JP6237114B2 - Fuel cell device - Google Patents

Fuel cell device Download PDF

Info

Publication number
JP6237114B2
JP6237114B2 JP2013222120A JP2013222120A JP6237114B2 JP 6237114 B2 JP6237114 B2 JP 6237114B2 JP 2013222120 A JP2013222120 A JP 2013222120A JP 2013222120 A JP2013222120 A JP 2013222120A JP 6237114 B2 JP6237114 B2 JP 6237114B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
gas
fuel
heat
heat exchange
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013222120A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014157811A (en
Inventor
厚 早坂
厚 早坂
上原　昌徳
昌徳 上原
康俊 土肥
康俊 土肥
康弘 長田
康弘 長田
佑輝 向原
佑輝 向原
晴彦 渡邊
晴彦 渡邊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2013222120A priority Critical patent/JP6237114B2/en
Priority to PCT/JP2013/007528 priority patent/WO2014112018A1/en
Publication of JP2014157811A publication Critical patent/JP2014157811A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6237114B2 publication Critical patent/JP6237114B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Description

本発明は、高温型の燃料電池を当該燃料電池に供給される前の反応ガスと熱交換させる燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell device that exchanges heat between a high-temperature fuel cell and a reaction gas before being supplied to the fuel cell.

従来、高温（例えば、５００℃以上）で作動する高温型の燃料電池として、固体酸化物型燃料電池（SOFC：Solid Oxide Fuel Cell）や溶融炭酸塩型燃料電池（MCFC：Molten Carbonate Fuel Cell）が存在する。   Conventionally, as a high-temperature fuel cell that operates at a high temperature (for example, 500 ° C. or more), a solid oxide fuel cell (SOFC) or a molten carbonate fuel cell (MCFC) is used. Exists.

この種の高温型の燃料電池は、発電時に発熱反応を伴い、発電時の作動温度が高い程、酸素イオンの導電性が高く発電効率の観点から有利となる。   This type of high-temperature fuel cell has an exothermic reaction during power generation, and the higher the operating temperature during power generation, the higher the conductivity of oxygen ions, and the more advantageous from the viewpoint of power generation efficiency.

しかし、燃料電池を構成する構成材料等の耐熱性の面から作動温度を所定温度（例えば、１０００℃）に維持することが要求されており、燃料電池が必要以上に発熱しないように不要な熱を除去する必要がある。   However, it is required to maintain the operating temperature at a predetermined temperature (for example, 1000 ° C.) from the viewpoint of heat resistance of the constituent materials constituting the fuel cell, and unnecessary heat is generated so that the fuel cell does not generate more heat than necessary. Need to be removed.

また、燃料電池装置には、都市ガス等の燃料ガス（原燃料ガス）を水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質器が設けられている。この燃料改質器としては、水蒸気と原燃料ガスとを混合させた後、高温の雰囲気下にて、水蒸気と原燃料ガスの炭化水素とを改質反応（水蒸気改質）させて、水素リッチな燃料ガスを生成するものがある。水蒸気と原燃料ガスの炭化水素との改質反応は、吸熱反応であるため、燃料改質器を高温にする必要がある。   The fuel cell device is provided with a fuel reformer that reforms a fuel gas (raw fuel gas) such as city gas into a hydrogen-rich fuel gas. In this fuel reformer, after steam and raw fuel gas are mixed, reforming reaction (steam reforming) of water vapor and hydrocarbons of raw fuel gas is performed in a high-temperature atmosphere, and hydrogen rich. Some of them generate fuel gas. Since the reforming reaction between the steam and the hydrocarbon of the raw fuel gas is an endothermic reaction, the fuel reformer needs to be heated to a high temperature.

そこで、高温型の燃料電池にて生ずる不要な熱を回収して、燃料改質器等の昇温に利用する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   Therefore, a configuration has been proposed in which unnecessary heat generated in a high-temperature fuel cell is recovered and used to raise the temperature of a fuel reformer or the like (see, for example, Patent Document 1).

この特許文献１では、燃料電池に供給される前の燃料ガスが流通する燃料改質器や燃料予熱器等を、燃料電池にて発生する熱を回収する熱交換手段として、燃料電池の周囲に配置する構成としている。   In Patent Document 1, a fuel reformer, a fuel preheater, and the like in which fuel gas before being supplied to the fuel cell flows are used as heat exchange means for recovering the heat generated in the fuel cell around the fuel cell. The configuration is arranged.

より具体的には、特許文献１に記載の燃料電池装置では、燃料ガスの温度が上流側から下流側に向かって高くなるように、燃料電池の周囲に燃料改質器および燃料予熱器をそれぞれ交互に、且つ、直列的に接続する構成としている。さらに、燃料電池を挟んで、燃料ガス流れ最下流側に位置する燃料改質器（最も温度の高い改質器）と対向する位置に、空気（酸化剤ガス）を予熱する空気予熱器を配置すると共に、当該空気予熱器と燃料電池との間に、燃料ガス流れ最上流側に位置する燃料改質器（最も温度の低い改質器）を配置する構成としている。   More specifically, in the fuel cell device described in Patent Document 1, a fuel reformer and a fuel preheater are provided around the fuel cell so that the temperature of the fuel gas increases from the upstream side toward the downstream side. It is configured to connect alternately and in series. Furthermore, an air preheater that preheats air (oxidant gas) is placed at a position facing the fuel reformer (the reformer with the highest temperature) located on the most downstream side of the fuel gas flow with the fuel cell in between. In addition, a fuel reformer (the reformer having the lowest temperature) located on the most upstream side of the fuel gas flow is arranged between the air preheater and the fuel cell.

特開２００７−８０７６０号公報JP 2007-80760 A

しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池装置では、燃料電池の周囲に温度帯が大きく異なる機器が配置されることとなり、燃料電池の温度に大きなばらつきが生じてしまう。燃料電池の温度にばらつきが生ずると、燃料電池の低温となる部位の発電効率が低下したり、燃料電池の高温となる部位に生ずる熱応力に起因して破損したりする虞がある。   However, in the fuel cell device described in Patent Document 1, devices having greatly different temperature zones are arranged around the fuel cell, resulting in large variations in the temperature of the fuel cell. If the temperature of the fuel cell varies, there is a risk that the power generation efficiency at the portion where the temperature of the fuel cell becomes low may be reduced, or that the fuel cell may be damaged due to the thermal stress generated at the portion where the temperature of the fuel cell becomes high.

本発明は上記点に鑑みて、燃料電池における温度ばらつきを抑制しつつ燃料電池からの熱回収を実現可能な燃料電池装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell apparatus capable of realizing heat recovery from a fuel cell while suppressing temperature variations in the fuel cell.

上記目的を達成するため、請求項１、２に記載の発明では、燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（１０）と、発電時の燃料電池の温度よりも温度の低い第１流体が流入し、燃料電池からの放射熱を第１流体と熱交換させる第１熱交換手段（４４）と、第１流体と同等の温度となる第２流体が流入し、燃料電池からの放射熱を第２流体と熱交換させる第２熱交換手段（３４）と、を備え、第１流体は、燃料電池に供給される前の燃料ガスおよび酸化剤ガスのいずれかであり、第２流体は、燃料電池に供給される前の燃料ガスおよび酸化剤ガスのいずれかであり、第１熱交換手段および第２熱交換手段は、互いに離間すると共に、一方の熱交換手段と燃料電池との間に他方の熱交換手段が介在しないように燃料電池の周囲に対向配置されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first and second aspects of the invention, a fuel cell (10) that outputs electric energy by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and a temperature of the fuel cell during power generation, A first fluid having a low temperature flows in, a first heat exchanging means (44) for exchanging radiant heat from the fuel cell with the first fluid, and a second fluid having a temperature equivalent to the first fluid flows in, Second heat exchange means (34) for exchanging radiant heat from the fuel cell with the second fluid, wherein the first fluid is one of the fuel gas and the oxidant gas before being supplied to the fuel cell. And the second fluid is one of the fuel gas and the oxidant gas before being supplied to the fuel cell, and the first heat exchange means and the second heat exchange means are separated from each other and one heat exchange means No other heat exchange means between the fuel cell and the fuel cell As described above, the fuel cell is disposed so as to face the periphery of the fuel cell.

これによれば、同等の温度の燃料ガスまたは酸化剤ガスが流入する２つの熱交換手段を、燃料電池の周囲に対向配置する構成としているので、燃料電池の温度ばらつきを抑制しつつ、燃料電池における余剰の熱を回収することができる。   According to this, since the two heat exchanging means into which fuel gas or oxidant gas of the same temperature flows are arranged to oppose each other around the fuel cell, the fuel cell can be controlled while suppressing the temperature variation of the fuel cell. Excess heat in can be recovered.

この際、各熱交換手段を互いに離間させると共に、一方の熱交換手段と燃料電池との間に他方の熱交換手段が介在しない配置構成としているので、各熱交換手段を流通する流体同士の不必要な熱交換を抑制して、燃料電池における余剰の熱を効率よく回収することができる。   At this time, the heat exchange means are separated from each other, and the other heat exchange means is not interposed between the one heat exchange means and the fuel cell. Necessary heat exchange can be suppressed and excess heat in the fuel cell can be efficiently recovered.

なお、「同等の温度」とは、温度が完全に一致する状態に限らず、例えば、過渡状態における温度差が３００℃以下、定常状態における温度差が１００℃以下となる状態を包含する。   The “equivalent temperature” is not limited to a state in which the temperatures are completely matched, and includes, for example, a state in which the temperature difference in the transient state is 300 ° C. or less and the temperature difference in the steady state is 100 ° C. or less.

また、請求項１、２に記載の発明は、第１熱交換手段は、少なくとも燃料電池からの放射熱を利用して燃料ガスを改質する燃料改質器（４４）であり、第２熱交換手段は、少なくとも燃料電池からの放射熱を利用して酸化剤ガスを加熱する酸化剤ガス予熱器（３４）であることを特徴としている。 In the first and second aspects of the present invention, the first heat exchanging means is a fuel reformer (44) that reforms the fuel gas using at least radiant heat from the fuel cell. The exchanging means is an oxidant gas preheater (34) that heats the oxidant gas using at least radiant heat from the fuel cell.

このように、比較的作動温度の近い構成機器である燃料改質器および酸化剤ガス予熱器を燃料電池の周囲に配置する構成とすれば、燃料電池が放出する放射熱から、燃料ガスの改質に必要とされる熱、および燃料電池に供給する酸化剤ガスの昇温に要する熱を得ることができる。   Thus, if the fuel reformer and the oxidant gas preheater, which are components having relatively close operating temperatures, are arranged around the fuel cell, the fuel gas is modified from the radiant heat emitted by the fuel cell. The heat required for the quality and the heat required for raising the temperature of the oxidant gas supplied to the fuel cell can be obtained.

また、請求項１、２に記載の発明は、第２熱交換手段は、燃料電池から離間して配置され、第２熱交換手段と燃料電池との間隔は、第１熱交換手段と燃料電池との間隔よりも広くなっていることを特徴としている。 According to the first and second aspects of the present invention, the second heat exchange means is disposed apart from the fuel cell, and the interval between the second heat exchange means and the fuel cell is the first heat exchange means and the fuel cell. It is characterized by being wider than the interval.

これによれば、燃料改質器（第１熱交換手段）に比べて内部の温度勾配が大きくなり易い酸化剤ガス予熱器（第２熱交換手段）を、燃料改質器よりも燃料電池から離間させる構成としているので、燃料電池から酸化剤ガス予熱器側への放射熱を拡散させることができる。これにより、酸化剤ガス予熱器内部の温度勾配によって燃料電池が局所的に冷却されてしまうことを抑制することができ、燃料電池における温度ばらつきを効果的に抑制することができる。   According to this, the oxidant gas preheater (second heat exchanging means) in which the internal temperature gradient is likely to be larger than that of the fuel reformer (first heat exchanging means) from the fuel cell rather than the fuel reformer. Since it is set as the structure spaced apart, the radiant heat from a fuel cell to the oxidant gas preheater side can be diffused. Thereby, it can suppress that a fuel cell is locally cooled by the temperature gradient inside an oxidizing agent gas preheater, and can suppress the temperature dispersion | variation in a fuel cell effectively.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。   In addition, the code | symbol in the parenthesis of each means described in this column and the claim shows an example of a correspondence relationship with the specific means described in the embodiment described later.

第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment. 第１実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell device according to a first embodiment. 図２のIII−III断面の模式図である。It is a schematic diagram of the III-III cross section of FIG. 第１実施形態に係る燃料電池装置の変形例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the modification of the fuel cell apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る燃料電池装置の変形例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the modification of the fuel cell apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る燃料電池装置の変形例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the modification of the fuel cell apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第２実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。It is a typical block diagram of the fuel cell apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。It is a typical block diagram of the fuel cell apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第３実施形態に係る燃料電池装置の変形例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the modification of the fuel cell apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第４実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。It is a typical block diagram of the fuel cell apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第４実施形態に係る燃料電池装置の変形例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the modification of the fuel cell apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第５実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。It is a typical block diagram of the fuel cell apparatus which concerns on 5th Embodiment. 図１２のXIII−XIII断面の模式図である。It is a schematic diagram of the XIII-XIII cross section of FIG. 第６実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。It is a typical block diagram of the fuel cell apparatus which concerns on 6th Embodiment. 第７実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。It is a typical block diagram of the fuel cell apparatus which concerns on 7th Embodiment. 図１５のXVI−XVI断面の模式図である。It is a schematic diagram of the XVI-XVI cross section of FIG. 第８実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。It is a typical block diagram of the fuel cell apparatus which concerns on 8th Embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。本実施形態では、図１に示す燃料電池システムに本発明の燃料電池装置１を適用している。 (First embodiment)
First, the first embodiment will be described. In this embodiment, the fuel cell device 1 of the present invention is applied to the fuel cell system shown in FIG.

