JP5922433B2

JP5922433B2 - Fuel cell and its oxidant supply method

Info

Publication number: JP5922433B2
Application number: JP2012034328A
Authority: JP
Inventors: 晃志宮本; 昌弘水原; 眞竹　徳久; 徳久眞竹; 松尾　毅; 毅松尾; 正樹安永; 智紀惣田
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2016-05-24
Anticipated expiration: 2032-02-20
Also published as: JP2013171676A

Description

本発明は、固体酸化物形の燃料電池及びその酸化剤供給方法に関する。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell and a method for supplying an oxidant thereof.

燃料電池は、電気化学反応による発電方式を利用した発電装置であり、優れた発電効率及び環境対応等の特性を有している。このため、２１世紀を担う都市型のエネルギー供給システムとして、実用化に向けた研究開発が進んでいる。
このような燃料電池は、燃料側の電極である燃料極と、空気（酸化剤）側の電極である空気極と、これらの間にありイオンのみを通す電解質とにより構成されており、電解質の種類によって様々な形式が開発されている。 A fuel cell is a power generation device that uses a power generation method based on an electrochemical reaction, and has excellent power generation efficiency and environmental characteristics. For this reason, research and development for practical use is progressing as an urban energy supply system for the 21st century.
Such a fuel cell is composed of a fuel electrode that is an electrode on the fuel side, an air electrode that is an electrode on the air (oxidant) side, and an electrolyte that passes only ions between them. Various formats have been developed depending on the type.

このうち、固体酸化物形燃料電池（ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ：以下「ＳＯＦＣ」と呼ぶ）は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、天然ガス、石油、メタノール、石炭ガス化ガスなどを燃料として運転される燃料電池である。このＳＯＦＣは、イオン伝導率を高めるために作動温度が約９００〜１０００℃程度と高く、用途の広い高効率な高温型燃料電池として知られている。
このようなＳＯＦＣにおいては、たとえば下記の特許文献１に開示されているように、ＳＯＦＣモジュールを構成するケーシングの内部に、該ケーシングの側面下部から空気が供給され、この空気が発電室内を通ってケーシングの側面上部から排出される。 Among these, solid oxide fuel cells (hereinafter referred to as “SOFC”) use ceramics such as zirconia ceramics as an electrolyte, and use natural gas, petroleum, methanol, coal gasification gas, or the like as fuel. A fuel cell to be operated. This SOFC is known as a high-efficiency high-temperature fuel cell with a wide range of uses, with an operating temperature as high as about 900 to 1000 ° C. in order to increase ionic conductivity.
In such SOFC, for example, as disclosed in Patent Document 1 below, air is supplied into the casing constituting the SOFC module from the lower side surface of the casing, and this air passes through the power generation chamber. It is discharged from the upper side of the casing.

特開２００７−１０９５９８号公報JP 2007-109598 A

ところで、上述した従来のＳＯＦＣは、燃料電池モジュールを構成するケーシングの平面視が略長方形を有しており、該ケーシングの長辺側を隣接させて複数を並べた配置となる。このため、燃料電池モジュールのケーシング側面（長辺側）から導入した空気を発電室内へ供給する構成では、空気配管の取り回しなど平面的に大きな設置スペースが必要になる。 By the way, the above-described conventional SOFC has a substantially rectangular shape in a plan view of the casing constituting the fuel cell module, and a plurality of the SOFCs are arranged with the long sides of the casing adjacent to each other. For this reason, in the structure which supplies the air introduce | transduced from the casing side surface (long side side) of the fuel cell module into the power generation chamber, a large installation space in a plane such as handling of air piping is required.

すなわち、空気配管のスペースを確保するためには、ＳＯＦＣの燃料電池モジュール間に必要な面間距離が大きくなるので、その分だけＳＯＦＣ全体も大きくなる。なお、燃料電池モジュールの短辺側に空気配管を設ける構成にしても、ＳＯＦＣ全体が長辺方向に大型化することに変わりはない。
一方、燃料電池モジュールの下面側は、燃料排出ヘッダや集電子を設置する必要があるため、発電室へ供給する空気の供給流路を単純な配管経路によって確保することは困難であった。 That is, in order to secure the space for the air piping, the required inter-surface distance between the SOFC fuel cell modules is increased, so that the entire SOFC is increased accordingly. In addition, even if it is the structure which provides an air piping in the short side of a fuel cell module, it does not change that the whole SOFC enlarges in a long side direction.
On the other hand, since it is necessary to install a fuel discharge header and current collector on the lower surface side of the fuel cell module, it is difficult to secure a supply flow path for air supplied to the power generation chamber by a simple piping path.

このような背景から、従来のＳＯＦＣにおいては、燃料電池モジュールの設置スペースを低減してＳＯＦＣを小型化できる酸化剤供給構造の開発が望まれている。また、空気極の損傷を防ぐためには、発電室内に対して酸化剤を均一に供給することが望まれる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、設置スペースを低減して小型化できる燃料電池及びその酸化剤供給方法を提供することにある。 Against this background, in the conventional SOFC, it is desired to develop an oxidant supply structure that can reduce the installation space of the fuel cell module and reduce the size of the SOFC. In order to prevent damage to the air electrode, it is desirable to supply the oxidant uniformly to the power generation chamber.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell and an oxidant supply method thereof that can reduce the installation space and can be downsized.

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る燃料電池は、複数の発電セルと、複数の前記発電セルの一方の端部を固定する仕切部材と、前記仕切部材を介して発電室と連通するガス流路部と、前記ガス流路部に設ける第一空間と第二空間とを備える燃料電池であって、一方の面と他方の面と側面とで囲まれた前記第一空間は、前記一方の面側で前記発電セルの内部と連通し、前記他方の面及び前記側面で前記第二空間と金属部材を介して隣接することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The fuel cell according to the present invention includes a plurality of power generation cells, and a partition member for fixing one ends of the plurality of power generation cells, and a gas flow path portion communicating with the power chamber through the specification switching member, a fuel cell comprising a first space and the second space provided in the gas flow path portion, the first space surrounded by the one surface and the other surface and the side surface, said at the one surface side It communicates with the interior of the power generation cell, and is characterized in that the adjacent via said second space and the metallic member at the other surface and the side surface.

このような燃料電池によれば、ガス流路部に設ける第一空間が、一方の面側で発電セルの内部と連通し、他方の面及び側面で第二空間と金属部材を介して隣接するので、酸化剤供給の配管や燃料ガス排出の配管を燃料電池の側面からなくすことができ、従って、隣接する燃料電池間の間隔を狭めることで設置スペースを低減できる。 According to such a fuel cell, the first space provided in the gas flow path portion communicates with the inside of the power generation cell on one side and is adjacent to the second space on the other side and side through the metal member. Therefore, the oxidant supply pipe and the fuel gas discharge pipe can be eliminated from the side surface of the fuel cell, and therefore the installation space can be reduced by narrowing the interval between the adjacent fuel cells.

