JP6228204B2 - Fuel cell device - Google Patents

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Description

本発明は、燃料と酸化剤とを用いて発電するセルスタックの外側に、断熱材を備えた燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell device provided with a heat insulating material outside a cell stack that generates power using fuel and an oxidant.

燃料電池装置として、例えば特許文献1に示すような固体酸化物形燃料電池装置(SOFC装置)がある。この装置では、水素含有燃料と酸化剤とを反応させて発電するセルスタックを筐体で取り囲んでいる。そして、該装置の内部で余剰の水素含有燃料(オフガス)を燃焼させ、その燃焼排ガスを触媒で浄化した後、装置の外部に放出している。   As a fuel cell device, for example, there is a solid oxide fuel cell device (SOFC device) as shown in Patent Document 1. In this apparatus, a cell stack that generates electricity by reacting a hydrogen-containing fuel and an oxidant is surrounded by a casing. Then, surplus hydrogen-containing fuel (off gas) is combusted inside the apparatus, and the combustion exhaust gas is purified by a catalyst, and then released to the outside of the apparatus.

また、セルスタックの外側に、筐体から外部への放熱を抑制するため、断熱材が配設されている。これにより、オフガスの燃焼によって加熱されたセルスタック及びセルスタックに供給される酸化剤を高温に維持して発電効率を高めることができる。また、原燃料を改質器により改質した水素富化ガスをセルスタックに供給する形態として、改質器を筐体内に配設する構成が知られている。この場合は、改質器を高温に維持することによって改質反応を効率的に維持することができる。   Further, a heat insulating material is disposed outside the cell stack in order to suppress heat radiation from the housing to the outside. As a result, the cell stack heated by the combustion of off-gas and the oxidant supplied to the cell stack can be maintained at a high temperature to increase power generation efficiency. In addition, a configuration in which a reformer is disposed in a casing is known as a form in which hydrogen-enriched gas obtained by reforming raw fuel with a reformer is supplied to a cell stack. In this case, the reforming reaction can be efficiently maintained by maintaining the reformer at a high temperature.

日本国公開特許公報:特開2011−222136号Japanese Patent Publication: JP 2011-222136 A

ところで、特許文献1のように断熱材を備えた燃料電池装置では、セルスタックの下部(台座)を下部断熱材の上に支持する構造が一般的である。しかしながら、かかる構造では、下部断熱材の寸法誤差が大きいと、セルスタックに直接または改質器等を介して連結される燃料供給配管と、該燃料供給配管を貫通させる筐体の孔との高さにずれが生じて、組付けが困難となる。かかる事態を抑制するため、断熱材には、高い寸法精度を要求され、加工コストが増大する。また断熱材を高精度で加工したとしても、運搬時の振動、摩擦等により断熱材が損傷し、寸法精度を維持しにくくなる可能性がある。この結果、断熱材自体や燃料電池システムの出荷時の梱包および輸送コストが増大する。   By the way, in the fuel cell apparatus provided with the heat insulating material as in Patent Document 1, a structure in which the lower part (pedestal) of the cell stack is supported on the lower heat insulating material is common. However, in such a structure, if the dimensional error of the lower heat insulating material is large, the height of the fuel supply pipe connected to the cell stack directly or via a reformer and the hole of the housing that penetrates the fuel supply pipe is high. Deviation occurs, making assembly difficult. In order to suppress such a situation, the heat insulating material is required to have high dimensional accuracy, and the processing cost increases. Even if the heat insulating material is processed with high accuracy, the heat insulating material may be damaged by vibration, friction, etc. during transportation, and it may be difficult to maintain the dimensional accuracy. As a result, the packaging and transportation costs at the time of shipment of the heat insulating material itself and the fuel cell system increase.

また、断熱材が配置される燃料電池装置の内部は、高温の水素富化ガス、酸化剤、および排ガス等が、水分を含んだ状態で流通する。そのため、燃料電池装置が停止すると、該装置の内部温度の低下に伴い、結露が発生する場合がある。断熱材の種類によっては、水分が断熱材に付着することにより、断熱材が劣化し、寸法精度を維持しにくくなる可能性がある。これらの寸法精度の低下により、メンテナンス時において組付けの困難性が顕著となる。また、組付け後には、燃料供給配管の支持部に応力が加わり耐久性が問題となる。以上のような課題を解決するため、断熱性、加工性、耐水性、およびコスト性が満たされる断熱材を選択することは容易ではない。   In addition, high-temperature hydrogen-enriched gas, oxidant, exhaust gas, and the like circulate in a moisture-containing state inside the fuel cell device in which the heat insulating material is disposed. Therefore, when the fuel cell device is stopped, condensation may occur as the internal temperature of the device decreases. Depending on the type of the heat insulating material, moisture adheres to the heat insulating material, which may deteriorate the heat insulating material and make it difficult to maintain dimensional accuracy. Due to the decrease in dimensional accuracy, the difficulty of assembly becomes significant during maintenance. In addition, after assembly, stress is applied to the support portion of the fuel supply pipe, and durability becomes a problem. In order to solve the problems as described above, it is not easy to select a heat insulating material that satisfies heat insulation, workability, water resistance, and cost.

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、セルスタック及びセルスタックに連結する部材の取付精度を高めて、燃料供給配管等の組付け性、耐久性、点火ヒータやイグナイタ等の点火装置によるオフガス点火性能等を確保でき、かつ高い断熱性能を得られるようにした燃料電池装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and improves the mounting accuracy of the cell stack and the members connected to the cell stack, assembling property such as fuel supply piping, durability, ignition heater, An object of the present invention is to provide a fuel cell device that can ensure off-gas ignition performance and the like by an ignition device such as an igniter and that can obtain high heat insulation performance.

上記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池装置は、
複数の燃料電池セルが台座に支持されたセルスタックと、
前記セルスタックを内包し、上部が開放したチャンネル形状のスタック保持金具と、
前記セルスタック及び前記スタック保持金具を収納し、前記セルスタックの上方に、原燃料を改質して前記セルスタックへ水素富化ガスを供給する改質器を内包する筐体と、
前記スタック保持金具の外側と前記筐体の内側との間に配設される断熱材と、
を備え、
前記スタック保持金具は、
前記筐体又は前記筐体との連結体に支持され、前記燃料電池セルと接触しないように、前記スタック保持金具の内側底壁で前記台座を保持するとともに、前記改質器を支持する改質器支持部を有し、
前記改質器側に取り付けられた係合部材と、前記スタック保持金具側に取り付けられた係合部材とを、これら係合部材相互が摺動自由に係合して前記改質器を支持することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a fuel cell device according to the present invention comprises:
A cell stack in which a plurality of fuel cells are supported by a pedestal;
A channel-shaped stack holding metal fitting that encloses the cell stack and is open at the top;
A housing containing a reformer that houses the cell stack and the stack holding fitting, and reforms raw fuel to supply a hydrogen-enriched gas to the cell stack above the cell stack ;
A heat insulating material disposed between the outside of the stack holding metal fitting and the inside of the housing;
With
The stack holding bracket is
The reformer that is supported by the casing or a connected body with the casing and holds the pedestal on the inner bottom wall of the stack holding metal fitting and supports the reformer so as not to contact the fuel cell. Having a vessel support,
The engaging member attached to the reformer side and the engaging member attached to the stack holding bracket side are slidably engaged with each other to support the reformer. It is characterized by that.

本発明の態様に従えば、セルスタックがスタック保持金具に支持され、該スタック保持金具が筐体又は該筐体との連結体に支持される構造とされる。このため、セルスタック及びセルスタックに連結する部材の筐体内での位置精度を維持できる。これにより、セルスタックに連結する燃料供給配管等の部材の組付け性が向上する。また、セルスタックの高さ方向の取付位置の精度が向上する。このため、点火ヒータやイグナイタ等の点火装置によるオフガス点火性能等を維持することができる。
また、スタック保持金具が断熱材とセルスタックとの間に配設されることにより、断熱材を保護でき、結露等による劣化を抑制できる。このため、断熱材の選択の自由度を高めることができる。
また、スタック保持金具は、セルスタックの燃料電池セルとは間隔を開けて配設されるので、表面への絶縁処理等も不要である。
According to the aspect of the present invention, the cell stack is supported by the stack holding metal fitting, and the stack holding metal fitting is supported by the casing or a connecting body with the casing. For this reason, the positional accuracy in the housing | casing of the member connected to a cell stack and a cell stack is maintainable. Thereby, the assembly property of members, such as fuel supply piping connected with a cell stack, improves. Further, the accuracy of the mounting position in the height direction of the cell stack is improved. For this reason, the off-gas ignition performance etc. by ignition devices, such as an ignition heater and an igniter, can be maintained.
In addition, since the stack holding metal fitting is disposed between the heat insulating material and the cell stack, the heat insulating material can be protected, and deterioration due to condensation or the like can be suppressed. For this reason, the freedom degree of selection of a heat insulating material can be raised.
Further, since the stack holding metal fitting is disposed at a distance from the fuel cell of the cell stack, an insulation treatment or the like on the surface is unnecessary.

本発明の第1実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す縦断面図(図2のZ−Z断面図)である。It is a longitudinal cross-sectional view (ZZ sectional drawing of FIG. 2) which shows the basic structure of the principal part of the solid oxide fuel cell apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1のX−X断面図である。It is XX sectional drawing of FIG. 図1のY−Y断面図である。It is YY sectional drawing of FIG. 第1実施形態の基本構造の応用形態を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the application form of the basic structure of 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示し、(A)は縦断面図、(B)は(A)のE−E断面図である。The basic structure of the principal part of the solid oxide fuel cell apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention is shown, (A) is a longitudinal cross-sectional view, (B) is EE sectional drawing of (A). 本発明の第2実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the basic structure of the principal part of the solid oxide fuel cell apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態の基本構造の応用形態を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the application form of the basic structure of 2nd Embodiment. 本発明の第3実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the basic structure of the principal part of the solid oxide fuel cell apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the basic structure of the principal part of the solid oxide fuel cell apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 第4実施形態のスタック保持金具を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the stack holding | maintenance metal fitting of 4th Embodiment. 第4実施形態の筐体を示す平面図である。It is a top view which shows the housing | casing of 4th Embodiment. 第4実施形態の応用形態に係るスタック保持金具を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the stack | holding metal fitting which concerns on the application form of 4th Embodiment. 本発明の第5実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the basic structure of the principal part of the solid oxide fuel cell apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the basic structure of the principal part of the solid oxide fuel cell apparatus which concerns on 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the basic structure of the principal part of the solid oxide fuel cell apparatus which concerns on 7th Embodiment of this invention. 第7実施形態の容器状のスタック保持金具を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the container-shaped stack holding | maintenance metal fitting of 7th Embodiment. 本発明の第8実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the basic structure of the principal part of the solid oxide fuel cell apparatus which concerns on 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す図1とは直角方向の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the direction orthogonal to FIG. 1 which shows the basic structure of the principal part of the solid oxide fuel cell apparatus which concerns on 9th Embodiment of this invention.

<第1実施形態>
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して、詳細に説明する。図1〜図3は、本発明の第1実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す。本装置の要部を取り囲む筐体1の内部には、水素含有燃料と酸化剤とを用いて発電するセルスタック11、オフガス燃焼部12、改質器13、酸化剤供給通路14及び排ガス通路15とを備える。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 3 show the basic structure of the main part of the solid oxide fuel cell device according to the first embodiment of the present invention. Inside the housing 1 surrounding the main part of the apparatus, there are a cell stack 11 that generates power using a hydrogen-containing fuel and an oxidant, an off-gas combustion unit 12, a reformer 13, an oxidant supply passage 14, and an exhaust gas passage 15. With.