本実施形態の燃料電池装置１は、断熱性を有するハウジング２、ハウジング２の内部に収容された燃料電池１０、後述する第２空気予熱器３４および燃料改質器４４にて構成されている。なお、燃料電池装置１の内部における具体的な配置形態については後述する。   The fuel cell device 1 according to the present embodiment includes a heat-insulating housing 2, a fuel cell 10 accommodated in the housing 2, a second air preheater 34 and a fuel reformer 44 described later. A specific arrangement form inside the fuel cell device 1 will be described later.

燃料電池１０は、燃料ガスと酸化剤ガス（本実施形態では空気）との電気化学反応により電気エネルギを出力する平板型の発電セル１０ａを複数積層した積層体（スタック構造）で構成されている。   The fuel cell 10 is configured by a stacked body (stacked structure) in which a plurality of flat plate-type power generation cells 10a that output electrical energy by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas (air in the present embodiment) are stacked. .

また、燃料電池１０は、図２に示すように、外部に露出する面として、発電セル１０ａの積層方向に沿って延びる４つの積層面１０ｂ、および発電セル１０ａの積層方向の両端部に形成される一対の積層端面１０ｃ、１０ｄを有している。なお、一対の積層端面１０ｃ、１０ｄは、燃料電池１０における発電セル１０ａの積層方向に直交する方向に延びる端面である。   In addition, as shown in FIG. 2, the fuel cell 10 is formed on the four stacked surfaces 10b extending along the stacking direction of the power generation cells 10a and both ends of the power generation cell 10a in the stacking direction as surfaces exposed to the outside. A pair of laminated end faces 10c, 10d. The pair of stacked end faces 10c and 10d are end faces extending in a direction perpendicular to the stacking direction of the power generation cells 10a in the fuel cell 10.

本実施形態の燃料電池１０は、作動温度が高温（例えば、５００℃〜１０００℃）となる固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）で構成されている。なお、説明の便宜上、図１では、燃料電池１０を単一の発電セル１０ａとして図示している。   The fuel cell 10 of the present embodiment is configured by a solid oxide fuel cell (SOFC) whose operating temperature is high (for example, 500 ° C. to 1000 ° C.). For convenience of explanation, in FIG. 1, the fuel cell 10 is illustrated as a single power generation cell 10a.

本実施形態の発電セル１０ａは、固体電解質体１１、空気極（カソード）１２、燃料極（アノード）１３、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路が形成されたセパレータ１４、１５で構成されている。なお、本実施形態の発電セル１０ａは、炭化水素系の原料であるメタンガス（ＣＨ４）を改質した改質ガス（Ｈ２、ＣＯ）を燃料としている。   The power generation cell 10a of the present embodiment includes a solid electrolyte body 11, an air electrode (cathode) 12, a fuel electrode (anode) 13, and separators 14 and 15 in which flow paths for fuel gas and oxidant gas are formed. . Note that the power generation cell 10a of the present embodiment uses a reformed gas (H2, CO) obtained by reforming methane gas (CH4), which is a hydrocarbon-based material, as fuel.

セパレータ１４、１５は、各発電セル１０ａを電気的に接続すると共に、燃料ガスおよび酸化剤ガスといった反応ガスを各発電セル１０ａへ供給する機能を有する。なお、セパレータ１４、１５には、燃料ガスを各発電セル１０ａへ供給する燃料ガス通路（図示略）、および空気を空気極１２および燃料極１３へ供給する空気通路（図示略）が形成されている。   The separators 14 and 15 have functions of electrically connecting the power generation cells 10a and supplying a reaction gas such as a fuel gas and an oxidant gas to the power generation cells 10a. The separators 14 and 15 are formed with a fuel gas passage (not shown) for supplying fuel gas to each power generation cell 10 a and an air passage (not shown) for supplying air to the air electrode 12 and the fuel electrode 13. Yes.

本実施形態の燃料電池１０は、発電セル１０ａの外周部にガス漏れ防止シール（図示略）が設けられたシール構造となっており、各発電セル１０ａからのオフガスが、図示しないマニホールドを介して、後述する空気排出経路６ａ、燃料排出経路６ｂに排出される。   The fuel cell 10 of the present embodiment has a seal structure in which a gas leakage prevention seal (not shown) is provided on the outer peripheral portion of the power generation cell 10a, and off-gas from each power generation cell 10a passes through a manifold (not shown). Then, the gas is discharged to an air discharge path 6a and a fuel discharge path 6b described later.

各発電セル１０ａでは、以下の反応式Ｆ１、Ｆ２に示す水素および酸素の電気化学反応により、電気エネルギが出力される。
（燃料極）２Ｈ２＋２Ｏ２−→２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−…Ｆ１
（空気極）Ｏ２＋４ｅ−→２Ｏ２−…Ｆ２
また、各発電セル１０ａでは、以下の反応式Ｆ３、Ｆ４に示す一酸化炭素（ＣＯ）および酸素の電気化学反応により、電気エネルギが出力される。
（燃料極）２ＣＯ＋２Ｏ２−→２ＣＯ２＋４ｅ−…Ｆ３
（空気極）Ｏ２＋４ｅ−→２Ｏ２−…Ｆ４
なお、図示しないが燃料電池１０のセル積層方向の両端には、各発電セル１０ａから出力される電流を集電する集電板が設けられており、当該集電板にて集電された電流が、バスバー等を介して外部へ引き出される。 In each power generation cell 10a, electric energy is output by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen shown in the following reaction formulas F1 and F2.
(Fuel electrode) 2H 2 + 2O 2- → 2H 2 O + 4e - ... F1
(Air electrode) O 2 + 4e − → 2O 2− … F2
In each power generation cell 10a, electric energy is output by an electrochemical reaction of carbon monoxide (CO) and oxygen shown in the following reaction formulas F3 and F4.
(Fuel electrode) 2CO + 2O 2 - → 2CO 2 + 4e - ... F3
(Air electrode) O 2 + 4e − → 2O 2− … F4
Although not shown, current collectors that collect current output from each power generation cell 10a are provided at both ends of the fuel cell 10 in the cell stacking direction. Is pulled out via a bus bar or the like.

燃料電池１０の空気の入口側には、空気の供給経路である空気供給経路３が接続されている。この空気供給経路３には、空気流れ上流側から順に、塵や埃等を除去する空気フィルタ３１、燃料電池１０へと空気を圧送する空気用ブロワ３２、第１空気予熱器３３、および第２空気予熱器３４が設けられている。   An air supply path 3 that is an air supply path is connected to the air inlet side of the fuel cell 10. In this air supply path 3, an air filter 31 that removes dust and the like, an air blower 32 that pumps air to the fuel cell 10, a first air preheater 33, and a second air flow path are provided in this order from the upstream side of the air flow. An air preheater 34 is provided.

各空気予熱器３３、３４それぞれは、燃料電池１０の空気極１２に供給する空気と燃料極１３に供給する高温の燃料ガスとの温度差を縮小して、各発電セル１０ａにおける発電効率の向上を図るために設けられている。   Each of the air preheaters 33 and 34 reduces the temperature difference between the air supplied to the air electrode 12 of the fuel cell 10 and the high-temperature fuel gas supplied to the fuel electrode 13 to improve the power generation efficiency in each power generation cell 10a. It is provided to plan.

第１空気予熱器３３は、空気用ブロワ３２から圧送された空気を、後述するオフガス燃焼器６１で生成した燃焼ガスと熱交換させて加熱するものである。第１空気予熱器３３では、空気用ブロワ３２から圧送された空気と、発電時における燃料電池１０の温度（例えば、７００℃〜８００℃）よりも低い温度の燃焼ガスとを熱交換させる低温の予熱器である。本実施形態の第１空気予熱器３３は、その内部における空気が、後述する燃料改質器４４に流入する燃料ガスと同等の温度に昇温するように構成されている。これにより、第１空気予熱器３３の空気流れ下流側の第２空気予熱器３４には、燃料改質器４４に流入する燃料ガスと同等の温度の空気が流入する。   The first air preheater 33 heats the air fed from the air blower 32 by exchanging heat with combustion gas generated by an off-gas combustor 61 described later. In the 1st air preheater 33, the low temperature which carries out heat exchange with the combustion gas of the temperature lower than the temperature (for example, 700 to 800 degreeC) of the fuel cell 10 at the time of electric power generation with the air pressure-fed from the air blower 32 is carried out. It is a preheater. The first air preheater 33 of the present embodiment is configured so that the temperature of the air inside thereof rises to a temperature equivalent to fuel gas flowing into a fuel reformer 44 described later. As a result, air having the same temperature as the fuel gas flowing into the fuel reformer 44 flows into the second air preheater 34 on the downstream side of the air flow of the first air preheater 33.

第２空気予熱器３４は、第１空気予熱器３３にて昇温した空気を、第１空気予熱器３３を流通する燃焼ガスよりも高温の燃焼ガスと熱交換させる高温の予熱器（酸化剤ガス予熱器）である。   The second air preheater 34 is a high-temperature preheater (oxidant) that exchanges heat between the air heated by the first air preheater 33 and combustion gas that is higher in temperature than the combustion gas flowing through the first air preheater 33. Gas preheater).

本実施形態の第２空気予熱器３４は、燃料電池１０と共にハウジング２の内部に収容されており、燃料電池１０の発電時に生ずる放射熱を吸熱して、内部を流通する空気を加熱する放射熱型の熱交換器で構成されている。本実施形態では、第２空気予熱器３４が、第１空気予熱器３３にて昇温した空気を第２流体として、燃料電池１０の発電時に生ずる放射熱と熱交換させる第２熱交換手段を構成している。なお、第２空気予熱器３４には、発電時における燃料電池１０の温度よりも低い空気が流入する。   The second air preheater 34 of the present embodiment is housed inside the housing 2 together with the fuel cell 10, and absorbs the radiant heat generated during power generation of the fuel cell 10 to radiate heat that heats the air flowing inside. It consists of a mold heat exchanger. In the present embodiment, the second air preheater 34 uses the air heated by the first air preheater 33 as the second fluid, and the second heat exchanging means for exchanging heat with the radiant heat generated during power generation of the fuel cell 10. It is composed. Air that is lower than the temperature of the fuel cell 10 during power generation flows into the second air preheater 34.

ここで、第２空気予熱器３４では、内部における空気流れ上流側の部位が低温、空気流れ下流側の部位が高温となる傾向があり、燃料電池１０に対向する対向面に温度分布が生じ易い。   Here, in the second air preheater 34, there is a tendency that a part on the upstream side of the air flow in the inside tends to be low temperature and a part on the downstream side of the air flow tends to be high temperature, and a temperature distribution tends to occur on the facing surface facing the fuel cell 10. .

このため、第２空気予熱器３４の内部における空気の流路は、燃料電池１０に対向する対向面の温度分布が均一となるように、空気流れ上流側と下流側とが隣り合うように設定することが望ましい。   For this reason, the air flow path inside the second air preheater 34 is set so that the upstream side and the downstream side of the air flow are adjacent so that the temperature distribution on the facing surface facing the fuel cell 10 is uniform. It is desirable to do.

一方、燃料電池１０の燃料ガスの入口側には、燃料ガスの供給経路である燃料供給経路４が接続されている。この燃料供給経路４には、燃料ガス流れ上流側から順に、燃料ガスに含まれる硫黄成分を除去する脱硫器４１、燃料電池１０へと燃料ガスを圧送する燃料用ブロワ４２、燃料予熱器４３、燃料改質器４４が設けられている。   On the other hand, a fuel supply path 4 that is a fuel gas supply path is connected to the fuel gas inlet side of the fuel cell 10. In the fuel supply path 4, a desulfurizer 41 that removes sulfur components contained in the fuel gas, a fuel blower 42 that pumps the fuel gas to the fuel cell 10, a fuel preheater 43, A fuel reformer 44 is provided.

燃料予熱器４３は、燃料用ブロワ４２から圧送された燃料ガスを後述するオフガス燃焼器６１で生成した燃焼ガスと熱交換させて加熱するものである。この燃料予熱器４３は、水供給経路５にも接続されており、純水器５１を介して水ポンプ５２から供給される水を燃焼ガスと熱交換させて蒸発させる水蒸気生成器としての機能も果たしている。なお、燃料予熱器４３では、燃料用ブロワ４２から圧送された燃料ガスと燃料電池１０よりも低い温度の燃焼ガスとを熱交換させる低温の予熱器である。   The fuel preheater 43 heats the fuel gas pumped from the fuel blower 42 by exchanging heat with a combustion gas generated by an off-gas combustor 61 described later. The fuel preheater 43 is also connected to the water supply path 5 and functions as a water vapor generator that evaporates water supplied from the water pump 52 via the pure water device 51 by heat exchange with the combustion gas. Plays. The fuel preheater 43 is a low-temperature preheater that exchanges heat between the fuel gas pumped from the fuel blower 42 and the combustion gas having a temperature lower than that of the fuel cell 10.

