JP5910991B2

JP5910991B2 - Fuel cell unit

Info

Publication number: JP5910991B2
Application number: JP2012081730A
Authority: JP
Inventors: 陽祐赤木; 肇大村; 田中　修平; 修平田中; 邦造相馬; 琢也星子
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: JP2013211202A

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池ユニットに関する。 The present invention relates to a fuel cell unit that generates power using a fuel gas and an oxidant gas.

近年、燃料ガス（水素含有ガス）と酸化剤ガス（酸素含有ガス）とを反応させて電力を得ることができる燃料電池セルをケーシング内に複数配列し、それら複数の燃料電池セルからなる燃料電池セル集合体に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して発電する燃料電池ユニットが提案されている。この種の燃料電池ユニットとして、発電反応に使用されなかった燃料ガスと酸化剤ガスとが燃焼することで発生する燃焼ガスの熱により、セルの発電反応に使用する酸化剤ガスを加熱する熱交換器を備えたものが知られている。また、この熱交換器において、略直線状に延びる燃焼ガスの流路に対して複数回交差するように酸化剤ガスの流路を蛇行させることで、酸化剤ガスの燃焼ガスとの伝熱距離及び伝熱面積を増加させ、熱交換効率を高めるものも知られている（例えば、特許文献１参照。）。 In recent years, a plurality of fuel cells that can obtain electric power by reacting a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxidant gas (oxygen-containing gas) are arranged in a casing, and the fuel cell is composed of the plurality of fuel cells. A fuel cell unit that generates power by supplying a fuel gas and an oxidant gas to a cell assembly has been proposed. As this type of fuel cell unit, heat exchange that heats the oxidant gas used for the power generation reaction of the cell by the heat of the combustion gas generated by the combustion of the fuel gas and the oxidant gas that were not used for the power generation reaction The one with the vessel is known. Further, in this heat exchanger, the heat transfer distance between the oxidant gas and the combustion gas is made to meander through the flow path of the oxidant gas so as to intersect the flow path of the combustion gas extending substantially linearly a plurality of times. Also known are those that increase the heat transfer area and increase the heat exchange efficiency (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１２−０１４９２１号公報JP2012-014921A

特許文献１に示された酸化剤ガスの流路を蛇行させた熱交換器においては、熱交換器から燃料電池セル集合体へと酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス導出部を複数設けた場合、各酸化剤ガス導出部の配置によっては、各酸化剤ガス導出部へと供給される酸化剤ガスの流量が不均等になるおそれがある。例えば、蛇行の振幅方向が左右方向であり、酸化剤ガス導出部が左側及び右側にそれぞれ配置される場合、酸化剤ガスは左側及び右側に向かうことを交互に繰り返しつつ酸化剤ガス導出部側へと向かうため、その下流端では酸化剤ガスは左側あるいは右側のどちらか一方へと向かう流れとなり、その一方側の酸化剤ガス導出部へとより多くの酸化剤ガスが供給されることとなる。熱交換器の複数の酸化剤ガス導出部へ不均等に酸化剤ガスが供給されると、各酸化剤ガス導出部から燃料電池セル集合体へと供給される酸化剤ガスの流量に偏りが生じ、燃料電池セル集合体を構成する各燃料電池セルへ酸化剤ガスが均等に供給されないおそれがある。その場合、酸化剤ガスが不足する状態での無理な発電による燃料電池セルの劣化や破損も起こり得、燃料電池ユニットの発電反応が安定せず寿命も短くなってしまうことが懸念される。 In the heat exchanger in which the flow path of the oxidant gas shown in Patent Document 1 is meandering, when a plurality of oxidant gas outlets for supplying the oxidant gas from the heat exchanger to the fuel cell assembly are provided Depending on the arrangement of the oxidant gas outlets, the flow rate of the oxidant gas supplied to the oxidant gas outlets may be uneven. For example, when the amplitude direction of meandering is the left-right direction and the oxidant gas outlet is arranged on the left side and the right side, the oxidant gas is alternately directed to the left side and the right side while repeating the direction toward the oxidant gas outlet. Therefore, at the downstream end, the oxidant gas flows toward either the left side or the right side, and more oxidant gas is supplied to the oxidant gas lead-out portion on the one side. If the oxidant gas is supplied unevenly to the plurality of oxidant gas outlets of the heat exchanger, the flow rate of the oxidant gas supplied from each oxidant gas outlet to the fuel cell assembly is biased. The oxidant gas may not be evenly supplied to the fuel cells constituting the fuel cell assembly. In such a case, the fuel cell may be deteriorated or damaged due to excessive power generation in a state where the oxidant gas is insufficient, and there is a concern that the power generation reaction of the fuel cell unit is not stable and the life is shortened.

そこで、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、酸化剤ガスの流路を蛇行させた熱交換器において、酸化剤ガス導出部を複数設けた場合に各酸化剤ガス導出部へと酸化剤ガスが不均等に供給されることを防ぎ、酸化剤ガスを各燃料電池セルに均等に供給することが可能な燃料電池ユニットを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems. In a heat exchanger having meandering oxidant gas flow paths, each oxidant gas is provided when a plurality of oxidant gas outlets are provided. An object of the present invention is to provide a fuel cell unit capable of preventing the oxidant gas from being supplied unevenly to the lead-out portion and supplying the oxidant gas evenly to each fuel cell.

本発明は、発電に利用されなかったガスの燃焼により発生する燃焼ガスと、燃焼ガスとは別経路で供給された酸化剤ガスと、の間で熱交換することにより、前記酸化剤ガスを加熱する熱交換器を備えた燃料電池ユニットにおいて、前記熱交換器は、加熱される酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路と、前記酸化剤ガス流路上に配置されて前記酸化剤ガスの流れを蛇行状にする複数のガイド部と、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを導入する酸化剤ガス導入部と、前記酸化剤ガス流路にて加熱された前記酸化剤ガスを、複数の燃料電池セルからなる燃料電池セル集合体へ供給する複数の酸化剤ガス導出部と、を備え、前記酸化剤ガスの流れを制限する開口部を、前記ガイド部より下流側でかつ、前記酸化剤ガス流路の下流側端部に備え、前記開口部は、この開口部よりも下流側に位置する前記複数の酸化剤ガス導出部への各距離が全て等しくなるように形成することを特徴とする燃料電池ユニットである。 The present invention comprises a combustion gas generated by combustion of gas which has not been used for power generation, oxidant gas supplied by another route the combustion gas, by heat exchange between, the oxidizing agent gas In the fuel cell unit including a heat exchanger for heating, the heat exchanger is disposed on the oxidant gas flow path through which the oxidant gas to be heated flows, and the flow of the oxidant gas through the oxidant gas flow path. A plurality of guide portions meandering, an oxidant gas introduction portion for introducing an oxidant gas into the oxidant gas flow channel, and a plurality of the oxidant gas heated in the oxidant gas flow channel. A plurality of oxidant gas outlets for supplying a fuel cell assembly comprising fuel cells, wherein an opening for restricting the flow of the oxidant gas is provided downstream of the guide part and the oxidant. The opening provided in the downstream end of the gas flow path Is a fuel cell unit, characterized in that the respective distances to the plurality of oxidant gas outlet section positioned downstream of the opening to form formed so that all become equal.

