 described later through the fuel gas supply pipe 44. , And supplied to the solid oxide fuel cell 12. That is, the fuel gas supply member of the fuel cell system 10 includes the vaporizer 28, the reformed layer 90, the pure water tank 32, the supply pump 34, the water supply line 36, the electromagnetic valve 38, the booster pump 40, and the raw material gas supply line. 42, a fuel gas supply pipe 44 is included.

一方、熱交換器30は、固体酸化物形燃料電池12の周壁部の一部分に沿うように配置される第一熱交換器30aと、固体酸化物形燃料電池12の上方に配置される第二熱交換器30bを含んで構成されている。また、熱交換器30は、酸化剤ガス供給管路46の内側又は周囲に取り付けられている。この酸化剤ガス供給管路46の一方の端部がエアブロワ48に接続されていると共に、酸化剤ガス供給管路46の他方の端部が固体酸化物形燃料電池12に連結されている。   On the other hand, the heat exchanger 30 includes a first heat exchanger 30 a disposed along a part of the peripheral wall portion of the solid oxide fuel cell 12 and a second heat exchanger 30 disposed above the solid oxide fuel cell 12. The heat exchanger 30b is included. Further, the heat exchanger 30 is attached inside or around the oxidant gas supply pipe 46. One end of the oxidant gas supply line 46 is connected to the air blower 48, and the other end of the oxidant gas supply line 46 is connected to the solid oxide fuel cell 12.

これにより、酸素や空気等の酸化剤ガスが、熱交換器30で加熱されつつ、エアブロワ48を用いて固体酸化物形燃料電池12に供給される。即ち、燃料電池システム10の酸化剤ガス供給部材が、熱交換器30や酸化剤ガス供給管路46、エアブロワ48を含んで構成されている。   Accordingly, an oxidant gas such as oxygen or air is supplied to the solid oxide fuel cell 12 using the air blower 48 while being heated by the heat exchanger 30. That is, the oxidant gas supply member of the fuel cell system 10 includes the heat exchanger 30, the oxidant gas supply line 46, and the air blower 48.

従って、固体酸化物形燃料電池12が断熱容器18内で加熱バーナ20により加熱されて、中温から高温の状態のもとで、固体酸化物形燃料電池12に対して燃料ガス供給管路44から燃料ガスが、酸化剤ガス供給管路46から酸化剤ガスが、それぞれ供給されて、固体酸化物形燃料電池12に発電反応が生じることとなり、この発電反応により生じた電子が、パワーコンディショナ16を介して変圧したり交流電流に変換したりして起電力として外部に取り出されるようになっている。   Therefore, the solid oxide fuel cell 12 is heated by the heating burner 20 in the heat insulating container 18 and is supplied from the fuel gas supply line 44 to the solid oxide fuel cell 12 under a medium to high temperature state. The fuel gas is supplied with the oxidant gas from the oxidant gas supply line 46, and a power generation reaction occurs in the solid oxide fuel cell 12. Electrons generated by the power generation reaction are converted into the power conditioner 16. The voltage is transformed through an electric current or converted into an alternating current so as to be taken out as an electromotive force.

また、本実施形態の燃料電池システム10では、排気ガス管路50が、後述の固定ナット106bを介して固体酸化物形燃料電池12に連結されていると共に、排気ガス管路50の開口端部が、燃料電池システム10の断熱容器18の外部に開口している。これにより、固体酸化物形燃料電池12への酸化剤ガスおよび燃料ガスの供給に伴い生じた排気ガスが、第一熱交換器30aで加熱されつつ、排気ガス管路50を通じて、断熱容器18の外部に排出されるようになっている。   Further, in the fuel cell system 10 of the present embodiment, the exhaust gas pipe 50 is connected to the solid oxide fuel cell 12 via a fixing nut 106b described later, and the open end of the exhaust gas pipe 50 is used. However, it opens to the outside of the heat insulating container 18 of the fuel cell system 10. As a result, the exhaust gas generated with the supply of the oxidant gas and the fuel gas to the solid oxide fuel cell 12 is heated in the first heat exchanger 30a, and the heat insulating container 18 passes through the exhaust gas conduit 50. It is designed to be discharged outside.

本実施形態の固体酸化物形燃料電池12においては、発電セルとしての単セル52(以下、単に「セル52」ともいう。)が板厚方向(図2,4中、上下)に複数積層されてなる発電スタック54を含んで構成されている。   In the solid oxide fuel cell 12 of this embodiment, a plurality of single cells 52 (hereinafter also simply referred to as “cells 52”) as power generation cells are stacked in the thickness direction (up and down in FIGS. 2 and 4). The power generation stack 54 is configured.

セル52は、図5に概略的に示されるように、全体として略平板形状を有しており、電解質層としての固体電解質体56を挟んだ両側に一方の電極層としての空気極(カソード)58と他方の電極層としての燃料極(アノード)60とが固着されたセル本体62を備えている。固体電解質体56としては、例えば、YSZやScSZ、SDC、GDC、ペロブスカイト系酸化物等が採用される。また、例えば、空気極58としては、ペロブスカイト系酸化物や各種貴金属、貴金属とセラミックとのサーメット等が用いられると共に、燃料極60としては、Ni及びNiとセラミックとのサーメット等が用いられる。   As shown schematically in FIG. 5, the cell 52 has a substantially flat plate shape as a whole, and an air electrode (cathode) as one electrode layer on both sides of the solid electrolyte body 56 as an electrolyte layer. 58 and a cell body 62 to which a fuel electrode (anode) 60 as the other electrode layer is fixed. As the solid electrolyte body 56, for example, YSZ, ScSZ, SDC, GDC, perovskite oxide, or the like is employed. Further, for example, the air electrode 58 is made of perovskite oxide, various noble metals, cermet of noble metal and ceramic, and the fuel electrode 60 is made of Ni, cermet of Ni and ceramic, or the like.

また、固体電解質体56における空気極58が固着された面には、空気極58の周りを囲うようにしてセパレータ64が接合されている。
さらに、セル本体62およびセパレータ64を挟んだ両側に略平板形状を有する一対のインターコネクタ66a,66bが対向配置されている。
A separator 64 is bonded to the surface of the solid electrolyte body 56 to which the air electrode 58 is fixed so as to surround the air electrode 58.
Further, a pair of interconnectors 66a and 66b having a substantially flat plate shape are disposed opposite to each other with the cell body 62 and the separator 64 interposed therebetween.

また、空気極58の周囲におけるセパレータ64の外周部分と一方のインターコネクタ66aの外周部分の間には、空気極フレーム68と絶縁フレーム70が重ね合わされた形態で介装されている。更に、燃料極60の周囲におけるセパレータ64の外周部分と他方のインターコネクタ66bの外周部分の間には、燃料極フレーム72が介装されている。   An air electrode frame 68 and an insulating frame 70 are overlapped between the outer peripheral portion of the separator 64 and the outer peripheral portion of one interconnector 66a around the air electrode 58. Further, a fuel electrode frame 72 is interposed between the outer peripheral portion of the separator 64 and the outer peripheral portion of the other interconnector 66 b around the fuel electrode 60.