燃料改質器４４は、燃料予熱器４３にて加熱された燃料ガス、および水蒸気を混合した混合ガスを燃焼ガスと熱交換させて加熱すると共に、水蒸気改質により水素および一酸化炭素を含む燃料ガスを生成する燃料ガス生成器である。   The fuel reformer 44 heats the mixed gas obtained by mixing the fuel gas heated by the fuel preheater 43 and the steam with the combustion gas and heats it, and also contains hydrogen and carbon monoxide by steam reforming. It is a fuel gas generator that generates gas.

本実施形態の燃料改質器４４は、燃料電池１０や第２空気予熱器３４と共にハウジング２の内部に収容されており、燃料電池１０の発電時に生ずる放射熱を吸熱して、内部を流通する燃料ガスを加熱する放射熱型の熱交換器で構成されている。本実施形態では、燃料改質器４４が、燃料予熱器４３にて昇温した燃料ガスを第１流体として、燃料電池１０の発電時に生ずる放射熱と熱交換させる第１熱交換手段を構成している。なお、燃料改質器４４には、発電時における燃料電池１０の温度（例えば、７００℃〜８００℃）よりも低い燃料ガスが流入する。   The fuel reformer 44 of the present embodiment is housed in the housing 2 together with the fuel cell 10 and the second air preheater 34, absorbs the radiant heat generated when the fuel cell 10 generates power, and circulates in the interior. It consists of a radiant heat type heat exchanger that heats the fuel gas. In the present embodiment, the fuel reformer 44 constitutes first heat exchange means for exchanging heat with the radiant heat generated during power generation of the fuel cell 10 using the fuel gas heated by the fuel preheater 43 as the first fluid. ing. A fuel gas lower than the temperature of the fuel cell 10 (for example, 700 ° C. to 800 ° C.) during power generation flows into the fuel reformer 44.

ここで、水蒸気改質は、吸熱反応であり、本実施形態の如く、燃料電池１０の発電時に生ずる放射熱を吸熱可能な高温の条件下で行うことで、より高転化率の改質反応を実現することができる。但し、燃料電池１０の起動時等には、燃料改質器４４にて部分酸化改質を行うようにしてもよい。   Here, the steam reforming is an endothermic reaction, and, as in this embodiment, the reforming reaction with a higher conversion rate can be performed by performing the radiant heat generated at the time of power generation of the fuel cell 10 under a high temperature condition that can absorb the heat. Can be realized. However, partial oxidation reforming may be performed by the fuel reformer 44 when the fuel cell 10 is started.

また、燃料改質器４４では、内部における燃料ガス流れ上流側の部位が低温、燃料ガス流れ下流側の部位が高温となる傾向があり、燃料電池１０に対向する対向面に温度分布が生じ易い。   Further, in the fuel reformer 44, the portion upstream of the fuel gas flow inside tends to be low temperature and the portion downstream of the fuel gas flow tends to be high temperature, and temperature distribution tends to occur on the facing surface facing the fuel cell 10. .

このため、燃料改質器４４の内部における燃料ガスの流路は、燃料電池１０に対向する対向面の温度分布が均一となるように、燃料ガス流れ上流側と下流側とが隣り合うように設定することが望ましい。   For this reason, the flow path of the fuel gas inside the fuel reformer 44 is such that the upstream side and the downstream side of the fuel gas flow are adjacent so that the temperature distribution on the facing surface facing the fuel cell 10 is uniform. It is desirable to set.

なお、図示しないが、空気供給経路３および燃料供給経路４それぞれには、燃料電池１０に供給する燃料ガスの供給量を調整する調整弁や、燃料電池１０に供給する空気の供給量を調整する調整弁等が設けられている。   Although not shown, the air supply path 3 and the fuel supply path 4 are each provided with an adjustment valve that adjusts the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 10 and the amount of air supplied to the fuel cell 10. A regulating valve or the like is provided.

燃料電池１０の空気の出口側には、燃料電池１０からの排出空気（酸化剤ガスのオフガス）が流れる空気排出経路６ａが接続され、燃料電池１０の燃料ガスの出口側には、排出燃料（燃料ガスのオフガス）が流れる燃料排出経路６ｂが接続されている。各排出経路６ａ、６ｂは、オフガス燃焼器６１に接続されている。   An air discharge path 6 a through which exhaust air (oxidant gas off-gas) from the fuel cell 10 flows is connected to the air outlet side of the fuel cell 10, and discharged fuel ( A fuel discharge path 6b through which fuel gas (off gas) flows is connected. Each discharge path 6 a, 6 b is connected to an off-gas combustor 61.

オフガス燃焼器６１は、排出燃料と排出空気とを混合して燃焼させることで、燃料電池１０に供給する空気や燃料ガスの予熱等の熱源として利用される高温（例えば、９００℃〜１０００℃）の燃焼ガスを生成する燃焼器である。なお、燃料電池１０から排出される排出燃料および排出空気には、発電に利用されなかった未反応ガスが含まれている。このため、当該未反応ガスを有効活用するために、オフガス燃焼器が設けられている。   The off-gas combustor 61 mixes and burns the discharged fuel and the discharged air, thereby causing a high temperature (eg, 900 ° C. to 1000 ° C.) to be used as a heat source for preheating the air and fuel gas supplied to the fuel cell 10. It is a combustor which produces the combustion gas of. Note that the exhaust fuel and exhaust air discharged from the fuel cell 10 include unreacted gas that was not used for power generation. For this reason, in order to effectively utilize the unreacted gas, an off-gas combustor is provided.

このオフガス燃焼器６１には、高温の燃焼ガスを排出する燃焼ガス経路６が接続されている。この燃焼ガス経路６は、内部を流れる燃焼ガスの熱を有効利用すべく、上流側から順に燃料改質器４４、第２空気予熱器３４、燃料予熱器４３、第１空気予熱器３３といった機器に接続されている。なお、図示しないが、燃焼ガス経路６における第１空気予熱器３３の下流側には、給湯水を加熱する熱交換器を設けられており、燃料ガスが有する熱にて、給湯水等を加熱するようになっている。   The off gas combustor 61 is connected to a combustion gas path 6 for discharging high temperature combustion gas. The combustion gas path 6 is a device such as a fuel reformer 44, a second air preheater 34, a fuel preheater 43, and a first air preheater 33 in order from the upstream side in order to effectively use the heat of the combustion gas flowing inside. It is connected to the. Although not shown, a heat exchanger for heating hot water is provided on the downstream side of the first air preheater 33 in the combustion gas path 6 so that the hot water is heated by the heat of the fuel gas. It is supposed to be.

続いて、本実施形態の燃料電池装置１の内部における具体的な配置形態について、図２に示す模式図、図３に示す模式的な断面図を用いて説明する。   Then, the specific arrangement | positioning form inside the fuel cell apparatus 1 of this embodiment is demonstrated using the schematic diagram shown in FIG. 2, and the typical sectional drawing shown in FIG.

図２、図３に示すように、本実施形態の燃料電池１０は、直方体型のスタック構造であり、天地方向が発電セル１０ａの積層方向と一致するように、ハウジング２の中央部に配置されている。この点については、以降の実施形態においても同様である。   As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell 10 of the present embodiment has a rectangular parallelepiped stack structure, and is disposed at the center of the housing 2 so that the top-to-bottom direction coincides with the stacking direction of the power generation cells 10 a. ing. This also applies to the following embodiments.

また、本実施形態の燃料電池１０は、内部に空気を導入する空気導入部１４ａが第２空気予熱器３４の空気出口部３４ｂに接続され、内部から空気を排出する空気排出部１４ｂが空気排出経路６ａに接続されている。また、燃料電池１０は、内部に燃料ガスを導入する燃料導入部１５ａが燃料改質器４４の燃料出口部４４ｂに接続され、内部から燃料ガスを排出する燃料排出部１５ｂが燃料排出経路６ｂに接続されている。   Further, in the fuel cell 10 of the present embodiment, the air introduction part 14a for introducing air into the interior is connected to the air outlet part 34b of the second air preheater 34, and the air exhaust part 14b for exhausting air from the inside is an air exhaust. It is connected to the path 6a. Further, in the fuel cell 10, the fuel introduction part 15a for introducing the fuel gas into the inside is connected to the fuel outlet part 44b of the fuel reformer 44, and the fuel discharge part 15b for discharging the fuel gas from the inside to the fuel discharge path 6b. It is connected.

燃料電池１０の空気導入部１４ａは、第２空気予熱器３４に対向する対向面における第２空気予熱器３４の空気出口部３４ｂに対応する位置に設けられている。また、燃料電池１０の燃料導入部１５ａは、燃料改質器４４に対向する対向面における燃料改質器４４の燃料出口部４４ｂに対応する位置に設けられている。なお、本実施形態の燃料電池１０は、第２空気予熱器３４から導入された空気が、第２空気予熱器３４側から燃料改質器４４側へ発電部位を流通するように空気流路が設定されている。   The air introduction part 14 a of the fuel cell 10 is provided at a position corresponding to the air outlet part 34 b of the second air preheater 34 on the facing surface facing the second air preheater 34. Further, the fuel introduction part 15 a of the fuel cell 10 is provided at a position corresponding to the fuel outlet part 44 b of the fuel reformer 44 on the facing surface facing the fuel reformer 44. The fuel cell 10 of the present embodiment has an air flow path so that the air introduced from the second air preheater 34 flows through the power generation site from the second air preheater 34 side to the fuel reformer 44 side. Is set.

第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、各機器３４、４４間における不必要な熱交換を避けるために、互いに離間して配置されている。また、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、一方の熱交換手段と燃料電池１０との間に、他方の熱交換手段が介在しないように、燃料電池１０の周囲に対向配置されている。換言すれば、本実施形態の第２空気予熱器３４は、燃料改質器４４と燃料電池１０との間に介在しないように、燃料電池１０を挟んで燃料改質器４４の反対側に配置されている。同様に、本実施形態の燃料改質器４４は、第２空気予熱器３４と燃料電池１０との間に介在しないように、燃料電池１０を挟んで第２空気予熱器３４の反対側に配置されている。   The second air preheater 34 and the fuel reformer 44 are spaced apart from each other in order to avoid unnecessary heat exchange between the devices 34, 44. Further, the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 are disposed opposite to each other around the fuel cell 10 so that the other heat exchange unit is not interposed between the one heat exchange unit and the fuel cell 10. ing. In other words, the second air preheater 34 of the present embodiment is disposed on the opposite side of the fuel reformer 44 with the fuel cell 10 interposed therebetween so as not to be interposed between the fuel reformer 44 and the fuel cell 10. Has been. Similarly, the fuel reformer 44 of this embodiment is disposed on the opposite side of the second air preheater 34 with the fuel cell 10 interposed therebetween so as not to be interposed between the second air preheater 34 and the fuel cell 10. Has been.

また、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、それぞれ燃料電池１０との間に、他の熱交換手段が介在せず、燃料電池１０からの放射熱を直接的に受熱するように配置されている。なお、他の熱交換手段は、燃料電池１０の放射熱を積極的に受熱する熱交換器を想定しており、燃料電池１０の放射熱を受熱するものの受熱量が少ない空気供給経路３や燃料供給経路４等の各種配管、燃料電池１０に接続される各種配線は含まれない。つまり、各種配管や配線については、各機器３４、４４と燃料電池１０との間に介在していてもよい。   Further, the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 receive heat radiated from the fuel cell 10 directly without any other heat exchange means between the fuel cell 10 and the second air preheater 34 and the fuel reformer 44, respectively. Has been placed. The other heat exchanging means is assumed to be a heat exchanger that actively receives the radiant heat of the fuel cell 10, and receives the radiant heat of the fuel cell 10, but has a small amount of heat received, such as the air supply path 3 and the fuel. Various pipes such as the supply path 4 and various wirings connected to the fuel cell 10 are not included. That is, various pipes and wirings may be interposed between the devices 34 and 44 and the fuel cell 10.

本実施形態の第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、燃料電池１０からの充分な熱伝達、および放射熱（輻射熱）が得られるように、燃料電池１０における積層面１０ｂに対向する位置に燃料電池１０から適切に離間して配置されている。なお、本実施形態の第２空気予熱器３４および燃料改質器４４それぞれは、燃料電池１０からの距離が互いに等しくなるように配置されている。   The second air preheater 34 and the fuel reformer 44 of the present embodiment face the stacked surface 10b of the fuel cell 10 so that sufficient heat transfer from the fuel cell 10 and radiant heat (radiant heat) can be obtained. The fuel cell 10 is appropriately spaced from the fuel cell 10. Note that the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 of the present embodiment are arranged such that the distances from the fuel cell 10 are equal to each other.

また、本実施形態の第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、少なくとも一部が、互いの対向方向Ｘから見たときに燃料電池１０と重合し、且つ、対向方向に直交する方向Ｙから見たときに燃料電池１０と非重合となるように配置されている。なお、「重合」とは、重なり合う状態を意味している。また、「非重合」とは、重なり合わない状態を意味している。   Further, the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 of the present embodiment are at least partially overlapped with the fuel cell 10 when viewed from the opposing direction X, and are orthogonal to the opposing direction. The fuel cell 10 is disposed so as not to be polymerized when viewed from Y. “Polymerization” means an overlapping state. In addition, “non-polymerized” means a state where they do not overlap.