セルスタック11は、複数の固体酸化物形燃料電池(燃料電池セル11a)が直列および/または並列に接続され、台座に支持された組立体である。燃料電池セル11aは、固体酸化物からなる電解質の両面にアノード(燃料極)及びカソード(酸化剤極)を積層して構成されている。燃料電池セル11aの形状及び配列は任意に選択できるため、図中のセルスタックは、それらを省略して概略的に示したものである。本実施形態では、燃料電池セル11aを支持する台座として機能するマニホールド部11bを例示する。マニホールド部11b内には、改質器13から水素富化ガス供給管19を介して水素富化ガス燃料が供給される。該水素富化ガス燃料は、マニホールド部11bに形成された孔から各燃料電池セル11aのアノードに供給される。   The cell stack 11 is an assembly in which a plurality of solid oxide fuel cells (fuel cell 11a) are connected in series and / or in parallel and supported by a pedestal. The fuel battery cell 11a is configured by laminating an anode (fuel electrode) and a cathode (oxidant electrode) on both surfaces of an electrolyte made of a solid oxide. Since the shape and arrangement of the fuel battery cells 11a can be arbitrarily selected, the cell stack in the figure is schematically shown by omitting them. In this embodiment, the manifold part 11b which functions as a base which supports the fuel cell 11a is illustrated. Hydrogen-enriched gas fuel is supplied from the reformer 13 through the hydrogen-enriched gas supply pipe 19 into the manifold portion 11b. The hydrogen-enriched gas fuel is supplied to the anode of each fuel cell 11a through a hole formed in the manifold portion 11b.

改質器13は、水素含有燃料を改質してセルスタック11のアノード(燃料極)に水素富化ガスを供給する。酸化剤供給通路14は、セルスタック11のカソード(酸化剤極)に酸化剤を供給する。オフガス燃焼部12は、セルスタック11で発電に寄与しなかったオフガス(余剰の水素含有燃料および余剰の酸化剤)を燃焼させて改質器13を高温状態とする。排ガス通路15は、オフガスの燃焼排ガスを外部に排出する。また、セルスタック11と排ガス通路15との間には、筐体1から外部への放熱を抑制する断熱材16が配設される。   The reformer 13 reforms the hydrogen-containing fuel and supplies the hydrogen-enriched gas to the anode (fuel electrode) of the cell stack 11. The oxidant supply passage 14 supplies an oxidant to the cathode (oxidant electrode) of the cell stack 11. The off-gas combustion unit 12 burns off-gas (excess hydrogen-containing fuel and excess oxidant) that did not contribute to power generation in the cell stack 11 to bring the reformer 13 into a high temperature state. The exhaust gas passage 15 discharges off-gas combustion exhaust gas to the outside. A heat insulating material 16 that suppresses heat radiation from the housing 1 to the outside is disposed between the cell stack 11 and the exhaust gas passage 15.

筐体1の外部から燃料供給配管18を介して改質器13に供給される水素含有燃料(原燃料)としては、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料としては、分子中に炭素と水素とを含む化合物(酸素等、他の元素を含んでいてもよい)若しくはそれらの混合物が用いられ、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。   As the hydrogen-containing fuel (raw fuel) supplied from the outside of the housing 1 to the reformer 13 via the fuel supply pipe 18, for example, a hydrocarbon fuel is used. As the hydrocarbon fuel, a compound containing carbon and hydrogen in its molecule (which may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof is used. For example, hydrocarbons, alcohols, ethers And biofuels. Specific examples of hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, town gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil. Examples of alcohols include methanol and ethanol. Examples of ethers include dimethyl ether. Examples of biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet.

改質器13での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他の改質方式を採用できる。水蒸気改質を用いる場合は、改質器13内(又は改質器13とは別)に水気化部を設ける。該水気化部は、筐体1外部から供給される水を加熱し気化させることによって水蒸気を生成する。なお、改質器13は筐体1内部に備えなくてもよい。例えば、筐体1外部に改質器を備え、改質済みの燃料を燃料供給配管からセルスタックに供給する形態がある。または、改質を必要としない水素リッチガスを燃料供給配管からセルスタックに供給する形態がある。あるいは、改質器に代えて、燃料供給配管とセルスタックの間に、脱水素反応部および脱水素反応部から脱水素化物を排出する脱水素化物排出管を備えた形態がある。この形態では、燃料供給配管から脱水素反応部に水素を吸蔵した有機ハイドライドを供給し、脱水素反応によって生成した水素リッチガスをセルスタックに供給する。   The reforming method in the reformer 13 is not particularly limited, and for example, steam reforming, partial oxidation reforming, autothermal reforming, and other reforming methods can be employed. When steam reforming is used, a water vaporization unit is provided in the reformer 13 (or separately from the reformer 13). The water vaporization unit generates water vapor by heating and vaporizing water supplied from the outside of the housing 1. The reformer 13 may not be provided inside the housing 1. For example, there is a form in which a reformer is provided outside the housing 1 and reformed fuel is supplied to the cell stack from a fuel supply pipe. Alternatively, there is a form in which hydrogen-rich gas that does not require reforming is supplied from the fuel supply pipe to the cell stack. Alternatively, instead of the reformer, there is a form in which a dehydrogenation discharge pipe for discharging the dehydrogenation product from the dehydrogenation reaction unit and the dehydrogenation reaction unit is provided between the fuel supply pipe and the cell stack. In this embodiment, organic hydride storing hydrogen is supplied from the fuel supply pipe to the dehydrogenation reaction section, and hydrogen-rich gas generated by the dehydrogenation reaction is supplied to the cell stack.

酸化剤供給通路14は、筐体1の頂壁から複数の燃料電池セル11a間の隙間に下方に延伸して配置される。通路壁部材14aは、上端開口部が筐体1(又は筐体1への連結体)の頂壁に連結され、通路壁部材14aの下部には、流出孔14bが形成されている。そして、筐体1外部から通路壁部材14aの内部(酸化剤供給通路14)に酸化剤を導入し、流出孔14bから筐体1内部に酸化剤を流出させる。流出した酸化剤は、各セルスタック11のカソード(酸化剤極)に供給される。酸化剤供給通路14の形状は、例えば、一端が通路壁部材14aの上端開口部に連通し、他端に酸化剤を流出させる流出孔14bを備えた円筒状とすることができる。あるいは、酸化剤供給通路14は、内部が空洞である扁平直方体状であってもよい。扁平直方体状の酸化剤供給通路14は、燃料電池セル11aに接触しないように該複数のセル11a間の隙間に挿入され、上端が通路壁部材14aの上端開口部に連通し、下端に流出孔14bを備える。流出孔14bは、セルスタック11の形状に応じて任意の位置に任意の数だけ備える。なお、酸化剤供給通路14は、セルスタックの形状に応じて、1つの筐体1内に複数備えてもよい。   The oxidant supply passage 14 extends downward from the top wall of the housing 1 into the gaps between the plurality of fuel cells 11a. The passage wall member 14a has an upper end opening connected to the top wall of the housing 1 (or a connecting body to the housing 1), and an outflow hole 14b is formed in the lower portion of the passage wall member 14a. Then, an oxidant is introduced from the outside of the housing 1 into the passage wall member 14a (oxidant supply passage 14), and the oxidant is caused to flow into the housing 1 from the outflow hole 14b. The oxidant that has flowed out is supplied to the cathode (oxidant electrode) of each cell stack 11. The shape of the oxidant supply passage 14 may be, for example, a cylindrical shape having one end communicating with the upper end opening of the passage wall member 14a and the other end having an outflow hole 14b through which the oxidant flows out. Alternatively, the oxidant supply passage 14 may have a flat rectangular parallelepiped shape having a hollow inside. The flat rectangular parallelepiped oxidant supply passage 14 is inserted into a gap between the plurality of cells 11a so as not to contact the fuel cell 11a, the upper end communicates with the upper end opening of the passage wall member 14a, and the lower end has an outflow hole. 14b. The outflow holes 14 b are provided in an arbitrary number at arbitrary positions according to the shape of the cell stack 11. Note that a plurality of oxidant supply passages 14 may be provided in one housing 1 according to the shape of the cell stack.

排ガス通路15は、筐体1の内壁と、該内壁に間隙を隔てて配設される隔壁15aとの間に形成される。隔壁15aは、筐体1に連結されている。オフガス燃焼部12で燃焼した燃焼ガスの排ガスは、排ガス通路15上端の排ガス導入口から排ガス通路15内に導入される。次いで、排ガスは、筐体1の底壁中央部に連結された排出通路17から排出され、図示しない触媒、熱交換部により浄化、熱交換した後、外部へ放出される。   The exhaust gas passage 15 is formed between the inner wall of the housing 1 and a partition wall 15a disposed on the inner wall with a gap. The partition wall 15 a is connected to the housing 1. The exhaust gas of the combustion gas burned in the off-gas combustion unit 12 is introduced into the exhaust gas passage 15 from the exhaust gas inlet at the upper end of the exhaust gas passage 15. Next, the exhaust gas is discharged from a discharge passage 17 connected to the central portion of the bottom wall of the casing 1, purified and heat-exchanged by a catalyst and heat exchange unit (not shown), and then discharged to the outside.

筐体1は、上記排ガス隔壁15aとセルスタック11との間に、略チャンネル形状のスタック保持金具21を備える。スタック保持金具21は、隔壁15aとの間にセルスタック11を高温に維持するための断熱材16を収納する断熱材室Hiを画成すると共に、セルスタック11を保持する。該スタック保持金具21は、上端部が隔壁15aの上端面に支持される。スタック保持金具21の隔壁15aへの支持は、溶接等で固定してもよい。または、図示のように、スタック保持金具21の上端縁部を隔壁15aの外側下方に屈曲させ、隔壁15aの上端部に係合させるだけで、スタック保持金具21を支持してもよい。あるいは、スタック保持金具21の一部を延長し、隔壁15aや筐体1とネジなどで締結することによって、スタック保持金具21を支持してもよい。なお、発電効率を高めるためには、酸化剤供給通路14から筐体1内に供給された酸化剤を、各セルのカソードと効率良く接触するように流通させる必要がある。そのため、スタック保持金具21とセルスタック11との距離は、互いに接触しない程度に接近していることが好ましい。   The housing 1 includes a stack holding fixture 21 having a substantially channel shape between the exhaust gas partition wall 15a and the cell stack 11. The stack holding metal 21 defines a heat insulating material chamber Hi for housing a heat insulating material 16 for maintaining the cell stack 11 at a high temperature between the partition wall 15a and holds the cell stack 11. The stack holding metal 21 is supported at its upper end by the upper end surface of the partition wall 15a. The support of the stack holding metal 21 to the partition wall 15a may be fixed by welding or the like. Alternatively, as shown in the drawing, the stack holding metal fitting 21 may be supported only by bending the upper edge of the stack holding metal 21 outward and downward from the partition wall 15a and engaging the upper end of the partition wall 15a. Alternatively, the stack holding bracket 21 may be supported by extending a part of the stack holding bracket 21 and fastening it with the partition wall 15a or the housing 1 with a screw or the like. In order to increase the power generation efficiency, it is necessary to circulate the oxidant supplied from the oxidant supply passage 14 into the casing 1 so as to efficiently contact the cathode of each cell. Therefore, it is preferable that the distance between the stack holding metal fitting 21 and the cell stack 11 is close enough not to contact each other.