これらセパレータ64やインターコネクタ66、空気極フレーム68、絶縁フレーム70、燃料極フレーム72は、燃料ガスや酸化剤ガスの不透過性を有する金属材料やセラミック材料等を用いて形成されている。更に、セラミック製の絶縁材からなる絶縁フレーム70が一対のインターコネクタ66a,66b間に設けられていることによって、それらインターコネクタ66a,66bの間が絶縁されている。   The separator 64, the interconnector 66, the air electrode frame 68, the insulating frame 70, and the fuel electrode frame 72 are formed using a metal material or a ceramic material that is impermeable to fuel gas or oxidant gas. Further, an insulating frame 70 made of a ceramic insulating material is provided between the pair of interconnectors 66a and 66b, whereby the interconnectors 66a and 66b are insulated.

すなわち、セル本体62およびセパレータ64と一方のインターコネクタ66aとの対向面間には、セパレータ64やインターコネクタ66a、空気極フレーム68、絶縁フレーム70で仕切られた酸化剤ガス供給経路74が設けられている。一方、セル本体62およびセパレータ64と他方のインターコネクタ66bとの対向面間には、セパレータ64やインターコネクタ66b、燃料極フレーム72で仕切られた燃料ガス供給経路76が設けられている。   That is, an oxidant gas supply path 74 partitioned by the separator 64, the interconnector 66a, the air electrode frame 68, and the insulating frame 70 is provided between the opposing surfaces of the cell body 62 and the separator 64 and the one interconnector 66a. ing. On the other hand, a fuel gas supply path 76 partitioned by the separator 64, the interconnector 66b, and the fuel electrode frame 72 is provided between the opposing surfaces of the cell body 62 and the separator 64 and the other interconnector 66b.

また、インターコネクタ36aの酸化剤ガス供給経路74に露呈する面に、LSCFやLSM等のセラミック多孔体やニッケルフェルト等の金属フェルト等からなる導電性の集電体78が固設されている。集電体78がセル本体62の空気極58に当接されていることによって、空気極58と一方のインターコネクタ66aが、集電体78を介して電気的に接続されている。   A conductive current collector 78 made of a ceramic porous body such as LSCF or LSM, a metal felt such as nickel felt, or the like is fixed on the surface exposed to the oxidant gas supply path 74 of the interconnector 36a. Since the current collector 78 is in contact with the air electrode 58 of the cell body 62, the air electrode 58 and one interconnector 66 a are electrically connected via the current collector 78.

また、他方のインターコネクタ66bと燃料極60が直接に当接されていることによって、他方のインターコネクタ66bと燃料極60が電気的に接続されている。
このようなセル52は、図6に概略的に示されるように、板厚方向(図5,6中、上下)に複数積層配置されている。かかる積層方向で隣り合うセル52,52においては、インターコネクタ36が共用されても良いし、それぞれ独立して用いられて、互いに重ね合わされても良い。なお、図5,6は、本発明の内容を理解し易くするために、セル52の断面形状を概略的に示す図面であって、実際の断面形状を表す図面でない。また、後述する固定ナット106の配置等に関して、図6は、図2〜4と対応する図面でない。
Further, the other interconnector 66b and the fuel electrode 60 are in direct contact with each other, whereby the other interconnector 66b and the fuel electrode 60 are electrically connected.
As schematically shown in FIG. 6, a plurality of such cells 52 are stacked in the thickness direction (up and down in FIGS. 5 and 6). In the cells 52 and 52 adjacent in the stacking direction, the interconnector 36 may be shared, or may be used independently and overlap each other. 5 and 6 are drawings schematically showing the cross-sectional shape of the cell 52 for easy understanding of the contents of the present invention, and are not drawings showing the actual cross-sectional shape. Further, FIG. 6 is not a drawing corresponding to FIGS.

複数のセル52の積層方向の両端部には、電極板80が重ね合わされている。電極板80は、各セル52のインターコネクタ66を介して集電体78と電気的に接続されていると共に、セル52の外部に設けられたリードフレーム82を介してパワーコンディショナ16に接続されている。   Electrode plates 80 are superimposed on both ends of the plurality of cells 52 in the stacking direction. The electrode plate 80 is electrically connected to the current collector 78 via the interconnector 66 of each cell 52 and is connected to the power conditioner 16 via a lead frame 82 provided outside the cell 52. ing.

また、本実施形態の燃料電池システム10では、発電スタック54における各電極板80の外方端面において、オフガス燃焼層84,88が積層されている。オフガス燃焼層84,88は、発電後の排気ガス中のCOや水素の酸化を行う燃焼触媒などを含んで構成されており、積層方向一方(図6中、上)のオフガス燃焼層84は、積層方向他方(図6中、下)のオフガス燃焼層88で処理しきれなかったCOや水素の酸化を行うようになっている。このオフガス燃焼層84の積層方向外方における略矩形状を有する端壁部86が、発電スタック54の積層方向端の壁部とされている。   Further, in the fuel cell system 10 of the present embodiment, off-gas combustion layers 84 and 88 are stacked on the outer end surface of each electrode plate 80 in the power generation stack 54. The off-gas combustion layers 84 and 88 are configured to include a combustion catalyst that oxidizes CO and hydrogen in the exhaust gas after power generation, and the off-gas combustion layer 84 on one side in the stacking direction (upper in FIG. 6) CO and hydrogen that could not be processed in the off-gas combustion layer 88 on the other side in the stacking direction (lower in FIG. 6) are oxidized. An end wall portion 86 having a substantially rectangular shape outside the off-gas combustion layer 84 in the stacking direction is a wall portion at the stacking direction end of the power generation stack 54.

さらに、オフガス燃焼層88の外方端面には、改質層90が積層されている。改質層90は、燃料ガスに含まれた水素源となる炭化水素原料を水蒸気改質する触媒等を含んで構成されている。   Further, a reforming layer 90 is laminated on the outer end face of the off-gas combustion layer 88. The reforming layer 90 is configured to include a catalyst or the like for steam reforming a hydrocarbon raw material serving as a hydrogen source contained in the fuel gas.

また、ガス流路92が、オフガス燃焼層84や各セル52におけるインターコネクタ66や空気極フレーム68、絶縁フレーム70、セパレータ64、燃料極フレーム72、更にオフガス燃焼層88や改質層90の積層方向に貫通形成されている。ガス流路92は、略一定の円形断面で発電スタック54の積層方向に延びている。   Further, the gas flow path 92 includes an off-gas combustion layer 84, an interconnector 66, an air electrode frame 68, an insulating frame 70, a separator 64, a fuel electrode frame 72, and an off-gas combustion layer 88 and a reforming layer 90 in each cell 52. It is formed penetrating in the direction. The gas channel 92 extends in the stacking direction of the power generation stack 54 with a substantially constant circular cross section.