本実施形態の第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、燃料電池１０に対向する対向面が、燃料電池１０の１つの積層面１０ｂの大きさと同等となっている。なお、対向方向Ｘは、空気予熱器３４および燃料改質器４４における互いの対向面積が最も大きくなる面に対して直交する方向である。   In the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 of the present embodiment, the facing surface facing the fuel cell 10 is equivalent to the size of one stacked surface 10 b of the fuel cell 10. Note that the facing direction X is a direction orthogonal to the plane in which the facing areas of the air preheater 34 and the fuel reformer 44 are the largest.

なお、本実施形態の第２空気予熱器３４は、空気入口部３４ａが空気供給経路３に接続され、空気出口部３４ｂが燃料電池１０の空気導入部１４ａに接続されている。また、本実施形態の燃料改質器４４は、燃料入口部４４ａが燃料供給経路４に接続され、燃料出口部４４ｂが燃料電池１０の燃料導入部１５ａに接続されている。   In the second air preheater 34 of the present embodiment, the air inlet 34 a is connected to the air supply path 3, and the air outlet 34 b is connected to the air inlet 14 a of the fuel cell 10. In the fuel reformer 44 of the present embodiment, the fuel inlet portion 44 a is connected to the fuel supply path 4, and the fuel outlet portion 44 b is connected to the fuel introduction portion 15 a of the fuel cell 10.

次に、上記構成に係る燃料電池システムの作動について説明する。図示しないコントローラからの制御指令により、燃料電池システムの運転が開始されると、空気用ブロワ３２、燃料用ブロワ４２、水ポンプ５２等が作動する。   Next, the operation of the fuel cell system according to the above configuration will be described. When the operation of the fuel cell system is started by a control command from a controller (not shown), the air blower 32, the fuel blower 42, the water pump 52, etc. are operated.

空気供給経路３では、空気用ブロワ３２にて圧送された空気が第１空気予熱器３３にて所望の温度となるまで加熱された後、さらに第２空気予熱器３４にて加熱されて燃料電池１０に供給される。   In the air supply path 3, the air pressure-fed by the air blower 32 is heated to a desired temperature by the first air preheater 33, and further heated by the second air preheater 34 to be a fuel cell. 10 is supplied.

一方、燃料供給経路４では、燃料用ブロワ４２にて圧送された燃料ガス、および水ポンプ５２にて圧送された水が、燃料予熱器４３にて所望の温度まで加熱された後、燃料改質器４４にてリッチな燃料ガスに改質されて燃料電池１０に供給される。   On the other hand, in the fuel supply path 4, the fuel gas pumped by the fuel blower 42 and the water pumped by the water pump 52 are heated to a desired temperature by the fuel preheater 43 and then fuel reformed. The fuel is reformed into a rich fuel gas by the vessel 44 and supplied to the fuel cell 10.

燃料電池１０は、燃料ガスおよび空気が供給されると、水素および一酸化炭素を燃料として前述の反応式Ｆ１〜Ｆ４に示す電気化学反応により、電気エネルギを出力する。   When fuel gas and air are supplied, the fuel cell 10 outputs electric energy by the electrochemical reaction shown in the above-described reaction formulas F1 to F4 using hydrogen and carbon monoxide as fuel.

燃料電池１０から排出された各オフガスは、オフガス燃焼器６１にて燃焼される。そして、オフガス燃焼器６１にて生ずる高温の燃焼ガスは、燃焼ガス経路６を介して燃料改質器４４、第２空気予熱器３４、燃料予熱器４３、第１空気予熱器３３の順に流れ、各機器における熱源として利用された後に外部へ排出される。   Each off gas discharged from the fuel cell 10 is burned in the off gas combustor 61. The high-temperature combustion gas generated in the off-gas combustor 61 flows in the order of the fuel reformer 44, the second air preheater 34, the fuel preheater 43, and the first air preheater 33 via the combustion gas path 6. After being used as a heat source in each device, it is discharged outside.

以上説明した本実施形態の燃料電池装置１では、同等の温度の燃料ガスおよび空気が流入する第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を、燃料電池１０の周囲に対向配置する構成としている。   In the fuel cell device 1 of the present embodiment described above, the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 into which fuel gas and air of the same temperature flow are arranged so as to face the periphery of the fuel cell 10. .

これによれば、燃料電池１０の発電時に生ずる放射熱を第２空気予熱器３４および燃料改質器４４にて均等に吸熱することができるので、燃料電池１０の温度ばらつきを抑制しつつ、燃料電池１０における余剰の熱を回収することができる。   According to this, since the radiant heat generated at the time of power generation of the fuel cell 10 can be absorbed evenly by the second air preheater 34 and the fuel reformer 44, the fuel cell 10 can be controlled while suppressing temperature variations. Excess heat in the battery 10 can be recovered.

この際、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４が、互いに離間すると共に、一方の熱交換手段と燃料電池１０との間に他方の熱交換手段が介在しない配置構成としているので、第２空気予熱器３４を流通する空気および燃料改質器４４を流通する燃料ガス同士の不必要な熱交換を抑制することができる。この結果、燃料電池１０における余剰の熱を効率よく回収することができる。   At this time, since the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 are separated from each other and the other heat exchanging means is not interposed between the one heat exchanging means and the fuel cell 10, Unnecessary heat exchange between the air flowing through the two-air preheater 34 and the fuel gas flowing through the fuel reformer 44 can be suppressed. As a result, excess heat in the fuel cell 10 can be efficiently recovered.

特に、本実施形態では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を互いの対向方向Ｘに直交する方向Ｙから見たときに燃料電池と非重合となる配置構成としている。これによれば、各熱交換手段を流通する流体同士の不必要な熱交換を効果的に抑制することができ、燃料電池における余剰の熱をより効率よく回収することができる。   In particular, in the present embodiment, the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 are arranged to be non-polymerized with the fuel cell when viewed from the direction Y orthogonal to the opposing direction X of each other. According to this, unnecessary heat exchange between the fluids flowing through each heat exchange means can be effectively suppressed, and surplus heat in the fuel cell can be recovered more efficiently.

また、本実施形態の燃料電池装置１では、比較的作動温度の近い構成機器である第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を燃料電池の周囲に配置する構成としている。これによれば、燃料電池１０からの放射熱を燃料ガスの改質、および酸化剤ガスである空気の加熱に有効利用することができる。   In the fuel cell device 1 of the present embodiment, the second air preheater 34 and the fuel reformer 44, which are components having relatively close operating temperatures, are arranged around the fuel cell. According to this, the radiant heat from the fuel cell 10 can be effectively used for reforming the fuel gas and heating the air that is the oxidant gas.

ここで、本実施形態では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４それぞれにおける燃料電池１０に対向する対向面の大きさが、燃料電池１０の１つの積層面１０ｂの大きさと同等となっている例について説明したが、これに限定されない。   Here, in the present embodiment, the size of the facing surface facing the fuel cell 10 in each of the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 is equal to the size of one stacked surface 10 b of the fuel cell 10. However, the present invention is not limited to this.

例えば、図４に示すように、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４それぞれにおける燃料電池１０に対向する対向面を、燃料電池１０の１つの積層面１０ｂの大きさよりも大きくすることが望ましい。このことは、以降の実施形態においても同様である。   For example, as shown in FIG. 4, the opposing surface facing the fuel cell 10 in each of the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 may be made larger than the size of one stacked surface 10 b of the fuel cell 10. desirable. The same applies to the following embodiments.

これによれば、燃料電池１０における発電セル１０ａの積層方向の両端部より放射される放射熱についても、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４で充分受けることができる。これにより、燃料電池１０における積層面１０ｂからの放射熱の熱流束を均一化させることができ、燃料電池１０における温度ばらつきを効果的に抑制することができる。   According to this, the radiant heat radiated from both ends of the fuel cell 10 in the stacking direction of the power generation cells 10 a can be sufficiently received by the second air preheater 34 and the fuel reformer 44. Thereby, the heat flux of the radiant heat from the laminated surface 10b in the fuel cell 10 can be made uniform, and temperature variations in the fuel cell 10 can be effectively suppressed.

勿論、図５に示すように、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４それぞれにおける燃料電池１０に対向する対向面を、燃料電池１０の１つの積層面１０ｂの大きさよりも小さくしてもよい。   Of course, as shown in FIG. 5, the opposing surfaces of the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 that oppose the fuel cell 10 may be smaller than the size of one stacked surface 10 b of the fuel cell 10. Good.

また、図６に示すように、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４のうち、一方における燃料電池１０に対向する対向面を、燃料電池１０の１つの積層面１０ｂの大きさよりも大きくする。さらに、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４のうち、他方における燃料電池１０に対向する対向面を、燃料電池１０の１つの積層面１０ｂの大きさよりも小さくしてもよい。   Further, as shown in FIG. 6, one of the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 that faces the fuel cell 10 is larger than the size of one stacked surface 10 b of the fuel cell 10. To do. Furthermore, the opposing surface facing the fuel cell 10 on the other of the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 may be made smaller than the size of one stacked surface 10 b of the fuel cell 10.

また、本実施形態では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４それぞれの外形状を直方体型とする例について説明したが、これに限定されない。第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、対向方向Ｘに直交する方向Ｙから見たときに燃料電池１０と非重合となる配置形態であれば、Ｌ字型やＵ字型の外形状としてもよい。   Moreover, although this embodiment demonstrated the example which makes the external shape of each of the 2nd air preheater 34 and the fuel reformer 44 a rectangular parallelepiped type, it is not limited to this. As long as the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 are arranged to be non-polymerized with the fuel cell 10 when viewed from the direction Y orthogonal to the facing direction X, the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 are outside the L-shape or U-shape It is good also as a shape.

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態に対して、燃料電池装置１における第２空気予熱器３４および燃料改質器４４の配置形態を変更した例について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. This embodiment demonstrates the example which changed the arrangement | positioning form of the 2nd air preheater 34 and the fuel reformer 44 in the fuel cell apparatus 1 with respect to 1st Embodiment. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first embodiment will be omitted or simplified.

燃料改質器４４における水蒸気改質は、吸熱反応であり、燃料改質器４４の内部では、改質反応時の吸熱効果によりガス流れ上流側から下流側に至る範囲の温度勾配が小さくなる傾向がある。   The steam reforming in the fuel reformer 44 is an endothermic reaction, and the temperature gradient in the range from the upstream side to the downstream side of the gas flow tends to decrease due to the endothermic effect during the reforming reaction. There is.

これに対して、第２空気予熱器３４の内部では、燃料改質器４４のように水蒸気改質による吸熱効果が生じないことから、燃料改質器４４の内部に比べて、ガス流れ上流側から下流側に至る範囲の温度勾配が大きくなり易い傾向がある。   On the other hand, in the second air preheater 34, the endothermic effect due to steam reforming does not occur unlike the fuel reformer 44, so the gas flow upstream side compared to the inside of the fuel reformer 44. There is a tendency that the temperature gradient in the range from the center to the downstream side tends to be large.

このように、第２空気予熱器３４内部のガス流路における温度勾配が大きいと、燃料電池１０における温度ばらつきを助長する要因となり得ることから、好ましくない。   Thus, if the temperature gradient in the gas flow path inside the second air preheater 34 is large, it may be a factor that promotes temperature variations in the fuel cell 10, which is not preferable.

そこで、本実施形態の燃料電池装置１は、図７の構成図に示すように、第２空気予熱器３４と燃料電池１０との間の間隔（距離δ１）が、燃料改質器４４と燃料電池１０との間の間隔（距離δ２）よりも広くなるように、第２空気予熱器３４を配置している（δ１＞δ２）。   Therefore, as shown in the configuration diagram of FIG. 7, the fuel cell device 1 of the present embodiment has an interval (distance δ1) between the second air preheater 34 and the fuel cell 10 such that the fuel reformer 44 and the fuel. The second air preheater 34 is arranged so as to be wider than the distance (distance δ2) from the battery 10 (δ1> δ2).

その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池装置１では、燃料改質器４４に比べて内部の温度勾配が大きくなり易い第２空気予熱器３４を、燃料改質器４４よりも燃料電池１０から離間させる構成としている。   Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. In the fuel cell device 1 of the present embodiment, the second air preheater 34, whose internal temperature gradient is likely to be larger than that of the fuel reformer 44, is separated from the fuel cell 10 rather than the fuel reformer 44. .

これによれば、燃料電池１０から第２空気予熱器３４側への放射熱を拡散させることができる。これにより、第２空気予熱器３４内部の温度勾配によって燃料電池１０が局所的に冷却されてしまうことを抑制することができ、燃料電池１０における温度ばらつきを効果的に抑制することができる。   According to this, the radiant heat from the fuel cell 10 to the second air preheater 34 side can be diffused. Thereby, it can suppress that the fuel cell 10 is locally cooled by the temperature gradient inside the 2nd air preheater 34, and can suppress the temperature variation in the fuel cell 10 effectively.

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態に対して、燃料電池１０の構造を変更した例について説明する。本実施形態では、第１、第２実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. This embodiment demonstrates the example which changed the structure of the fuel cell 10 with respect to 1st Embodiment. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first and second embodiments will be omitted or simplified.