改質器が水素富化ガス供給管等を介してセルスタックに連結され、上記のスタック保持金具を有さず、下部の断熱材上に直接セルスタックを支持した構造においては、下部断熱材の高さ方向の寸法誤差が大きいと、以下の問題を生じる。改質器に原燃料を供給する燃料供給配管と、筐体に形成される燃料供給配管の貫通孔との高さにずれが生じる。その結果、セルスタック、燃料供給配管、改質器等の組み立てが困難となる。また、下部断熱材の使用前における高さ寸法が確保されている場合でも、セルスタックの重量や断熱材の劣化等によって断熱材の高さが変化すると、マニホールド部11bの高さ位置が変化する。このため、図1でh1,h2の間隔が変化する。この結果、燃料供給配管の支持部(筐体1の貫通部と、改質器13との接続部。図1にA,Bの囲みで示す)や水素富化ガス供給管19の連結部分(図1にC,Dの囲みで示す)に応力が生じ、耐久性が低下する。なお。改質器を有さず、燃料供給配管が直接セルスタックに連結されている場合でも同様である。   In a structure in which the reformer is connected to the cell stack via a hydrogen-enriched gas supply pipe, etc., and does not have the above stack holding bracket, but supports the cell stack directly on the lower insulating material, the lower insulating material When the dimensional error in the height direction is large, the following problems occur. There is a difference in height between the fuel supply pipe that supplies the raw fuel to the reformer and the through hole of the fuel supply pipe formed in the housing. As a result, it becomes difficult to assemble the cell stack, the fuel supply pipe, the reformer, and the like. Even when the height dimension of the lower heat insulating material is secured before use, if the height of the heat insulating material changes due to the weight of the cell stack or the deterioration of the heat insulating material, the height position of the manifold portion 11b changes. . For this reason, the interval between h1 and h2 changes in FIG. As a result, the support part of the fuel supply pipe (the connection part between the through part of the housing 1 and the reformer 13; indicated by the boxes A and B in FIG. 1) and the connection part of the hydrogen-enriched gas supply pipe 19 ( Stress is generated in (indicated by C and D in FIG. 1), and durability is lowered. Note that. The same applies to the case where there is no reformer and the fuel supply pipe is directly connected to the cell stack.

また、燃料供給配管18の他に、燃料電池装置は、図示しない多くの貫通部品を備えている。例えば、オフガスを燃焼させるための点火装置91、例えば温度センサなどの各種センサ類(図示せず)が挙げられる。下部断熱材の高さが変化すると、点火装置のオフガス燃焼部における高さ位置(点火装置とオフガスが噴出するセルスタック上端面との間隔h3)が、適正な位置に対してずれを生じる。このため、点火装置91は、良好な点火性能を確保することが難しくなる。また、セルスタック11とセンサ類の位置にずれが生じ、センサ類の検知精度の低下を招く。   In addition to the fuel supply pipe 18, the fuel cell device includes many through parts (not shown). Examples thereof include an ignition device 91 for burning off-gas, and various sensors (not shown) such as a temperature sensor. When the height of the lower heat insulating material is changed, the height position (interval h3 between the ignition device and the upper end surface of the cell stack from which off gas is ejected) in the off-gas combustion portion of the ignition device is shifted from an appropriate position. For this reason, it becomes difficult for the ignition device 91 to ensure good ignition performance. In addition, the cell stack 11 and the sensors are displaced from each other, and the detection accuracy of the sensors is reduced.

かかる問題に対し、本実施形態では、断熱材より損傷や寸法変形しにくい金属製のスタック保持金具21でセルスタック11を保持することにより、隔壁15aに連結される筐体1に対して、セルスタック11を精度良く位置決めすることができる。これにより、図2に示すように、燃料供給配管18、貫通孔、水素富化ガス供給管19にかかる応力を緩和できる。この結果、これら部品の良好な組み立て性を確保できると共に、燃料供給配管18連結部等の耐久性を確保できる。また、点火装置91の点火性能、各種センサ類による検知精度を良好に維持できる。   In order to deal with such a problem, in the present embodiment, the cell stack 11 is held by the metal stack holding metal fitting 21 that is less likely to be damaged or deformed than the heat insulating material, whereby the cell 1 is connected to the casing 1 connected to the partition wall 15a. The stack 11 can be accurately positioned. Thereby, as shown in FIG. 2, stress applied to the fuel supply pipe 18, the through hole, and the hydrogen-enriched gas supply pipe 19 can be relieved. As a result, good assemblability of these parts can be ensured, and durability of the connecting portion of the fuel supply pipe 18 can be ensured. Moreover, the ignition performance of the ignition device 91 and the detection accuracy by various sensors can be maintained satisfactorily.

スタック保持金具21が連結支持される箇所は限定されないが、セルスタック11を高温に維持する観点から、筐体1内において比較的高温の部分と連結することが好ましい。具体的には、高温ガスが集まる筐体1内の上方向に連結することが好ましい。例えば、筐体1内において比較的低温である隔壁15aの底部や筐体1の底部にスタック保護金具21を連結すると、スタック保持金具21を通じてセルスタック11の温度が低下する恐れがある。一方で、スタック保持金具21を筐体1の上方向に連結すると、筐体1内の上方向の熱がスタック保持金具21を介してセルスタック11に伝熱する。このため、セルスタック11の上下方向の温度差を抑制することができる。これにより、燃料電池装置の熱利用効率および発電効率を向上することができる。スタック保持金具21の高さは、図3に示すように、セルスタック11の上端の高さ以下としてもよい。これによると、オフガス燃焼部12での燃焼火炎がスタック保持金具21の上端部に直接当たることが回避される。このため、スタック保持金具21の熱膨張による変形や熱応力を低減することができる。   Although the location where the stack holding metal fitting 21 is connected and supported is not limited, it is preferable that the stack holding metal 21 is connected to a relatively high temperature portion in the housing 1 from the viewpoint of maintaining the cell stack 11 at a high temperature. Specifically, it is preferable to connect in the upward direction in the housing 1 where hot gas collects. For example, if the stack protection metal fitting 21 is connected to the bottom of the partition wall 15 a that is relatively low in the housing 1 or the bottom of the housing 1, the temperature of the cell stack 11 may decrease through the stack holding metal 21. On the other hand, when the stack holding metal fitting 21 is connected in the upward direction of the housing 1, the heat in the upward direction in the housing 1 is transferred to the cell stack 11 through the stack holding metal fitting 21. For this reason, the temperature difference of the up-down direction of the cell stack 11 can be suppressed. Thereby, the heat utilization efficiency and power generation efficiency of the fuel cell device can be improved. The height of the stack holding metal 21 may be equal to or less than the height of the upper end of the cell stack 11 as shown in FIG. According to this, it is avoided that the combustion flame in the off-gas combustion part 12 directly hits the upper end part of the stack holding metal fitting 21. For this reason, the deformation | transformation and thermal stress by the thermal expansion of the stack holding | maintenance metal fitting 21 can be reduced.

また、スタック保持金具21の成形材料としては、表面にアルミナ皮膜を形成したものまたは形成し得るものの使用が好ましい(例えば、アルミ含有率2〜3%)。例えば、Cr酸化物皮膜を形成したものを用いると、セルスタック11のカソード極がCrの被毒を生じて発電性能に影響を与える可能性がある。これに対し、アルミナ皮膜したスタック保持金具21を用いることで、Crの被毒を抑制でき、発電性能への影響を回避できる。スタック保持金具21は、無孔の金属板、有孔の金属板またはメッシュ状の金属板を加工して成形することができる。   Moreover, as a molding material of the stack holding metal fitting 21, it is preferable to use a material having an alumina film formed on the surface or a material that can be formed (for example, an aluminum content of 2 to 3%). For example, if a material having a Cr oxide film is used, the cathode electrode of the cell stack 11 may be poisoned with Cr and affect the power generation performance. On the other hand, by using the stack holding metal fitting 21 coated with alumina, the poisoning of Cr can be suppressed, and the influence on the power generation performance can be avoided. The stack holding metal fitting 21 can be formed by processing a non-porous metal plate, a perforated metal plate, or a mesh-like metal plate.

断熱材室Hiに収納する断熱材16は、ボード状、ブランケット状、繊維状、粒状、又は、粉状など条件に応じたものを任意に選択することができる。また、例えば、図3に示すように、断熱材室Hiの内部に、大きさが異なる複数のボード状の断熱材16を収納してもよい。断熱材16が傾いたり流動することにより、酸化剤の流通を妨げたり、燃料電池セル11aの表面に付着したりすると、発電効率の低下を招来する可能性がある。そこで、有孔またはメッシュ状の金属板を加工して成形したスタック保持金具21を用いる場合は、断熱材16が断熱材室Hiからセルスタック11側に漏出しない程度の開口の材料を選択することが好ましい。
スタック保持金具21を備えない形態においては、以下の問題を生じる。断熱材16が酸化剤の流通を妨げたり、燃料電池セル11aの表面に付着しないように、ボード状など断熱材自体で形状保持が可能な種類に限定される。これに対し、スタック保持金具21を備えることにより、断熱材自体の形状保持性能の条件を緩和することができる。
The heat insulating material 16 accommodated in the heat insulating material chamber Hi can be arbitrarily selected according to conditions such as a board shape, a blanket shape, a fiber shape, a granular shape, or a powder shape. Further, for example, as shown in FIG. 3, a plurality of board-like heat insulating materials 16 having different sizes may be accommodated inside the heat insulating material chamber Hi. If the heat insulating material 16 is tilted or flows, the flow of the oxidant is hindered, or if it adheres to the surface of the fuel cell 11a, the power generation efficiency may be reduced. Therefore, in the case of using the stack holding metal fitting 21 formed by processing a perforated or mesh-shaped metal plate, an opening material is selected so that the heat insulating material 16 does not leak from the heat insulating material chamber Hi to the cell stack 11 side. Is preferred.
In the form in which the stack holding metal fitting 21 is not provided, the following problem occurs. The heat insulating material 16 is limited to a type that can hold the shape with the heat insulating material itself such as a board so that the heat insulating material 16 does not hinder the flow of the oxidant or adheres to the surface of the fuel cell 11a. On the other hand, by providing the stack holding metal fitting 21, the condition of the shape holding performance of the heat insulating material itself can be relaxed.

ここで、筐体1の内部雰囲気について説明する。燃料電池装置は、筐体1内が高温(例えば600〜1000℃)に維持された状態で、燃料電池セルにおいて水素と酸素の電気化学的反応によって発電が行われる。そして、該発電に伴って水が副生される。また、改質器13において水蒸気改質反応を行っている場合、アノードには水分を含んだ水素富化ガスが供給される。そのため、燃料電池装置の運転時は、筐体1内には湿潤ガスが充満する。そして、燃料電池装置が停止すると、筐体1内の温度は低下するため、結露が発生する場合がある。例えば、燃料電池装置を緊急停止させ、筐体1内の湿潤ガスを送風によって排出しなかった場合において、特に結露が発生しやすい。断熱材16として耐水性が低い材料を選択している場合、結露水が断熱材16の表面に付着することは、断熱材16の劣化の原因となる。   Here, the internal atmosphere of the housing 1 will be described. In the fuel cell device, power generation is performed by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the fuel cell in a state where the inside of the housing 1 is maintained at a high temperature (for example, 600 to 1000 ° C.). And water is by-produced with this electric power generation. When the steam reforming reaction is performed in the reformer 13, a hydrogen-enriched gas containing moisture is supplied to the anode. Therefore, during operation of the fuel cell device, the housing 1 is filled with wet gas. When the fuel cell device is stopped, the temperature in the housing 1 decreases, and thus condensation may occur. For example, when the fuel cell device is urgently stopped and the wet gas in the housing 1 is not discharged by air blowing, condensation is particularly likely to occur. In the case where a material having low water resistance is selected as the heat insulating material 16, the adhesion of condensed water to the surface of the heat insulating material 16 causes deterioration of the heat insulating material 16.

