JP6367601B2

JP6367601B2 - 燃料電池装置

Info

Publication number: JP6367601B2
Application number: JP2014089267A
Authority: JP
Inventors: 栄造松井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2034-04-23
Also published as: JP2015207535A

Description

本発明は、熱交換器を具備する燃料電池装置に関する。

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（空気）とを用いて電力を得ることができる燃料電池モジュール、および燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている。

燃料電池モジュールは、収納容器内に複数の燃料電池セルを収納して構成されており、燃料電池セルに燃料ガスおよび酸素含有ガスを供給して発電が行われる。

燃料電池装置として、特許文献１には、排ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換を行う熱交換器以外に、排ガスと水との間で熱交換を行う熱交換器が別個に設けられており、排ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換が行われた後、排ガスと水との間で熱交換が行われることが記載されている。

特開２０１４−１０８９５号公報

上記特許文献１では、排ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換を行う熱交換器以外に、排ガスと水との間で熱交換を行う熱交換器が別個に設けられており、排ガスが、それぞれの熱交換器に導入される際の熱エネルギーロスが大きく、また燃料電池装置の構造が複雑化し、大型化するという問題があった。

本発明は、熱交換効率を向上できるとともに、簡易な構造で小型の燃料電池装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池装置は、外装ケースと、該外装ケースの内部に位置し、断熱部材を有する収納容器と、該収容容器の内部に位置し、酸素含有ガスと燃料ガスとを用いて発電を行なう燃料電池セルと、前記外装ケースの内部かつ前記収納容器の外部に位置し、前記燃料電池セルの発電を補助する複数の補助装置と、前記外装ケースの内部かつ前記収納容器の外部に位置し、かつ前記補助装置を収容しない１つのケーシング内に、該燃料電池セルからの排ガスと前記酸素含有ガスとの間で熱交換を行うための第１熱交換部と、前記排ガスと前記酸素含有ガス以外の熱媒体との間で熱交換を行う第２熱交換部と、を収容してなる熱交換器と、を具備し、前記排ガスは、前記第１熱交換部、前記第２熱交換部を順次流れ、前記第１熱交換部は、排ガスが流れる複数の第１排ガスチューブと、酸素含有ガスが流れる酸素含有ガスチューブと、を有し、前記第２熱交換部は、排ガスが流れる複数の第２排ガスチューブと、熱媒体が流れる熱媒体チューブと、を有し、前記第１排ガスチューブと前記第２排ガスチューブとが其々連続しており、前記酸素含有ガスチューブの上流側端部と前記熱媒体チューブの上流側端部との距離より、前記酸素含有ガスチューブの上流側端部と前記熱媒体チューブの下流側端部との距離が短いことを特徴とする。

本発明の燃料電池装置は、燃料電池セルからの排ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換を行うための第１熱交換部と、排ガスと酸素含有ガス以外の熱媒体との間で熱交換を行う第２熱交換部とが、一つのケーシング内に収容されているため、排ガスの熱エネルギーロスを小さくして、熱交換効率を向上できるとともに、簡易な構造で小型の燃料電池装置を提供できる。

燃料電池装置を備える燃料電池システムを示す構成図である。燃料電池装置の一部を構成する燃料電池モジュールを示す外観斜視図である。図２に示す燃料電池モジュールの断面図である。燃料電池モジュールに、第１の熱交換部と第２の熱交換部とが順に設けられていること示す概念図である。第１熱交換部および第２熱交換部を有する熱交換器構造を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は排ガス流路内にドレン用凹溝が形成された状態を示す斜視図、（ｃ）は（ｂ）の平面図である。（ａ）はドレン用凹溝にドレン用導入凹溝が接続された状態を説明するための斜視図、（ｂ）は排ガス流路内に、排ガスを蛇行させる邪魔板を設けた状態を説明するための側面図である。第１熱交換部において、酸素含有ガスが排ガスと直交する方向に流れる熱交換構造を示す斜視図である。

図１は、燃料電池装置を備える燃料電池システムの一例を示す構成図である。図１に示す燃料電池システムは、燃料電池装置の一例である発電ユニットと、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニットと、これらのユニット間を水（熱媒体）が循環するための循環配管とを具備して構成されている。