本実施形態の燃料電池１０は、図８に示すように、発電セル１０ａにおける空気排出側の外周部にガス漏れ防止シール（図示略）が設けられていないシールレス構造となっており、各発電セル１０ａからの排出空気が、燃料電池１０の空気排出部（オフガス排出部）１４ｃから自由に放出されるようになっている。   As shown in FIG. 8, the fuel cell 10 of the present embodiment has a sealless structure in which a gas leakage prevention seal (not shown) is not provided on the outer periphery of the power generation cell 10a on the air discharge side. Exhaust air from the cell 10a is freely discharged from an air discharge part (off-gas discharge part) 14c of the fuel cell 10.

また、本実施形態の燃料改質器４４は、燃料電池１０の空気排出部１４ｃからの排出空気に晒されるように、空気排出部１４ｃに対向する位置に配置されている。なお、第２空気予熱器３４は、燃料改質器４４と燃料電池１０との間に介在しないように、燃料電池１０を挟んで燃料改質器４４の反対側に配置されている。   In addition, the fuel reformer 44 of the present embodiment is disposed at a position facing the air discharge portion 14c so as to be exposed to the exhaust air from the air discharge portion 14c of the fuel cell 10. The second air preheater 34 is disposed on the opposite side of the fuel reformer 44 with the fuel cell 10 interposed therebetween so as not to be interposed between the fuel reformer 44 and the fuel cell 10.

なお、図示しないが、本実施形態のオフガス燃焼器６１には、ハウジング２内の空気が供給されるようになっており、オフガス燃焼器６１は、燃料ガスのオフガスとハウジング２内から供給された空気を混合して燃焼させる構成となっている。   Although not shown, the air in the housing 2 is supplied to the off-gas combustor 61 of the present embodiment, and the off-gas combustor 61 is supplied from the off-gas of the fuel gas and the inside of the housing 2. The air is mixed and burned.

その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池装置１では、燃料改質器４４が燃料電池１０から排出される高温の排出空気に晒される構成となっている。このため、燃料改質器４４にて燃料ガスの改質に必要とされる熱を充分に得ることができ、燃料改質器４４における改質反応を促進することができる。   Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. In the fuel cell device 1 of the present embodiment, the fuel reformer 44 is exposed to high-temperature exhaust air discharged from the fuel cell 10. For this reason, the fuel reformer 44 can sufficiently obtain the heat required for reforming the fuel gas, and the reforming reaction in the fuel reformer 44 can be promoted.

また、発電セル１０ａの空気排出側をシールレス構造としているので、燃料電池１０の構造の簡素化を図ることができる。   Further, since the air discharge side of the power generation cell 10a has a sealless structure, the structure of the fuel cell 10 can be simplified.

なお、本実施形態では、発電セル１０ａの空気排出側をシールレス構造とする例について説明したが、これに限定されない。   In the present embodiment, an example in which the air discharge side of the power generation cell 10a has a sealless structure has been described, but the present invention is not limited to this.

例えば、図９に示すように、発電セル１０ａの空気導入側をシールレス構造とし、第２空気予熱器３４側の空気出口部３４ｂからの空気を燃料電池１０の空気導入部（オフガス導入部）１４ｄから導入する構成としてもよい。   For example, as shown in FIG. 9, the air introduction side of the power generation cell 10 a has a sealless structure, and air from the air outlet part 34 b on the second air preheater 34 side is used as the air introduction part (off-gas introduction part) of the fuel cell 10. It is good also as a structure introduced from 14d.

また、図示しないが、発電セル１０ａの燃料ガスの排出側をシールレス構造とし、各発電セル１０ａからの排出燃料が、燃料電池１０の燃料排出部（オフガス排出部）から自由に放出される構成としてもよい。この場合、第２空気予熱器３４を、燃料電池１０の燃料排出部からの排出燃料に晒されるように、燃料排出部に対向する位置に配置することで、第２空気予熱器３４にて空気の加熱に必要とされる熱を充分に得ることができる。勿論、発電セル１０ａの空気の排出側および燃料ガスの排出側それぞれをシールレス構造としてもよい。   Although not shown, the fuel gas discharge side of the power generation cell 10a has a sealless structure, and the fuel discharged from each power generation cell 10a is freely released from the fuel discharge portion (off-gas discharge portion) of the fuel cell 10. It is good. In this case, the second air preheater 34 is disposed at a position facing the fuel discharge portion so as to be exposed to the fuel discharged from the fuel discharge portion of the fuel cell 10. It is possible to sufficiently obtain the heat required for heating. Of course, each of the air discharge side and the fuel gas discharge side of the power generation cell 10a may have a sealless structure.

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態に対して、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４の形状を変更した例について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. This embodiment demonstrates the example which changed the shape of the 2nd air preheater 34 and the fuel reformer 44 with respect to 1st Embodiment. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first embodiment will be omitted or simplified.

本実施形態では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４それぞれが、図１０に示すように、燃料電池１０の積層面１０ｂの全体を覆うようにＵ字形状で構成されている。本実施形態の第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、燃料電池１０を挟んで対称となる形状としている。なお、本実施形態の第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、互いの対向方向Ｘに直交する方向Ｙから見たときに燃料電池１０に重合するように配置されていることになる。   In the present embodiment, each of the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 is configured in a U shape so as to cover the entire stacked surface 10b of the fuel cell 10, as shown in FIG. The second air preheater 34 and the fuel reformer 44 of the present embodiment have a symmetrical shape with the fuel cell 10 in between. Note that the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 of the present embodiment are arranged so as to overlap with the fuel cell 10 when viewed from the direction Y orthogonal to the opposing direction X of each other. .

その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池装置１では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を燃料電池１０の積層面１０ｂの全体を覆うＵ字形状としている。これにより、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４における燃料電池１０からの放射熱の受熱面（対向面）を拡大することができるので、燃料電池１０における温度ばらつきを効果的に抑制しつつ、燃料電池１０における余剰の熱を回収することができる。   Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. In the fuel cell device 1 of the present embodiment, the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 are U-shaped so as to cover the entire stack surface 10 b of the fuel cell 10. Thereby, since the heat receiving surface (opposite surface) of the radiant heat from the fuel cell 10 in the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 can be enlarged, temperature variations in the fuel cell 10 are effectively suppressed. Meanwhile, excess heat in the fuel cell 10 can be recovered.

なお、本実施形態では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を、燃料電池１０を挟んで対称となる形状とする例について説明したが、これに限定されない。例えば、図１１に示すように、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を、燃料電池１０を挟んで対称となる形状としてもよい。   In the present embodiment, the example in which the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 are symmetrical with respect to the fuel cell 10 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 11, the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 may be symmetrical with respect to the fuel cell 10.

また、本実施形態では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４をＵ字形状とする例について説明したが、これに限定されない。例えば、図１１に示すように、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を、燃料電池１０を挟んで非対称となる形状としてもよい。また、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、燃料電池１０の積層面１０ｂの全体を覆うことが可能であれば、例えば、Ｌ字形状としてもよい。   Moreover, although this embodiment demonstrated the example which makes the 2nd air preheater 34 and the fuel reformer 44 U shape, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 11, the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 may be asymmetric with respect to the fuel cell 10. In addition, the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 may have, for example, an L shape as long as the entire stacked surface 10b of the fuel cell 10 can be covered.

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。本実施形態では、燃料電池装置１内部における燃焼ガス経路６の具体的な配置形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described. In the present embodiment, a specific arrangement form of the combustion gas path 6 in the fuel cell device 1 will be described. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first embodiment will be omitted or simplified.

本実施形態では、図１２、図１３に示すように、燃料電池装置１内部における燃焼ガス経路６である第１、第２ガス経路６２、６３を、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４における燃料電池１０に対向する対向面の反対側に熱的に接触するように配置している。なお、「熱的に接触する」とは、伝熱が可能なように部材同士が直接的に接触している状態だけでなく、仮に部材間が離間したとしても、部材間の空間を介して部材同士の伝熱が可能となっている状態を含む意味である。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 12 and 13, the first and second gas paths 62 and 63 that are the combustion gas paths 6 inside the fuel cell device 1 are replaced with the second air preheater 34 and the fuel reformer. It arrange | positions so that it may contact thermally on the opposite side of the opposing surface which opposes the fuel cell 10 in 44. FIG. Note that “thermally contacting” means not only a state in which the members are in direct contact with each other so that heat can be transferred, but even if the members are separated from each other, This means that the heat transfer between members is possible.

燃焼ガス経路６を構成する第１ガス経路６２は、オフガス燃焼器６１にて生成された燃焼ガスが流通するガス経路である。具体的には、第１ガス経路６２は、燃料改質器４４における燃料電池１０に対向する対向面の反対側の背面全域に直接的に接触した状態で配置されている。なお、第１ガス経路６２は、燃料改質器４４との間で伝熱が可能であれば、燃料改質器４４の背面から離間した状態で配置されていてもよい。   The first gas path 62 constituting the combustion gas path 6 is a gas path through which the combustion gas generated by the off-gas combustor 61 flows. Specifically, the first gas path 62 is disposed in direct contact with the entire back surface of the fuel reformer 44 opposite to the facing surface facing the fuel cell 10. The first gas path 62 may be disposed in a state of being separated from the back surface of the fuel reformer 44 as long as heat transfer can be performed between the first gas path 62 and the fuel reformer 44.

燃焼ガス経路６を構成する第２ガス経路６３は、第１ガス経路６２を通過した燃焼ガスが流通するガス経路である。具体的には、第２ガス経路６３は、第２空気予熱器３４における燃料電池１０に対向する対向面の反対側の背面全域に直接的に接触した状態で配置されている。なお、第２ガス経路６３は、第２空気予熱器３４との間で伝熱が可能であれば、第２空気予熱器３４の背面から離間した状態で配置されていてもよい。   The second gas path 63 constituting the combustion gas path 6 is a gas path through which the combustion gas that has passed through the first gas path 62 flows. Specifically, the second gas path 63 is arranged in a state of being in direct contact with the entire back surface of the second air preheater 34 opposite to the facing surface facing the fuel cell 10. Note that the second gas path 63 may be arranged in a state of being separated from the back surface of the second air preheater 34 as long as heat transfer with the second air preheater 34 is possible.

その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池装置１では、燃焼ガス経路６を構成する第１、第２ガス経路６２、６３を、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４における燃料電池１０に対向する対向面の反対側に熱的に接触するように配置する構成を採用している。   Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. In the fuel cell apparatus 1 of the present embodiment, the first and second gas paths 62 and 63 constituting the combustion gas path 6 are opposed to the fuel cell 10 in the second air preheater 34 and the fuel reformer 44. The structure which arrange | positions so that it may contact thermally on the other side may be employ | adopted.

このように、燃焼ガスの熱を利用して、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４それぞれを昇温させる構成とすれば、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４と燃料電池１０との温度差を縮小することができる。これにより、燃料電池１０の積層面１０ｂからの放射熱の熱流束のばらつきが縮小されるので、燃料電池１０における温度ばらつきを効果的に抑制することができる。   Thus, if the temperature of each of the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 is increased using the heat of the combustion gas, the second air preheater 34, the fuel reformer 44, and the fuel cell are heated. The temperature difference from 10 can be reduced. Thereby, since the dispersion | variation in the heat flux of the radiant heat from the lamination | stacking surface 10b of the fuel cell 10 is reduced, the temperature dispersion | variation in the fuel cell 10 can be suppressed effectively.

なお、本実施形態では、第２ガス経路６３が第１ガス経路６２の燃料ガス流れ下流側に位置する例について説明したが、これに限定されない。例えば、第２ガス経路６３が第１ガス経路６２の燃料ガス流れ上流側に位置するようにしてもよい。また、燃焼ガス経路６を燃料電池装置１内部で２つに分岐し、分岐したガス経路を第１、第２ガス経路６２、６３として用いてもよい。   In the present embodiment, the example in which the second gas path 63 is located on the downstream side of the fuel gas flow of the first gas path 62 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the second gas path 63 may be positioned upstream of the first gas path 62 in the fuel gas flow. Further, the combustion gas path 6 may be branched into two inside the fuel cell device 1, and the branched gas paths may be used as the first and second gas paths 62 and 63.

また、第１ガス経路６２と第２ガス経路６３とは、図示しない配管により接続されることになるが、当該配管については、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４に対して熱的に接触させる必要がないことは言うまでもない。このことは、第１ガス経路６２と第２ガス経路６３との間の配管に限らず、燃料電池装置１内部におけるオフガス燃焼器６１等と接続するための配管についても同様である。   The first gas path 62 and the second gas path 63 are connected by a pipe (not shown). The pipe is thermally connected to the second air preheater 34 and the fuel reformer 44. Needless to say, it is not necessary to contact the This applies not only to the piping between the first gas path 62 and the second gas path 63 but also to the piping for connecting to the off-gas combustor 61 and the like inside the fuel cell device 1.

（第６実施形態）
次に、第６実施形態について説明する。本実施形態では、第５実施形態に対して、燃料電池装置１内部における燃焼ガス経路６の具体的な配置形態を変更した例について説明する。本実施形態では、第５実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described. In the present embodiment, an example in which the specific arrangement form of the combustion gas path 6 in the fuel cell device 1 is changed with respect to the fifth embodiment will be described. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the fifth embodiment will be omitted or simplified.