かかる問題は、スタック保持金具21として無孔の金属板から成形したものを用いることで解決することができる。例えば、断熱材16の内側表面をスタック保持金具21で、断熱材16の外側表面を隔壁15aでそれぞれ覆う。このようにすると、断熱材16は湿潤ガスから隔離され、断熱材16の表面に結露水が付着することを抑制することができる。これにより、断熱材16の材料を選定する際に、耐水性の条件を緩和することができ、断熱材16の選択の自由度が高まる。なお、ここでいう無孔とは、断熱材を覆う部分に孔やスリットが形成されていないことを言う。例えば、スタック保持金具21を隔壁15aに連結するための孔を備えていてもよい。   Such a problem can be solved by using the stack holding metal 21 formed from a non-porous metal plate. For example, the inner surface of the heat insulating material 16 is covered with the stack holding fixture 21, and the outer surface of the heat insulating material 16 is covered with the partition wall 15a. If it does in this way, the heat insulating material 16 will be isolated from the wet gas, and it can suppress that dew condensation water adheres to the surface of the heat insulating material 16. Thereby, when selecting the material of the heat insulating material 16, the water resistance condition can be relaxed, and the degree of freedom in selecting the heat insulating material 16 is increased. Here, the term “non-hole” means that no hole or slit is formed in a portion covering the heat insulating material. For example, you may provide the hole for connecting the stack | stuck holding | maintenance metal fitting 21 to the partition 15a.

また、第1の実施形態におけるスタック保持金具21は、燃料電池セル11aの下端部より外側に張り出したマニホールド部11bの鍔部分の上下面を挟持して、セルスタック11の位置を固定している。これにより、組立性を向上することができる。   Moreover, the stack holding metal fitting 21 in the first embodiment fixes the position of the cell stack 11 by sandwiching the upper and lower surfaces of the flange portion of the manifold portion 11b projecting outward from the lower end portion of the fuel cell 11a. . Thereby, assembly property can be improved.

なお、図1に示す第1実施形態の応用形態として、図4に示すようにしてもよい。即ち、セルスタック11の上端位置より上方部分の側方(スタック保持金具21の上方)に断熱材22を配設してもよい。また、図5(A)および、そのE−E断面図(B)に示すようにしてもよい。即ち、断熱材室Hiにボード状の断熱材16を収納し、スタック保持金具211の係合面211aに設けた開口部211bから断熱材16を突出させてもよい。これにより、改質器13を高温に維持することができ、改質反応を効率的に維持することができる。また、点火装置91や火炎検知センサ(図示せず)等をオフガス燃焼部12の近傍に挿入するための貫通孔等の加工も断熱材に対してのみ行えばよい。このため、加工の手間を軽減することができる。特に、スタック保持金具21の上方に断熱材22を配設する形態においては、断熱材22のみ断熱材自体で形状保持が可能な種類の断熱材料を選択すればよい。これにより、断熱材室Hiに収納される断熱材16への形状保持性能の条件を緩和することができる。   In addition, as an application form of 1st Embodiment shown in FIG. 1, you may make it show in FIG. That is, the heat insulating material 22 may be disposed on the side of the upper part of the cell stack 11 (above the stack holding metal fitting 21). Moreover, you may make it show in FIG. 5 (A) and its EE sectional drawing (B). That is, the board-like heat insulating material 16 may be stored in the heat insulating material chamber Hi, and the heat insulating material 16 may be protruded from the opening 211b provided on the engagement surface 211a of the stack holding metal fitting 211. Thereby, the reformer 13 can be maintained at a high temperature, and the reforming reaction can be efficiently maintained. Further, the processing of a through hole or the like for inserting an ignition device 91, a flame detection sensor (not shown) or the like in the vicinity of the off-gas combustion unit 12 may be performed only on the heat insulating material. For this reason, the labor of processing can be reduced. In particular, in the form in which the heat insulating material 22 is disposed above the stack holding metal fitting 21, only the heat insulating material 22 may be selected from a kind of heat insulating material that can hold the shape with the heat insulating material itself. Thereby, the conditions of the shape maintenance performance to the heat insulating material 16 accommodated in the heat insulating material chamber Hi can be eased.

一般的に、断熱材とセルスタックの間に、断熱材とセルスタックとの隙間を閉塞して酸化剤の流動方向を規制する酸化剤規制部材を介装する技術が知られている。酸化剤規制部材23は、セルスタック11とスタック保持金具21との間を上方に流動する酸化剤を、そのまま直進させることなく、セルスタック11側に戻す。これにより、酸化剤のカソード電極との接触機会を増やす働きをするものである。酸化剤規制部材23として、例えばブランケット状の断熱材を用いることができる。本発明においては、スタック保持金具21とセルスタック11との間に酸化剤規制部材を介装すればよい。このとき、図4に示すように、スタック保持金具21に酸化剤規制部材23の介装位置を固定する段差21aを形成してもよい。これにより、酸化剤規制部材23の位置決めが容易になり、また、酸化剤規制部材23の脱落を抑制することができる。   In general, a technique is known in which an oxidant regulating member is interposed between a heat insulating material and a cell stack so as to block a gap between the heat insulating material and the cell stack and restrict the flow direction of the oxidant. The oxidant restricting member 23 returns the oxidant flowing upward between the cell stack 11 and the stack holding bracket 21 to the cell stack 11 side without moving straight. This serves to increase the chance of contact of the oxidant with the cathode electrode. As the oxidant regulating member 23, for example, a blanket-like heat insulating material can be used. In the present invention, an oxidant regulating member may be interposed between the stack holding fixture 21 and the cell stack 11. At this time, as shown in FIG. 4, a step 21 a that fixes the interposed position of the oxidant regulating member 23 may be formed in the stack holding metal 21. Thereby, the positioning of the oxidant regulating member 23 is facilitated, and the oxidant regulating member 23 can be prevented from falling off.

スタック保持金具21を備えない構造において、このような酸化剤規制部材23を固定する段差21aを形成する場合、以下のことが要求されていた。即ち、ボード状の断熱材を選定し、断熱材に形状の加工を施す必要があるため、断熱材16の材料として加工性と強度が要求されていた。しかし、本実施形態においては、断熱材と比較して加工が容易な金属から成るスタック保持金具21に、段差21aの加工を施している。これにより、断熱材16の加工性および強度の条件を緩和することができる。   When the step 21a for fixing the oxidant regulating member 23 is formed in a structure that does not include the stack holding metal fitting 21, the following is required. That is, since it is necessary to select a board-like heat insulating material and to shape the heat insulating material, workability and strength are required as a material for the heat insulating material 16. However, in this embodiment, the step 21a is processed on the stack holding metal fitting 21 made of metal that is easier to process than the heat insulating material. Thereby, the workability and strength conditions of the heat insulating material 16 can be relaxed.

<第2実施形態>
図6は、本発明の第2実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す。第2実施形態において、図1に示した第1実施形態と同一の構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 6 shows the basic structure of the main part of the solid oxide fuel cell device according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment shown in FIG.

本第2実施形態では、以下の構成としている。セルスタック11と隔壁15aとの間に断熱材16を配設し、該断熱材16の内側表面をスタック保持金具31で覆う。該スタック保持金具31を、セルスタック11の上端面より上方に伸ばし、上端部を筐体1(又は筐体1への連結体)の頂壁に支持する。該スタック保持金具31の上端部の筐体1等の頂壁への支持は、溶接、ネジによる締結等による固定でもよい。あるいは、スタック保持金具31に係合部を設けて係合させる支持であってもよい。また、スタック保持金具31の改質器13より上方部分には、オフガス燃焼部12での燃焼排ガスを外側の排ガス通路15に流出させる流出孔31bが開口されている。これにより、外側の排ガス通路15への燃焼排ガスの流れを遮ることなく、筐体1に対してセルスタック11を精度良く位置決めすることができる。ここで、スタック保持金具31の内側面の少なくともオフガス燃焼部12に面した部分(セルスタック11の上端面と改質器13底面間の空間の側方)を、耐熱材31cで被膜してもよい。このようにすると、オフガス燃焼部12での燃焼火炎がスタック保持金具31の表面に直接当たることを回避できる。これにより、スタック保持金具31の熱膨張による変形、熱応力を低減することができ、スタック保持金具31の耐久性を確保できる。また、断熱材16の耐火性能の条件を緩和することができる。   The second embodiment has the following configuration. A heat insulating material 16 is disposed between the cell stack 11 and the partition wall 15 a, and an inner surface of the heat insulating material 16 is covered with a stack holding metal fitting 31. The stack holding metal fitting 31 is extended upward from the upper end surface of the cell stack 11, and the upper end portion is supported on the top wall of the casing 1 (or a connecting body to the casing 1). The upper end of the stack holding metal fitting 31 may be supported on the top wall of the housing 1 or the like by fixing by welding, fastening with screws, or the like. Alternatively, the stack holding metal fitting 31 may be provided with an engaging portion to be engaged. In addition, an outflow hole 31 b through which the combustion exhaust gas in the off-gas combustion unit 12 flows out to the outer exhaust gas passage 15 is opened at a portion above the reformer 13 of the stack holding metal fitting 31. Thereby, the cell stack 11 can be accurately positioned with respect to the housing 1 without blocking the flow of the combustion exhaust gas to the outer exhaust gas passage 15. Here, at least a portion of the inner surface of the stack holding metal 31 facing the off-gas combustion unit 12 (side of the space between the upper end surface of the cell stack 11 and the bottom surface of the reformer 13) may be coated with the heat-resistant material 31c. Good. If it does in this way, it can avoid that the combustion flame in the off-gas combustion part 12 hits the surface of the stack holding | maintenance metal fitting 31 directly. Thereby, the deformation | transformation and thermal stress by the thermal expansion of the stack holding metal fitting 31 can be reduced, and the durability of the stack holding metal fitting 31 can be ensured. Moreover, the conditions of the fireproof performance of the heat insulating material 16 can be eased.

また、スタック保持金具31の外側面には、蓋部31aが連結されている。該蓋部31aは、排ガス通路15の隔壁15aとの間に断熱材室Hiの上部を閉塞する。また、蓋部31aは、隔壁15aと接触するが、隔壁15aには支持されず、蓋部31aを含むスタック保持金具31の支持は、上端部のみで行われる。このようにすることで、スタック保持金具31の上端部を筐体1等の頂壁で支持しつつ、断熱材16の流出や崩れ出しを抑制することができる。また、スタック保持金具31及び蓋部31aを無孔板から成形したものを用いると、断熱材16は湿潤ガスから隔離される。これにより、断熱材16の表面に結露水が付着することを抑制することができる。これらにより、断熱材16の材料を選定する際に、断熱材16の形態や耐水性の条件を緩和することができ、断熱材16の選択の自由度が高まる。   Further, a lid portion 31 a is connected to the outer surface of the stack holding metal fitting 31. The lid portion 31 a closes the upper portion of the heat insulating material chamber Hi between the lid portion 31 a and the partition wall 15 a of the exhaust gas passage 15. The lid portion 31a contacts the partition wall 15a, but is not supported by the partition wall 15a, and the stack holding bracket 31 including the lid portion 31a is supported only at the upper end portion. By doing in this way, the outflow and collapse of the heat insulating material 16 can be suppressed while supporting the upper end part of the stack holding metal fitting 31 with the top wall of the housing 1 or the like. Further, when the stack holding metal fitting 31 and the lid portion 31a formed from a non-porous plate are used, the heat insulating material 16 is isolated from the wet gas. Thereby, it can suppress that dew condensation water adheres to the surface of the heat insulating material 16. FIG. By these, when selecting the material of the heat insulating material 16, the form of the heat insulating material 16 and water resistance conditions can be relieved, and the freedom degree of selection of the heat insulating material 16 increases.