このように構成された本発明においては、酸化剤ガスの流れを制限する開口部が形成されているため、開口部に至るまでの酸化剤ガスの流れ方向に関わらず、その流れ方向が開口部から各酸化剤ガス導出部のいずれか一つに向けて偏りにくい。酸化剤ガスの流れ方向が偏りにくく、開口部から各酸化剤ガス導出部への各距離が全て等しくなるように形成されているため、各酸化剤ガス導出部へと供給される酸化剤ガスの流量が不均等になりにくい。そのため、各酸化剤ガス導出部へ供給される酸化剤ガスの流量が均等になり、各酸化剤ガス導出部から燃料電池セル集合体へ供給される酸化剤ガスの流量も均等になる。従って、燃料電池セル集合体を構成する各燃料電池セルに対しても酸化剤ガスが均等に供給され、酸化剤ガスが不足する状態での無理な発電による燃料電池セルの劣化や破損が防止されるため、燃料電池ユニットの発電反応が安定するとともに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。 In the present invention configured as described above, since the opening for restricting the flow of the oxidant gas is formed, the flow direction is the opening regardless of the flow direction of the oxidant gas up to the opening. Are not biased toward any one of the oxidant gas outlets. Since the flow direction of the oxidant gas is less likely to be biased and the distances from the openings to the respective oxidant gas outlets are all equal, the oxidant gas supplied to the respective oxidant gas outlets The flow rate is less likely to be uneven. Therefore, the flow rate of the oxidant gas supplied to each oxidant gas deriving unit is equalized, and the flow rate of the oxidant gas supplied from each oxidant gas deriving unit to the fuel cell assembly is also equalized. Therefore, the oxidant gas is evenly supplied to each fuel battery cell constituting the fuel battery cell assembly, and deterioration or damage of the fuel battery cell due to excessive power generation in a state where the oxidant gas is insufficient is prevented. Therefore, the power generation reaction of the fuel cell unit can be stabilized and a long-life fuel cell unit can be obtained.

本発明は、好ましくは、前記ガイド部は、前記酸化剤ガスを分流させる分流部と、分流した前記酸化剤ガスを再び合流させる合流部と、をそれぞれ形成し、前記酸化剤ガスが前記蛇行の振幅方向に流れようとする力を、分流した前記酸化剤ガスが互いに衝突することで緩和するよう前記分流部と前記合流部とを交互に配置する。 In the present invention, it is preferable that the guide part form a diverting part for diverting the oxidant gas and a merging part for remerging the diverted oxidant gas, and the oxidant gas is in a meandering manner. The diversion part and the merging part are alternately arranged so that the force to flow in the amplitude direction is relaxed by the divided oxidant gases colliding with each other.

このように構成された本発明においては、分流部と合流部を交互に配置したため、酸化剤ガスが合流部にて合流する際に、分流部にて分流した酸化剤ガス同士が衝突する。衝突することで分流した酸化剤ガスが蛇行の振幅方向に流れようとする力、つまり乱流成分が緩和されるため、酸化剤ガス流路下流側端部の開口部に至る際に、より一層酸化剤ガスの流れ方向が蛇行の振幅方向のどちらか一方に偏ることがなく、スムーズに開口部から酸化剤ガス導出部へと流れていく。従って、燃料電池セル集合体を構成する各燃料電池セルに対しても酸化剤ガスがより均等に供給され、酸化剤ガスが不足する状態での無理な発電による燃料電池セルの劣化や破損が防止されるため、さらに燃料電池ユニットの発電反応が安定するとともに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。 In the present invention configured as described above, since the diversion portions and the merging portions are alternately arranged, when the oxidant gas merges at the merging portion, the oxidant gases diverted in the diversion portion collide with each other. The force that causes the oxidant gas diverted by the collision to flow in the meandering amplitude direction, that is, the turbulent flow component is alleviated. The flow direction of the oxidant gas does not deviate to either one of the meandering amplitude directions, and smoothly flows from the opening to the oxidant gas outlet. Therefore, the oxidant gas is supplied more evenly to each fuel battery cell constituting the fuel battery cell assembly, and the deterioration or damage of the fuel battery cell due to excessive power generation in a state where the oxidant gas is insufficient is prevented. Therefore, the power generation reaction of the fuel cell unit is further stabilized, and a long-life fuel cell unit can be obtained.

本発明は、好ましくは、分流と合流とを繰り返す前記酸化剤ガスの前記蛇行の振幅が等しくなるよう、前記分流部は前記熱交換器における前記蛇行の振幅方向の中央に配置された板を具備し、前記合流部は、前記熱交換器における前記蛇行の振幅方向の中央に配置された開口を具備する。 In the present invention, it is preferable that the diversion part includes a plate disposed in the center of the meandering amplitude direction of the heat exchanger so that the amplitude of the meandering of the oxidizing gas that repeats diversion and merging becomes equal. And the said junction part comprises the opening arrange | positioned in the center of the amplitude direction of the said meandering in the said heat exchanger.

このように構成された本発明においては、蛇行の振幅が等しくなるため、分流した酸化剤ガスが蛇行の振幅方向に流れようとする力が衝突によって大きく緩和される。そのため、より一層酸化剤ガスの流れ方向が蛇行の振幅方向のどちらか一方に偏ることがなく、スムーズに開口部から酸化剤ガス導出部へと流れていく。従って、燃料電池セル集合体を構成する各燃料電池セルに対しても酸化剤ガスがより均等に供給され、酸化剤ガスが不足する状態での無理な発電による燃料電池セルの劣化や破損が防止されるため、さらに燃料電池ユニットの発電反応が安定するとともに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。 In the present invention configured as described above, since the amplitude of the meandering becomes equal, the force that causes the diverted oxidant gas to flow in the amplitude direction of the meandering is greatly relieved by the collision. Therefore, the flow direction of the oxidant gas is not further biased to either one of the amplitude directions of the meandering, and smoothly flows from the opening to the oxidant gas outlet. Therefore, the oxidant gas is supplied more evenly to each fuel battery cell constituting the fuel battery cell assembly, and the deterioration or damage of the fuel battery cell due to excessive power generation in a state where the oxidant gas is insufficient is prevented. Therefore, the power generation reaction of the fuel cell unit is further stabilized, and a long-life fuel cell unit can be obtained.