特に本実施形態では、燃料ガス又は酸化剤ガスを燃料電池12に供給する5つのガス流路92に、排気ガスを燃焼電池12から排出する2つのガス流路92を加えた合計7つのガス流路92が、発電スタック54の各セル52のセル本体62周りの外周部分において周方向にそれぞれ所定距離を隔てて設けられている。つまり、これら7つのガス流路92のうちの2つが、酸化剤ガスを流通するための第一酸化剤ガス流路92aと第二酸化剤ガス流路92dとされている。また、7つのガス流路92のうちの別の3つが、燃料ガスを流通するための第一燃料ガス流路92gと第二燃料ガス流路92fと第三燃料ガス流路92eとされている。更に、7つのガス流路92のうちのまた別の2つが、排気ガスを流通するための第一排気ガス流路92cと第二排気ガス流路92bとされている。   In particular, in the present embodiment, a total of seven gas flows including five gas passages 92 for supplying fuel gas or oxidant gas to the fuel cell 12 and two gas passages 92 for discharging exhaust gas from the combustion cell 12 are added. A path 92 is provided in the circumferential direction around the cell body 62 of each cell 52 of the power generation stack 54 at a predetermined distance in the circumferential direction. That is, two of these seven gas flow paths 92 are a first oxidant gas flow path 92a and a second dioxide gas flow path 92d for circulating the oxidant gas. Another three of the seven gas flow paths 92 are a first fuel gas flow path 92g, a second fuel gas flow path 92f, and a third fuel gas flow path 92e for circulating the fuel gas. . Furthermore, another two of the seven gas passages 92 are a first exhaust gas passage 92c and a second exhaust gas passage 92b for circulating the exhaust gas.

なお、各ガス流路92と略同じ径寸法で、且つ平行に延びる挿通孔93が、ガス流路92と同様に、オフガス燃焼層84や各セル52におけるインターコネクタ66や空気極フレーム68、絶縁フレーム70、セパレータ64、燃料極フレーム72、オフガス燃焼層88、改質層90の積層方向に貫通形成されている。   In addition, the insertion hole 93 having substantially the same diameter as each gas flow path 92 and extending in parallel is formed in the same manner as the gas flow path 92. The frame 70, the separator 64, the fuel electrode frame 72, the off-gas combustion layer 88, and the reforming layer 90 are formed so as to penetrate therethrough.

第一及び第二酸化剤ガス流路92a,92dには、各セル52の空気極フレーム68を貫通して酸化剤ガス供給経路74に開口するガス通孔94と、オフガス燃焼層88に開口するガス通孔とが設けられている。   In the first and second dioxide gas flow paths 92 a and 92 d, a gas passage hole 94 that passes through the air electrode frame 68 of each cell 52 and opens to the oxidant gas supply path 74 and a gas that opens to the off-gas combustion layer 88. A through hole is provided.

第一燃料ガス流路92gには、改質層90に開口するガス通孔が設けられている。また、第二燃料ガス流路92fと第三燃料ガス流路92eには、改質層90に開口するガス通孔と、各セル52の燃料極フレーム72を貫通して燃料ガス供給経路76に開口するガス通孔96とが設けられている。   The first fuel gas channel 92g is provided with a gas through hole that opens to the reformed layer 90. The second fuel gas flow path 92f and the third fuel gas flow path 92e are connected to the fuel gas supply path 76 through the gas passage hole opened in the reformed layer 90 and the fuel electrode frame 72 of each cell 52. An open gas passage 96 is provided.

第一及び第二排気ガス流路92b,92cには、各セル52の空気極フレーム68と燃料極フレーム72をそれぞれ貫通して酸化剤ガス供給経路74と燃料ガス供給経路76に開口するガス通孔98a,98bが設けられている。また、第一排気ガス流路92cには両オフガス燃焼層84,88に、第二排気ガス流路92bには、オフガス燃焼層84に開口するガス通孔がそれぞれ設けられている。   The first and second exhaust gas passages 92b and 92c pass through the air electrode frame 68 and the fuel electrode frame 72 of each cell 52, respectively, and pass through the gas passages that open to the oxidant gas supply path 74 and the fuel gas supply path 76. Holes 98a and 98b are provided. The first exhaust gas passage 92c is provided with both off-gas combustion layers 84 and 88, and the second exhaust gas passage 92b is provided with gas through holes that open to the off-gas combustion layer 84.

これら7つの各ガス流路92と挿通孔93には、固定部材としての固定ロッド100が挿通されている。固定ロッド100は、ガス流路92や挿通孔93よりも軸方向寸法が大きく且つ径寸法が小さい略円柱形状を呈していると共に、金属材料を用いて形成されている。また、固定ロッド100の軸方向両端部には、雄ネジ部102が設けられている。   A fixing rod 100 as a fixing member is inserted into each of the seven gas flow paths 92 and the insertion holes 93. The fixed rod 100 has a substantially columnar shape having an axial dimension larger than that of the gas flow path 92 and the insertion hole 93 and a smaller diameter dimension, and is formed using a metal material. Further, male screw portions 102 are provided at both axial ends of the fixed rod 100.

各固定ロッド100における発電スタック54の積層方向両端からオフガス燃焼層84や改質層90を貫通して外部に突出した各雄ネジ部102に対して、固定ナット106が螺合されている。即ち、固定ナット106は、略カップ状を呈しており、内周面に螺刻された雌ネジ部に対して雄ネジ部102が螺着されている。   A fixing nut 106 is screwed into each male screw portion 102 that passes through the off-gas combustion layer 84 and the reforming layer 90 from both ends in the stacking direction of the power generation stack 54 in each fixing rod 100 and protrudes to the outside. That is, the fixing nut 106 has a substantially cup shape, and the male screw portion 102 is screwed to the female screw portion threaded on the inner peripheral surface.

これにより、発電スタック54の各セル52や電極板80、オフガス燃焼層84,88、改質層90が積層方向両側から締め付け固定されている。要するに、本実施形態における複数のセル52を積層方向両側から締め付け固定する締結機構が、固定ロッド100や固定ナット106を含んで構成されている。   Thereby, each cell 52 of the power generation stack 54, the electrode plate 80, the off-gas combustion layers 84 and 88, and the modified layer 90 are clamped and fixed from both sides in the stacking direction. In short, the fastening mechanism that fastens and fixes the plurality of cells 52 from both sides in the stacking direction includes the fixing rod 100 and the fixing nut 106.