燃料電池１０を複数の発電セル１０ａを積層した積層体で構成する場合、発電セル１０ａの積層方向（以下、セル積層方向と呼ぶ。）における端部側に位置する部位Ｂ、Ｃは、セル積層方向の中段部Ａに比べて、外部に露出する面積（放熱面積）が大きい。   When the fuel cell 10 is configured by a stacked body in which a plurality of power generation cells 10a are stacked, the portions B and C located on the end side in the stacking direction of the power generation cells 10a (hereinafter referred to as the cell stacking direction) are cell stacks. Compared with the middle part A in the direction, the area exposed to the outside (heat radiation area) is large.

このため、発電セル１０ａの積層体で構成される燃料電池１０では、セル積層方向における端部側に位置する部位Ｂ、Ｃの温度が、セル積層方向の中段部Ａの温度に比べて低くなる傾向がある。なお、燃料電池１０におけるセル積層方向における端部側に位置する部位Ｂ、Ｃは、一対の積層端面１０ｃ、１０ｄを含むセル積層方向における端部側に位置する発電セル１０ａで構成される領域である。また、燃料電池１０におけるセル積層方向の中段部Ａは、複数の発電セル１０ａのうち、セル積層方向における端部側に位置する発電セル１０ａを除く発電セル１０ａで構成される領域である。   For this reason, in the fuel cell 10 configured by the stacked body of the power generation cells 10a, the temperatures of the portions B and C located on the end side in the cell stacking direction are lower than the temperature of the middle stage A in the cell stacking direction. Tend. The portions B and C located on the end side in the cell stacking direction in the fuel cell 10 are regions constituted by the power generation cells 10a positioned on the end side in the cell stacking direction including the pair of stacking end faces 10c and 10d. is there. The middle stage A in the cell stacking direction of the fuel cell 10 is a region constituted by the power generation cells 10a excluding the power generation cells 10a located on the end side in the cell stacking direction among the plurality of power generation cells 10a.

そこで、本実施形態では、燃焼ガス経路６を流通する燃焼ガスの熱を利用して、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂの温度を昇温させる構成としている。   Therefore, in the present embodiment, the temperature of the part B located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10 is raised using the heat of the combustion gas flowing through the combustion gas path 6.

具体的には、本実施形態では、図１４に示すように、燃焼ガス経路６を構成する第１、第２ガス経路６２、６３同士を接続する第３ガス経路６４を、燃料電池１０の一対の積層端面１０ｃ、１０ｄの一方の積層端面１０ｃに対向するように配置している。なお、本実施形態の第３ガス経路６４は、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂに対して充分に熱が放射されるように、燃料電池１０の積層端面１０ｃから離間して配置されている。   Specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 14, a third gas path 64 that connects the first and second gas paths 62 and 63 that constitute the combustion gas path 6 is provided as a pair of fuel cells 10. The stacked end faces 10c and 10d are arranged so as to face one of the stacked end faces 10c. Note that the third gas path 64 of the present embodiment is provided from the stacking end face 10c of the fuel cell 10 so that heat is sufficiently radiated to the portion B located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10. They are spaced apart.

その他の構成および作動は、第１、第５実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池装置１では、燃焼ガス経路６を構成する第１、第２ガス経路６２、６３を、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４に熱的に接触させると共に、第３ガス経路６４を燃料電池１０の積層端面１０ｃに対向するように配置している。   Other configurations and operations are the same as those in the first and fifth embodiments. In the fuel cell device 1 of this embodiment, the first and second gas paths 62 and 63 constituting the combustion gas path 6 are brought into thermal contact with the second air preheater 34 and the fuel reformer 44, and the first The three gas paths 64 are arranged so as to face the stacked end face 10 c of the fuel cell 10.

このように、燃焼ガスの熱を利用して、燃料電池１０における低温となり易いセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂを昇温させる構成とすれば、燃料電池１０におけるセル積層方向の温度分布を縮小することができる。   As described above, by using the heat of the combustion gas, the temperature in the cell stacking direction of the fuel cell 10 is increased by raising the temperature of the portion B located on the end side in the cell stacking direction that tends to be low in the fuel cell 10. Distribution can be reduced.

なお、本実施形態では、第３ガス経路６４を、燃料電池１０の一対の積層端面１０ｃ、１０ｄのうち、一方の積層端面１０ｃに対向するように配置する例について説明したが、これに限定されない。例えば、第３ガス経路６４を、燃料電池１０の一対の積層端面１０ｃ、１０ｄのうち、他方の積層端面１０ｄに対向するように配置したり、燃料電池１０の一対の積層端面１０ｃ、１０ｄの双方に対向するように配置したりしてもよい。   In the present embodiment, the example in which the third gas path 64 is disposed so as to face one of the stacked end faces 10c of the pair of stacked end faces 10c and 10d of the fuel cell 10 has been described, but the present invention is not limited thereto. . For example, the third gas path 64 is disposed so as to face the other stacked end face 10d of the pair of stacked end faces 10c and 10d of the fuel cell 10, or both of the pair of stacked end faces 10c and 10d of the fuel cell 10 are used. Or may be arranged so as to face each other.

また、各ガス経路６２、６３、６４は、図示しない配管により接続されることになるが、当該配管については、各機器３４、４４に対して熱的に接触させたり、燃料電池１０の積層端面１０ｃ、１０ｄに対向配置させたりする必要がないことは言うまでもない。このことは、各ガス経路６２、６３、６４間の配管に限らず、燃料電池装置１内部におけるオフガス燃焼器６１等と接続するための配管についても同様である。   The gas paths 62, 63, 64 are connected by pipes (not shown). The pipes are brought into thermal contact with the devices 34, 44, or the stacked end faces of the fuel cell 10. Needless to say, it is not necessary to dispose 10c and 10d. This applies not only to the piping between the gas paths 62, 63, 64 but also to the piping for connecting to the off-gas combustor 61 and the like inside the fuel cell device 1.

（第７実施形態）
次に、第７実施形態について説明する。本実施形態では、第５実施形態に対して、燃料電池装置１内部における燃焼ガス経路６の具体的な配置形態を変更した例について説明する。本実施形態では、第５実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment will be described. In the present embodiment, an example in which the specific arrangement form of the combustion gas path 6 in the fuel cell device 1 is changed with respect to the fifth embodiment will be described. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the fifth embodiment will be omitted or simplified.

本実施形態では、第６実施形態と同様に、燃焼ガス経路６を流通する燃焼ガスの熱を利用して、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂの温度を昇温させる例について説明する。   In the present embodiment, similarly to the sixth embodiment, the temperature of the portion B located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10 is raised using the heat of the combustion gas flowing through the combustion gas path 6. An example to be performed will be described.

具体的には、本実施形態では、図１５、図１６に示すように、燃焼ガス経路６を構成する第１、第２ガス経路６２、６３同士を接続する第３ガス経路６４を、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂの積層面１０ｂと対向するように配置している。   Specifically, in the present embodiment, as shown in FIGS. 15 and 16, the third gas path 64 that connects the first and second gas paths 62 and 63 constituting the combustion gas path 6 is provided as a fuel cell. It arrange | positions so that the lamination surface 10b of the site | part B located in the edge part side of 10 cell lamination directions may be opposed.

ここで、本実施形態では、第３ガス経路６４を、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂの積層面１０ｂのうち、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４と対向する積層面１０ｂを除く積層面１０ｂに対向するように配置している。なお、本実施形態の第３ガス経路６４は、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂに対して充分に熱が放射されるように、燃料電池１０の積層面１０ｂから離間して配置されている。   Here, in the present embodiment, the second gas preheater 34 and the fuel reformer 44 are arranged on the third gas path 64 in the layered surface 10b of the portion B located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10. It arrange | positions so that it may oppose the lamination surface 10b except the lamination surface 10b which opposes. Note that the third gas path 64 of the present embodiment is provided from the stacking surface 10b of the fuel cell 10 so that heat is sufficiently radiated to the portion B located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10. They are spaced apart.

その他の構成および作動は、第１、第５実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池装置１では、燃焼ガス経路６を構成する第１、第２ガス経路６２、６３を、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４に熱的に接触させると共に、第３ガス経路６４を燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂに対向するように配置している。   Other configurations and operations are the same as those in the first and fifth embodiments. In the fuel cell device 1 of this embodiment, the first and second gas paths 62 and 63 constituting the combustion gas path 6 are brought into thermal contact with the second air preheater 34 and the fuel reformer 44, and the first The three gas paths 64 are arranged so as to face the part B located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10.

このように、燃焼ガスの熱を利用して、燃料電池１０における低温となり易いセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂを昇温させる構成とすれば、燃料電池１０におけるセル積層方向の温度分布を縮小することができる。   As described above, by using the heat of the combustion gas, the temperature in the cell stacking direction of the fuel cell 10 is increased by raising the temperature of the portion B located on the end side in the cell stacking direction that tends to be low in the fuel cell 10. Distribution can be reduced.

なお、本実施形態では、第３ガス経路６４を、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂに対向するように配置する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第３ガス経路６４を、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃに対向するように配置したり、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂ、Ｃの双方に対向するように配置したりしてもよい。   In the present embodiment, the configuration in which the third gas path 64 is disposed so as to face the part B located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10 is illustrated, but the present invention is not limited to this. For example, the third gas path 64 is disposed so as to face the part C located on the end side of the fuel cell 10 in the cell stacking direction, or the part B located on the end side of the fuel cell 10 in the cell stacking direction. , C may be arranged so as to face both sides.

また、本実施形態では、第３ガス経路６４を、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂの積層面１０ｂのうち、各機器３４、４４と対向する積層面１０ｂを除く積層面１０ｂに対向配置する構成を例示したが、これに限定されない。   Further, in the present embodiment, the third gas path 64 is excluded from the stacked surface 10b facing each device 34, 44 in the stacked surface 10b of the portion B located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10. Although the structure which arranges facing the lamination surface 10b was illustrated, it is not limited to this.

例えば、第３ガス経路６４を、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂの各積層面１０ｂの全周を囲むように、各積層面１０ｂに対向配置してもよい。この場合、第３ガス経路６４は、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４と燃料電池１０との間にも介在することとなる。   For example, the third gas path 64 may be disposed to face each stacked surface 10b so as to surround the entire circumference of each stacked surface 10b of the portion B located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10. In this case, the third gas path 64 is also interposed between the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 and the fuel cell 10.

（第８実施形態）
次に、第８実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment will be described. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first embodiment will be omitted or simplified.

前述の第６実施形態にて説明したように、発電セル１０ａの積層体で構成される燃料電池１０は、セル積層方向における端部側に位置する部位Ｂ、Ｃの温度が、セル積層方向の中段部Ａの温度に比べて低くなる傾向がある。   As described in the above-described sixth embodiment, the fuel cell 10 configured by the stacked body of the power generation cells 10a has the temperatures of the portions B and C located on the end side in the cell stacking direction in the cell stacking direction. It tends to be lower than the temperature of the middle section A.

このため、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂ、Ｃと第２空気予熱器３４および燃料改質器４４とを対向配置するだけでは、燃料電池１０のセル積層方向における温度分布が依然として生ずる虞がある。   For this reason, in the cell stacking direction of the fuel cell 10 only by arranging the portions B and C located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10 and the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 to face each other. There may still be a temperature distribution.

そこで、本実施形態では、燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位から、第２空気予熱器３４や燃料改質器４４への熱の移動を抑制する構成としている。本実施形態では、図１７に示すように、第２空気予熱器３４と燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃとの間に、燃料電池１０から出力電流を引き出すためのバスバー１６を配置している。   Therefore, in the present embodiment, the heat cell 10 is configured to suppress heat transfer from the portion located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10 to the second air preheater 34 and the fuel reformer 44. In the present embodiment, as shown in FIG. 17, the output current is drawn from the fuel cell 10 between the second air preheater 34 and the portion C located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10. A bus bar 16 is arranged.

これにより、本実施形態のバスバー１６は、燃料電池１０から出力電流を引き出すための部材として機能すると共に、第２空気予熱器３４と燃料電池１０との間の熱移動を妨げる熱遮断手段としても機能する。   As a result, the bus bar 16 of the present embodiment functions as a member for drawing the output current from the fuel cell 10 and also serves as a heat shut-off means that prevents heat transfer between the second air preheater 34 and the fuel cell 10. Function.

ここで、第２空気予熱器３４における空気入口部３４ａ付近は、燃料電池１０の輻射熱により昇温した空気が流れる空気出口部３４ｂ付近よりも低温となり易い傾向がある。このように、第２空気予熱器３４において温度分布が生ずると、燃料電池１０の温度ばらつきの発生要因となってしまう。つまり、燃料電池１０では、第２空気予熱器３４における低温となる空気入口部３４ａ付近に対向する部位の温度が、高温となる空気出口部３４ｂ付近に対向する部位の温度よりも低くなり易くなって虞がある。   Here, the vicinity of the air inlet 34 a in the second air preheater 34 tends to be lower in temperature than the vicinity of the air outlet 34 b through which the air heated by the radiant heat of the fuel cell 10 flows. As described above, when the temperature distribution is generated in the second air preheater 34, the temperature variation of the fuel cell 10 occurs. That is, in the fuel cell 10, the temperature of the portion facing the vicinity of the air inlet portion 34 a that is low in the second air preheater 34 is likely to be lower than the temperature of the portion facing the vicinity of the air outlet portion 34 b that is high. There is a risk.