本発明の燃料電池ユニットによれば、酸化剤ガス導出部を複数設けた場合に各酸化剤ガス導出部へと酸化剤ガスが不均等に供給されることが防止される。従って、燃料電池セルスタックを構成する各燃料電池セルに対しても酸化剤ガスが均等に供給され、酸化剤ガスが不足する状態での無理な発電による燃料電池セルの劣化や破損が防止されるため、燃料電池ユニットの発電反応が安定するとともに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。 According to the fuel cell unit of the present invention, when a plurality of oxidant gas outlets are provided, the oxidant gas is prevented from being supplied unevenly to the oxidant gas outlets. Therefore, the oxidant gas is evenly supplied to each fuel battery cell constituting the fuel battery cell stack, and the deterioration or breakage of the fuel battery cell due to excessive power generation in a state where the oxidant gas is insufficient is prevented. Therefore, the power generation reaction of the fuel cell unit can be stabilized and a long-life fuel cell unit can be obtained.

本発明の一実施形態における燃料電池モジュールの外観を示す斜視図。The perspective view which shows the external appearance of the fuel cell module in one Embodiment of this invention. 図１の中央近傍における断面図であって、図１のＡ方向から見た断面を示す断面図。It is sectional drawing in the center vicinity of FIG. 1, Comprising: Sectional drawing which shows the cross section seen from A direction of FIG. 図１の中央近傍における断面図であって、図１のＢ方向から見た断面を示す断面図。It is sectional drawing in the center vicinity of FIG. 1, Comprising: Sectional drawing which shows the cross section seen from the B direction of FIG. 図１のケーシングから一部の外板を取り除いた状態を示す斜視図。The perspective view which shows the state which removed some outer plates from the casing of FIG. 図２に相当する、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram showing the flow of power generation air and combustion gas corresponding to FIG. 2. 図３に相当する、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing the flow of power generation air and combustion gas corresponding to FIG. 3. 本発明の一実施形態における燃料電池セルスタックの構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the fuel cell stack in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における燃料電池セルユニットを示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the fuel cell unit in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる熱交換器の内部を示す模式平面図。The schematic plan view which shows the inside of the heat exchanger used for one Embodiment of this invention.

以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態における燃料電池モジュール（燃料電池ユニット）の外観を示す斜視図である。図１に示す燃料電池モジュール２は、固体電解質型燃料電池システムの一部を構成するものである。固体電解質型燃料電池システムは、燃料電池モジュール２と、図示しない補機ユニットとを備える。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a fuel cell module (fuel cell unit) according to an embodiment of the present invention. A fuel cell module 2 shown in FIG. 1 constitutes a part of a solid oxide fuel cell system. The solid oxide fuel cell system includes a fuel cell module 2 and an auxiliary unit (not shown).

なお、図１においては、燃料電池モジュール２の高さ方向をｙ軸方向としている。このｙ軸に直交する平面に沿ってｘ軸及びｚ軸を定義し、燃料電池モジュール２の短手方向に沿った方向をｘ軸方向とし、燃料電池モジュール２の長手方向に沿った方向をｚ軸方向としている。図２以降において図中に記載しているｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、図１におけるｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を基準としている。また、ｚ軸の負方向に沿った方向をＡ方向とし、ｘ軸の正方向に沿った方向をＢ方向としている。 In FIG. 1, the height direction of the fuel cell module 2 is the y-axis direction. The x axis and the z axis are defined along a plane perpendicular to the y axis, the direction along the short direction of the fuel cell module 2 is defined as the x axis direction, and the direction along the longitudinal direction of the fuel cell module 2 is defined as z. Axial direction. The x-axis, y-axis, and z-axis described in FIG. 2 and thereafter are based on the x-axis, y-axis, and z-axis in FIG. Further, the direction along the negative direction of the z axis is the A direction, and the direction along the positive direction of the x axis is the B direction.

図１に示すように、燃料電池モジュール２は、燃料電池セル集合体（詳細は後述する）を内部に設けたケーシング５６と、ケーシング５６の上面に接触して設けられ発電用空気（酸化剤ガス）を加熱する熱交換器２２とを備える。ケーシング５６の内部は密封空間となっており、被改質ガス供給管６０及び水供給管６２が繋げられている。一方、熱交換器２２には、発電用空気導入管７４（酸化剤ガス導入部）と、燃焼ガス排出管８２とが繋げられている。 As shown in FIG. 1, the fuel cell module 2 includes a casing 56 in which a fuel cell assembly (details will be described later) is provided, and a power generation air (oxidant gas) provided in contact with the upper surface of the casing 56. And a heat exchanger 22 for heating. The inside of the casing 56 is a sealed space, and the reformed gas supply pipe 60 and the water supply pipe 62 are connected to each other. On the other hand, a power generation air introduction pipe 74 (oxidant gas introduction section) and a combustion gas discharge pipe 82 are connected to the heat exchanger 22.

被改質ガス供給管６０は、ケーシング５６の内部に都市ガス等の被改質ガスを供給する管路である。水供給管６２は、被改質ガスを燃料ガスに水蒸気改質する際に用いられる水を供給する管路である。発電用空気導入管７４は、改質後の燃料ガスと発電反応を起こさせるための発電用空気を供給する管路である。燃焼ガス排出管８２は、発電反応後の燃料ガスを燃焼した結果生じる燃焼ガスをケーシング５６外部へ排出する管路である。 The to-be-reformed gas supply pipe 60 is a conduit for supplying a to-be-reformed gas such as city gas into the casing 56. The water supply pipe 62 is a pipe that supplies water used when steam reforming the gas to be reformed into fuel gas. The power generation air introduction pipe 74 is a conduit for supplying power generation air for causing a power generation reaction with the reformed fuel gas. The combustion gas discharge pipe 82 is a pipe line that discharges the combustion gas generated as a result of burning the fuel gas after the power generation reaction to the outside of the casing 56.

次に、図２は燃料電池モジュール２をその中央近傍において図１のＡ方向から見た断面図、図３は燃料電池モジュール２をその中央近傍において図１のＢ方向から見た断面図、図４は図１に示す燃料電池モジュール２から燃料電池セル集合体を覆うケーシング５６の一部を取り外した状態を示す斜視図である。図２〜図４を参照しながら、燃料電池モジュール２の内部について説明する。 2 is a cross-sectional view of the fuel cell module 2 as viewed from the direction A in FIG. 1 in the vicinity of the center thereof. FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell module 2 as viewed from the direction B of FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a part of the casing 56 covering the fuel cell assembly is removed from the fuel cell module 2 shown in FIG. The inside of the fuel cell module 2 will be described with reference to FIGS.

図２〜図４に示すように、燃料電池モジュール２はその内部に、燃料電池セル集合体１２と、燃料電池セル集合体１２が発電を行う発電室１０と、燃料電池セル集合体１２の上方に形成された燃焼室１８と、燃焼室１８の上方に配置された改質ユニット２０と、改質ユニット２０の上方に形成される整流板２１を有する。また、燃料電池セル集合体１２の真下にはマニホールド６８が設けられている。 As shown in FIGS. 2 to 4, the fuel cell module 2 includes a fuel cell assembly 12, a power generation chamber 10 in which the fuel cell assembly 12 generates power, and an upper portion of the fuel cell assembly 12. A combustion chamber 18 formed in the above, a reforming unit 20 disposed above the combustion chamber 18, and a rectifying plate 21 formed above the reforming unit 20. A manifold 68 is provided directly below the fuel cell assembly 12.