また、固体酸化物形燃料電池12に対して固定ロッド100を挿入するための貫通孔が、挿通孔93の全てに加え、ガス流路92における積層方向両側の開口部103だけでなく、ガス流路92の全てを含んで構成されている。更に、各ガス流路92の開口部103や挿通孔93の開口部が、各固定ナット106で覆蓋されている。   Further, the through hole for inserting the fixing rod 100 into the solid oxide fuel cell 12 includes not only the insertion hole 93 but also the openings 103 on both sides in the stacking direction of the gas flow path 92 as well as the gas flow. The entire path 92 is included. Further, the opening 103 of each gas flow path 92 and the opening of the insertion hole 93 are covered with each fixing nut 106.

特に本実施形態では、固定ロッド100の雄ネジ部102と固定ナット106の螺合状態で、固定ナット72の内側において固定ナット106の底部と固定ロッド100の先端部が軸方向に離隔配置されていることによって、それら底部と先端部の対向面間に隙間110が形成されている。   In particular, in the present embodiment, the bottom portion of the fixing nut 106 and the distal end portion of the fixing rod 100 are spaced apart from each other in the axial direction inside the fixing nut 72 when the male screw portion 102 of the fixing rod 100 and the fixing nut 106 are screwed together. As a result, a gap 110 is formed between the opposed surfaces of the bottom and the tip.

また、各固定ロッド100における軸方向両側の外周面には、複数の切欠き104が周方向に離隔して設けられている。切欠き104は、固定ロッド100の軸方向端部から雄ネジ部102を通じて発電スタック54のガス流路92に至る軸方向長さを有しており、固定ロッド100の先端部(軸方向端部)と固定ナット106の底部との間の隙間110とガス流路92に開口している。これにより、隙間110とガス流路92が切欠き104を通じて連通されている。換言すると、隙間110や切欠き104は、ガス流路92の一部として構成されている。   Further, a plurality of notches 104 are provided on the outer peripheral surfaces on both axial sides of each fixed rod 100 so as to be spaced apart in the circumferential direction. The notch 104 has an axial length from the axial end portion of the fixed rod 100 to the gas flow path 92 of the power generation stack 54 through the male screw portion 102, and the distal end portion (axial end portion) of the fixed rod 100. ) And the bottom of the fixing nut 106 and the gas channel 92 is opened. As a result, the gap 110 and the gas flow path 92 are communicated with each other through the notch 104. In other words, the gap 110 and the notch 104 are configured as a part of the gas flow path 92.

また、第一酸化剤ガス流路92aと第一燃料ガス流路92gと第二排気ガス流路92bに挿通された各固定ロッド100において、積層方向一方(図6中、上)の雄ネジ部102に固定される固定ナット106a,106b,106gの周壁部には、略円孔形状の内部開口108が貫設されている。   Further, in each fixed rod 100 inserted through the first oxidant gas flow path 92a, the first fuel gas flow path 92g, and the second exhaust gas flow path 92b, one male screw portion in the stacking direction (upper in FIG. 6). A substantially circular internal opening 108 is provided through the peripheral wall portions of the fixing nuts 106a, 106b, and 106g fixed to the 102.

ここで、内部開口108は、固定ナット106において発電スタック54の積層方向と平行に広がる周壁部(面)に貫設されていることから、発電スタック54の積層方向と直交する直角方向(図6中、左右)に開口している。また、内部開口108は、発電スタック54における複数のセル52の積層方向端に位置する端壁部86の外周縁部分よりも直角方向中央側に位置している。 The internal opening 108, laminating direction because it is formed through the peripheral wall portion (surface) extending in parallel with, perpendicular direction perpendicular to the stacking direction of the power generating stack 54 of the power generating stack 54 in the fixed nut 106 (FIG. 6 It opens to the middle, left and right). Further, the internal opening 108 is located on the central side in the direction perpendicular to the outer peripheral edge portion of the end wall portion 86 located at the stacking direction end of the plurality of cells 52 in the power generation stack 54.

さらに、各固定ナット106a,106b,106gの周壁部における内部開口108の周りには、図7〜9にも示されるように、直角方向外方に向かって略円筒形状の連結筒部112が突設されている。この連結筒部112の内孔によって、外部連通路111が構成されており、内部開口108を通じて隙間110と連通されている。このことからも明らかなように、外部連通路111は、発電スタック54の積層方向に直交する方向に配置されている。 Further, as shown in FIGS. 7 to 9, a substantially cylindrical connecting tube portion 112 protrudes around the inner opening 108 in the peripheral wall portion of each of the fixing nuts 106 a, 106 b, and 106 g toward the outside in the perpendicular direction. It is installed. An external communication path 111 is formed by the inner hole of the connecting cylinder portion 112 and communicates with the gap 110 through the internal opening 108. As is clear from this, the external communication path 111 is arranged in a direction orthogonal to the stacking direction of the power generation stack 54.

第一酸化剤ガス流路92aに挿通固定された固定ナット106aの連結筒部112が、燃料電池システム10における酸化剤ガス供給管路46の熱交換器30から固体酸化物形燃料電池12に向かう開口端部と、配管用継手(例えば、スウェージロック社製など)を用いて連結されている。   The connecting tube portion 112 of the fixing nut 106a inserted and fixed in the first oxidant gas flow path 92a is directed from the heat exchanger 30 of the oxidant gas supply line 46 in the fuel cell system 10 to the solid oxide fuel cell 12. The opening end is connected to a pipe joint (for example, manufactured by Swagelok).

これにより、酸素や空気等の酸化剤ガスが、熱交換器30で加熱されつつ、酸化剤ガス供給管路46から連結筒部112内の外部連通路111、固定ナット106aの内部開口108、隙間110、切欠き104を通じて第一酸化剤ガス流路92aに流入され、更に各空気極フレーム68のガス通孔94を通じて各酸化剤ガス供給経路74に導き入れられる。   As a result, the oxidant gas such as oxygen or air is heated by the heat exchanger 30 while the oxidant gas supply pipe 46 is connected to the external communication path 111 in the connecting cylinder part 112, the internal opening 108 of the fixing nut 106a, and the gap. 110 and the notch 104 are introduced into the first oxidant gas flow path 92 a, and are further introduced into the oxidant gas supply paths 74 through the gas through holes 94 of the air electrode frames 68.

また、第一燃料ガス流路92gに挿通固定された固定ナット106gの連結筒部112が、燃料電池システム10における気化器28から突設された燃料ガス供給管路44の開口端部と、配管用継手を用いて連結されている。   Further, the connecting cylinder portion 112 of the fixing nut 106g inserted and fixed in the first fuel gas passage 92g is connected to the open end of the fuel gas supply pipe 44 projecting from the vaporizer 28 in the fuel cell system 10 and the piping. They are connected using joints.