図6に示す第2実施形態の応用形態として、図1,3及び4に示した第1実施形態の特徴を適用することができ、当該実施形態と同様の効果を得ることができる。また、図7に示す構成としてもよい。例えば、排ガス通路15の隔壁15aを、改質器13の上端付近まで上方に延ばすと共に、スタック保持金具31の蓋部31aを、流出孔31bの直下部付近に連結する。そして、該蓋部31aの下面付近まで断熱材16の上端部を引き上げて断熱材16の容量を増加させる。これにより、排ガスの熱を効率よく改質器13に供給することができ、改質反応を効率的に維持することができる。また、改質器13とセルスタック11がスタック保持金具31に固定されるため、オフガス燃焼空間距離、つまり、改質器13とセルスタック11の上端部の距離(図1においてh2として示す部分)が安定的に保持されることになる。これにより、改質器13に伝わるオフガス燃焼熱の伝熱のムラを軽減することができる。なお、当該応用形態においては、スタック保持金具31に段差31dを設けている。該段差31dは、燃料電池セル11aと対向する高さにおいては燃料電池セル11aに近接し、オフガス燃焼部12の近傍においては火炎との距離を離すために設けている。これにより、スタック保持金具31の熱膨張による変形、熱応力を低減することができ、スタック保持金具31の耐久性を確保することができる。また、断熱材16の耐火性能の条件を緩和することができる。   As an application form of the second embodiment shown in FIG. 6, the features of the first embodiment shown in FIGS. 1, 3 and 4 can be applied, and the same effects as those of the embodiment can be obtained. Moreover, it is good also as a structure shown in FIG. For example, the partition wall 15a of the exhaust gas passage 15 extends upward to the vicinity of the upper end of the reformer 13, and the lid portion 31a of the stack holding metal fitting 31 is connected to the vicinity of the lower portion of the outflow hole 31b. And the capacity | capacitance of the heat insulating material 16 is increased by pulling up the upper end part of the heat insulating material 16 to the lower surface vicinity of this cover part 31a. Thereby, the heat | fever of waste gas can be efficiently supplied to the reformer 13, and a reforming reaction can be maintained efficiently. Further, since the reformer 13 and the cell stack 11 are fixed to the stack holding metal fitting 31, the off-gas combustion space distance, that is, the distance between the reformer 13 and the upper end portion of the cell stack 11 (portion indicated by h2 in FIG. 1). Is stably held. Thereby, the unevenness of the heat transfer of the offgas combustion heat transmitted to the reformer 13 can be reduced. In the application mode, the stack holding metal 31 is provided with a step 31d. The step 31d is provided to be close to the fuel cell 11a at a height facing the fuel cell 11a and to be separated from the flame in the vicinity of the off-gas combustion unit 12. Thereby, the deformation | transformation and thermal stress by the thermal expansion of the stack holding metal fitting 31 can be reduced, and the durability of the stack holding metal fitting 31 can be ensured. Moreover, the conditions of the fireproof performance of the heat insulating material 16 can be eased.

また、スタック保持金具31の内側面上部に、改質器13を支持する改質器支持部31eを備えてもよい。改質器支持部31eは、例えば、スタック保持金具31に溶接により固定してもよい。あるいは、改質器支持部31eは、スタック保持金具31の成形段階において板材を折り曲げて成形してもよい。また、改質器支持部31eは、改質器13を下側から支持する形態に限定されず、フック等により上側から支持する形態であってもよい。以上のように本第2実施形態では、セルスタック11と改質器13とが、直接的にスタック保持金具31に支持されるため、相互の寸法を精度良く維持できる。このため、セルスタック11上端面と改質器13底面との間に形成されるオフガス燃焼部12の間隔の寸法精度が向上する。これにより、オフガス燃焼部12は、バランスよく改質器13を加熱することができる。また、スタック保持金具31の上部はオフガスの燃焼熱を受けて高温となる。そして、該スタック保持金具31の上部の熱を、改質器支持部31eを介して効率よく改質器13に供給することができる。この結果、改質反応を効率的に維持することができる。ここで、図7に示すような、改質器13を下側から支持する構造においては、以下のように構成することが望ましい。即ち、排ガスが改質器13の全周に流れるようにするために、改質器支持部31eは有孔またはメッシュ状の金属板により形成する。これにより、排ガスを改質器13とスタック保持部材31との間に流通させることができる。この結果、排ガスの熱を効率よく改質器13に供給することができる。   In addition, a reformer support portion 31 e that supports the reformer 13 may be provided on the upper inner surface of the stack holding metal fitting 31. For example, the reformer support 31e may be fixed to the stack holding fitting 31 by welding. Alternatively, the reformer support 31e may be formed by bending a plate material in the stage of forming the stack holding metal fitting 31. Further, the reformer support portion 31e is not limited to a mode in which the reformer 13 is supported from the lower side, and may be a mode in which the reformer support unit 31e is supported from the upper side by a hook or the like. As described above, in the second embodiment, since the cell stack 11 and the reformer 13 are directly supported by the stack holding fitting 31, the mutual dimensions can be accurately maintained. For this reason, the dimensional accuracy of the space | interval of the off-gas combustion part 12 formed between the cell stack 11 upper end surface and the reformer 13 bottom face improves. Thereby, the off-gas combustion part 12 can heat the reformer 13 with good balance. Further, the upper part of the stack holding metal fitting 31 is heated to receive off-gas combustion heat. And the heat | fever of the upper part of this stack holding | maintenance metal fitting 31 can be efficiently supplied to the reformer 13 via the reformer support part 31e. As a result, the reforming reaction can be efficiently maintained. Here, in the structure for supporting the reformer 13 from the lower side as shown in FIG. 7, it is desirable to configure as follows. That is, the reformer support 31e is formed of a perforated or mesh-shaped metal plate so that the exhaust gas flows around the entire circumference of the reformer 13. Thereby, the exhaust gas can be circulated between the reformer 13 and the stack holding member 31. As a result, the heat of the exhaust gas can be efficiently supplied to the reformer 13.

<第3実施形態>
図8は、本発明の第3実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す。本第3実施形態において、第1,第2実施形態と同一の構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 8 shows the basic structure of the main part of the solid oxide fuel cell device according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本第3実施形態では、セルスタック11の両外側に一対の酸化剤供給通路14が配設される。一対の酸化剤供給通路14を形成する通路壁部材14aには、下端部のセルスタック11側に流出孔14bが開口される。また、改質器13より上方部分には、排ガス流出管14cが通路壁部材14aの両側壁を貫通して連結される。また、排ガスを滞りなく排出するために、スタック保持金具41には排ガス導通孔41b、酸化剤供給通路14には、排ガス流出管14c内に排ガス導通孔14dが、それぞれ開口されている。なお、排ガス流出管14cの周縁部は溶接により封止されている。これにより、酸化剤供給通路14の排ガス導通孔14dから酸化剤が漏出することを回避できる。一対の酸化剤供給通路14から供給された酸化剤は、流出孔14bから流出して中央のセルスタック11の各セルのカソード極に供給される。オフガスの燃焼排ガスは、排ガス流出管14c及びスタック保持金具41の流出孔41bを介して外側の排ガス通路15へ排出される。これにより、外側の排ガス通路15への燃焼排ガスの流れを遮ることなく、セルスタック11を筐体1に対して精度良く位置決めすることができる。このように、スタック保持金具41はセルスタック11と直接的に対向していない構造においても適用することができる。   In the third embodiment, a pair of oxidant supply passages 14 are disposed on both outer sides of the cell stack 11. An outflow hole 14 b is opened on the side of the cell stack 11 at the lower end of the passage wall member 14 a forming the pair of oxidant supply passages 14. Further, an exhaust gas outflow pipe 14c is connected to a portion above the reformer 13 through both side walls of the passage wall member 14a. Further, in order to discharge exhaust gas without delay, the stack holding metal fitting 41 is opened with an exhaust gas conduction hole 41b, and the oxidant supply passage 14 is opened with an exhaust gas conduction hole 14d in the exhaust gas outlet pipe 14c. In addition, the peripheral part of the exhaust gas outflow pipe 14c is sealed by welding. Thereby, it is possible to avoid leakage of the oxidant from the exhaust gas conduction hole 14d of the oxidant supply passage 14. The oxidant supplied from the pair of oxidant supply passages 14 flows out from the outflow hole 14 b and is supplied to the cathode electrode of each cell of the central cell stack 11. The off-gas combustion exhaust gas is discharged to the outer exhaust gas passage 15 through the exhaust gas outlet pipe 14 c and the outlet hole 41 b of the stack holding metal fitting 41. Thereby, the cell stack 11 can be accurately positioned with respect to the housing 1 without blocking the flow of the combustion exhaust gas to the outer exhaust gas passage 15. Thus, the stack holding metal fitting 41 can also be applied to a structure that is not directly opposed to the cell stack 11.

また、図8に示す第3実施形態の応用形態として、図1、及び図3〜7に示した第1および第2実施形態を適用することができ(ただし、酸化剤規制部材23の配設を除く)、当該実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本第3実施形態において、スタック保持金具41の上端部を図1に示す第1実施形態同様、排ガス通路を形成する隔壁の上端部に支持する構成に代えてもよく、同様の効果が得られる。この場合、スタック保持金具41の排ガス導通孔41bは省略することができる。   Further, as an application form of the third embodiment shown in FIG. 8, the first and second embodiments shown in FIG. 1 and FIGS. 3 to 7 can be applied (however, the disposition of the oxidant regulating member 23). The effect similar to that of the embodiment can be obtained. In addition, in the third embodiment, the upper end portion of the stack holding metal fitting 41 may be replaced with a configuration in which the upper end portion of the partition wall forming the exhaust gas passage is supported as in the first embodiment shown in FIG. can get. In this case, the exhaust gas conduction hole 41b of the stack holding metal fitting 41 can be omitted.

<第4実施形態>
図9は、本発明の第4の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す。本第4実施形態において、第1〜3実施形態と同一の構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。
本実施形態では、図10に示すように形成したスタック保持金具101により、セルスタック11及び改質器13を内包する。また、スタック保持金具101で改質器13の上面を支持すると共に、スタック保持金具101の上端部を筐体1の上端部に支持する。
<Fourth embodiment>
FIG. 9 shows a basic structure of a main part of a solid oxide fuel cell device according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the same components as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
In the present embodiment, the cell stack 11 and the reformer 13 are included by the stack holding metal fitting 101 formed as shown in FIG. Further, the upper surface of the reformer 13 is supported by the stack holding metal fitting 101 and the upper end portion of the stack holding metal fitting 101 is supported by the upper end portion of the housing 1.