発電室１０に設けられる燃料電池セル集合体１２は、複数の燃料電池セルユニット１６により構成される燃料電池セルスタック１４を、長手方向（Ａ方向）に向けて複数配列したものであり、ケーシング５６により全体が覆われている。また、図４に示すように、燃料電池セル集合体１２は、全体としてＢ方向よりＡ方向の方が長い略直方体形状であり、改質ユニット２０側の上面、マニホールド６８側の下面、図４のＡ方向に沿って延びる長辺側面と、図４のＢ方向に沿って延びる短辺側面と、を備えている。 The fuel cell assembly 12 provided in the power generation chamber 10 includes a plurality of fuel cell stacks 14 including a plurality of fuel cell units 16 arranged in the longitudinal direction (A direction). The whole is covered by. As shown in FIG. 4, the fuel cell assembly 12 has a substantially rectangular parallelepiped shape that is longer in the A direction than in the B direction as a whole. The upper surface on the reforming unit 20 side, the lower surface on the manifold 68 side, A long side surface extending along the A direction and a short side surface extending along the B direction in FIG. 4 are provided.

改質ユニット２０は、ケーシング５６の内部に導かれた被改質ガス供給管６０及び水供給管６２がともに繋がれている。より具体的には、図３に示すように、改質ユニット２０の上流端である図中右側の端部に繋がれている。水供給管６２から供給された水は、改質ユニット２０内の上流端に設けられた蒸発混合器２０ａによって蒸発される。さらに、蒸発混合器２０ａは、この水蒸気と、被改質ガスと空気とを改質反応の種類に応じて適宜混合する。 In the reforming unit 20, a to-be-reformed gas supply pipe 60 and a water supply pipe 62 led to the inside of the casing 56 are connected. More specifically, as shown in FIG. 3, the reforming unit 20 is connected to the upstream end of the reforming unit 20 on the right side in the figure. The water supplied from the water supply pipe 62 is evaporated by the evaporation mixer 20 a provided at the upstream end in the reforming unit 20. Further, the evaporative mixer 20a appropriately mixes the water vapor, the gas to be reformed, and air according to the type of reforming reaction.

改質ユニット２０内の蒸発混合器２０ａの下流側には、改質器２０ｂが設けられている。改質器２０ｂは、水蒸気改質により被改質ガスを燃料ガスへと改質し、この燃料ガスを改質ユニット２０の下流端に接続された燃料供給管６６の上端へ導入する。この燃料供給管６６の下端側６６ａは、マニホールド６８内に入り込むように配置されている。 A reformer 20 b is provided on the downstream side of the evaporative mixer 20 a in the reforming unit 20. The reformer 20 b reforms the gas to be reformed into fuel gas by steam reforming, and introduces the fuel gas into the upper end of the fuel supply pipe 66 connected to the downstream end of the reforming unit 20. The lower end side 66 a of the fuel supply pipe 66 is disposed so as to enter the manifold 68.

燃料電池セル集合体１２の真下に設けられるマニホールド６８の内部には、燃料供給管６６の下端側６６ａが挿入されている。燃料供給管６６の下端側６６ａの外周には、長手方向（Ａ方向）に沿って図示しない複数の小穴が形成されている。改質ユニット２０で改質された燃料ガスは、マニホールド６８の長手方向における一端側（図３における左端）から他端側（図３における右端）に向けて導入され、これら複数の小穴（図示せず）によってマニホールド６８内の他端側に向けて順次供給されるようになっている。マニホールド６８に供給された燃料ガスは、燃料電池セル集合体１２を構成する各燃料電池セルユニット１６の内側にある燃料ガス流路（詳細は後述する）内に供給され、燃料電池セルユニット１６内を上昇して、燃焼室１８に至るようになっている。 A lower end side 66 a of a fuel supply pipe 66 is inserted into a manifold 68 provided just below the fuel cell assembly 12. A plurality of small holes (not shown) are formed in the outer periphery of the lower end side 66a of the fuel supply pipe 66 along the longitudinal direction (A direction). The fuel gas reformed by the reforming unit 20 is introduced from one end side (the left end in FIG. 3) in the longitudinal direction of the manifold 68 toward the other end side (the right end in FIG. 3). In this case, the gas is sequentially supplied toward the other end in the manifold 68. The fuel gas supplied to the manifold 68 is supplied into a fuel gas flow path (details will be described later) inside each fuel cell unit 16 constituting the fuel cell assembly 12, and the fuel cell unit 16 To reach the combustion chamber 18.

燃料電池セル集合体１２の上方の燃焼室１８では、発電反応に使用されなかった燃料ガスと発電用空気とが燃焼することで、燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスは、燃焼室１８内を上昇し、改質ユニット２０の周囲を経て、整流板２１に至る。改質ユニット２０は燃焼ガスにより加熱され、蒸発混合器２０ａによる水の蒸発及び改質器２０ｂによる水蒸気改質を行う。また、整流板２１には、燃焼ガスを集合させる開口２１ａが形成されており、燃焼ガスをケーシング５６の外部へと導く。 In the combustion chamber 18 above the fuel cell assembly 12, combustion gas is generated by burning the fuel gas that has not been used for the power generation reaction and the power generation air. The combustion gas rises in the combustion chamber 18 and reaches the rectifying plate 21 through the periphery of the reforming unit 20. The reforming unit 20 is heated by the combustion gas, and performs evaporation of water by the evaporative mixer 20a and steam reforming by the reformer 20b. Further, the rectifying plate 21 is formed with an opening 21 a for collecting the combustion gas, and guides the combustion gas to the outside of the casing 56.

続いて、発電用空気を燃料電池モジュール２の内部へ供給するための構造を、図２〜図６を参照しながら説明する。図５は図２に対応する模式図であり発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図、図６は図３に対応する模式図であり同様に発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図である。これらの図に示すように、改質ユニット２０の上方のケーシング５６上面に、熱交換器２２が設けられている。熱交換器２２には、複数の燃焼ガス配管７０と、この燃焼ガス配管７０の周囲に形成された発電用空気流路７２（酸化剤ガス流路）とが設けられている。 Next, a structure for supplying power generation air to the inside of the fuel cell module 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic diagram corresponding to FIG. 2 and shows the flow of power generation air and combustion gas. FIG. 6 is a schematic diagram corresponding to FIG. 3 and similarly shows the flow of power generation air and combustion gas. is there. As shown in these drawings, the heat exchanger 22 is provided on the upper surface of the casing 56 above the reforming unit 20. The heat exchanger 22 is provided with a plurality of combustion gas pipes 70 and a power generation air passage 72 (oxidant gas passage) formed around the combustion gas pipes 70.