この点を考慮して、本実施形態では、第２空気予熱器３４の空気入口部３４ａ付近の部位と燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃとの間に、バスバー１６を配置している。   In consideration of this point, in the present embodiment, the bus bar 16 is provided between the portion near the air inlet 34a of the second air preheater 34 and the portion C located on the end side in the cell stacking direction in the fuel cell 10. Is arranged.

その他の構成および作動は第１実施形態と同様である。本実施形態では、第２空気予熱器３４と燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃとの間に、熱遮断手段として機能するバスバー１６を配置している。   Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. In the present embodiment, the bus bar 16 that functions as a heat blocking means is disposed between the second air preheater 34 and the portion C located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10.

これによれば、燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃから、第２空気予熱器３４への熱の移動が抑制されることで、セル積層方向における端部側に位置する部位Ｃの温度低下を抑えることができる。この結果、燃料電池１０におけるセル積層方向の温度分布を縮小することができる。   According to this, the movement of heat from the portion C located on the end side in the cell stacking direction in the fuel cell 10 to the second air preheater 34 is suppressed, so that the position is located on the end side in the cell stacking direction. The temperature drop of the part C to be performed can be suppressed. As a result, the temperature distribution in the cell stacking direction in the fuel cell 10 can be reduced.

特に、本実施形態では、第２空気予熱器３４の空気入口部３４ａ付近の部位と燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃとが対向する配置構成であるため、燃料電池１０におけるセル積層方向の温度分布をより効果的に縮小することができる。   In particular, in the present embodiment, the fuel cell has a configuration in which a portion in the vicinity of the air inlet portion 34a of the second air preheater 34 and a portion C located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10 face each other. 10 can reduce the temperature distribution in the cell stacking direction more effectively.

また、本実施形態では、燃料電池１０から出力電流を引き出すためのバスバー１６を熱遮断手段として利用しているので、別途部材を追加することなく、燃料電池１０におけるセル積層方向の温度分布を縮小することができる。   Further, in the present embodiment, the bus bar 16 for drawing the output current from the fuel cell 10 is used as a heat shut-off means, so the temperature distribution in the cell stacking direction in the fuel cell 10 is reduced without adding a separate member. can do.

なお、本実施形態では、第２空気予熱器３４と燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃとの間に、熱遮断手段として機能するバスバー１６を配置する例について説明したが、これに限定されない。   In the present embodiment, an example has been described in which the bus bar 16 functioning as a heat shut-off unit is disposed between the second air preheater 34 and the portion C located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10. However, it is not limited to this.

すなわち、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４のうち少なくとも一方と、燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位との間に熱遮断手段が配置されていればよい。   That is, it is only necessary that the heat shut-off means is disposed between at least one of the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 and a portion located on the end side in the cell stacking direction in the fuel cell 10.

例えば、第２空気予熱器３４と燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂとの間に、熱遮断手段として機能するバスバー１６を配置してもよい。また、燃料改質器４４と燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃとの間に、熱遮断手段として機能するバスバー１６を配置してもよい。   For example, the bus bar 16 that functions as a heat blocking means may be disposed between the second air preheater 34 and the portion B located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10. Further, the bus bar 16 that functions as a heat shut-off means may be disposed between the fuel reformer 44 and the portion C located on the end side in the cell stacking direction of the fuel cell 10.

また、本実施形態では、バスバー１６を熱遮断手段として機能させる例について説明したが、これに限定されない。例えば、燃料電池装置１を構成する部材のうち、バスバー１６以外の部材を熱遮断手段として機能させるようにしてもよい。勿論、熱遮断手段として専用の熱遮蔽板を用いるようにしてもよい。   Moreover, although this embodiment demonstrated the example which makes the bus-bar 16 function as a heat | fever interruption | blocking means, it is not limited to this. For example, members other than the bus bar 16 among the members constituting the fuel cell device 1 may be caused to function as heat blocking means. Of course, a dedicated heat shielding plate may be used as the heat shielding means.

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。例えば、以下のように種々変形可能である。 (Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range described in the claim, it can change suitably. For example, various modifications are possible as follows.

（１）上述の各実施形態では、第１空気予熱器３３および第２空気予熱器３４を独立した構成機器とすると共に、燃料予熱器４３および燃料改質器４４を独立した構成機器とする例について説明したが、これに限定されない。例えば、第１空気予熱器３３および第２空気予熱器３４を一体化すると共に、燃料予熱器４３および燃料改質器４４を一体化し、これらを燃料電池１０の周囲に配置するようにしてもよい。   (1) In each of the above embodiments, the first air preheater 33 and the second air preheater 34 are independent constituent devices, and the fuel preheater 43 and the fuel reformer 44 are independent constituent devices. However, the present invention is not limited to this. For example, the first air preheater 33 and the second air preheater 34 may be integrated, the fuel preheater 43 and the fuel reformer 44 may be integrated, and these may be disposed around the fuel cell 10. .

（２）上述の各実施形態では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を燃料電池１０の周囲に配置する例について説明したが、これに限定されない。   (2) In each of the above-described embodiments, the example in which the second air preheater 34 and the fuel reformer 44 are arranged around the fuel cell 10 has been described. However, the present invention is not limited to this.

例えば、第２空気予熱器３４を、互いに流入する空気の温度が同等となる２つ以上の予熱器で構成し、各予熱器同士が燃料電池１０との間に介在しないように、燃料電池１０の周囲に配置してもよい。また、燃料改質器４４を、互いに流入する燃料ガスの温度が同等となる２つ以上の改質器で構成し、各改質器同士が燃料電池１０との間に介在しないように、燃料電池１０の周囲に配置してもよい。   For example, the second air preheater 34 is composed of two or more preheaters in which the temperatures of the air flowing into each other are equal, and the fuel cell 10 is not interposed between the preheaters. You may arrange | position around. Further, the fuel reformer 44 is composed of two or more reformers in which the temperatures of the fuel gas flowing into each other are equal, and the fuel reformer 44 is configured so that the reformers are not interposed between the fuel cells 10. You may arrange | position around the battery 10. FIG.

（３）上述の第１、第２、第４実施形態では、燃料電池１０、第２空気予熱器３４、および燃料改質器４４をハウジング２内に収容する例について説明したが、これに限定されず、ハウジング２を省略してもよい。   (3) In the above-described first, second, and fourth embodiments, the example in which the fuel cell 10, the second air preheater 34, and the fuel reformer 44 are accommodated in the housing 2 has been described. However, the housing 2 may be omitted.

（４）上述の各実施形態では、燃料電池１０を直方体型のスタック構造とする例について説明したが、これに限らず、燃料電池１０を円柱型のスタック構造としてもよい。   (4) In each of the above-described embodiments, the example in which the fuel cell 10 has a rectangular parallelepiped stack structure has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the fuel cell 10 may have a columnar stack structure.

（５）また、燃料電池１０を平板型の発電セル１０ａを複数積層したスタック構造で構成する例について説明したが、これに限らず、燃料電池１０を複数の円筒型の発電セル１０ａを積層した積層体で構成してもよい。   (5) Moreover, although the example which comprises the fuel cell 10 by the stack structure which laminated | stacked the flat power generation cell 10a was demonstrated, not only this but the fuel cell 10 laminated | stacked the several cylindrical power generation cell 10a. You may comprise by a laminated body.

（６）上述の第５〜第７実施形態では、第１ガス経路６２を燃料改質器４４の背面全域に熱的に接触するように配置すると共に、第２ガス経路６３を第２空気予熱器３４の背面全域に熱的に接触するように配置する例について説明したが、これに限定されない。例えば、第１ガス経路６２を燃料改質器４４の背面の一部に熱的に接触した状態で配置すると共に、第２ガス経路６３を第２空気予熱器３４の背面の一部に熱的に接触した状態で配置するようにしてもよい。   (6) In the above-described fifth to seventh embodiments, the first gas path 62 is disposed so as to be in thermal contact with the entire back surface of the fuel reformer 44, and the second gas path 63 is preheated to the second air. Although the example arrange | positioned so that it may contact thermally with the whole back surface of the container 34 was demonstrated, it is not limited to this. For example, the first gas path 62 is disposed in thermal contact with a part of the back surface of the fuel reformer 44, and the second gas path 63 is thermally applied to a part of the back surface of the second air preheater 34. You may make it arrange | position in the state which contacted.

（７）上述の各実施形態では、発電セル１０ａの積層方向（セル積層方向）が天地方向と一致する燃料電池１０を例示したが、これに限定されない。燃料電池１０のセル積層方向が、天地方向に交差する方向（例えば、水平方向）となっていてもよい。   (7) In each of the above-described embodiments, the fuel cell 10 in which the stacking direction (cell stacking direction) of the power generation cells 10a coincides with the top-and-bottom direction is illustrated, but the present invention is not limited to this. The cell stacking direction of the fuel cell 10 may be a direction (for example, a horizontal direction) that intersects the vertical direction.

（８）上述の各実施形態では、燃料電池１０を高温で作動する固体酸化物型燃料電池とする例について説明したが、これに限定されず、例えば、燃料電池１０を高温で作動する溶融炭酸塩型燃料電池としてもよい。   (8) In each of the above-described embodiments, the example in which the fuel cell 10 is a solid oxide fuel cell that operates at a high temperature has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, molten carbon dioxide that operates the fuel cell 10 at a high temperature. A salt type fuel cell may be used.

（９）上述の各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上述の各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。   (9) In each of the above-described embodiments, the elements constituting the embodiment are not necessarily essential unless explicitly stated as essential and clearly considered essential in principle. Needless to say. Further, the above-described embodiments are not irrelevant to each other, and can be combined as appropriate unless the combination is clearly impossible.

１ 燃料電池装置
１０ 燃料電池
１０ａ 発電セル
３４ 第２空気予熱器（酸化剤ガス予熱器、第２熱交換手段）
４４ 燃料改質器（第１熱交換手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell apparatus 10 Fuel cell 10a Power generation cell 34 2nd air preheater (oxidant gas preheater, 2nd heat exchange means)
44 Fuel reformer (first heat exchange means)

Claims (8)

燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（１０）と、
発電時の前記燃料電池の温度よりも温度の低い第１流体が流入し、前記燃料電池からの放射熱を前記第１流体と熱交換させる第１熱交換手段（４４）と、
前記第１流体と同等の温度となる第２流体が流入し、前記燃料電池からの放射熱を前記第２流体と熱交換させる第２熱交換手段（３４）と、
前記燃料電池から排出された未反応ガスを燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する燃焼器（６１）と、
前記燃焼器にて生成された前記燃焼ガスが流通する燃焼ガス経路（６）と、を備え、
前記第１流体は、前記燃料電池に供給される前の前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのいずれかであり、
前記第２流体は、前記燃料電池に供給される前の前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのいずれかであり、
前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段は、互いに離間すると共に、一方の熱交換手段と前記燃料電池との間に他方の熱交換手段が介在しないように前記燃料電池の周囲に対向配置されており、
前記第１熱交換手段は、少なくとも前記燃料電池からの放射熱を利用して前記燃料ガスを改質する燃料改質器（４４）であり、
前記第２熱交換手段は、少なくとも前記燃料電池からの放射熱を利用して前記酸化剤ガスを加熱する酸化剤ガス予熱器（３４）であり、
前記酸化剤ガス予熱器は、前記燃料電池から離間して配置され、
前記酸化剤ガス予熱器と前記燃料電池との間隔は、前記燃料改質器と前記燃料電池との間隔よりも広くなっており、
前記燃料電池は、複数の発電セル（１０ａ）を積層した積層体で構成され、前記発電セルの積層方向に沿って延びる積層面（１０ｂ）、および前記発電セルの積層方向の両端部に形成される一対の積層端面（１０ｃ、１０ｄ）を有しており、
前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段それぞれは、前記積層面と対向するように配置され、
前記燃焼ガス経路は、前記燃焼器にて生成された前記燃焼ガスが流通する第１ガス経路（６２）、前記第１ガス経路を通過した前記燃焼ガスが流通する第２ガス経路（６３）、前記第１ガス経路と第２ガス経路同士を接続する第３ガス経路（６４）を有し、前記第１ガス経路および前記第２ガス経路が前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段における前記燃料電池に対向する対向面の反対側に熱的に接触するように配置され、前記第３ガス経路が前記一対の積層端面のうち、少なくとも一方に対向するように配置されていることを特徴とする燃料電池装置。 A fuel cell (10) for outputting electrical energy by an electrochemical reaction of a fuel gas and an oxidant gas;
A first heat exchanging means (44) for allowing a first fluid having a temperature lower than the temperature of the fuel cell during power generation to flow and exchanging heat from the radiant heat from the fuel cell with the first fluid;
A second heat exchange means (34) for allowing a second fluid having a temperature equivalent to that of the first fluid to flow in and exchanging heat of the radiant heat from the fuel cell with the second fluid;
A combustor (61) for combusting unreacted gas discharged from the fuel cell to generate high-temperature combustion gas;
A combustion gas path (6) through which the combustion gas generated in the combustor flows,
The first fluid is one of the fuel gas and the oxidant gas before being supplied to the fuel cell,
The second fluid is one of the fuel gas and the oxidant gas before being supplied to the fuel cell,
The first heat exchange means and the second heat exchange means are spaced apart from each other and face the periphery of the fuel cell so that the other heat exchange means is not interposed between the one heat exchange means and the fuel cell. Has been placed,
The first heat exchange means is a fuel reformer (44) that reforms the fuel gas using at least radiant heat from the fuel cell;
The second heat exchanging means is an oxidant gas preheater (34) for heating the oxidant gas using at least radiant heat from the fuel cell,
The oxidant gas preheater is disposed away from the fuel cell;
The gap between the oxidant gas preheater and the fuel cell is wider than the gap between the fuel reformer and the fuel cell,
The fuel cell is composed of a stacked body in which a plurality of power generation cells (10a) are stacked, and is formed on a stacked surface (10b) extending along the stacking direction of the power generation cells and both ends of the stacking direction of the power generation cells. A pair of laminated end faces (10c, 10d),
Each of the first heat exchange means and the second heat exchange means is disposed so as to face the laminated surface,
The combustion gas path includes a first gas path (62) through which the combustion gas generated in the combustor flows, a second gas path (63) through which the combustion gas passing through the first gas path flows, A third gas path (64) connecting the first gas path and the second gas path is provided, and the first gas path and the second gas path are the first heat exchange means and the second heat exchange means. The third gas path is disposed so as to be opposed to at least one of the pair of stacked end surfaces, and is disposed so as to be in thermal contact with the opposite side of the opposed surface facing the fuel cell. A fuel cell device. 燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（１０）と、
発電時の前記燃料電池の温度よりも温度の低い第１流体が流入し、前記燃料電池からの放射熱を前記第１流体と熱交換させる第１熱交換手段（４４）と、
前記第１流体と同等の温度となる第２流体が流入し、前記燃料電池からの放射熱を前記第２流体と熱交換させる第２熱交換手段（３４）と、
前記燃料電池から排出された未反応ガスを燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する燃焼器（６１）と、
前記燃焼器にて生成された前記燃焼ガスが流通する燃焼ガス経路（６）と、を備え、
前記第１流体は、前記燃料電池に供給される前の前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのいずれかであり、
前記第２流体は、前記燃料電池に供給される前の前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのいずれかであり、
前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段は、互いに離間すると共に、一方の熱交換手段と前記燃料電池との間に他方の熱交換手段が介在しないように前記燃料電池の周囲に対向配置されており、
前記第１熱交換手段は、少なくとも前記燃料電池からの放射熱を利用して前記燃料ガスを改質する燃料改質器（４４）であり、
前記第２熱交換手段は、少なくとも前記燃料電池からの放射熱を利用して前記酸化剤ガスを加熱する酸化剤ガス予熱器（３４）であり、
前記酸化剤ガス予熱器は、前記燃料電池から離間して配置され、
前記酸化剤ガス予熱器と前記燃料電池との間隔は、前記燃料改質器と前記燃料電池との間隔よりも広くなっており、
前記燃料電池は、複数の発電セル（１０ａ）を積層した積層体で構成され、前記発電セルの積層方向に沿って延びる積層面（１０ｂ）を有しており、
前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段それぞれは、前記積層面と対向するように配置され、
前記燃焼ガス経路は、前記燃焼器にて生成された前記燃焼ガスが流通する第１ガス経路（６２）、前記第１ガス経路を通過した前記燃焼ガスが流通する第２ガス経路（６３）、
前記第１ガス経路と第２ガス経路同士を接続する第３ガス経路（６４）を有し、前記第１ガス経路および前記第２ガス経路が前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段における前記燃料電池に対向する対向面の反対側に熱的に接触するように配置され、前記第３ガス経路が前記燃料電池における前記発電セルの積層方向の端部側に位置する部位に対向するように配置されていることを特徴とする燃料電池装置。 A fuel cell (10) for outputting electrical energy by an electrochemical reaction of a fuel gas and an oxidant gas;
A first heat exchanging means (44) for allowing a first fluid having a temperature lower than the temperature of the fuel cell during power generation to flow and exchanging heat from the radiant heat from the fuel cell with the first fluid;
A second heat exchange means (34) for allowing a second fluid having a temperature equivalent to that of the first fluid to flow in and exchanging heat of the radiant heat from the fuel cell with the second fluid;
A combustor (61) for combusting unreacted gas discharged from the fuel cell to generate high-temperature combustion gas;
A combustion gas path (6) through which the combustion gas generated in the combustor flows,
The first fluid is one of the fuel gas and the oxidant gas before being supplied to the fuel cell,
The second fluid is one of the fuel gas and the oxidant gas before being supplied to the fuel cell,
The first heat exchange means and the second heat exchange means are spaced apart from each other and face the periphery of the fuel cell so that the other heat exchange means is not interposed between the one heat exchange means and the fuel cell. Has been placed,
The first heat exchange means is a fuel reformer (44) that reforms the fuel gas using at least radiant heat from the fuel cell;
The second heat exchanging means is an oxidant gas preheater (34) for heating the oxidant gas using at least radiant heat from the fuel cell,
The oxidant gas preheater is disposed away from the fuel cell;
The gap between the oxidant gas preheater and the fuel cell is wider than the gap between the fuel reformer and the fuel cell,
The fuel cell is composed of a stacked body in which a plurality of power generation cells (10a) are stacked, and has a stacked surface (10b) extending along the stacking direction of the power generation cells,
Each of the first heat exchange means and the second heat exchange means is disposed so as to face the laminated surface,
The combustion gas path includes a first gas path (62) through which the combustion gas generated in the combustor flows, a second gas path (63) through which the combustion gas passing through the first gas path flows,
A third gas path (64) connecting the first gas path and the second gas path is provided, and the first gas path and the second gas path are the first heat exchange means and the second heat exchange means. The third gas path is opposed to a portion of the fuel cell that is located on the end side in the stacking direction of the power generation cells. The fuel cell device is arranged as described above. 前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段それぞれは、少なくとも一部が互いの対向方向から見たときに前記燃料電池と重合し、且つ、前記対向方向に直交する方向から見たときに前記燃料電池と非重合となるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池装置。   Each of the first heat exchange means and the second heat exchange means is at least partially overlapped with the fuel cell when viewed from the facing direction and when viewed from the direction orthogonal to the facing direction. The fuel cell device according to claim 1, wherein the fuel cell device is disposed so as not to be polymerized with the fuel cell. 前記燃料電池、前記第１熱交換手段、および前記第２熱交換手段を収容するハウジング（２）を備え、
前記燃料電池は、少なくとも前記酸化剤ガスのオフガスを外周部から放出するシールレス構造となっており、
前記第１熱交換手段は、前記酸化剤ガスのオフガスに晒されるように、前記燃料電池における前記酸化剤ガスのオフガスの排出部（１４ｃ）に対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池装置。 A housing (2) for housing the fuel cell, the first heat exchange means, and the second heat exchange means;
The fuel cell has a sealless structure that discharges at least the off-gas of the oxidant gas from the outer periphery,
The first heat exchange means is disposed at a position facing the off-gas discharge portion (14c) of the oxidant gas in the fuel cell so as to be exposed to the off-gas of the oxidant gas. The fuel cell device according to any one of claims 1 to 3. 熱の移動を妨げる熱遮断手段（１６）を備え、
前記燃料電池は、複数の発電セル（１０ａ）を積層した積層体で構成されており、
前記熱遮断手段は、前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段のうち少なくとも一方の熱交換手段と、前記燃料電池における前記発電セルの積層方向の端部側に位置する部位との間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池装置。 A heat shut-off means (16) for preventing heat transfer;
The fuel cell is composed of a laminate in which a plurality of power generation cells (10a) are laminated,
The heat shut-off means is a space between at least one of the first heat exchange means and the second heat exchange means and a portion of the fuel cell located on the end side in the stacking direction of the power generation cells. The fuel cell device according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel cell device is disposed in the fuel cell device. 前記燃料改質器の内部における前記燃料ガスの流路は、前記燃料改質器における前記燃料電池に対向する対向面の温度分布が均一となるように、燃料ガス流れ上流側と下流側とが隣り合うように設定されている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池装置。   The flow path of the fuel gas inside the fuel reformer has a fuel gas flow upstream side and a downstream side so that the temperature distribution of the facing surface of the fuel reformer facing the fuel cell is uniform. The fuel cell device according to any one of claims 1 to 5, wherein the fuel cell device is set to be adjacent to each other. 前記酸化剤ガス予熱器の内部における前記酸化剤ガスの流路は、前記酸化剤ガス予熱器における前記燃料電池に対向する対向面の温度分布が均一となるように、酸化剤ガス流れ上流側と下流側とが隣り合うように設定されている請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池装置。 Flow path of the oxidant gas in the interior of the oxidizing gas preheater, said as the temperature distribution in the surface facing to the fuel cell in the oxidant gas preheater becomes uniform, and the oxidant gas flow upstream The fuel cell device according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel cell device is set to be adjacent to the downstream side. 前記酸化剤ガス予熱器に流入する前の前記酸化剤ガスと前記燃料電池から排出された未反応ガスを燃焼させた際に生ずる燃焼ガスと熱交換させることで、前記酸化剤ガス予熱器に流入する前の前記酸化剤ガスを加熱する予熱器（３３）を備え、
前記酸化剤ガス予熱器は、前記予熱器にて昇温した前記酸化剤ガスを、前記予熱器を流通する前記燃焼ガスよりも高温の前記燃焼ガスと熱交換させる高温の予熱器であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池装置。 The oxidant gas preheater flows into the oxidant gas preheater by exchanging heat with the combustion gas generated when the oxidant gas before flowing into the oxidant gas preheater and the unreacted gas discharged from the fuel cell are burned. A preheater (33) for heating the oxidant gas before
The oxidant gas preheater is a high-temperature preheater that exchanges heat between the oxidant gas heated by the preheater and the combustion gas having a temperature higher than that of the combustion gas flowing through the preheater. The fuel cell device according to claim 1, wherein the fuel cell device is a fuel cell device.
JP2013222120A 2013-01-18 2013-10-25 Fuel cell device Active JP6237114B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013222120A JP6237114B2 (en) 2013-01-18 2013-10-25 Fuel cell device
PCT/JP2013/007528 WO2014112018A1 (en) 2013-01-18 2013-12-23 Fuel cell device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013007463 2013-01-18
JP2013007463 2013-01-18
JP2013222120A JP6237114B2 (en) 2013-01-18 2013-10-25 Fuel cell device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014157811A JP2014157811A (en) 2014-08-28
JP6237114B2 true JP6237114B2 (en) 2017-11-29

Family

ID=51209146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013222120A Active JP6237114B2 (en) 2013-01-18 2013-10-25 Fuel cell device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6237114B2 (en)
WO (1) WO2014112018A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6512847B2 (en) * 2015-02-04 2019-05-15 本田技研工業株式会社 Fuel cell module
JP2016171016A (en) * 2015-03-13 2016-09-23 富士電機株式会社 Solid oxide type fuel battery module
JP7271910B2 (en) * 2018-11-16 2023-05-12 株式会社Ihi fuel cell system

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3913008B2 (en) * 2001-06-28 2007-05-09 三菱重工業株式会社 Solid oxide fuel cell system
JP4956946B2 (en) * 2005-09-16 2012-06-20 三菱マテリアル株式会社 Fuel cell
JP5186845B2 (en) * 2007-09-04 2013-04-24 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell
JP5575535B2 (en) * 2010-05-06 2014-08-20 川崎重工業株式会社 Fuel cell
JP5779371B2 (en) * 2011-03-18 2015-09-16 川崎重工業株式会社 Fuel cell and operation method thereof
JP5770027B2 (en) * 2011-06-21 2015-08-26 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell material supply device, fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014157811A (en) 2014-08-28
WO2014112018A1 (en) 2014-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20110044771A (en) Improved fuel cell stack flow hood air flow using an air distribution device
JP5098134B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP5966970B2 (en) Fuel cell device and fuel cell system
JP2009099437A (en) Fuel cell module
JP6111904B2 (en) Fuel cell device
JP2007128716A (en) Fuel cell
JP2012198994A (en) Fuel battery and operating method of the same
JP2011238363A (en) Fuel cell
JP6064782B2 (en) Fuel cell device
JP6237114B2 (en) Fuel cell device
JP2006269332A (en) Solid oxide type fuel cell system
JP5725048B2 (en) Fuel cell device
JP5643711B2 (en) Fuel cell module
JP5697577B2 (en) Fuel cell module
JP5755992B2 (en) Fuel cell module
JP5163147B2 (en) Heat exchanger and combined fuel reactor
JP4210912B2 (en) Fuel reformer and fuel cell power generator
US8603691B2 (en) Fuel cell system with rotation mechanism
JP2008235109A (en) Fuel cell system
KR101250418B1 (en) fuel processor of fuel cell
JP6187209B2 (en) Fuel cell device
JP6194854B2 (en) Fuel cell device
JP5697575B2 (en) Fuel cell module
JP6115310B2 (en) Fuel cell system
KR102548739B1 (en) Fuel cell system having high thermal efficiency

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160927

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161118

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170328

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170608

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20170616

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170905

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170919

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171003

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171016

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6237114

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250