スタック保持金具101は、セルスタック11を支持する底壁101Aと、外側表面が断熱材に隣接する両側壁101Bと、改質器13の上方に位置する頂壁101Cとを有した断面方形状の筒体で形成される。両側壁101Bの上部には、オフガス燃焼部12での燃焼排ガスを外側の排ガス通路15に流出させる流出孔101aが開口されている。頂壁101Cには、酸化剤供給通路14を挿入するための通路挿入口101bが開口されている。   The stack holding metal fitting 101 has a bottom wall 101A for supporting the cell stack 11, a side wall 101B whose outer surface is adjacent to the heat insulating material, and a top wall 101C positioned above the reformer 13, and has a square shape in cross section. It is formed of a cylinder. Outflow holes 101a through which the combustion exhaust gas in the off-gas combustion unit 12 flows into the outer exhaust gas passage 15 are opened at the upper portions of the both side walls 101B. A passage insertion port 101b for inserting the oxidant supply passage 14 is opened in the top wall 101C.

頂壁101Cは、通路挿入口101bの外側周囲に、両側壁101Bの上端に連なって長手方向に延びる両側片部101cと、これら両側片部101cの長手方向両端部相互を連結する第1ブリッジ部101d及び第2ブリッジ部101eを備える。第1ブリッジ部101dの一部分は、第2ブリッジ部101eに向かう方向に所定長さ延設され、該延設された部分は、後述するように改質器13を支持する支持部101fとして機能する。   101 C of top walls are the 1st bridge | bridging part which connects the longitudinal direction both ends piece part 101c which extends in the longitudinal direction at the outer periphery of the channel | path insertion port 101b, and extends in the longitudinal direction of these both side piece parts 101c. 101d and a second bridge portion 101e. A portion of the first bridge portion 101d extends a predetermined length in the direction toward the second bridge portion 101e, and the extended portion functions as a support portion 101f that supports the reformer 13 as will be described later. .

改質器13の長手方向一端部側、例えば、図1の水素富化ガス供給管19連結側の端部上面に、図9に示すように、改質器13の長手方向と直角な方向に延びるアーム部材13aが両下端部を固定して取り付けられる。そして、前記アーム部材13aと改質器13上面との間に形成される開口内に前記支持部101fを挿入し、支持部101f上面にアーム部材13aの上部を載せることにより、改質器13を吊り下げ支持する。アーム部材13aの形状は、例えば、U字状またはL字状とすることができる。   For example, on the upper end of the reformer 13 in the longitudinal direction, for example, on the end of the hydrogen-enriched gas supply pipe 19 connection side in FIG. An extending arm member 13a is attached with both lower ends fixed. Then, by inserting the support portion 101f into an opening formed between the arm member 13a and the upper surface of the reformer 13, and placing the upper portion of the arm member 13a on the upper surface of the support portion 101f, the reformer 13 is Support hanging. The shape of the arm member 13a can be, for example, U-shaped or L-shaped.

かかるスタック保持金具101は、両側壁と平行な方向に筐体1の蓋体接続前の開口から筐体1内部に挿入して取り付けられる。図11に示すように、スタック保持金具101が挿入される筐体1には、開口側の端縁部と、該開口と反対側の端縁部に、スタック保持金具101を吊り下げ支持する支持部材1aをそれぞれ1つ以上備えている。   The stack holding metal fitting 101 is attached by being inserted into the housing 1 from the opening before connecting the lid of the housing 1 in a direction parallel to both side walls. As shown in FIG. 11, the housing 1 into which the stack holding metal fitting 101 is inserted has a support for suspending and supporting the stack holding metal fitting 101 at the edge on the opening side and the edge on the opposite side to the opening. One or more members 1a are provided.

スタック保持金具101を、筐体1の開口から断熱材16の内側空間に挿入する。該挿入により、スタック保持金具101の第1ブリッジ部101d及び第2ブリッジ部101eが、それぞれ、筐体1の対応する箇所の支持部材1aの支持部によって吊り下げ支持される。   The stack holding metal fitting 101 is inserted into the inner space of the heat insulating material 16 from the opening of the housing 1. By the insertion, the first bridge portion 101d and the second bridge portion 101e of the stack holding metal fitting 101 are supported by being suspended by the support portions of the support members 1a at the corresponding portions of the housing 1, respectively.

第4実施形態によれば、改質器13とセルスタック11がスタック保持金具101に固定されるため、オフガス燃焼空間距離、つまり、改質器13とセルスタック11の上端部の距離(図1においてh2として示す部分)が安定的に保持されることになる。これにより、改質器13に伝わるオフガス燃焼熱の伝熱のムラを軽減することができる。また、スタック保持金具101が改質器13の上面を支持する構成としたため、オフガスや排ガスの流れを阻害することなく改質器13を加熱することができる。さらに、オフガス燃焼部12での燃焼火炎が改質器支持部(支持部101f及びアーム部材13a)の表面に直接当たることを回避できる。これにより、改質器支持部(支持部101f及びアーム部材13a)の熱膨張による変形、熱応力を低減することができ、改質器支持部(支持部101f及びアーム部材13a)の耐久性を確保できる。   According to the fourth embodiment, since the reformer 13 and the cell stack 11 are fixed to the stack holding metal fitting 101, the off-gas combustion space distance, that is, the distance between the reformer 13 and the upper end portion of the cell stack 11 (FIG. 1). The portion indicated as h2 in FIG. Thereby, the unevenness of the heat transfer of the offgas combustion heat transmitted to the reformer 13 can be reduced. Further, since the stack holding metal fitting 101 is configured to support the upper surface of the reformer 13, the reformer 13 can be heated without obstructing the flow of off-gas or exhaust gas. Furthermore, it can be avoided that the combustion flame in the off-gas combustion unit 12 directly hits the surface of the reformer support (support unit 101f and arm member 13a). Thereby, the deformation | transformation by a thermal expansion of a reformer support part (support part 101f and arm member 13a) and a thermal stress can be reduced, and durability of a reformer support part (support part 101f and arm member 13a) is improved. It can be secured.

なお、スタック保持金具101は、改質器13の底面以外の側面を支持する構成でもよく、同様の効果が得られる。
また、スタック保持金具101は、筐体1の高温な上部で支持されるため、金具支持部の温度差が小さく、スタック保持金具101から筐体1への熱損失を抑制できる。
また、スタック保持金具101に、セルスタック11及び改質器13と一体に、筐体1に挿入して取り付けられるので、組み付け時に作業者が断熱材16に接触する機会を減らして、断熱材16の損傷を抑制することができる。
The stack holding metal fitting 101 may be configured to support a side surface other than the bottom surface of the reformer 13, and the same effect can be obtained.
Further, since the stack holding metal fitting 101 is supported on the upper part of the housing 1 at a high temperature, the temperature difference between the metal fitting support portions is small, and heat loss from the stack holding metal fitting 101 to the housing 1 can be suppressed.
In addition, since the cell stack 11 and the reformer 13 are integrally inserted into the housing 1 and attached to the stack holding metal fitting 101, the opportunity for the operator to contact the heat insulating material 16 during assembly is reduced, and the heat insulating material 16 Damage can be suppressed.

図12は、第4実施形態の変形態様を示す。本変形態様では、スタック保持金具101の図10に示した構造の外側に断熱材16を保持する断熱材保持部101Dが連結されている。断熱材保持部101Dは、断熱材16を保持する略U字状に屈曲した部材で形成される。該部材の両端部がスタック保持金具101の両側壁101Bの長手方向両端部の上部に固定して取り付けられている。
該変形態様によれば、スタック保持金具101にセルスタック11、改質器13を支持し、かつ、断熱材保持部101Dに断熱材16を保持した状態で、筐体1の開口から隔壁15a内側の空間に押し込んで収納し、筐体1に取り付けることができる。なお、断熱材保持部101Dは、断熱材16を底壁101Aおよび/または両側壁101Bに接触保持できる形状であればよい。例えば、断熱材保持部101Dは、底壁101Aおよび両側壁101Bの各面に備えてもよい。また、断熱材保持部101Dは、略L字状に屈曲した部材であってもよい。
FIG. 12 shows a modification of the fourth embodiment. In this modification, a heat insulating material holding part 101D that holds the heat insulating material 16 is connected to the outside of the structure shown in FIG. The heat insulating material holding portion 101 </ b> D is formed of a member bent in a substantially U shape that holds the heat insulating material 16. Both end portions of the member are fixedly attached to upper portions of both end portions in the longitudinal direction of both side walls 101B of the stack holding metal fitting 101.
According to the modification, the cell stack 11 and the reformer 13 are supported by the stack holding metal fitting 101 and the heat insulating material 16 is held by the heat insulating material holding portion 101D, and the inside of the partition wall 15a is opened from the opening of the housing 1. It can be pushed into the space and housed and attached to the housing 1. The heat insulating material holding portion 101D may have any shape that can hold the heat insulating material 16 in contact with the bottom wall 101A and / or both side walls 101B. For example, the heat insulating material holding portion 101D may be provided on each surface of the bottom wall 101A and both side walls 101B. Further, the heat insulating material holding portion 101D may be a member bent in a substantially L shape.

<第5実施形態>
図13は、本発明の第5実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す。本第4実施形態において、第1〜4実施形態と同一の構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
FIG. 13 shows the basic structure of the main part of the solid oxide fuel cell device according to the fifth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the same components as those in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図13において、内部に酸化剤供給通路14が形成された通路壁部材14aは、その上端開口部が筐体1(又は筐体1への連結体)の頂壁に連結される。通路壁部材14aは、複数の燃料電池セル11aの隙間に下方に延伸して配置される。筐体1の頂壁には、オフガスの燃焼排ガスを排出する排出通路17が形成される。断熱材室Hiは、筐体1とスタック保持金具51によって画成される。断熱材16の外側表面は、筐体1の内壁で覆われる。スタック保持金具51は、第1実施形態のスタック保持金具21と略同一の形状に形成されるが、上端部は、筐体1の内壁に固定された支持部材1aに支持させる。スタック保持金具51の上端部と支持部材1aとで、内部の断熱材を排ガスから隔離することにより、断熱材への結露水の付着を抑制する。なお、スタック保持金具51の上端部は、支持部材1aに溶接等で固定しても、支持部材1aに係合させるだけでもよい。また、内部の断熱材16として耐水性が低い材料を用いる場合には、結露水が浸透しないように、シール性を確保することが好ましい。   In FIG. 13, the passage wall member 14 a in which the oxidant supply passage 14 is formed is connected to the top wall of the housing 1 (or a connecting body to the housing 1) at the upper end opening. The passage wall member 14a is arranged to extend downward in the gaps between the plurality of fuel cells 11a. A discharge passage 17 for discharging off-gas combustion exhaust gas is formed in the top wall of the housing 1. The heat insulating material chamber Hi is defined by the housing 1 and the stack holding metal fitting 51. The outer surface of the heat insulating material 16 is covered with the inner wall of the housing 1. The stack holding fitting 51 is formed in substantially the same shape as the stack holding fitting 21 of the first embodiment, but the upper end portion is supported by a support member 1 a fixed to the inner wall of the housing 1. The upper end portion of the stack holding metal 51 and the support member 1a isolate the internal heat insulating material from the exhaust gas, thereby suppressing the attachment of condensed water to the heat insulating material. The upper end of the stack holding metal 51 may be fixed to the support member 1a by welding or the like, or may be merely engaged with the support member 1a. Further, when a material having low water resistance is used as the internal heat insulating material 16, it is preferable to ensure sealing properties so that condensed water does not penetrate.