この場合、前記第二空間は、複数の流通孔により前記発電室と連通し、前記流通孔は、前記第二空間の側壁鍔部の少なくとも一辺に設けられるスリットを備えていることが望ましく、これにより、発電室内に対して酸化剤をより一層均一に供給することができる。
また、前記スリットは、前記側壁鍔部の長辺側及び短辺側に設けられていることが好ましく、これにより、発電室内に対して酸化剤のガスをより一層均一に供給することができる。 In this case, the second space communicates with the power generation chamber through a plurality of flow holes, and the flow hole preferably includes a slit provided on at least one side of the side wall flange of the second space. As a result, the oxidant can be supplied more uniformly into the power generation chamber.
The slits are preferably provided on the long side and the short side of the side wall flange, so that the oxidant gas can be supplied more uniformly into the power generation chamber.

本発明に係る燃料電池の酸化剤供給方法は、燃料電池セル筒の内側に燃料供給室から燃料ガスを導入して燃料排出室へ排出するとともに、酸化剤供給室から発電室内に酸化剤を導入して前記燃料電池セル筒の外側を酸化剤排出室へ向けて下方から上方へ流し、前記燃料ガスと前記酸化剤とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池の酸化剤供給方法であって、容器の内部を上下方向に区画して上から順に前記燃料供給室、前記酸化剤排出室、前記発電室、前記酸化剤供給室及び前記燃料排出室を形成し、前記容器内で前記発電室を上下方向に貫通する複数本の前記燃料電池セル筒を、上端を前記燃料供給室に開口させるとともに下端を前記燃料排出室に開口させ、前記燃料排出室を前記容器の下面となる支持架台の凹部に収納設置して壁面間に間隙部を形成した二重箱構造とし、前記支持架台の内側縁部に仕切部材を設置して前記間隙部及び前記燃料排出室の上面を封止するとともに、前記間隙部と前記酸化剤供給室との間を連通させる酸化剤流通流路を設けて、前記酸化剤を前記容器の下部から前記間隙部を介して前記酸化剤供給室に供給するとともに、前記燃料排出室の前記燃料ガスを、前記支持架台を貫通する管路によって前記容器の下部から排出することを特徴とするものである。 The fuel cell oxidant supply method according to the present invention introduces fuel gas from the fuel supply chamber into the fuel cell cylinder and discharges it into the fuel discharge chamber, and introduces the oxidant from the oxidant supply chamber into the power generation chamber. Then, the fuel cell oxidant supply method for generating electricity by causing the fuel gas and the oxidant to electrochemically react with each other flows from the lower side toward the oxidant discharge chamber toward the oxidant discharge chamber. The container is partitioned in the vertical direction to form the fuel supply chamber, the oxidant discharge chamber, the power generation chamber, the oxidant supply chamber, and the fuel discharge chamber in order from above, and the power generation in the container A plurality of the fuel cell cylinders penetrating the chamber in the vertical direction, with the upper end opened to the fuel supply chamber and the lower end opened to the fuel discharge chamber, and the fuel discharge chamber becomes the lower surface of the container Installed in the recess of the wall A double box structure in which a gap is formed in the support frame, and a partition member is installed at an inner edge of the support frame to seal the gap and the upper surface of the fuel discharge chamber, and the gap and the oxidant supply chamber An oxidant flow path that communicates with the oxidant, and supplying the oxidant from the lower part of the container to the oxidant supply chamber through the gap, and the fuel gas in the fuel discharge chamber, It discharges | emits from the lower part of the said container by the pipe line which penetrates the said support stand.

このような燃料電池の酸化剤供給方法によれば、燃料排出室を容器の下面となる支持架台の凹部に収納設置して壁面間に間隙部を形成した二重箱構造とし、支持架台の内側縁部に仕切部材を設置して間隙部及び燃料排出室の上面を封止するとともに、間隙部と酸化剤供給室との間を連通させる酸化剤流通流路を設けて、酸化剤を容器の下部から間隙部を介して酸化剤供給室に供給するとともに、燃料排出室の燃料ガスを、支持架台を貫通する管路によって容器の下部から排出するようにしたので、酸化剤供給の配管や燃料ガス排出の配管を容器側面からなくすことができ、従って、隣接する燃料電池間の間隔を狭めることで設置スペースを低減できる。 According to such an oxidant supply method for a fuel cell, the fuel discharge chamber is housed and installed in the recess of the support frame on the lower surface of the container to form a double box structure in which a gap is formed between the wall surfaces. A partition member is installed in the part to seal the gap and the upper surface of the fuel discharge chamber, and an oxidant flow channel is provided to communicate between the gap and the oxidant supply chamber, and the oxidant is placed in the lower part of the container. In addition, the fuel gas in the fuel discharge chamber is discharged from the lower part of the container through a pipe line penetrating the support frame. The discharge piping can be eliminated from the side of the container, and therefore the installation space can be reduced by narrowing the interval between adjacent fuel cells.

上述した本発明によれば、燃料電池の設置スペースを低減してＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）を小型化することができる。
また、発電室内に対して酸化剤を均一に供給することが可能になるので、空気極の損傷を防止または抑制し、発電室内の流量偏差及び温度を均一化して信頼性や耐久性を向上させることができる。 According to the present invention described above, the installation space of the fuel cell can be reduced and the SOFC (solid oxide fuel cell) can be downsized.
In addition, since the oxidant can be supplied uniformly to the power generation chamber, damage to the air electrode is prevented or suppressed, and the flow rate deviation and temperature in the power generation chamber are made uniform to improve reliability and durability. be able to.

本発明に係る燃料電池の一実施形態の概略を示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view schematically showing an embodiment of a fuel cell according to the present invention. 図１に示した燃料電池の下部構造拡大図であり、酸化剤の供給流路となる間隙部がある部分の断面図である。FIG. 2 is an enlarged view of the lower structure of the fuel cell shown in FIG. 図１に示した燃料電池の下部構造拡大図であり、酸化剤の供給流路となる間隙部がない部分の断面図である。FIG. 2 is an enlarged view of the lower structure of the fuel cell shown in FIG. 1 and is a cross-sectional view of a portion without a gap serving as an oxidant supply channel. 図１に示した燃料電池の下部構造について、要部の拡大断面を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an enlarged cross section of a main part of the lower structure of the fuel cell shown in FIG. 1. 図１に示した燃料電池の下部構造に用いられている支持架台の平面図である。It is a top view of the support stand used for the lower structure of the fuel cell shown in FIG. 発電室内を流れる空気量（セルチューブ毎）の流量偏差に関するシミュレーション計算について、計算するケース１〜１０の条件を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the conditions of cases 1-10 to calculate about the simulation calculation regarding the flow volume deviation of the air quantity (each cell tube) which flows through a power generation chamber. 横軸の計算ケース番号に対して縦軸に最大及び最小の流量偏差（％）を示す図であり、発電室内を流れる空気量（セルチューブ毎）の流量偏差に関するシミュレーション計算の結果が示されている。It is a figure showing the maximum and minimum flow rate deviation (%) on the vertical axis with respect to the calculation case number on the horizontal axis, showing the result of the simulation calculation regarding the flow rate deviation of the amount of air flowing through the power generation chamber (for each cell tube) Yes. 発電室内を流れる空気量（セルチューブ毎）の流量偏差を求めるシミュレーション計算に用いられる燃料電池の１／４シュミレーションモデル（下部構造）を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 1/4 simulation model (lower structure) of the fuel cell used for the simulation calculation which calculates | requires the flow volume deviation of the air quantity (for every cell tube) which flows through a power generation chamber.