これにより、気化器28内部で原料ガスと水蒸気が混合されてなる燃料ガスが、燃料ガス供給管路44から連結筒部112内の外部連通路111、固定ナット106gの内部開口108、隙間110、切欠き104を通じて第一燃料ガス流路92gに流入され、更に改質層90に流入される。そして、加熱バーナ20等で加熱された改質層90上で炭化水素原料主体の燃料ガスが改質反応(水蒸気改質)し、水素を主体とした燃料ガスに変換される。かかる水素主体の燃料ガスは、第二燃料ガス流路92fや第三燃料ガス流路92eに流入されて、各燃料極フレーム72のガス通孔96を通じて各燃料ガス供給経路76に導き入れられる。   As a result, the fuel gas obtained by mixing the raw material gas and the water vapor inside the vaporizer 28 is supplied from the fuel gas supply pipe 44 to the external communication path 111 in the connecting cylinder portion 112, the internal opening 108 of the fixing nut 106g, the gap 110, It flows into the first fuel gas channel 92 g through the notch 104 and further flows into the reformed layer 90. Then, the fuel gas mainly composed of hydrocarbon raw material undergoes a reforming reaction (steam reforming) on the reformed layer 90 heated by the heating burner 20 or the like, and is converted into a fuel gas mainly composed of hydrogen. The hydrogen-based fuel gas flows into the second fuel gas flow path 92f and the third fuel gas flow path 92e, and is introduced into the fuel gas supply paths 76 through the gas through holes 96 of the fuel electrode frames 72.

従って、酸化剤ガス供給経路74における酸化剤ガス中の酸素が、空気極58若しくは空気極58と固体電解質体56の境界部分でイオン化されて酸素イオンとなり、固体電解質体56を介して燃料極60に向かって移動する。かかる酸素イオンが燃料極60の燃料ガス中の水素と電極反応(発電反応)して電子が生じ、電子を集電体78からインターコネクタ66、電極板80、リードフレーム82を介してパワーコンディショナ16に直流電流として流すと共に、変圧したり交流電流に変換したりして、図示しない外部負荷に電力として供される。   Accordingly, oxygen in the oxidant gas in the oxidant gas supply path 74 is ionized at the air electrode 58 or the boundary portion between the air electrode 58 and the solid electrolyte body 56 to become oxygen ions, and the fuel electrode 60 passes through the solid electrolyte body 56. Move towards. Such oxygen ions undergo an electrode reaction (power generation reaction) with hydrogen in the fuel gas of the fuel electrode 60 to generate electrons, and the electrons are collected from the current collector 78 through the interconnector 66, electrode plate 80, and lead frame 82. 16 is supplied as a direct current, transformed, or converted into an alternating current and supplied to an external load (not shown) as electric power.

また、第一及び第二酸化剤ガス流路92a,92dにおいて、各空気極フレーム68のガス通孔94から各酸化剤ガス供給経路74に導入された残りの酸化剤ガスは、排気ガスとしてオフガス燃焼層88に流入される。更に、酸化剤ガス供給経路74と燃料ガス供給経路76のそれぞれにおいて発電反応に用いられた残りの酸化剤ガスと燃料ガスは、排気ガスとしてガス通孔98a,98bから第一及び第二排気ガス流路92b,92cを通じて、オフガス燃焼層88に流入される。   Further, in the first and second dioxide gas flow paths 92a and 92d, the remaining oxidant gas introduced into the oxidant gas supply paths 74 from the gas through holes 94 of the air electrode frames 68 is off-gas burned as exhaust gas. It flows into the layer 88. Further, the remaining oxidant gas and fuel gas used for the power generation reaction in each of the oxidant gas supply path 74 and the fuel gas supply path 76 are exhausted from the gas through holes 98a and 98b through the first and second exhaust gases. The gas flows into the off-gas combustion layer 88 through the flow paths 92b and 92c.

オフガス燃焼層88における排気ガス中のCOは、オフガス燃焼層88内に収容された燃焼触媒によってCO2に変換される。
第二排気ガス流路92bに挿通固定された固定ナット106bの連結筒部112が、燃料電池システム10における排気ガス管路50の開口端部と、配管用継手を用いて連結されている。それによって、オフガス燃焼層88におけるCO2主体の排気ガスが、第二排気ガス流路92bから連結筒部112内の外部連通路111、固定ナット106bの内部開口108、隙間110、切欠き104を通じて排気ガス管路50に流入され、更に断熱容器18の外部に排出される。
The CO in the exhaust gas in the off-gas combustion layer 88 is converted to CO 2 by the combustion catalyst accommodated in the off-gas combustion layer 88.
The connecting cylinder portion 112 of the fixing nut 106b inserted and fixed in the second exhaust gas flow path 92b is connected to the open end of the exhaust gas conduit 50 in the fuel cell system 10 using a pipe joint. As a result, the exhaust gas mainly composed of CO 2 in the off-gas combustion layer 88 passes from the second exhaust gas flow path 92 b through the external communication path 111 in the connecting cylinder portion 112, the internal opening 108 of the fixed nut 106 b, the gap 110, and the notch 104. The gas is introduced into the exhaust gas pipe 50 and further discharged to the outside of the heat insulating container 18.

特に本実施形態では、排気ガス管路50を流れる排気ガスが、発電スタック54に固設された第一熱交換器30aを介して排出されることによって、排熱効果が高められる。このような排熱は、例えば、酸化剤又は燃料ガス供給管路44,46等の加熱に用いられたり、家庭用の給湯システムの熱源に利用されたりしても良い。或いは、排熱が、ガスタービンや蒸気タービンによる発電に供される、所謂ボトミングサイクルに利用されても良い。   In particular, in the present embodiment, the exhaust gas flowing through the exhaust gas conduit 50 is discharged through the first heat exchanger 30a fixed to the power generation stack 54, so that the exhaust heat effect is enhanced. Such exhaust heat may be used, for example, for heating the oxidant or fuel gas supply lines 44 and 46, or may be used as a heat source for a domestic hot water supply system. Alternatively, the exhaust heat may be used in a so-called bottoming cycle that is used for power generation by a gas turbine or a steam turbine.

上述の如き構造とされた燃料電池システム10においては、酸化剤ガスと燃料ガスが、何れもガス流路92に流入される前に、外部連通路111や内部開口108、隙間110に導き入れられる。これら外部連通路111や内部開口108、隙間110を構成する連結筒部112や固定ナット106、固定ロッド100の先端部は、発電スタック54の積層方向の端壁部86上に配置されており、固体酸化物形燃料電池12からの排熱を受ける。   In the fuel cell system 10 configured as described above, the oxidant gas and the fuel gas are introduced into the external communication path 111, the internal opening 108, and the gap 110 before both flow into the gas flow path 92. . The outer communicating path 111, the inner opening 108, the connecting cylinder portion 112, the fixing nut 106, and the distal end of the fixing rod 100 constituting the gap 110 are disposed on the end wall portion 86 in the stacking direction of the power generation stack 54, The exhaust heat from the solid oxide fuel cell 12 is received.