図６に示すように、熱交換器２２の上面における他端側（図６における右端）には、発電用空気導入管７４が取り付けられている。この発電用空気導入管７４により、図示しない発電用空気流量調整ユニットから、発電用空気が熱交換器２２内に導入されるようになっている。一方、熱交換器２２の上側の一端側（図６における左端）には、図２及び図９に示すように、発電用空気流路７２の出口ポート７６ａ（酸化剤ガス導出部）が一対形成されている。この出口ポート７６ａは、一対の連絡流路７６つながっている。さらに、ケーシング５６の幅方向（Ｂ方向）における両側には、燃料電池セル集合体１２との間を遮蔽する遮蔽板８０が長手方向（Ａ方向）にわたって形成されている。遮蔽板８０とケーシング５６との間の空間は、熱交換器２２から供給された発電用空気を燃料電池セルユニット１６に導く発電用空気供給路７７として利用されている。 As shown in FIG. 6, a power generation air introduction pipe 74 is attached to the other end side (the right end in FIG. 6) on the upper surface of the heat exchanger 22. With this power generation air introduction pipe 74, power generation air is introduced into the heat exchanger 22 from a power generation air flow rate adjustment unit (not shown). On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 9, a pair of outlet ports 76a (oxidant gas outlets) of the power generation air flow path 72 are formed on one end side (left end in FIG. 6) on the upper side of the heat exchanger 22. Has been. The outlet port 76a is connected to a pair of communication channels 76. Further, on both sides of the casing 56 in the width direction (B direction), shielding plates 80 that shield the fuel cell assembly 12 from each other are formed in the longitudinal direction (A direction). The space between the shielding plate 80 and the casing 56 is used as a power generation air supply path 77 that guides the power generation air supplied from the heat exchanger 22 to the fuel cell unit 16.

図２及び図５に示すように、遮蔽板８０とケーシング５６との間の空間である発電用空気供給路７７は、発電用空気流路７２の出口ポート７６ａから連絡流路７６を介して、発電用空気が供給されるようになっている。この発電用空気供給路７７は、遮蔽版８０と同様に、燃料電池セル集合体１２の長手方向に沿って形成されている。さらに、図５及び図６に示すように、その下方側であり且つ燃料電池セル集合体１２の下方側に対応する位置に、発電室１０内の各燃料電池セルユニット１６に向けて発電用空気を吹き出すための複数の吹出口７８ａ、７８ｂが形成されている。これらの吹出口７８ａ、７８ｂから吹き出す発電用空気は、各燃料電池セルユニット１６の外側に沿って、下方から上方へ流れるようになっている。 As shown in FIGS. 2 and 5, the power generation air supply path 77, which is a space between the shielding plate 80 and the casing 56, is connected from the outlet port 76 a of the power generation air flow path 72 through the communication flow path 76. Power generation air is supplied. The power generation air supply passage 77 is formed along the longitudinal direction of the fuel cell assembly 12, similarly to the shielding plate 80. Further, as shown in FIGS. 5 and 6, power generation air is directed toward each fuel cell unit 16 in the power generation chamber 10 at a position on the lower side and corresponding to the lower side of the fuel cell assembly 12. A plurality of air outlets 78a and 78b are formed. The power generation air blown out from these air outlets 78 a and 78 b flows from the lower side to the upper side along the outer side of each fuel cell unit 16.

続いて、燃料ガスと発電用空気とが燃焼して生成される燃焼ガスを排出するための構造を図２〜図６を参照しながら説明する。燃焼室１８では、発電反応に使用されなかった燃料ガスと発電用空気とが燃焼することで、燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスは、燃焼室１８内を上昇し、改質ユニット２０の周囲を経て整流板２１に至る。図２、図５及び図６に示すように、整流板２１には、燃焼ガスを集合させる開口２１ａが設けられている。 Subsequently, a structure for discharging combustion gas generated by combustion of fuel gas and power generation air will be described with reference to FIGS. In the combustion chamber 18, combustion gas is generated by burning the fuel gas that has not been used for the power generation reaction and the power generation air. The combustion gas rises in the combustion chamber 18 and reaches the rectifying plate 21 through the periphery of the reforming unit 20. As shown in FIGS. 2, 5 and 6, the rectifying plate 21 is provided with an opening 21 a for collecting combustion gases.

開口２１ａを通じて集合した燃焼ガスは、熱交換器２２の一端側（図６における左端）の下方で、ケーシング５６内と連通するように開口された開口部である燃焼ガス導入部８１へと導かれる。図６に示すように、熱交換器２２内には、発電用空気流路７２内の発電用空気を熱交換により加熱するための複数の燃焼ガス配管７０が設けられており、燃焼ガス導入部８１と連通している。これらの燃焼ガス配管７０の下流端側には、燃焼ガス排出管８２が接続され、燃焼ガスが外部に排出されるようになっている。 The combustion gas that has gathered through the opening 21a is guided to the combustion gas introduction portion 81 that is an opening that is open to communicate with the inside of the casing 56 below one end side (the left end in FIG. 6) of the heat exchanger 22. . As shown in FIG. 6, the heat exchanger 22 is provided with a plurality of combustion gas pipes 70 for heating the power generation air in the power generation air flow path 72 by heat exchange. 81 is in communication. A combustion gas discharge pipe 82 is connected to the downstream end side of these combustion gas pipes 70 so that the combustion gas is discharged to the outside.

次に、図７は本実施形態における燃料電池セルスタック１４を示す斜視図である。図７を参照しながら燃料電池セルスタック１４について説明する。図７に示すように、燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６から構成され、これらの燃料電池セルユニット１６の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製のマニホールド上板６８ａ及び上支持板１００により支持されている。これらのマニホールド上板６８ａ及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴がそれぞれ形成されている。 Next, FIG. 7 is a perspective view showing the fuel cell stack 14 in the present embodiment. The fuel cell stack 14 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, the fuel cell stack 14 is composed of 16 fuel cell units 16, and the lower end side and the upper end side of these fuel cell units 16 are respectively made of a ceramic manifold upper plate 68 a and It is supported by the upper support plate 100. The manifold upper plate 68a and the upper support plate 100 are formed with through holes through which the inner electrode terminals 86 can pass.

また、燃料電池セルユニット１６には、集電体１０２及び外部端子１０４が取り付けられている。この集電体１０２は、燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６と、隣接する燃料電池セルユニット１６の空気極である外側電極層９２の外周面とを電気的に接続するものである。 A current collector 102 and an external terminal 104 are attached to the fuel cell unit 16. The current collector 102 electrically connects the inner electrode terminal 86 attached to the inner electrode layer 90 that is a fuel electrode and the outer peripheral surface of the outer electrode layer 92 that is the air electrode of the adjacent fuel cell unit 16. To do.