また、図13に示す第5実施形態の応用形態として、図1、および図3〜8に示した第1〜第3実施形態の特徴を適用することができ、当該実施形態と同様の効果を得ることができる。一方で、図1に示した第1実施形態の隔壁15aを備え、図8に示す支持部材1aを、隔壁15aの内側壁面に備えてもよい。この場合、スタック保持金具21の上端部は、隔壁15aの上端部ではなく、支持部材1aに支持する。これによっても、筐体1に対してセルスタック11を精度良く位置決めすることができる。   Further, as an application form of the fifth embodiment shown in FIG. 13, the features of the first to third embodiments shown in FIG. 1 and FIGS. 3 to 8 can be applied, and effects similar to those of the embodiment can be obtained. Can be obtained. On the other hand, the partition wall 15a of the first embodiment shown in FIG. 1 may be provided, and the support member 1a shown in FIG. 8 may be provided on the inner wall surface of the partition wall 15a. In this case, the upper end portion of the stack holding metal fitting 21 is supported by the support member 1a, not the upper end portion of the partition wall 15a. Also by this, the cell stack 11 can be accurately positioned with respect to the housing 1.

<第6実施形態>
図14は、本発明の第6の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す。本第5実施形態において、第1〜5実施形態と同一の構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。
<Sixth Embodiment>
FIG. 14 shows a basic structure of a main part of a solid oxide fuel cell device according to a sixth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment, the same components as those in the first to fifth embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態では、スタック保持金具61の上端部を筐体1(又は筐体1への連結体)の頂壁に支持する構成としている。スタック保持金具61は、流出口31bを備えないこと以外は、第2実施形態のスタック保持金具21と略同一の形状に形成される。断熱材室Hiは、筐体1とスタック保持金具61によって画成される。断熱材16の外側表面は筐体1の内壁で覆われ、断熱材16の内側表面はスタック保持金具61の外壁で覆われる。筐体1の頂壁には、酸化剤導入通路26とオフガス燃焼排ガスの排出通路17が設けられている。スタック保持金具61の内側に、燃料電池セル11a及び改質器13を取り囲む隔壁25が配設される。筐体1の頂壁と隔壁25の頂壁の間、および、スタック保持金具61と隔壁25の側壁との間に酸化剤供給通路14が画成される。酸化剤導入通路26から導入される酸化剤は、酸化剤供給通路14を通って筐体1の上方から下方に向かって流通する。隔壁25の下端には酸化剤供給通路14の流出孔14bが形成されている。該流出孔14bから流出した酸化剤は、セルスタック11の各セルのカソード極に供給される。該隔壁25の頂壁にはオフガス燃焼排ガスの排出流路17が接続されている。オフガスの燃焼排ガスは、改質器13の周囲の空間(排ガス通路)を経て筐体1上方の排出通路17から排出される。本発明においても、筐体1に対してセルスタック11を精度良く位置決めすることができる。   In the present embodiment, the upper end portion of the stack holding metal fitting 61 is supported on the top wall of the housing 1 (or the connecting body to the housing 1). The stack holding fitting 61 is formed in substantially the same shape as the stack holding fitting 21 of the second embodiment, except that the outlet 31b is not provided. The heat insulating material chamber Hi is defined by the housing 1 and the stack holding metal fitting 61. The outer surface of the heat insulating material 16 is covered with the inner wall of the housing 1, and the inner surface of the heat insulating material 16 is covered with the outer wall of the stack holding metal fitting 61. An oxidant introduction passage 26 and an offgas combustion exhaust gas discharge passage 17 are provided on the top wall of the housing 1. A partition wall 25 surrounding the fuel cell 11 a and the reformer 13 is disposed inside the stack holding metal fitting 61. An oxidant supply passage 14 is defined between the top wall of the housing 1 and the top wall of the partition wall 25 and between the stack holding fitting 61 and the side wall of the partition wall 25. The oxidant introduced from the oxidant introduction passage 26 flows through the oxidant supply passage 14 from the upper side to the lower side of the housing 1. An outflow hole 14 b of the oxidant supply passage 14 is formed at the lower end of the partition wall 25. The oxidant that flows out from the outflow hole 14 b is supplied to the cathode electrode of each cell of the cell stack 11. An off-gas combustion exhaust gas discharge passage 17 is connected to the top wall of the partition wall 25. The off-gas combustion exhaust gas passes through the space around the reformer 13 (exhaust gas passage) and is discharged from the discharge passage 17 above the housing 1. Also in the present invention, the cell stack 11 can be accurately positioned with respect to the housing 1.

また、本第6実施形態は、スタック保持金具61と排ガスが流通する空間との間に酸化剤供給通路14が画成されている。このため、スタック保持金具61の熱膨張による変形、熱応力をより一層低減することができ、スタック保持金具61の耐久性を確保することができる。さらには、断熱材を筐体内部の最外側に配置し排ガス通路を断熱材の内側に配設できる。これにより、排ガス通路からの放熱も抑制でき、より高い断熱性能が得られる。また、排ガス通路を断熱材の外側に配設しない構造のため、排ガス通路からの放熱も抑制できる。これにより、より高い断熱性能が得られる。また、筐体1の短側面の横幅を短縮でき、細長いスペースへの燃料装置の設置を可能とする。   In the sixth embodiment, the oxidant supply passage 14 is defined between the stack holding fitting 61 and the space through which the exhaust gas flows. For this reason, the deformation and thermal stress due to thermal expansion of the stack holding metal fitting 61 can be further reduced, and the durability of the stack holding metal fitting 61 can be ensured. Furthermore, a heat insulating material can be arrange | positioned in the outermost side inside a housing | casing, and an exhaust gas channel | path can be arrange | positioned inside a heat insulating material. Thereby, heat dissipation from the exhaust gas passage can also be suppressed, and higher heat insulation performance can be obtained. Further, since the exhaust gas passage is not disposed outside the heat insulating material, heat radiation from the exhaust gas passage can be suppressed. Thereby, higher heat insulation performance is obtained. Further, the lateral width of the short side surface of the housing 1 can be shortened, and the fuel device can be installed in an elongated space.

また、図14に示す第6実施形態の応用形態として、図13に示した第5実施形態の特徴を適用することができ、当該実施形態と同様の効果を得ることができる。   Further, as an application form of the sixth embodiment shown in FIG. 14, the features of the fifth embodiment shown in FIG. 13 can be applied, and the same effects as those of the embodiment can be obtained.

<第7実施形態>
図15は、本発明の第7の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す。本第6実施形態において、第1〜6実施形態と同一の構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。
<Seventh embodiment>
FIG. 15 shows a basic structure of a main part of a solid oxide fuel cell device according to a seventh embodiment of the present invention. In the sixth embodiment, the same components as those in the first to sixth embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態では、セルスタックの外側に配設される断熱材を、図16に概要を示すように容器状に形成したスタック保持金具71で内包する構成とする。つまり、当該容器状の内部が断熱材室Hiに相当する。本実施形態では、第1実施形態と同様のセルスタック11、酸化剤供給通路14、排ガス通路15を備えた構造において、以下のように構成される。断熱材16を充填した容器状のスタック保持金具71の上端部を、排ガス通路15を形成する隔壁15aの上端部に溶接等による固定又は係合により支持する。なお、本実施形態においては、スタック保持金具71の底部を隔壁15の底部に支持することができる。このため、スタック保持金具71の上端部は、隔壁15の上端部にて支持されなくてもよい。
このように本実施形態では、容器状に形成したスタック保持金具71を用いたことにより、燃料電池装置を組み立てる前に断熱材室Hiに断熱材16を充填することができる。このため、燃料電池装置の組立性を向上するこができる。また、断熱材として粒状、又は、粉状の断熱材を密に充填することができる。このため、ボード状断熱材等を用いた場合に起こり得る、断熱材の粉化による空隙の発生を抑制することができる。また、スタック保持金具71の底部を隔壁15の底部に支持する構成であったとしても、以下の効果が得られる。即ち、スタック保持金具71と隔壁15の底部との接触面からマニホールド部11bに至るまでの間に、スタック保持金具71は筐体1の上方向に伸延している。このため、マニホールド部11bを通じて燃料電池セル11aの温度が低下することを抑制することができる。
In the present embodiment, the heat insulating material disposed outside the cell stack is included in a stack holding fitting 71 formed in a container shape as schematically shown in FIG. That is, the inside of the container shape corresponds to the heat insulating material chamber Hi. In the present embodiment, the structure including the cell stack 11, the oxidant supply passage 14, and the exhaust gas passage 15 similar to those in the first embodiment is configured as follows. The upper end portion of the container-shaped stack holding metal fitting 71 filled with the heat insulating material 16 is supported on the upper end portion of the partition wall 15a forming the exhaust gas passage 15 by fixing or engaging by welding or the like. In the present embodiment, the bottom of the stack holding metal fitting 71 can be supported on the bottom of the partition wall 15. For this reason, the upper end portion of the stack holding fitting 71 may not be supported by the upper end portion of the partition wall 15.
Thus, in this embodiment, by using the stack holding metal fitting 71 formed in a container shape, the heat insulating material 16 can be filled into the heat insulating material chamber Hi before assembling the fuel cell device. For this reason, the assemblability of the fuel cell device can be improved. Moreover, a granular or powdery heat insulating material can be densely filled as the heat insulating material. For this reason, generation | occurrence | production of the space | gap by powdering of a heat insulating material which can occur when a board-shaped heat insulating material etc. are used can be suppressed. Even when the bottom portion of the stack holding metal fitting 71 is supported on the bottom portion of the partition wall 15, the following effects can be obtained. That is, the stack holding metal 71 extends upward from the contact surface between the stack holding metal 71 and the bottom of the partition wall 15 to the manifold portion 11b. For this reason, it can suppress that the temperature of the fuel cell 11a falls through the manifold part 11b.

本第7実施形態の変形態様として、スタック保持金具71を上方に伸ばし、上端部を筐体1等の頂壁に支持する構成としてもよい。このようにすると、改質器外側の断熱機能も有することができる。この場合、スタック保持金具71の両側部に、内側壁と外側壁とを貫通する排ガス流出管を連結する構成とすればよい。このようにすれば、オフガス燃焼部からの燃焼排ガスは、排ガス流出管を介して断熱材16に接触することなく外側の排ガス通路に流出する。   As a modification of the seventh embodiment, the stack holding metal 71 may be extended upward and the upper end portion may be supported on the top wall of the housing 1 or the like. If it does in this way, it can also have a heat insulation function outside a reformer. In this case, an exhaust gas outlet pipe that penetrates the inner wall and the outer wall may be connected to both sides of the stack holding metal 71. If it does in this way, the combustion exhaust gas from an off-gas combustion part will flow out to an outside exhaust gas passage, without contacting heat insulation material 16 via an exhaust gas outflow pipe.