以下、本発明に係る燃料電池及びその酸化剤供給方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図示の燃料電池（燃料電池モジュール）１０は、固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」と呼ぶ）システムに適用されるものである。一般的なＳＯＦＣシステムは、発電を行なうＳＯＦＣ形の燃料電池１０と、都市ガスや天然ガス等の燃料ガスを改質するための改質器と、酸化剤のガス（酸化剤とは酸素を略１５％〜２１％含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなど、空気に限定されるものではない。）を予熱する空気予熱器と、燃料電池１０から排出された排ガス中に含まれる未燃の燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、を備えている。以下では、酸化剤のガスとして空気を使用するものとして説明する。 Hereinafter, an embodiment of a fuel cell and an oxidant supply method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The illustrated fuel cell (fuel cell module) 10 is applied to a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as “SOFC”) system. A general SOFC system includes an SOFC type fuel cell 10 for generating power, a reformer for reforming a fuel gas such as city gas or natural gas, and an oxidant gas (an oxidant is an abbreviation for oxygen). A gas containing 15% to 21%, and typically air is preferable. However, in addition to air, a mixed gas of combustion exhaust gas and air, a mixed gas of oxygen and air, and the like are not limited to air. .) Is preheated, and a combustor that burns unburned fuel gas contained in the exhaust gas discharged from the fuel cell 10 is provided. Below, it demonstrates as what uses air as gas of an oxidizing agent.

また、以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて各構成要素の位置関係を特定するが、鉛直方向に対して必ずしもこの限りである必要はなく、たとえば上下が逆転したもの、鉛直方向に直交する水平方向や、水平方向から傾斜したものでもよい。 In the following, for convenience of explanation, the positional relationship of each component is specified using the expressions “upper” and “lower” with reference to the paper surface, but this need not necessarily be the case with respect to the vertical direction. For example, it may be inverted upside down, in the horizontal direction orthogonal to the vertical direction, or inclined from the horizontal direction.

また、ＳＯＦＣシステムは、起動時において燃料電池１０に供給される空気に対してメタン等の昇温用燃料ガスを供給する昇温用燃料供給部と、起動時において空気を所定温度にまで加熱する予熱ヒータと、を備えている。
予熱ヒータは、電力の供給を受けて熱を発生させるヒータであり、燃焼触媒において空気と昇温用燃料とが反応を起こす所定温度にまで加熱するものである。 Further, the SOFC system heats the air up to a predetermined temperature at the time of start-up, and a temperature-rising fuel supply unit for supplying a fuel gas for temperature rise such as methane to the air supplied to the fuel cell 10 at the time of start-up And a preheating heater.
The preheating heater is a heater that generates heat when supplied with electric power, and heats the combustion catalyst to a predetermined temperature at which the air and the fuel for raising temperature react.

改質器は、後述する空気排出ヘッダ（空気排出室）２３から排出された高温の空気が内部を通過するように構成されており、これにより、外部から供給された燃料ガスが加熱されるようになっている。
燃焼器は、後述する燃料排出ヘッダ（燃料排出室）２０と接続されるとともに、空気予熱器を介して空気排出ヘッダ２３と接続されている。 The reformer is configured so that high-temperature air discharged from an air discharge header (air discharge chamber) 23, which will be described later, passes through the inside, so that the fuel gas supplied from the outside is heated. It has become.
The combustor is connected to a fuel discharge header (fuel discharge chamber) 20 described later, and is connected to an air discharge header 23 via an air preheater.

燃料電池１０は、たとえば図１に示すように、断熱材のケーシング（容器）１１と、略円筒状に形成された複数のセルチューブ（燃料電池セル筒）１２と、セルチューブ１２の両端を支持する上下の管板１３，１４と、これら上下の管板１３，１４の間に配置された上下の断熱体１５，１６と、ケーシング１１の下部に設けられ、燃料排出ヘッダ（第一空間）２０を収納して空気流路（後述する空気供給流路４０及び空気流通孔４１）を形成する二重容器構造の支持架台３０と、から概略構成されている。
また、上断熱体１５は、後述する空気排出ヘッダ２３を形成するため、第１上断熱体１５Ａと第２上断熱体１５Ｂとに二分割されている。すなわち、空気排出ヘッダ２３は、第１上断熱体１５Ａと第２上断熱体１５Ｂとの間に形成されている。 For example, as shown in FIG. 1, the fuel cell 10 supports a casing (container) 11 of a heat insulating material, a plurality of cell tubes (fuel cell cylinders) 12 formed in a substantially cylindrical shape, and both ends of the cell tube 12. Upper and lower tube plates 13 and 14, upper and lower heat insulators 15 and 16 disposed between the upper and lower tube plates 13 and 14, and a fuel discharge header (first space) 20 provided at a lower portion of the casing 11. And a support pedestal 30 having a double container structure that forms an air flow path (air supply flow path 40 and air flow hole 41 described later).
The upper heat insulator 15 is divided into two parts, a first upper heat insulator 15A and a second upper heat insulator 15B, in order to form an air discharge header 23 described later. That is, the air discharge header 23 is formed between the first upper heat insulator 15A and the second upper heat insulator 15B.

ケーシング１１と上下の断熱体１５，１６との間には、具体的には第１断熱体１５Ａと下断熱体１６との間には、発電室１７が形成されている。ケーシング１１と上管板１３との間には、燃料供給ヘッダ（燃料供給室）１８が形成され、上面に燃料供給管１９が接続されている。下管板１４の下側には、燃料排出ヘッダ２０の空間が形成されている。
そして、下管板１４と下断熱体１６との間には、空気供給ヘッダ２２が形成され、上管板１３と上断熱体１５との間には、空気排出ヘッダ２３が形成されている。なお、図中の符号２４は、空気排出ヘッダ２３に接続された空気排出管である。 Between the casing 11 and the upper and lower heat insulators 15, 16, specifically, a power generation chamber 17 is formed between the first heat insulator 15 A and the lower heat insulator 16. A fuel supply header (fuel supply chamber) 18 is formed between the casing 11 and the upper tube plate 13, and a fuel supply pipe 19 is connected to the upper surface. A space for the fuel discharge header 20 is formed below the lower tube plate 14.
An air supply header 22 is formed between the lower tube plate 14 and the lower heat insulator 16, and an air discharge header 23 is formed between the upper tube plate 13 and the upper heat insulator 15. Reference numeral 24 in the drawing is an air discharge pipe connected to the air discharge header 23.