特に本実施形態では、連結筒部112が端壁部86上で積層方向に直交する直角方向に延びるように配置されていることよって、連結筒部112の全長に亘って固体酸化物形燃料電池12からの排熱を受けることが出来る。 In this embodiment in particular, I'll be linking tube 112 is disposed so as to extend at right angles a direction perpendicular to the stacking direction on the end wall portion 86, a solid over the entire length of the connection tubular part 112 oxide fuel cell The exhaust heat from 12 can be received.

従って、酸化剤ガスと燃料ガスは、ガス流路92に流入される前に、外部連通路111や内部開口108、隙間110において効果的に加熱されることとなり、その結果、高温の酸化剤ガスと燃料ガスが切欠き104やガス流路92を通じて各セル52に供給されることによって、燃料電池12の発電反応が効率良く生じて、優れた発電性能が得られるのである。   Therefore, the oxidant gas and the fuel gas are effectively heated in the external communication path 111, the internal opening 108, and the gap 110 before flowing into the gas flow path 92. As a result, the high-temperature oxidant gas The fuel gas is supplied to each cell 52 through the notch 104 and the gas flow path 92, so that the power generation reaction of the fuel cell 12 occurs efficiently and excellent power generation performance can be obtained.

上記説明からも明らかなように、外部連通路111の少なくとも一部を構成し、ガス流路92の開口部103の周り(開口近辺部分)に設けられることで燃料電池12の排熱を回収して燃料電池12に導入される前の燃料ガス又は酸化剤ガスを加熱する予熱手段は、連結筒部112と固定ナット106と固定ロッド100の先端部を含んで構成されている。   As is clear from the above description, at least a part of the external communication path 111 is configured and provided around the opening 103 of the gas flow path 92 (in the vicinity of the opening) to recover the exhaust heat of the fuel cell 12. The preheating means for heating the fuel gas or the oxidant gas before being introduced into the fuel cell 12 includes the connecting cylinder portion 112, the fixing nut 106, and the distal end portion of the fixing rod 100.

つまり、かかる予熱手段は、固定ナット106と固定ロッド100からなる締結機構の一部を含んで構成されていることから、予熱手段を締結機構と別の箇所に配置する必要がない。   That is, since the preheating means includes a part of the fastening mechanism including the fixing nut 106 and the fixing rod 100, it is not necessary to dispose the preheating means at a different location from the fastening mechanism.

加えて、本実施形態では、固定ロッド100を挿入する貫通孔の全てが、燃料ガスや酸化剤ガス、排気ガスが流動するガス流路92として機能することから、燃料電池12における貫通孔とガス流路92の何れか一方の配設スペースが実質的に削減されて、かかる削減分だけセル52の電極面積を大きく確保することも出来る。   In addition, in this embodiment, all of the through holes into which the fixing rod 100 is inserted function as the gas flow path 92 through which the fuel gas, the oxidant gas, and the exhaust gas flow. The arrangement space of any one of the flow paths 92 is substantially reduced, and a large electrode area of the cell 52 can be secured by such a reduction.

また、本実施形態では、気化器28や熱交換器30が、固体酸化物形燃料電池12の周壁部に沿うようにして、換言すれば固体酸化物形燃料電池12と伝熱可能に且つ電気的に絶縁された状態で隣り合うようにして設けられていることによって、気化器28で生成される燃料ガスや熱交換器30を介して燃料電池12に供給される酸化剤ガスが、燃料電池12の排熱を利用して、効率良く加熱される。このことからも明らかなように、燃料電池システム10において固体酸化物形燃料電池12と隣り合うように設けられて発電を補助する発電補助部材14が、気化器28や熱交換器30等を含んで構成されている。   Further, in the present embodiment, the vaporizer 28 and the heat exchanger 30 are arranged along the peripheral wall portion of the solid oxide fuel cell 12, in other words, capable of transferring heat to and from the solid oxide fuel cell 12. The fuel gas generated in the vaporizer 28 and the oxidant gas supplied to the fuel cell 12 via the heat exchanger 30 are provided in the fuel cell. The exhaust heat of 12 is used for efficient heating. As is clear from this, the power generation assisting member 14 provided adjacent to the solid oxide fuel cell 12 in the fuel cell system 10 and assisting power generation includes a vaporizer 28, a heat exchanger 30 and the like. It consists of

それ故、本実施形態の燃料電池システム10においては、コンパクトな構造で、酸化剤ガス又は燃料ガスが効率良く加熱される結果、稼動コストを抑えつつ発電効率が極めて有利に向上する。   Therefore, in the fuel cell system 10 of the present embodiment, the oxidant gas or the fuel gas is efficiently heated with a compact structure. As a result, the power generation efficiency is extremely advantageously improved while suppressing the operation cost.

なお、本実施形態では、排気ガスが、ガス流路92から切欠き104を通じて隙間110や内部開口108、外部連通路111に導き入れられた後に、外部に排出されるようになっていることから、燃料ガスや酸化剤ガスと同様に、隙間110や内部開口108、外部連通路111において、燃料電池12の排熱を利用して、排気ガスを加熱することが出来る。それ故、排気ガスの熱利用が一層有利になる。   In the present embodiment, the exhaust gas is led to the gap 110, the internal opening 108, and the external communication path 111 from the gas flow path 92 through the notch 104 and then discharged to the outside. Similarly to the fuel gas and the oxidant gas, the exhaust gas can be heated using the exhaust heat of the fuel cell 12 in the gap 110, the internal opening 108, and the external communication path 111. Therefore, the heat utilization of the exhaust gas becomes more advantageous.

以上、本発明の一実施形態について詳述してきたが、かかる実施形態における具体的な記載によって、本発明は、何等限定されるものでなく、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様で実施可能である。また、そのような実施態様が本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。   As mentioned above, although one embodiment of the present invention has been described in detail, the present invention is not limited in any way by the specific description in the embodiment, and various changes, modifications, and modifications based on the knowledge of those skilled in the art. The present invention can be implemented in a mode with improvements and the like. Further, it goes without saying that all such embodiments are included in the scope of the present invention as long as they do not depart from the spirit of the present invention.

・例えば、前記実施形態では、本発明を適用することにより、内部開口108が、固定ナット106の周壁部に貫設されて、発電スタック54の積層方向の端壁部86上で当該積層方向に直交する方向に開口していると共に、連結筒部112が積層方向に直交する方向に延びるように配置されている。
これに対し、本発明と同様の効果が得られる参考例としては、内部開口を固定ナットの底部に貫設する等して、積層方向に開口させると共に、連結筒部を積層方向と平行に延びるように配置しても良い。
For example, in the above-described embodiment, by applying the present invention, the internal opening 108 penetrates the peripheral wall portion of the fixing nut 106, and on the end wall portion 86 in the stacking direction of the power generation stack 54 in the stacking direction. The connecting cylinder part 112 is arranged so as to extend in a direction orthogonal to the stacking direction while opening in the orthogonal direction .
On the other hand, as a reference example in which the same effect as that of the present invention can be obtained, the internal opening extends in the stacking direction by penetrating the bottom of the fixing nut, and the connecting tube portion extends in parallel with the stacking direction. You may arrange as follows.