さらに、燃料電池セルスタック１４の端に位置する２個の燃料電池セルユニット１６の上側端及び下側端の内側電極端子８６には、それぞれ外部端子１０４が接続されている。これらの外部端子１０４は、隣接する燃料電池セルスタック１４の端にある燃料電池セルユニット１６の外部端子１０４に接続され、１６０本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されるようになっている。 Further, the external terminals 104 are connected to the inner electrode terminals 86 at the upper and lower ends of the two fuel cell units 16 located at the ends of the fuel cell stack 14. These external terminals 104 are connected to the external terminals 104 of the fuel cell unit 16 at the end of the adjacent fuel cell stack 14, and all 160 fuel cell units 16 are connected in series. Yes.

次に、図８は本実施形態の燃料電池セルユニット１６を示す部分断面図である。図８を参照しながら燃料電池セルユニット１６について説明する。図８に示すように、燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セル８４と、この燃料電池セル８４の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子８６を備えている。 Next, FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing the fuel cell unit 16 of the present embodiment. The fuel cell unit 16 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the fuel cell unit 16 includes a fuel cell 84 and inner electrode terminals 86 respectively connected to the vertical ends of the fuel cell 84.

燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。 The fuel cell 84 is a tubular structure extending in the vertical direction, and includes a cylindrical inner electrode layer 90 that forms a fuel gas flow path 88 therein, a cylindrical outer electrode layer 92, an inner electrode layer 90, and an outer side. An electrolyte layer 94 is provided between the electrode layer 92 and the electrode layer 92. The inner electrode layer 90 is a fuel electrode through which fuel gas passes and becomes a (−) electrode, while the outer electrode layer 92 is an air electrode in contact with air and becomes a (+) electrode.

燃料電池セルユニット１６の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子８６について具体的に説明する。内側電極層９０の上部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと上端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の上端面９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層９０と電気的に接続されている。内側電極端子８６の中心部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する連通流路９８が形成されている。 Since the inner electrode terminals 86 attached to the upper end side and the lower end side of the fuel cell unit 16 have the same structure, the inner electrode terminal 86 attached to the upper end side will be specifically described here. The upper portion 90 a of the inner electrode layer 90 includes an outer peripheral surface 90 b and an upper end surface 90 c exposed to the electrolyte layer 94 and the outer electrode layer 92. The inner electrode terminal 86 is connected to the outer peripheral surface 90b of the inner electrode layer 90 through a conductive sealing material 96, and is further in direct contact with the upper end surface 90c of the inner electrode layer 90, thereby Electrically connected. A communication channel 98 that communicates with the fuel gas channel 88 of the inner electrode layer 90 is formed at the center of the inner electrode terminal 86.

続いて、熱交換器２２について図９を参照しながらさらに説明する。図９は本実施形態に用いられる熱交換器２２の内部を示す模式平面図である。上述したように、熱交換器２２は、燃料電池セル集合体１２での発電反応に使用されなかった燃料ガスと発電用空気とが燃焼することで発生する燃焼ガスの熱を利用して、発電反応に使用する発電用空気を加熱するものである。図９に示すように、本実施形態における熱交換器２２内には、燃焼ガス導入部８１から導入される燃焼ガスが流れる複数の燃焼ガス配管７０が直線状に延設されている。また、燃焼ガス配管７０の延設方向に対して直角方向に延びる複数のガイド板７３（ガイド部）が設けられており、熱交換器２２の筐体と燃焼ガス配管７０との間の空間であって、ガイド板７３で仕切られた空間で、発電用空気導入管７４から導入される発電用空気が出口ポート７６ａへと流れる発電用空気流路７２を形成している。 Next, the heat exchanger 22 will be further described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic plan view showing the inside of the heat exchanger 22 used in the present embodiment. As described above, the heat exchanger 22 generates power by using the heat of the combustion gas generated by the combustion of the fuel gas that has not been used for the power generation reaction in the fuel cell assembly 12 and the power generation air. The power generation air used for the reaction is heated. As shown in FIG. 9, a plurality of combustion gas pipes 70 through which the combustion gas introduced from the combustion gas introduction portion 81 flows are linearly extended in the heat exchanger 22 in the present embodiment. A plurality of guide plates 73 (guide portions) extending in a direction perpendicular to the extending direction of the combustion gas pipe 70 are provided, and a space between the housing of the heat exchanger 22 and the combustion gas pipe 70 is provided. In the space partitioned by the guide plate 73, a power generation air flow path 72 through which power generation air introduced from the power generation air introduction pipe 74 flows to the outlet port 76a is formed.

ガイド板７３は、熱交換器２２の上面から下面にわたって略平板状に形成され、燃焼ガス配管７０を支持する支持部材としても機能する。また、ガイド板７３は、発電用空気導入管７４から導入され、発電用空気流路７２を一端側から他端側に向かって流れる発電用空気を分流させる分流部７３ａと、分流された発電用空気を再び合流させる合流部７３ｂとを形成する。分流部７３ａは、１つのガイド板７３を発電用空気の流れを遮り、分流した酸化剤ガス各々の前記蛇行の振幅が等しくなるように熱交換器２２内の短手方向（発電用空気の蛇行の振幅方向）中央に配置し、短手方向両側のみが開口するようにすることで、発電用空気を２つに分流させる。一方、合流部７３ｂは、２つのガイド板７３を分流した発電用空気の流れを遮るように熱交換器２２内の短手方向両側に配置し、中央のみが開口するようにすることで、分流部７３ａにて２つに分流された発電用空気を再び１つに合流させる。この分流部７３ａと合流部７３ｂとを熱交換器２２内にて交互に複数配置することで、発電用空気流路７２は熱交換器２２の短手中央を通る長手方向の軸を中心に対称となる２つの蛇行状の流路となり、発電用空気は燃焼ガス配管７０と複数回交差するように流れる。 The guide plate 73 is formed in a substantially flat plate shape from the upper surface to the lower surface of the heat exchanger 22 and also functions as a support member that supports the combustion gas pipe 70. In addition, the guide plate 73 is introduced from the power generation air introduction pipe 74 and splits the power generation air flowing in the power generation air flow path 72 from one end side toward the other end side, and the shunted power generation A merging portion 73b for merging air again is formed. The diverter 73a blocks the flow of power generation air through one guide plate 73, so that the amplitude of the meander of each of the divided oxidant gases becomes equal in the short direction (meander of the power generation air). (Amplitude direction) is arranged in the center, and only the both sides in the short direction are opened, thereby diverting the power generation air into two. On the other hand, the junction 73b is arranged on both sides in the short direction in the heat exchanger 22 so as to block the flow of power generation air that has split the two guide plates 73, and only the center is opened. The power generation air split into two at the portion 73a is merged into one again. By arranging a plurality of the diversion portions 73 a and the confluence portions 73 b alternately in the heat exchanger 22, the power generation air flow path 72 is symmetrical about the longitudinal axis passing through the short center of the heat exchanger 22. Thus, the power generation air flows so as to intersect the combustion gas pipe 70 a plurality of times.