<第8実施形態>
図17は、本発明の第8の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池装置の要部の基本構造を示す。本第7実施形態において、第1〜7実施形態と同一の構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。
<Eighth Embodiment>
FIG. 17 shows a basic structure of a main part of a solid oxide fuel cell device according to an eighth embodiment of the present invention. In the seventh embodiment, the same components as those in the first to seventh embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本第8実施形態は、排ガスを筐体の上方へ排出する構造を有するタイプに、スタック保持金具を容器状にする構成を適用したものである。スタック保持金具81は、第7実施形態と同様な容器状である。また、スタック保持金具81の断熱材16上端面を覆う蓋部81aより上方に、係合部81bが形成される。該係合部81bは、筐体1の内側壁に固定した支持部材1aに係合してスタック保持金具81を支持する。これにより、筐体1に対してセルスタック11を精度良く位置決めすることができる。なお、係合部81bは、支持部材1aに溶接等で固定させてよい。あるいは、係合部81bは、スタック保持金具81を支持部材1aへの係合のみで支持させてもよい。これらのことは、他の実施形態と同様である。なお、スタック保持金具81と筐体1の内壁、低温の底壁との間には、放熱を抑制するように隙間を開けて支持することが好ましい。
また、本第8実施形態の変形態様として、スタック保持金具81を上方に伸ばし、上端部を筐体1の頂壁に支持する構成としてもよい。このようにすれば、改質器13外側の断熱機能も有することができる。例えば、支持部材1aを筐体1の頂壁に備えてスタック保持金具81を支持してもよい。
In the eighth embodiment, a configuration in which the stack holding metal fitting is formed in a container shape is applied to a type having a structure for discharging exhaust gas to the upper side of the casing. The stack holding metal 81 has a container shape similar to that of the seventh embodiment. Further, an engaging portion 81 b is formed above the lid portion 81 a that covers the upper end surface of the heat insulating material 16 of the stack holding metal member 81. The engaging portion 81 b is engaged with the support member 1 a fixed to the inner wall of the housing 1 to support the stack holding metal member 81. Thereby, the cell stack 11 can be accurately positioned with respect to the housing 1. The engaging portion 81b may be fixed to the support member 1a by welding or the like. Alternatively, the engaging portion 81b may support the stack holding metal member 81 only by engaging with the support member 1a. These are the same as in the other embodiments. In addition, it is preferable to support with a gap between the stack holding metal fitting 81 and the inner wall of the housing 1 and the low temperature bottom wall so as to suppress heat radiation.
As a modification of the eighth embodiment, the stack holding bracket 81 may be extended upward and the upper end portion may be supported on the top wall of the housing 1. In this way, the heat insulation function outside the reformer 13 can also be provided. For example, the stack holding bracket 81 may be supported by providing the support member 1 a on the top wall of the housing 1.

以上の実施形態では、燃料電池セル11aの隙間に酸化剤供給通路14を挿入したものを示した。例えば図1に示すような改質器13の原燃料の入口と水素富化ガスの出口とを結ぶ方向において、セルスタック11の両外側に酸化剤供給通路14を配設したものを示した。一方、図18に示すように、改質器13の原燃料の入口と水素富化ガスの出口とを結ぶ方向と直交する方向において、セルスタック11の両外側に酸化剤供給通路14を配設する構成としてもよい。   In the above embodiment, the one in which the oxidant supply passage 14 is inserted into the gap between the fuel cells 11a is shown. For example, as shown in FIG. 1, an oxidant supply passage 14 is provided on both outer sides of the cell stack 11 in the direction connecting the raw fuel inlet and the hydrogen-enriched gas outlet of the reformer 13. On the other hand, as shown in FIG. 18, oxidant supply passages 14 are disposed on both outer sides of the cell stack 11 in a direction orthogonal to the direction connecting the raw fuel inlet and the hydrogen-enriched gas outlet of the reformer 13. It is good also as composition to do.

さらに、以下のような構成としてもよい。改質器13の原燃料の入口と水素富化ガスの出口とを結ぶ方向と直交して断熱材16を配設する。そして、セルスタック両外側の断熱材および下部断熱材の少なくとも内側表面を覆ってスタック保持金具を配設する。この場合、スタック保持金具のセルスタック両外側の上部を、筐体に支持する構成とすることで、他の実施形態と同様の効果を得られる。   Furthermore, it is good also as the following structures. A heat insulating material 16 is disposed perpendicular to the direction connecting the raw fuel inlet and the hydrogen-enriched gas outlet of the reformer 13. Then, a stack holding metal fitting is disposed so as to cover at least the inner surfaces of the heat insulating material and the lower heat insulating material on both outer sides of the cell stack. In this case, effects similar to those of the other embodiments can be obtained by supporting the upper portions of both sides of the cell stack of the stack holding bracket on the casing.

図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものである。本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。例えば、図3、図5、図6および図8においては、隔壁15aを筐体1の側面内壁で支持する構造を例示したが、これに限らず、例えば、図15のように隔壁15aを筐体1の底面内壁で支持してもよい。   The illustrated embodiments are merely illustrative of the invention. It goes without saying that the present invention includes various improvements and modifications made by those skilled in the art within the scope of the claims in addition to those directly shown by the described embodiments. For example, FIGS. 3, 5, 6 and 8 illustrate the structure in which the partition wall 15a is supported by the inner wall of the side surface of the housing 1. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. It may be supported by the bottom inner wall of the body 1.

また、改質器の一方の端を原燃料の入口、他方の端を水素富化ガスの出口として説明したが、改質器の内部に仕切り板を備えた折り返し構造としてもよい。その場合は、原燃料の入口と水素富化ガスの出口とを同じ端に形成してもよい。また、第1〜第9の実施形態においては、直方体状の改質器を例示した。しかし、これに限らず、円筒型であってもよい。また、改質器の数は燃料電池装置の規模に応じて1つ、または複数配置することができる。   Further, although one end of the reformer has been described as the raw fuel inlet and the other end as the hydrogen-enriched gas outlet, a folded structure having a partition plate inside the reformer may be used. In that case, the raw fuel inlet and the hydrogen-enriched gas outlet may be formed at the same end. Moreover, in the 1st-9th embodiment, the rectangular parallelepiped reformer was illustrated. However, the present invention is not limited to this, and a cylindrical shape may be used. The number of reformers can be one or more depending on the scale of the fuel cell device.

1…筐体
1a…支持部材
11…セルスタック
11a…燃料電池セル
11b…マニホールド部(台座)
12…オフガス燃焼部
13…改質器
13a…アーム部材
14…酸化剤供給通路
15…排ガス通路
15a…隔壁
16…断熱材
17…排出通路
18…燃料供給配管
21,31,41,51,61,71,81,101…スタック保持金具
31d…改質器の支持部
101f…支持部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Housing 1a ... Supporting member 11 ... Cell stack 11a ... Fuel cell 11b ... Manifold part (pedestal)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Off-gas combustion part 13 ... Reformer 13a ... Arm member 14 ... Oxidant supply passage 15 ... Exhaust gas passage 15a ... Partition 16 ... Heat insulating material 17 ... Exhaust passage 18 ... Fuel supply piping 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 101 ... Stack holding bracket 31d ... Reformer support part 101f ... Support part

Claims (12)

複数の燃料電池セルが台座に支持されたセルスタックと、
前記セルスタックを内包し、上部が開放したチャンネル形状のスタック保持金具と、
前記セルスタック及び前記スタック保持金具を収納し、前記セルスタックの上方に、原燃料を改質して前記セルスタックへ水素富化ガスを供給する改質器を内包する筐体と、
前記スタック保持金具の外側と前記筐体の内側との間に配設される断熱材と、
を備え、
前記スタック保持金具は、
前記筐体又は前記筐体との連結体に支持され、前記燃料電池セルと接触しないように、前記スタック保持金具の内側底壁で前記台座を保持するとともに、前記改質器を支持する改質器支持部を有し、
前記改質器側に取り付けられた係合部材と、前記スタック保持金具側に取り付けられた係合部材とを、これら係合部材相互が摺動自由に係合して前記改質器を支持することを特徴とする燃料電池装置。
A cell stack in which a plurality of fuel cells are supported by a pedestal;
A channel-shaped stack holding metal fitting that encloses the cell stack and is open at the top;
A housing containing a reformer that houses the cell stack and the stack holding fitting, and reforms raw fuel to supply a hydrogen-enriched gas to the cell stack above the cell stack ;
A heat insulating material disposed between the outside of the stack holding metal fitting and the inside of the housing;
With
The stack holding bracket is
The reformer that is supported by the casing or a connected body with the casing and holds the pedestal on the inner bottom wall of the stack holding metal fitting and supports the reformer so as not to contact the fuel cell. Having a vessel support,
The engaging member attached to the reformer side and the engaging member attached to the stack holding bracket side are slidably engaged with each other to support the reformer. A fuel cell device.
前記筐体と前記断熱材との間に、前記筐体との連結体である隔壁を備え、
前記筐体と前記隔壁の間に排ガス通路が画成され、
前記スタック保持金具は、前記隔壁に支持される請求項1に記載の燃料電池装置。
Between the housing and the heat insulating material, comprising a partition wall that is a connecting body with the housing,
An exhaust gas passage is defined between the housing and the partition wall,
The fuel cell device according to claim 1, wherein the stack holding metal fitting is supported by the partition wall.
前記スタック保持金具の上端は、前記セルスタックの上下方向の高さの半分から上の位置において、前記隔壁の側壁に支持される請求項2に記載の燃料電池装置。 3. The fuel cell device according to claim 2, wherein an upper end of the stack holding bracket is supported by a side wall of the partition wall at a position above half of the vertical height of the cell stack. 前記スタック保持金具の上端は、前記筐体に支持される請求項1に記載の燃料電池装置。 The fuel cell device according to claim 1, wherein an upper end of the stack holding metal fitting is supported by the housing. 前記スタック保持金具の上端は、前記セルスタックの上下方向の高さの半分から上の位置において、前記筐体に支持される請求項4に記載の燃料電池装置。 5. The fuel cell device according to claim 4, wherein an upper end of the stack holding metal fitting is supported by the housing at a position above half of the vertical height of the cell stack. 前記スタック保持金具の上端は、前記筐体の頂壁に支持される、請求項5に記載の燃料電池装置。 The fuel cell device according to claim 5, wherein an upper end of the stack holding metal fitting is supported by a top wall of the housing. 前記スタック保持金具の上端は、前記筐体の側壁に支持される、請求項5に記載の燃料電池装置。 The fuel cell device according to claim 5, wherein an upper end of the stack holding metal fitting is supported by a side wall of the housing. 前記スタック保持金具は、前記台座と係合する係合部を備える、請求項1に記載の燃料電
池装置。
The fuel cell device according to claim 1, wherein the stack holding metal fitting includes an engaging portion that engages with the pedestal.
前記筐体は、前記セルスタックの上方に、原燃料を改質して前記セルスタックへ水素富化ガスを供給する改質器を内包し、
前記断熱材は、前記改質器の前記筐体側面との間に位置することを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池装置。
The casing includes a reformer that reforms raw fuel and supplies a hydrogen-enriched gas to the cell stack above the cell stack,
2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the heat insulating material is located between a side surface of the housing of the reformer.
前記スタック保持金具は、前記断熱材を保持する断熱材保持部を有する、請求項に記載の燃料電池装置。 The fuel cell device according to claim 1 , wherein the stack holding metal fitting has a heat insulating material holding portion for holding the heat insulating material. 前記スタック保持金具は、前記断熱材を内包する容器状に形成される、請求項1に記載の燃料電池装置。 The fuel cell device according to claim 1, wherein the stack holding metal fitting is formed in a container shape including the heat insulating material. 前記スタック保持金具は、無孔の金属板から成り、前記断熱材への排ガスの流通を遮るように配設される、請求項1に記載の燃料電池装置。 2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the stack holding metal fitting is made of a non-porous metal plate and is disposed so as to block the flow of exhaust gas to the heat insulating material.
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