図１に示す発電ユニットは、燃料極層、固体電解質層、酸素極層を有する固体酸化物形の燃料電池セルを複数個組み合わせてなるセルスタック５、都市ガス等の原燃料を供給する燃料供給手段１、セルスタック５を構成する燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段２、熱交換器８、原燃料と水蒸気により原燃料を水蒸気改質する改質器３、セルスタック５から排出される発電に使用されなかった排ガス（燃焼ガスも含む）を浄化するための浄化装置１８を備えている。

なお、図１に示す発電ユニットでは、セルスタック５と改質器３とを収納容器に収納することで燃料電池モジュール４（以下、モジュールという場合がある。）が構成され、図１においては、二点鎖線により囲って示している。

また、図１には示していないが、モジュール４内には、発電で使用されなかった燃料ガスを燃焼させるための着火装置が設けられている。また、図１に示す燃料電池システムでは浄化装置１８をモジュール４の外部に設けた例を示しているが、モジュール４内に設けることもできる。また、図１では、酸素含有ガス供給手段２により供給される酸素含有ガスの供給ラインである酸素含有ガス供給ラインを破線で示している。

また、図１に示す発電ユニットにおいては、熱交換器８に水を循環させる循環配管１５、熱交換器８で生成された凝縮水を純水に処理するための凝縮水処理装置９、凝縮水処理装置９にて処理された水（純水）を貯水するための水タンク１１とが設けられており、水タンク１１と熱交換器８との間が凝縮水供給管１０により接続されている。なお、熱交換器８での熱交換により生成される凝縮水の水質によっては、凝縮水処理装置９を設けない構成とすることもできる。また、凝縮水処理装置９が水を貯水する機能を有する場合には、水タンク１１を設けない構成とすることもできる。

水タンク１１に貯水された水は、水タンク１１と改質器３とを接続する水供給管１３に備えられた水ポンプ１２により改質器３に供給される。

さらに図１に示す発電ユニットは、モジュール４にて発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電力の外部負荷への供給量を調整するための供給電力調整部（パワー
コンディショナ）６、熱交換器８の出口に設けられ熱交換器８の出口を流れる水（循環水流）の水温を測定するための出口水温センサ１４のほか、各種機器の動作を制御する制御装置７が設けられており、循環配管１５内で水を循環させる循環ポンプ１７とあわせて発電ユニットが構成されている。

そして、発電ユニットを構成する各装置を、後述する外装ケース内に収納することで、設置や持ち運び等が容易な燃料電池装置とすることができる。なお、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク１６を具備して構成されている。

ここで、図１に示した燃料電池システムの通常状態の運転方法について説明する。セルスタック５の発電に必要な燃料ガスを生成するにあたり、制御装置７は原燃料供給手段１、水ポンプ１２を作動させる。それにより、改質器３に原燃料（天然ガス、灯油等）と水とが供給され、改質器３で水蒸気改質を行なうことにより、水素を含む燃料ガスが生成されて燃料電池セルの燃料極側に供給される。

一方、制御装置７は酸素含有ガス供給手段２を動作させることにより、燃料電池セルの酸素極層側に酸素含有ガス（空気）を供給する。酸素含有ガスの供給に関しては後述する。

制御装置７はモジュール４において着火装置（図示せず）を作動させることにより、セルスタック５の発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させる。それにより、モジュール内の温度（セルスタック５や改質器３の温度）が上昇し、効率よい発電を行なうことができる。

セルスタック５の発電に伴って生じた排ガスには、燃焼ガス以外に、未燃焼の燃料ガスや一酸化炭素が含まれる場合があるため、これらの排ガスを浄化装置１８にて浄化する。浄化装置１８としては、例えば容器内に燃焼触媒を備えた構成とすることができる。

そして、浄化装置１８で浄化された排ガスは、熱交換器８に供給され、循環配管１５を流れる水とで熱交換される。熱交換器８での熱交換により生じたお湯は、循環配管１５を流れて貯湯タンク１６に貯水される。一方、熱交換器８での熱交換によりセルスタック５より排出される排ガスに含まれる水が凝縮水となり、凝縮水供給管１０を通じて、凝縮水処理装置９に供給される。凝縮水は、凝縮水処理装置９にて純水とされて、水タンク１１に供給される。水タンク１１に貯水された水は、水ポンプ１２により水供給管１３を介して改質器３に供給される。このように、凝縮水を有効利用することにより、水自立運転を行なうことができる。