上管板１３は、略長方形の水平断面形状を有する角柱状のケーシング１１において、長手方向の上側（図１の上方）に配置された板状の部材であり、燃料供給ヘッダ１８の下面部材でとなる。
また、下管板１４は、同じく長手方向の下側（図１の下方）に配置された板状の部材であり、燃料排出ヘッダ２０の上面部材とともに空気供給ヘッダ２２の下面部材となる。また、下管板１４は、後述する空気供給流路４０の上端部を封止し、外周部が鍔部２０ａとして機能する部材である。
下管板１４には、セルチューブの一方の端部が気密に固定支持されている。燃料ガスはセルチューブの内面を流れることで、発電室を経由して燃料供給ヘッダ１８から燃料排出ヘッダ２０に流通している。
なお、この場合の長手方向については、略角柱形状となるケーシング１１の上下方向と読み替えることも可能である。 The upper tube plate 13 is a plate-like member disposed on the upper side in the longitudinal direction (upward in FIG. 1) in the prismatic casing 11 having a substantially rectangular horizontal cross-sectional shape, and is a lower surface member of the fuel supply header 18. It becomes.
The lower tube plate 14 is also a plate-like member that is disposed on the lower side in the longitudinal direction (lower side in FIG. 1), and serves as the lower surface member of the air supply header 22 together with the upper surface member of the fuel discharge header 20. The lower tube plate 14 is a member that seals an upper end portion of an air supply channel 40 to be described later, and an outer peripheral portion functions as the flange portion 20a.
One end of the cell tube is fixed and supported on the lower tube plate 14 in an airtight manner. The fuel gas flows from the fuel supply header 18 to the fuel discharge header 20 via the power generation chamber by flowing through the inner surface of the cell tube.
In addition, about the longitudinal direction in this case, it can also be read with the up-down direction of the casing 11 used as a substantially prismatic shape.

セルチューブ１２は、多孔質セラミックスから形成された略円筒状の管であり、長手方向における中央部には発電を行なう燃料電池セル（不図示）が設けられている。本実施形態において、セルチューブ１２は略円筒状の管を用いたが、内部が空洞となっている筒型の形状であればよく、円、楕円、方形の形状を持つ管を発電セルとして用いる。
セルチューブ１２は、一方の開口端が燃料供給ヘッダ１８に開口するとともに、他方の開口端が燃料排出ヘッダ２０内に開口するように、上下の管板１３，１４に穿設した貫通孔よって支持されている。また、セルチューブ１２は、燃料電池セルが発電室１７内にのみ位置するように配置されている。 The cell tube 12 is a substantially cylindrical tube made of porous ceramics, and a fuel cell (not shown) for generating power is provided at the center in the longitudinal direction. In the present embodiment, the cell tube 12 is a substantially cylindrical tube, but may be any cylindrical shape having a hollow inside, and a tube having a circular, elliptical, or rectangular shape is used as a power generation cell. .
The cell tube 12 is supported by through holes formed in the upper and lower tube plates 13 and 14 such that one open end opens into the fuel supply header 18 and the other open end opens into the fuel discharge header 20. Has been. Further, the cell tube 12 is arranged so that the fuel cell is located only in the power generation chamber 17.

上断熱体１５は、ケーシング１１の長手方向の上側（図１の上方）に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状などに形成された部材である。下断熱材１６は、ケーシング１１の長手方向の下側（図１の下方）に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状などに形成された部材であり、空気供給ヘッダ２２の上面部材ともなる。
上断熱体１５及び下断熱体１６には、セルチューブ１２を挿通させる孔１５ａ，１６ａが形成され、孔１５ａ，１６ａの直径は、空気の流通を可能にするためセルチューブ１２の直径よりも大きく形成されている。 The upper heat insulator 15 is a member that is disposed on the upper side in the longitudinal direction of the casing 11 (upper side in FIG. 1) and is formed into a blanket shape or a board shape using a heat insulating material. The lower heat insulating material 16 is a member disposed on the lower side in the longitudinal direction of the casing 11 (downward in FIG. 1) and formed in a blanket shape or a board shape using a heat insulating material, and is an upper surface member of the air supply header 22. It also becomes.
The upper heat insulator 15 and the lower heat insulator 16 are formed with holes 15a and 16a through which the cell tube 12 is inserted, and the diameters of the holes 15a and 16a are larger than the diameter of the cell tube 12 to allow air to flow. Is formed.

また、孔１５ａ，１６ａの内周面は、略円筒状に形成されていてもよいし、あるいは、螺旋状または、直線状の凹部（溝）または凸部（畝状突起）が形成されていてもよく、特に限定されることはない。
このような構成にすることで、セルチューブ１２と孔１５ａ，１６ａとの間を通って発電室１７に流入する空気に下断熱体１６の熱が伝達されやすくなるので、発電室１７の温度を高温に保ちやすくなる。 Further, the inner peripheral surfaces of the holes 15a and 16a may be formed in a substantially cylindrical shape, or a spiral or linear concave portion (groove) or convex portion (protrusion) is formed. There is no particular limitation.
With this configuration, the heat of the lower heat insulator 16 is easily transferred to the air flowing into the power generation chamber 17 through the space between the cell tube 12 and the holes 15a and 16a. It becomes easy to keep at high temperature.

ケーシング１１の下端部側（下部構造）は、支持架台３０の内部に燃料排出ヘッダ２０を収納して空気流路を形成する金属部材による二重箱（二重壁）構造となっている。
燃料排出ヘッダ２０は、上面に下管板１４を備えた中空箱形（略直方体形状）の部材であり、略同形状にして上面を開口させた支持架台３０の内部空間（略直方体形状）に収納設置されている。 The lower end side (lower structure) of the casing 11 has a double box (double wall) structure made of a metal member that houses the fuel discharge header 20 in the support frame 30 to form an air flow path.
The fuel discharge header 20 is a hollow box-shaped (substantially rectangular parallelepiped shape) member having a lower tube plate 14 on the upper surface, and is formed in an internal space (substantially rectangular parallelepiped shape) of the support frame 30 having the substantially same shape and the upper surface opened. Storage is installed.

すなわち、燃料排出ヘッダ２０は、支持架台３０より若干小さい略同形状の中空部材であり、下管板１４がその上面開口を塞ぐようにして、上端部等の適所に固定して取り付けられている。
この場合、下管板１４の平面形状を燃料排出ヘッダ２０より大きくすることで、外周部が全周にわたって水平方向外向きに突出することとなり、この突出部が燃料排出ヘッダ２０の鍔部２０ａを形成している。なお、図中の符号２１は、燃料排出ヘッダ２０の底面に接続された燃料排出管である。 That is, the fuel discharge header 20 is a hollow member having substantially the same shape that is slightly smaller than the support frame 30 and is fixedly attached to an appropriate position such as the upper end portion so that the lower tube plate 14 closes the upper surface opening. .
In this case, by making the planar shape of the lower tube plate 14 larger than that of the fuel discharge header 20, the outer peripheral portion protrudes outward in the horizontal direction over the entire periphery, and this protruding portion forms the flange portion 20 a of the fuel discharge header 20. Forming. Reference numeral 21 in the drawing is a fuel discharge pipe connected to the bottom surface of the fuel discharge header 20.