各ガイド板７３の内、最終段、即ち熱交換器２２内の最も出口ポート７６ａ側（図９における左端）に配置される２つのガイド板７３は、分流部７３ａを形成する。つまり、最終段の２つのガイド板７３は、熱交換器２２内の短手方向両側に配置され、発電用空気の流れを制限する開口部７５を形成する。この開口部７５は、熱交換器２２内の短手方向中央に形成されているため、開口部７５から熱交換器２２の短手方向両端に配置された各出口ポート７６ａへの各距離が等しくなる。発電用空気導入管７４から導入される発電用空気は、分流部７３ａ及び合流部７３ｂにて分流及び合流を繰り返しながら蛇行して流れるとともに、燃焼ガス配管７０内を流れる燃焼ガスとの熱交換により加熱される。加熱された発電用空気は、開口部７５を通過して各出口ポート７６ａへと流れ込む。出口ポート７６ａへと導入された発電用空気は、連絡流路７６及び発電用空供給路７７を介して吹出口７８ａ、７８ｂから、燃料電池セル集合体１２へと供給される。 Of the guide plates 73, the two guide plates 73 arranged at the final stage, that is, the most outlet port 76a side (left end in FIG. 9) in the heat exchanger 22 form a flow dividing portion 73a. That is, the two guide plates 73 at the final stage are arranged on both sides in the short direction in the heat exchanger 22 and form openings 75 that restrict the flow of power generation air. Since the opening 75 is formed in the center in the short direction in the heat exchanger 22, the distances from the opening 75 to the outlet ports 76 a arranged at both ends in the short direction of the heat exchanger 22 are equal. Become. The power generation air introduced from the power generation air introduction pipe 74 flows in a meandering manner while repeating the diversion and merging in the diversion portion 73a and the merging portion 73b, and also by heat exchange with the combustion gas flowing in the combustion gas pipe 70. Heated. The heated power generation air passes through the opening 75 and flows into each outlet port 76a. The power generation air introduced into the outlet port 76a is supplied to the fuel cell assembly 12 from the blowout ports 78a and 78b via the communication flow path 76 and the power generation empty supply path 77.

上述した本実施形態の燃料電池モジュール２に用いられる熱交換器２２によれば、発電用空気の流れを制限する開口部７５が、発電用空気流路７２の下流側端部に形成されているため、開口部７５に至るまでの発電用空気の流れ方向に関わらず、開口部７５から各出口ポート７６ａへの発電用空気の流れ方向が開口部７５により制限される。それにより、２つの出口ポート７６ａの内どちらか一方へと向けてその流れ方向が偏りにくい。また、開口部７５が発電用空気流路７２の短手方向中央、即ち開口部７５から各出口ポート７６ａへの各距離が等しくなるよう形成されているため、開口部７５によりその流れ方向を制限された発電用空気が、開口部７５から各出口ポート７６ａへと向かう際に、それぞれ等距離を経て各出口ポート７６ａへと流れ込む。それにより、開口部７５から各出口ポート７６ａへと流れ込む発電用空気の流量が不均等になりにくい。発電用空気の流れ方向が２つの出口ポート７６ａのうちどちらか一方に向けて偏らず、各出口ポート７６ａへ供給される発電用空気の流量が均等になるため、各出口ポート７６ａから連絡流路７６を介して発電用空気供給路７７へと供給される発電用空気の流量も均等になる。そのため、各発電用空気供給路７７の吹出口７８ａ、７８ｂから燃料電池集合体１２へと供給される発電用空気の流量も均等になり、各燃料電池セルユニット１６に対しても均等に発電用空気が供給される。従って、発電用空気が不足する状態での無理な発電による燃料電池セルユニット１６の劣化や破損が防止されるため、燃料電池モジュール２の発電反応が安定するとともに長寿命の燃料電池モジュール２を得ることが可能となる。 According to the heat exchanger 22 used in the fuel cell module 2 of the present embodiment described above, the opening 75 that restricts the flow of power generation air is formed at the downstream end of the power generation air flow path 72. Therefore, regardless of the flow direction of the power generation air up to the opening 75, the flow direction of the power generation air from the opening 75 to each outlet port 76 a is limited by the opening 75. Thereby, the flow direction is unlikely to be biased toward one of the two outlet ports 76a. Further, since the opening 75 is formed in the center in the short direction of the power generation air flow path 72, that is, each distance from the opening 75 to each outlet port 76a is equal, the flow direction is restricted by the opening 75. When the generated power generation air travels from the opening 75 to each outlet port 76a, it flows into each outlet port 76a through an equal distance. Thereby, the flow rate of the power generation air flowing from the opening 75 to each outlet port 76a is unlikely to be uneven. Since the flow direction of the power generation air is not biased toward one of the two outlet ports 76a, and the flow rate of the power generation air supplied to each outlet port 76a is uniform, the communication flow path from each outlet port 76a. The flow rate of the power generation air supplied to the power generation air supply path 77 through 76 is also equalized. Therefore, the flow rate of the power generation air supplied from the outlets 78a and 78b of each power generation air supply passage 77 to the fuel cell assembly 12 is also equalized, and the fuel cell unit 16 is equally generated for power generation. Air is supplied. Accordingly, since the deterioration or breakage of the fuel cell unit 16 due to excessive power generation in the state where the power generation air is insufficient is prevented, the power generation reaction of the fuel cell module 2 is stabilized and the long-life fuel cell module 2 is obtained. It becomes possible.