このように連結筒部を積層方向と平行に延びるように配置したものでも、固定ナットの内側において固定ナットの底部と固定ロッドの先端部の間に形成される隙間が、燃料電池の排熱により温められることで、燃料ガス又は酸化剤ガスに予熱を与えることが出来る。   Even if the connecting cylinder portion is arranged so as to extend in parallel with the stacking direction, the gap formed between the bottom portion of the fixing nut and the tip end portion of the fixing rod is formed inside the fixing nut by the exhaust heat of the fuel cell. By being warmed, the fuel gas or the oxidant gas can be preheated.

つまり、燃料ガス又は酸化剤ガスに予熱を与えるのであれば、外部連通路を構成する連結筒部は、酸化剤又は燃料ガス供給管路の配設形態や該管路の加熱形態等の要求される形態に応じて適宜に設計すればよく、前記実施形態のように発電スタックの積層方向に直交する方向に延びているものに限らず、積層方向に対して所定の角度で傾斜していたり、積層方向と平行に延びたりしていても良い。 In other words, if preheating is to be applied to the fuel gas or oxidant gas, the connecting cylinder portion constituting the external communication path is required to have an oxidant or fuel gas supply pipe arrangement form, a heating form of the pipe line, or the like. What is necessary is just to design appropriately according to the form, not only those that extend in the direction orthogonal to the stacking direction of the power generation stack as in the above embodiment , but inclined at a predetermined angle with respect to the stacking direction, It may extend parallel to the stacking direction.

・前記実施形態においては、連結筒部112が発電スタック54の積層方向の端壁部86上に配置されていることによって、酸化剤又は燃料ガスの予熱手段が、連結筒部112内の外部連通路111の全てを含んで構成されていたが、例えば連結筒部が発電スタックの積層方向の端壁部上から大きく外方に延び出している場合には、連結筒部における積層方向の端壁部上に位置する部分内の外部連通路、即ち外部連通路の一部を含んで構成しても良い。   In the above-described embodiment, the connecting cylinder portion 112 is disposed on the end wall portion 86 in the stacking direction of the power generation stack 54, so that the oxidant or fuel gas preheating means is connected to the external connection in the connecting cylinder portion 112. Although it was configured to include all of the passages 111, for example, when the connecting cylinder portion extends greatly outward from the end wall portion in the stacking direction of the power generation stack, the end wall in the stacking direction in the connecting cylinder portion You may comprise including the external communication path in the part located on a part, ie, a part of external communication path.

・前記実施形態では、発電スタック54にオフガス燃焼層84,88や改質層90が積層されていたが、かかる形態に限定されるものでない。
つまり、オフガス燃焼層84,88等の発電補助部材は必須の構成要件でなく、例えば、発電スタック54の積層方向一方の壁部にオフガス燃焼層84だけを設けても良く、或いは図10に示されるように、オフガス燃焼層84,88を発電スタック54に設けなくても良い。
In the above-described embodiment, the off-gas combustion layers 84 and 88 and the modified layer 90 are stacked on the power generation stack 54. However, the present invention is not limited to such a form.
That is, the power generation auxiliary members such as the offgas combustion layers 84 and 88 are not essential constituent elements. For example, only the offgas combustion layer 84 may be provided on one wall portion in the stacking direction of the power generation stack 54 or as shown in FIG. As described above, the off-gas combustion layers 84 and 88 may not be provided in the power generation stack 54.

・第一及び第二酸化剤ガス流路92a,92dや第一、第二及び第三燃料ガス流路92e,92f,92g、第一及び第二排気ガス流路92b,92cにおける形状や大きさ、数、構造、配置等の形態は、要求される酸化剤ガスと燃料ガスの流入比や、排気ガスの排気効率、発電スタック54の製作性等に応じて適宜に設計変更されるものであり、例えば、ガス流路92の形状や大きさ等をそれぞれ異ならせたり、前記実施形態と異なる数や配置で、酸化剤ガス流路92、燃料ガス流路92および排気ガス流路92が設けられたりしても良い(図10等参照。)
より具体的には、前記実施形態のガス流路92は、締結機構の固定ロッド100を挿入する貫通孔と全てを共有することによって、実質的に貫通孔として機能していたが、例えばガス流路と貫通孔は開口部だけを共有させて、それ以外の部位は、それぞれ独立して発電スタックの内部に形成したり、開口部とそれ以外の部位を部分的に共有させたりすることも可能である。
The shape and size of the first and second dioxide gas channels 92a, 92d, the first, second and third fuel gas channels 92e, 92f, 92g, the first and second exhaust gas channels 92b, 92c, The number, structure, arrangement, etc. are appropriately changed in design according to the required inflow ratio of the oxidant gas and fuel gas, the exhaust gas exhaust efficiency, the productivity of the power generation stack 54, and the like. For example, the shape and size of the gas flow path 92 are different, or the oxidant gas flow path 92, the fuel gas flow path 92, and the exhaust gas flow path 92 are provided in a number and arrangement different from those of the above-described embodiment. (Refer to FIG. 10 etc.)
More specifically, the gas flow path 92 of the above embodiment substantially functions as a through hole by sharing all with the through hole into which the fixing rod 100 of the fastening mechanism is inserted. The passage and the through-hole can share only the opening, and other parts can be formed independently inside the power generation stack, or the opening and other parts can be partially shared It is.

・前記実施形態では、ガス流路92が貫通孔と全てを共有することで、ガス流路92の両端が燃料電池12の積層方向両側に開口していたが、ガス流路において貫通孔と開口部を共有しない端部を燃料電池の内部に位置させることによって、ガス流路を燃料電池の積層方向に非貫通の形態で形成することも可能である。   In the above embodiment, the gas flow path 92 shares all of the through holes so that both ends of the gas flow path 92 are opened on both sides in the stacking direction of the fuel cell 12. It is also possible to form the gas flow path in a non-penetrating manner in the fuel cell stacking direction by positioning the end portion that does not share the portion inside the fuel cell.