図１の発電室１７の下部に配置される空気供給ヘッダ２２、空気供給流路（第二空間）４０、燃料排出ヘッダ２０について、図２〜図５を用いてさらに詳細に説明する。
支持架台３０は、上面が開放されている箱型の部材であって、側面３１及び底面３２により構成されている。側面３１の上端部には、側壁鍔部３１ａが形成されている。側壁鍔部３１ａには外周側より低い段差部３３が全周にわたって設けられている。この段差部３３は、支持架台３０の内部に燃料排出ヘッダ２０を収納する際、燃料排出ヘッダ２０の上端外周部に設けた鍔部２０ａを設置して係止するための部分である。 The air supply header 22, the air supply flow path (second space) 40, and the fuel discharge header 20 disposed in the lower part of the power generation chamber 17 in FIG. 1 will be described in more detail with reference to FIGS.
The support frame 30 is a box-shaped member having an open upper surface, and includes a side surface 31 and a bottom surface 32. A side wall flange 31 a is formed at the upper end of the side surface 31. A stepped portion 33 lower than the outer peripheral side is provided on the side wall flange 31a over the entire circumference. The step portion 33 is a portion for installing and locking the flange portion 20a provided on the outer peripheral portion of the upper end of the fuel discharge header 20 when the fuel discharge header 20 is housed in the support frame 30.

また、支持架台３０の底面３２には空気供給口３４が設けられ、下方へ向けた空気供給ノズル３５が接続されている。空気供給ノズル３５の側面には、空気供給管３６が接続されている。さらに、上述した燃料排出ヘッダ２０の燃料排出管２１は、空気供給口３４及び空気供給ノズル３５の内部を通り、空気供給ノズル３５の底部３５ａを下方へ貫通して図示しない外部機器に接続されている。 An air supply port 34 is provided on the bottom surface 32 of the support frame 30, and an air supply nozzle 35 directed downward is connected thereto. An air supply pipe 36 is connected to the side surface of the air supply nozzle 35. Further, the fuel discharge pipe 21 of the fuel discharge header 20 described above passes through the inside of the air supply port 34 and the air supply nozzle 35, passes through the bottom 35a of the air supply nozzle 35 downward, and is connected to an external device (not shown). Yes.

空気供給口３４及び空気供給ノズル３５は、燃料排出管２１より大径とされる。このため、燃料排出管２１の外周面と空気供給ノズル３５の内周面との間には、空気供給管３６から供給された空気を空気供給ヘッダ２２へ導く断面形状がリング状である空気導入空間部３７が形成されている。この空気導入空間部３７は、支持架台３０の内周面と燃料排出ヘッダ２０の外周面との間に形成された空気供給流路４０の間隙部と空気供給口３４を介して連通している。従って、空気供給管３６から供給された空気は、空気導入空間部３７から、燃料排出ヘッダ２０の外周（底面及び側面）に形成された空気供給流路４０へ流入する。 The air supply port 34 and the air supply nozzle 35 are larger in diameter than the fuel discharge pipe 21. For this reason, between the outer peripheral surface of the fuel discharge pipe 21 and the inner peripheral surface of the air supply nozzle 35, an air introduction having a ring-shaped cross section for guiding the air supplied from the air supply pipe 36 to the air supply header 22. A space 37 is formed. The air introduction space portion 37 communicates with a gap portion of an air supply passage 40 formed between the inner peripheral surface of the support frame 30 and the outer peripheral surface of the fuel discharge header 20 via an air supply port 34. . Therefore, the air supplied from the air supply pipe 36 flows from the air introduction space portion 37 into the air supply passage 40 formed on the outer periphery (bottom surface and side surface) of the fuel discharge header 20.

また、空気供給流路４０は、支持架台３０における側壁３１の上端部に設けられる側壁鍔部３１ａにおいて、段差部３３の上面に上述した鍔部２０ａが設置されることから、空気供給流路４０から空気供給ヘッダ２２へ、すなわち、空気供給ヘッダ２２に空気を供給するため、側壁鍔部３１ａの段差部３３に設けた複数の空気流通孔（酸化剤流通流路）４１を備えている。この空気流通孔４１は、たとえば図４に示すように、平面視が略長方形の支持架台３０において、空気供給室２２の周囲に開口するように配置して設けられている。空気供給流路４０は、空気流通孔４１を介して発電室１７と連通しており、酸化剤が空気供給ヘッダ２０を経由して発電室１７に供給される。 In addition, the air supply channel 40 has the above-described flange portion 20a on the upper surface of the stepped portion 33 in the side wall flange portion 31a provided at the upper end portion of the side wall 31 of the support gantry 30, and thus the air supply channel 40 In order to supply air to the air supply header 22, that is, to the air supply header 22, a plurality of air flow holes (oxidant flow channels) 41 provided in the stepped portion 33 of the side wall flange 31 a are provided. For example, as shown in FIG. 4, the air circulation hole 41 is provided so as to open around the air supply chamber 22 in the support frame 30 having a substantially rectangular plan view. The air supply flow path 40 communicates with the power generation chamber 17 via the air circulation hole 41, and the oxidant is supplied to the power generation chamber 17 via the air supply header 20.

具体的に説明すると、空気流通孔４１は、対向する一対の長辺側に所定のピッチで多数設けられるとともに、対向する一対の短辺側に１箇所ずつ設けられているが、これに限定されることはない。但し、発電室１７に対して空気を均一に供給するには、空気供給室２２の内部において、空気流通孔４１が周囲に開口するよう設けられていればよく、より一層均一に供給するためには、長辺側に加えて短辺側にも設けることが望ましい。 Specifically, the air circulation holes 41 are provided at a predetermined pitch on the pair of opposed long sides and at one place on the pair of opposed short sides, but the present invention is not limited to this. Never happen. However, in order to supply air uniformly to the power generation chamber 17, it is sufficient that the air circulation holes 41 are provided in the air supply chamber 22 so as to open to the periphery. Is preferably provided on the short side in addition to the long side.

図示の空気流通孔４１は、段差部３３に設けた凹溝状のスリット４１ａと、鍔部２０ａの壁面とにより形成されている。この空気流通孔４１は、段差部３３の外周側までスリット４１ａを延在させてもよいし、あるいは、鍔部２０ａ側の切欠きと組み合わせたものでもよい。
なお、空気流通孔４１は、上述したスリット４１ａに限定されることはなく、たとえば側壁３１や鍔部２０ａを貫通するような孔を設け、空気流通流路４０と空気供給ヘッダ２２との間を連通させてもよい。 The illustrated air circulation hole 41 is formed by a groove-shaped slit 41a provided in the step portion 33 and a wall surface of the flange portion 20a. The air circulation hole 41 may extend the slit 41a to the outer peripheral side of the stepped portion 33, or may be combined with a notch on the flange portion 20a side.
The air circulation hole 41 is not limited to the above-described slit 41a. For example, a hole that penetrates the side wall 31 and the flange portion 20a is provided, and the space between the air circulation channel 40 and the air supply header 22 is provided. You may make it communicate.