また、上述した本実施形態の燃料電池モジュール２に用いられる熱交換器２２によれば、発電用空気流路７２の短手方向両側のみを開口させて発電用空気を２つに分流させる分流部７３ａと、発電用空気流路７２の短手方向中央のみを開口させて分流された発電用空気を再び合流させる合流部７３ｂとを交互に配置した。そのため、発電用空気が下流側へと流れる際に、分流部７３ａにて２つに分流された発電用空気同士が合流部７３ｂにて衝突することが繰り返される。その衝突により２つに分流された発電用空気の発電用空気流路７２の短手方向中央に向かう流れ成分が打ち消しあい、発電用空気が発電用空気導入管７４から出口ポート７６ａへと向かって流れていくにあたり、その流れを乱す乱流成分、即ち発電用空気流路７２の短手方向の流れ成分が緩和される。乱流成分が緩和されるため、発電用空気が発電用空気流路７２下流側端部の開口部７５に至る際に、発電用空気の流れ方向が２つの出口ポート７６ａのどちらか一方へと偏ることがなく、スムーズに開口部７５から出口ポート７６ａへと流れていく。各出口ポート７６ａへ供給される発電用空気の流量がより均等になるため、各出口ポート７６ａから連絡流路７６を介して発電用空気供給路７７へと供給される発電用空気の流量もより均等になる。そのため、各発電用空気供給路７７の吹出口７８ａ、７８ｂから燃料電池集合体１２へと供給される発電用空気の流量もより均等になり、各燃料電池セルユニット１６に対してもより均等に発電用空気が供給される。従って、発電用空気が不足する状態での無理な発電による燃料電池セルユニット１６の劣化や破損がより防止されるため、さらに燃料電池モジュール２の発電反応が安定するとともに長寿命の燃料電池モジュール２を得ることが可能となる。 Further, according to the heat exchanger 22 used in the fuel cell module 2 of the present embodiment described above, the flow dividing section that opens only the both sides in the short direction of the power generation air flow path 72 and splits the power generation air into two. 73a and the confluence | merging part 73b which makes only the center of the transversal direction of the power generation air flow path 72 open, and merges the power generation air shunted again were arrange | positioned alternately. Therefore, when the power generation air flows downstream, the power generation air that has been split into two at the branching portion 73a is repeatedly collided at the joining portion 73b. The flow component of the power generation air that has been split into two due to the collision cancels out the flow component toward the center in the short direction of the power generation air flow path 72, and the power generation air flows from the power generation air introduction pipe 74 toward the outlet port 76a. As it flows, the turbulent flow component that disturbs the flow, that is, the flow component in the short direction of the power generation air flow path 72 is relaxed. Since the turbulent flow component is mitigated, when the power generation air reaches the opening 75 at the downstream end of the power generation air flow path 72, the flow direction of the power generation air is directed to one of the two outlet ports 76a. It flows smoothly from the opening 75 to the outlet port 76a without being biased. Since the flow rate of the power generation air supplied to each outlet port 76a becomes more uniform, the flow rate of the power generation air supplied from each outlet port 76a to the power generation air supply path 77 via the communication flow path 76 is also greater. Become even. Therefore, the flow rate of the power generation air supplied from the outlets 78a and 78b of each power generation air supply passage 77 to the fuel cell assembly 12 is also more uniform, and is more even for each fuel cell unit 16. Power generation air is supplied. Accordingly, since the fuel cell unit 16 is prevented from being further deteriorated or damaged due to excessive power generation in a state where the power generation air is insufficient, the power generation reaction of the fuel cell module 2 is further stabilized and the long-life fuel cell module 2 is maintained. Can be obtained.

２…燃料電池モジュール（燃料電池ユニット）
１０…発電室
１２…燃料電池セル集合体
１４…燃料電池セルスタック
１６…燃料電池セルユニット
１８…燃焼室
２０…改質ユニット
２０ａ…蒸発混合器
２０ｂ…改質器
２１…整流板
２１ａ…開口
２２…熱交換器
５６…ケーシング
６０…被改質ガス供給管
６２…水供給管
６６…燃料供給管
６６ａ…下端側
６８…マニホールド
６８ａ…マニホールド上板
７０…燃焼ガス配管
７２…発電用空気流路（酸化剤ガス流路）
７３…ガイド板（ガイド部）
７３ａ…分流部
７３ｂ…合流部
７４…発電用空気導入管（酸化剤ガス導入部）
７５…開口部
７６…連絡流路
７６ａ…出口ポート（酸化剤ガス導出部）
７７…発電用空気供給路
７８ａ、７８ｂ…吹出口
８０…遮蔽板
８１…燃焼ガス導入部
８２…燃焼ガス排出管
８４…燃料電池セル
８６…内側電極端子
８８…燃料ガス流路
９０…内側電極層
９０ａ…上部
９０ｂ…外周面
９０ｃ…上端面
９２…外側電極層
９４…電解質層
９６…シール材
９８…連通流路
１００…上支持板
１０２…集電体
１０４…外部端 2 ... Fuel cell module (fuel cell unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Power generation chamber 12 ... Fuel cell assembly 14 ... Fuel cell stack 16 ... Fuel cell unit 18 ... Combustion chamber 20 ... Reforming unit 20a ... Evaporator / mixer 20b ... Reformer 21 ... Rectifying plate 21a ... Opening 22 ... Heat exchanger 56 ... Casing 60 ... Reformed gas supply pipe 62 ... Water supply pipe 66 ... Fuel supply pipe 66a ... Lower end side 68 ... Manifold 68a ... Manifold upper plate 70 ... Combustion gas pipe 72 ... Power generation air flow path ( Oxidant gas flow path)
73 ... Guide plate (guide part)
73a ... Diversion part 73b ... Merging part 74 ... Air introduction pipe for power generation (oxidant gas introduction part)
75 ... opening 76 ... communication flow path 76a ... outlet port (oxidant gas outlet)
77 ... Power supply air supply passage 78a, 78b ... Blowout port 80 ... Shielding plate 81 ... Combustion gas introduction part 82 ... Combustion gas discharge pipe 84 ... Fuel battery cell 86 ... Inner electrode terminal 88 ... Fuel gas passage 90 ... Inner electrode layer 90a ... Upper part 90b ... Outer peripheral surface 90c ... Upper end surface 92 ... Outer electrode layer 94 ... Electrolyte layer 96 ... Sealing material 98 ... Communication channel 100 ... Upper support plate 102 ... Current collector 104 ... External end

Claims

A heat exchanger that heats the oxidant gas by exchanging heat between the combustion gas generated by the combustion of the gas not used for power generation and the oxidant gas supplied through a separate path from the combustion gas. In a fuel cell unit comprising
The heat exchanger is
An oxidant gas flow path through which heated oxidant gas flows;
A plurality of guide portions arranged on the oxidant gas flow path and meandering the flow of the oxidant gas flowing from one end side to the other end side of the heat exchanger;
An oxidant gas introduction section for introducing an oxidant gas into the oxidant gas flow path;
A plurality of oxidant gas outlets for supplying the oxidant gas heated in the oxidant gas flow path to a fuel cell assembly comprising a plurality of fuel cells, and the flow of the oxidant gas The plurality of oxidizers that are located downstream of the guide and at the downstream end of the oxidant gas flow path, the openings being located downstream of the openings. fuel cell unit, characterized in that each distance to the gas outlet portion is shape formed so that all become equal.

The guide part forms a diversion part for diverting the oxidant gas and a confluence part for merging the diverged oxidant gas again, and the oxidant gas tends to flow in the amplitude direction of the meandering. 2. The fuel cell unit according to claim 1, wherein the diverting portion and the merging portion are alternately arranged so that the force is relaxed by the divided oxidant gases colliding with each other.

In order that the amplitude of the meandering of the oxidant gas that repeats the shunting and joining may be equal, the shunting portion includes a plate disposed in the center of the meandering amplitude direction of the heat exchanger, and the joining portion includes: The fuel cell unit according to claim 2, further comprising an opening disposed at a center in an amplitude direction of the meandering in the heat exchanger.