・前記実施形態では、原料ガスとして都市ガスやLPG等に含まれる炭化水素原料が用いられ、かかる原料ガスと水蒸気からなる燃料ガスを改質層90に通して水蒸気改質することによって、固体酸化物形燃料電池12の発電反応に必要な水素が得られるようになっていたが、例えば、予め原料ガスに水素が採用される場合には、図10に示されるように、気化器28やオフガス燃焼層84,88、改質層90を設ける必要はない。   -In the said embodiment, the hydrocarbon raw material contained in city gas, LPG, etc. is used as source gas, and solid oxidation is carried out by carrying out the steam reforming of the fuel gas which consists of this source gas and water vapor | steam through the reforming layer 90 Hydrogen required for the power generation reaction of the physical fuel cell 12 can be obtained. For example, when hydrogen is previously used as the raw material gas, as shown in FIG. It is not necessary to provide the combustion layers 84 and 88 and the modified layer 90.

・前記実施形態では、酸化剤ガスや燃料ガスが各セル52にそれぞれ供給された後に生じる各排気ガスが、第一及び第二排気ガス流路92b,92cにおいてまとめて外部に排出されるようになっていたが、例えば図10に示されるように、酸化剤ガスの排気用として第一排気ガス流路92b’を用い、燃料ガス(水素ガス)の排気用として第二排気ガス流路92b’’を用いることによって、酸化剤ガスの排気と燃料ガスの排気とが個別に行われるようにしても良い。   -In the said embodiment, each exhaust gas produced after each oxidizing agent gas and fuel gas are each supplied to each cell 52 is discharged | emitted collectively in the 1st and 2nd exhaust gas flow paths 92b and 92c. However, as shown in FIG. 10, for example, the first exhaust gas passage 92b ′ is used for exhausting the oxidant gas, and the second exhaust gas passage 92b ′ is used for exhausting the fuel gas (hydrogen gas). By using ', oxidant gas exhaust and fuel gas exhaust may be performed separately.

なお、図10に示される別の実施形態において、前記実施形態と実質的に同一の構造とされた部材および部位については、前記実施形態と同一の符号を付することによって、それらの詳細な説明を省略する。   In another embodiment shown in FIG. 10, members and parts having substantially the same structure as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the above-described embodiment, and detailed description thereof will be given. Is omitted.

・加えて、前記実施形態の燃料電池システムにおいては、燃料電池として固体酸化物形燃料電池12を採用していたが、固体高分子形燃料電池(PEFC)やリン酸形燃料電池(PAFC)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)などを採用することも勿論可能である。   In addition, in the fuel cell system of the above embodiment, the solid oxide fuel cell 12 is employed as the fuel cell, but the polymer electrolyte fuel cell (PEFC), the phosphoric acid fuel cell (PAFC), It is of course possible to employ a molten carbonate fuel cell (MCFC) or the like.

10…燃料電池システム、12…固体酸化物形燃料電池、52…単セル、54…発電スタック、92a…第一酸化剤ガス流路、92b…第二排気ガス流路、92c…第一排気ガス流路、92d…第二酸化ガス流路、92e…第三燃料ガス流路、92f…第二燃料ガス流路、92g…第一燃料ガス流路、100…固定ロッド、103…開口部、106…固定ナット、111…外部連通路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system, 12 ... Solid oxide fuel cell, 52 ... Single cell, 54 ... Power generation stack, 92a ... First oxidant gas flow path, 92b ... Second exhaust gas flow path, 92c ... First exhaust gas Flow path, 92d ... second dioxide gas flow path, 92e ... third fuel gas flow path, 92f ... second fuel gas flow path, 92g ... first fuel gas flow path, 100 ... fixed rod, 103 ... opening, 106 ... Fixing nut, 111 ... External communication path

Claims (5)

略平板形状を有する電解質層と電極層とからなる発電セルを積層してなる燃料電池と、該燃料電池の積層方向に貫通する貫通孔と、該貫通孔に挿入されて該燃料電池を積層方向に締結する締結機構とを有する燃料電池システムであって、
前記燃料電池には、少なくとも前記貫通孔と開口部を共有し前記発電セルに対して燃料ガス又は酸化剤ガスを供給するガス流路が設けられ、
前記燃料電池の外部には、一端が前記開口部を介して前記ガス流路に連通され、外部から該ガス流路に前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを導入する外部連通路が設けられ、
前記締結機構のうち少なくとも前記貫通孔の開口部近辺部分が、前記貫通孔に挿通されて前記燃料電池から突出した固定部材の端部に固定されたことで、該燃料電池の排熱を回収して該燃料電池に導入される前の前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを加熱する予熱手段として構成され
前記外部連通路の他端は、前記燃料電池における前記積層方向に直交する方向に開口していることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell formed by laminating a power generation cell composed of an electrolyte layer and an electrode layer having a substantially flat plate shape, a through-hole penetrating in the stacking direction of the fuel cell, and being inserted into the through-hole to stack the fuel cell in the stacking direction A fuel cell system having a fastening mechanism for fastening to
The fuel cell is provided with a gas flow path that supplies at least the through hole and the opening and supplies fuel gas or oxidant gas to the power generation cell,
One end of the fuel cell is communicated with the gas flow path through the opening, and an external communication path for introducing the fuel gas or the oxidant gas into the gas flow path from the outside is provided.
At least a portion near the opening of the through hole in the fastening mechanism is fixed to an end of a fixing member that is inserted into the through hole and protrudes from the fuel cell, thereby recovering exhaust heat of the fuel cell. Configured as preheating means for heating the fuel gas or the oxidant gas before being introduced into the fuel cell ,
The other end of the external communication path opens in a direction orthogonal to the stacking direction of the fuel cell.
前記締結機構は、前記固定部材と、該固定部材の端部に設けられた雄ねじ部に対し、該固定部材の先端部分と所定の間隙をもって螺合される有底筒状の固定ナットと、からなり、
前記締結機構に含まれる前記予熱手段は、該固定部材の先端部分と該固定ナットとを含んで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
Wherein the fastening mechanism, the fixed member, relative to the external thread portion provided on an end portion of the fixing member, and the bottomed cylindrical fixing nut screwed with the tip portion with a predetermined gap between said fixed member , consists of,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the preheating means included in the fastening mechanism includes a distal end portion of the fixing member and the fixing nut. 3.
前記固定ナットは内部開口を備え、前記ガス流路と前記外部連通路は該内部開口を介して接続されていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 2, wherein the fixing nut includes an internal opening, and the gas flow path and the external communication path are connected via the internal opening. 前記内部開口は、前記燃料電池における前記積層方向と平行に広がる面に開口していることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。   4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the internal opening is opened on a surface extending in parallel with the stacking direction of the fuel cell. 5. 前記燃料電池の発電を補助するための発電補助部材を備え、該発電補助部材が該燃料電池と電気的に絶縁された状態で隣り合うように配置されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の燃料電池システム。 2. A power generation assisting member for assisting power generation of the fuel cell, wherein the power generation assisting member is disposed adjacent to the fuel cell in an electrically insulated state. 5. The fuel cell system according to any one of 4 .
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