上述したように、本実施形態の燃料電池１０は、セルチューブ１２の内側に燃料供給ヘッダ１８から燃料ガスを導入して燃料排出ヘッダ２０へ排出するとともに、空気供給ヘッダ２２から発電室１７内に空気を導入してセルチューブ１２の外側を空気排出ヘッダ２３へ向けて下方から上方へ流し、燃料ガスと酸化剤の空気とを電気化学的に反応させて発電する。そして、この燃料電池１０は、ケーシング１１の内部を上下方向に区画し、上から順に形成された燃料供給ヘッダ１８、空気排出ヘッダ２３、発電室１７、空気供給ヘッダ２２及び燃料排出ヘッダ２０を備えている。 As described above, the fuel cell 10 of the present embodiment introduces the fuel gas from the fuel supply header 18 into the cell tube 12 and discharges it to the fuel discharge header 20, and enters the power generation chamber 17 from the air supply header 22. Air is introduced to flow the outside of the cell tube 12 toward the air discharge header 23 from below to above, and the fuel gas and the oxidant air are reacted electrochemically to generate electricity. The fuel cell 10 includes a fuel supply header 18, an air discharge header 23, a power generation chamber 17, an air supply header 22, and a fuel discharge header 20 that are formed in order from the top by dividing the inside of the casing 11 in the vertical direction. ing.

セルチューブ１２は、ケーシング１１内で発電室１７を上下方向に貫通するように複数本設けられ、各セルチューブ１２の上端が燃料供給ヘッダ１８に開口するとともに、下端が燃料排出ヘッダ２０に開口している。
また、ケーシング１１の下端部は、燃料排出ヘッダ２０をケーシング１１の下面となる支持架台３０の凹部に収納設置した二重箱構造とされ、ケーシング１１と燃料排出ヘッダ２０との壁面間に空気供給流路４０となる間隙部が形成されている。この間隙部、すなわち空気供給流路４０の上端部と、燃料排出ヘッダ２０の上面とは、支持架台３０の内側縁部である段差部３３に設置した仕切部材の下管板１４により封止されている。この場合、空気供給流路４０の上端部を封止するのは、鍔部２０ａとして機能する下管板１４の外周部である。 A plurality of cell tubes 12 are provided in the casing 11 so as to penetrate the power generation chamber 17 in the vertical direction. The upper ends of the cell tubes 12 open to the fuel supply header 18, and the lower ends open to the fuel discharge header 20. ing.
Further, the lower end portion of the casing 11 has a double box structure in which the fuel discharge header 20 is housed and installed in a recess of the support frame 30 which is the lower surface of the casing 11, and an air supply flow is provided between the wall surface of the casing 11 and the fuel discharge header 20. A gap that becomes the path 40 is formed. This gap, that is, the upper end of the air supply flow path 40 and the upper surface of the fuel discharge header 20 are sealed by the lower tube plate 14 of the partition member installed at the stepped portion 33 that is the inner edge of the support frame 30. ing. In this case, the upper end portion of the air supply channel 40 is sealed on the outer peripheral portion of the lower tube plate 14 that functions as the flange portion 20a.

そして、空気供給流路４０と空気供給室２２との間は、適所に設けた複数の空気流通孔４１により連通されている。このため、酸化剤の空気は、ケーシング１１の下部から、すなわち、支持架台３０の底面３２から空気供給流路４０及び空気流通孔４１を介して空気供給室２２に供給される。
この空気は、下断熱体１６に形成された孔１６ａとセルチューブ１２との間を通って発電室１７に供給される。また、発電室１７で電気化学的な反応に使用された空気は、上断熱体１５に形成された孔１５ａとセルチューブ１２との間を通って発電室１７から空気排出ヘッダ２３に流出し、空気排出管２４を通ってケーシング１１の外部へ導かれる。 The air supply flow path 40 and the air supply chamber 22 are communicated with each other through a plurality of air circulation holes 41 provided at appropriate positions. For this reason, the oxidant air is supplied from the lower part of the casing 11, that is, from the bottom surface 32 of the support frame 30 to the air supply chamber 22 through the air supply flow path 40 and the air circulation hole 41.
This air is supplied to the power generation chamber 17 through the space between the hole 16 a formed in the lower heat insulator 16 and the cell tube 12. In addition, the air used for the electrochemical reaction in the power generation chamber 17 flows between the hole 15a formed in the upper heat insulator 15 and the cell tube 12 from the power generation chamber 17 to the air discharge header 23, It is guided to the outside of the casing 11 through the air discharge pipe 24.

一方、燃料供給管１９から燃料供給ヘッダ１８に導入された燃料ガスは、セルチューブ１２を通って燃料排出ヘッダ２０内に流出する。この燃料ガスは、発電室１７を通過する際に空気と電気化学的に反応して発電する。
燃料排出室２０に流出した燃料ガスは、支持架台３０の底面３２を貫通する管路の燃料排出管２１を通り、ケーシング１１の下部から、すなわち、支持架台３０の底面３２からケーシング１１の外部へ排出される。 On the other hand, the fuel gas introduced into the fuel supply header 18 from the fuel supply pipe 19 flows out into the fuel discharge header 20 through the cell tube 12. When this fuel gas passes through the power generation chamber 17, it reacts electrochemically with air to generate electricity.
The fuel gas that has flowed out into the fuel discharge chamber 20 passes through the fuel discharge pipe 21 of the pipe line that penetrates the bottom surface 32 of the support frame 30, and from the bottom of the casing 11, that is, from the bottom surface 32 of the support frame 30 to the outside of the casing 11. Discharged.

このように、ケーシング１１の下端部が二重箱構造とされ、燃料排出室２０をケーシング１１の下面となる支持架台３０の凹部に収納設置して壁面間に空気供給流路４０を形成し、空気が空気供給流路４０及び空気流通孔４１を通ってケーシング１１の下部底面側から空気供給ヘッダ２２に供給され、かつ、燃料排出ヘッダ２０の燃料ガスについても、支持架台３０の底面３２を貫通する燃料排出管２１によってケーシング１１の下部底面側から排出するので、ケーシング１１の側面には、空気供給に必要な配管類や燃料ガス排出に必要な配管類の設置スペースが不要となる。 In this way, the lower end portion of the casing 11 has a double box structure, and the fuel discharge chamber 20 is housed and installed in the concave portion of the support frame 30 which is the lower surface of the casing 11 to form the air supply passage 40 between the wall surfaces. Is supplied to the air supply header 22 from the lower bottom surface side of the casing 11 through the air supply passage 40 and the air circulation hole 41, and the fuel gas of the fuel discharge header 20 also penetrates the bottom surface 32 of the support frame 30. Since the fuel discharge pipe 21 discharges from the lower bottom surface side of the casing 11, installation space for piping necessary for air supply and piping necessary for fuel gas discharge becomes unnecessary on the side surface of the casing 11.

すなわち、燃料電池１０の底面側は、燃料排出ヘッダ２０や図示しない集電子の設置スペースを必要とするが、上述した二重箱構造の採用によって、燃料排出ヘッダ２０や集電子の設置に支障をきたすことなく、発電室１７へ空気を供給する空気流路の空気供給流路４０及び空気流通孔４１を設けることが可能になる。
この結果、平面視が長方形の長辺側を隣接させて複数配置される燃料電池１０は、互いの間隔を狭めることで設置スペースを低減でき、結果として、ＳＯＦＣ全体を小型化できる。 That is, the bottom surface side of the fuel cell 10 requires the installation space for the fuel discharge header 20 and the current collector (not shown). However, the adoption of the double box structure described above hinders the installation of the fuel discharge header 20 and the current collector. Without any problem, it is possible to provide the air supply passage 40 and the air circulation hole 41 of the air passage for supplying air to the power generation chamber 17.
As a result, the plurality of fuel cells 10 that are arranged with the long side of the rectangular shape in plan view adjacent to each other can reduce the installation space by narrowing the interval between them, and as a result, the entire SOFC can be reduced in size.

上述した空気流通孔４１は、空気供給ヘッダ２２の内部において、周囲に設けられていることが好ましい。すなわち、空気流通孔４１は、空気供給ヘッダ２２の空間を形成する内壁面下方に複数を配置し、換言すれば、空気供給ヘッダ２２の下面を形成している下管板１４の外周部に開口させて複数を配置し、空気供給ヘッダ２２から発電室１７へ空気を略均一に供給することが望ましい。
具体的には、平面視が略長方形となる空気供給ヘッダ２２の両長辺側に等ピッチで多数の空気流通孔４１を配置すればよいが、両長辺側に加えて短辺側にも設けることが好ましい。この場合、両短辺側については、それぞれ１個の空気流通孔４１を中央部付近に設ければよく、これにより、発電室１７内に対して空気をより一層均一に供給することができる。 The air circulation holes 41 described above are preferably provided around the inside of the air supply header 22. That is, a plurality of air circulation holes 41 are arranged below the inner wall surface forming the space of the air supply header 22, in other words, open to the outer peripheral portion of the lower tube plate 14 forming the lower surface of the air supply header 22. It is desirable to arrange a plurality of air and supply air from the air supply header 22 to the power generation chamber 17 substantially uniformly.
Specifically, a large number of air circulation holes 41 may be arranged at equal pitches on both long sides of the air supply header 22 that is substantially rectangular in plan view, but also on the short sides in addition to both long sides. It is preferable to provide it. In this case, it is only necessary to provide one air circulation hole 41 in the vicinity of the central portion on both short sides, whereby air can be supplied more uniformly into the power generation chamber 17.

以下では、空気流通孔４１の配置（数）と流量偏差との関係について、図６から図８を参照して説明する。この場合の流量偏差は、図８に示すような下部構造のシミュレーションモデル（燃料電池１０の１／４モデル）を用い、長辺側及び短辺側の空気流通孔４１となるスリット４１ａの開口位置を変化させたケース１〜１０について、発電室１７内のセルチューブ１２毎に空気の質量流量を算出し、最大及び最小の流量偏差を求めたものである。 Below, the relationship between arrangement | positioning (number) of the air circulation hole 41 and flow volume deviation is demonstrated with reference to FIGS. The flow rate deviation in this case uses the simulation model of the lower structure as shown in FIG. 8 (1/4 model of the fuel cell 10), and the opening position of the slit 41a that becomes the air circulation holes 41 on the long side and the short side. For cases 1 to 10 in which the values are changed, the mass flow rate of air is calculated for each cell tube 12 in the power generation chamber 17, and the maximum and minimum flow rate deviations are obtained.

図８に示すシミュレーションモデル（１／４モデル）には、長辺側１６本／短辺側４．５本のセルチューブ１２が配列され、かつ、長辺側２０個／短辺側４個のスリット４１ａが設けられている。なお、図中の符号２５，２６は、集電棒を通す穴である。
シミュレーションにおける空気流入条件は、圧力０．３３Ｍｐａ、流量０．００５２Ｋｇ／ｓ、温度５００℃と設定し、図６に示すケース１〜１０について計算した結果が図７に示されている。 In the simulation model (1/4 model) shown in FIG. 8, cell tubes 12 having 16 long sides / 4.5 short sides are arranged, and 20 long sides / 4 short sides are arranged. A slit 41a is provided. In addition, the codes | symbols 25 and 26 in a figure are the holes which let a current collecting rod pass.
The air inflow conditions in the simulation are set such that the pressure is 0.33 Mpa, the flow rate is 0.0052 Kg / s, and the temperature is 500 ° C. The results calculated for cases 1 to 10 shown in FIG. 6 are shown in FIG.

この計算結果によれば、全周（長辺側及び短辺側に設けた全てのスリット４１ａ）から空気を供給するケース１の場合、最大偏差１２０．８％／最小偏差９１．８％となる。これに対し、ケース８では、最大偏差１０８．４％／最小偏差９５．２％、流量偏差が−４．８〜８．４％となり、ケース１と比較すれば偏差の小さい均一な空気供給がなされていることになる。また、ケース１０においても、最大偏差１０９．４％／最小偏差９５．８％、すなわち流量偏差が−４．２％〜９．４％となり、略同様に偏差の小さい均一な空気供給がなされていることになる。 According to this calculation result, in case 1 in which air is supplied from the entire circumference (all slits 41a provided on the long side and the short side), the maximum deviation is 120.8% and the minimum deviation is 91.8%. . In contrast, in case 8, the maximum deviation is 108.4% / minimum deviation is 95.2%, and the flow deviation is -4.8 to 8.4%. Will be done. Also in case 10, the maximum deviation is 109.4% / minimum deviation is 95.8%, that is, the flow rate deviation is -4.2% to 9.4%. Will be.

ケース８で空気を供給するスリット４１ａは、長辺側の全て及び短辺側の１個（短辺方向スリット番号１）であり、従って、実機の燃料電池１０においては、両長辺の全てにスリット４１ａを配設するとともに、両短辺の中央部に各々２個のスリット４１ａを設けたものとなる。 The slits 41a for supplying air in the case 8 are all on the long side and one on the short side (short side direction slit number 1). Therefore, in the actual fuel cell 10, all of the long sides are provided. The slit 41a is provided, and two slits 41a are provided at the center of both short sides.

また、ケース１０で空気を供給するスリット４１ａは、長辺側の全て及び短辺側の０．５個（短辺方向スリット番号１）であり、従って、実機の燃料電池１０においては、上述した実施形態で説明したように、両長辺の全てにスリット４１ａを配設するとともに、両短辺の中央部に各々１個のスリット４１ａを設けたものとなる。
なお、この計算結果によれば、長辺側に設けた全てのスリット４１ａから空気を供給する場合において、ケース８やケース１０は、短辺側からの空気供給がないケース２と比較して良好な結果を示しており、従って、短辺側のスリット４１ａが均一化に有効であることが分かる。 In addition, the slits 41a for supplying air in the case 10 are all on the long side and 0.5 on the short side (short side direction slit number 1). As described in the embodiment, the slits 41a are provided on all the long sides, and one slit 41a is provided at the center of both short sides.
According to this calculation result, when air is supplied from all the slits 41a provided on the long side, the case 8 and the case 10 are better than the case 2 in which no air is supplied from the short side. Therefore, it can be seen that the slits 41a on the short side are effective for uniformization.

このように、上述したケース８やケース１０のようなスリット４１ａの配置とすれば、セルチューブ１２への空気供給において、発電室１７へ供給する空気の均一化により空気極の損傷やセルチューブ間の温度偏りを防ぐことができる。
また、上述した燃料電池１０の下部を二重箱構造にしたので、大きなスペースを確保しなくてもケーシング１１の下部から空気を供給できるようになり、この結果、レイノルズ数を約３０００以下（Ｒｅ≦３０００）の値にして流れの乱れを防止した整流化が可能となる。 As described above, when the slit 41a is arranged as in the case 8 and the case 10, the air supply to the cell tube 12 is uniformed in the air supplied to the power generation chamber 17, and the air electrode is damaged or the space between the cell tubes. Temperature deviation can be prevented.
Further, since the lower part of the fuel cell 10 has a double box structure, air can be supplied from the lower part of the casing 11 without securing a large space. As a result, the Reynolds number is about 3000 or less (Re ≦ ≤ 3000), the flow can be rectified while preventing flow disturbance.

そして、上述した燃料電池１０においては、燃料排出ヘッダ２０をケーシング１１の下面となる支持架台３０の凹部に収納設置して壁面間に空気供給流路４０を形成する二重箱構造とし、さらに上述した空気流通孔４１を設けて、空気をケーシング１１の下部から空気供給流路４０及び空気流通孔４１を介して空気供給ヘッダ２２に供給するとともに、燃料排出ヘッダ２０の燃料ガスを、支持架台３０を貫通する燃料排出管２１によってケーシング１１の下部から排出する空気（酸化剤）供給方法が可能になる。
このため、空気供給管３６や燃料排出管２１をケーシング１１の側面からなくすことができ、従って、隣接する燃料電池１０の間隔を狭めることで設置スペースを低減できる。 And in the fuel cell 10 mentioned above, it is set as the double box structure which accommodates and installs the fuel discharge header 20 in the recessed part of the support stand 30 used as the lower surface of the casing 11, and forms the air supply flow path 40 between wall surfaces. An air circulation hole 41 is provided, and air is supplied from the lower part of the casing 11 to the air supply header 22 through the air supply passage 40 and the air circulation hole 41, and the fuel gas of the fuel discharge header 20 is supplied to the support frame 30. An air (oxidant) supply method for discharging from the lower part of the casing 11 is enabled by the fuel discharge pipe 21 penetrating therethrough.
For this reason, the air supply pipe 36 and the fuel discharge pipe 21 can be eliminated from the side surface of the casing 11, and therefore the installation space can be reduced by narrowing the interval between the adjacent fuel cells 10.

このように、上述した本実施形態によれば、空気配管等の複雑なマニホールドが不要となり、組立時の精度管理も容易になるとともに、燃料電池１０の設置スペースを低減してＳＯＦＣを小型化することができる。
また、発電室１７内に対して空気を均一に供給できるので、空気極の損傷を防止または抑制して信頼性や耐久性を向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。 As described above, according to the above-described embodiment, a complicated manifold such as an air pipe is not necessary, accuracy management at the time of assembly is facilitated, and the installation space of the fuel cell 10 is reduced, thereby reducing the size of the SOFC. be able to.
Moreover, since air can be uniformly supplied into the power generation chamber 17, damage to the air electrode can be prevented or suppressed, and reliability and durability can be improved.
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably.

１０燃料電池（燃料電池モジュール）
１１ケーシング（容器）
１２セルチューブ（燃料電池セル筒、発電セル）
１３上管板（仕切部材）
１４下管板（仕切部材）
１５上断熱体
１６下断熱体
１７発電室
１８燃料供給ヘッダ（燃料供給室）
２０燃料排出ヘッダ（燃料排出室、第一空間）
２０ａ鍔部
２１燃料排出管
２２空気供給ヘッダ（空気供給室）
２３空気排出ヘッダ（空気排出室）
３０支持架台
３１側壁
３１ａ側壁鍔部
３２底面
３３段差部
４０空気供給流路（間隙部、第二空間）
４１空気流通孔（酸化剤流通流路）
４１ａスリット
10 Fuel cell (fuel cell module)
11 Casing (container)
12 Cell tube (fuel cell cylinder, power generation cell)
13 Upper tube sheet (partition member)
14 Lower tube plate (partition member)
15 Upper insulator 16 Lower insulator 17 Power generation chamber 18 Fuel supply header (fuel supply chamber)
20 Fuel discharge header (fuel discharge chamber, first space)
20a collar 21 fuel discharge pipe 22 air supply header (air supply chamber)
23 Air exhaust header (air exhaust chamber)
30 Support frame 31 Side wall 31a Side wall flange 32 Bottom surface 33 Stepped part 40 Air supply flow path (gap part, second space)
41 Air flow hole (oxidant flow channel)
41a slit

Claims

A plurality of power generation cells, and a partition member for fixing one ends of the plurality of power generation cells, and a gas flow path portion communicating with the power chamber through the specification switching member, first provided in the gas flow path portion A fuel cell comprising a first space and a second space,
It said first space surrounded by one surface and the other surface and the side surface is in communication with the interior of the power generation cell at the one surface side, wherein at the other face and the side face the second space and the metal member A fuel cell, characterized by being adjacent to each other.

The second space communicates with the power generation chamber through a plurality of flow holes,
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the flow hole includes a slit provided on at least one side of the side wall flange of the second space.

The fuel cell according to claim 2, wherein the slit is provided on a long side and a short side of the side wall flange.

Fuel gas is introduced from the fuel supply chamber to the inside of the fuel cell cylinder and discharged to the fuel discharge chamber, and oxidant is introduced from the oxidant supply chamber to the power generation chamber to discharge the outside of the fuel cell cylinder to the oxidizer. A fuel cell oxidant supply method for generating electricity by causing an electric reaction between the fuel gas and the oxidant by flowing from the bottom toward the chamber upward,
The inside of the container is partitioned in the vertical direction to form the fuel supply chamber, the oxidant discharge chamber, the power generation chamber, the oxidant supply chamber, and the fuel discharge chamber in order from the top,
A plurality of the fuel cell cylinders that vertically penetrate the power generation chamber in the container, with an upper end opened in the fuel supply chamber and a lower end opened in the fuel discharge chamber,
The fuel discharge chamber is housed and installed in a recess of a support frame which is the lower surface of the container to form a double box structure in which a gap is formed between the wall surfaces, and a partition member is installed at an inner edge of the support frame and the gap And an upper surface of the fuel discharge chamber, and an oxidant flow channel for communicating between the gap and the oxidant supply chamber,
The oxidant is supplied from the lower part of the container to the oxidant supply chamber through the gap, and the fuel gas in the fuel discharge chamber is discharged from the lower part of the container by a pipe line penetrating the support frame. A method for supplying an oxidant to a fuel cell.