続いて、モジュール４について説明する。図２、図３は、燃料電池装置を構成するモジュール４の一例を示し、図２はモジュール４を示す外観斜視図であり、図３は図２に示すモジュール４の断面図である。

図２に示すモジュール４においては、収納容器２２の内部に、内部を燃料ガスが流通するガス流路（図示せず）を有する柱状の燃料電池セル２３を複数立設させた状態で一列に配列し、隣接する燃料電池セル２３間が集電部材（図示せず）を介して電気的に直列に接続されているとともに、燃料電池セル２３の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材（図示せず）でガスタンク２４に固定してなるセルスタック５を２つ備えるセルスタック装置２１を収納して構成されている。

なお、セルスタック５の両端部には、セルスタック５（燃料電池セル２３）の発電により生じた電流を集電して外部に引き出すための、電流引き出し部を有する導電部材が配置
されている（図示せず）。上述の各部材を備えることで、セルスタック装置２１が構成される。なお、図２においては、セルスタック装置２１が２つのセルスタック５を備えている場合を示しているが、適宜その個数は変更することができ、例えばセルスタック５を１つだけ備えていても良く、３つ以上備えていても良い。また、収納容器２２には、後述する燃料電池セル２３を通過した燃料ガスを燃焼させるための着火装置３０、モジュール４の温度を測定するための熱電対３１が設けられている。

また、図２においては、燃料電池セル２３として、内部を燃料ガスが長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、ガス流路を有する支持体の表面に、燃料極層、固体電解質層および酸素極層を順に積層してなる固体酸化物形の燃料電池セル２３を例示している。なお、燃料電池セル２３においては、内部を酸素含有ガスが長手方向に流通するガス流路を有する形状とすることもでき、この場合、内側より酸素極層、固体電解質層、燃料極層を順に設け、モジュール４の構成は適宜変更すればよい。さらには、燃料電池セルは中空平板型に限られるものではなく、例えば平板型や円筒型とすることもでき、燃料電池セルの形状にあわせて収納容器２２の形状を適宜変更することが好ましい。

また、図２に示すモジュール４においては、燃料電池セル２３の発電で使用する燃料ガスを得るために、原燃料供給管２８を介して供給される都市ガス等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器３をセルスタック５の上方に配置している。なお、原燃料供給管２８は、図１に示す燃料供給手段１にあわせて、適宜配置することができる。また、改質器３は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行なうことができる構造とすることができ、水を気化させるための気化部２６と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部２５とを備えている。なお、改質器３においては、水蒸気改質のほか部分酸化改質を行なってもよく、改質触媒としては、水蒸気改質のほか、部分酸化改質も可能な燃焼触媒を用いることができる。図２においては、水供給管の記載を省略した。

そして、改質器３で生成された燃料ガス（水素含有ガス）は、燃料ガス流通管２７を介してガスタンク２４に供給され、ガスタンク２４より燃料電池セル２３の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、セルスタック装置２１の構成は、燃料電池セル２３の種類や形状により、適宜変更することができ、例えばセルスタック装置２１に改質器３を含むこともできる。

また図２においては、収納容器２２の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置２１を後方に取り出した状態を示している。ここで、図２に示したモジュール４においては、セルスタック装置２１を、収納容器２２内にスライドして収納することが可能である。

なお、収納容器２２の内部には、ガスタンク２４に並置されたセルスタック５の間に配置され、酸素含有ガスが燃料電池セル２３の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、反応ガス導入部材２９が配置されている。

モジュール４を構成する収納容器２２は、図３に示すように、内壁３３と外壁３４とを有する二重構造で、外壁３４により収納容器２２の外枠が形成されるとともに、内壁３３によりセルスタック装置２１を収納する発電室３５が形成されている。さらに収納容器２２においては、内壁３３と外壁３４との間を、燃料電池セル２３に導入する酸素含有ガスが流通する反応ガス流路４０としている。

ここで、収納容器２２内には、収納容器２２の上部より、上端側に酸素含有ガスが流入するための酸素含有ガス流入口（図示せず）とフランジ部３７とを備え、燃料電池セル２
３の下端部に酸素含有ガスを導入するための反応ガス流出口３６が設けられてなる反応ガス導入部材２９が、内壁３３を貫通して挿入されて固定されている。フランジ部３７と内壁３３との間には断熱部材３７が配置されている。

なお、図３においては、反応ガス導入部材２９が、収納容器２２の内部に並置された２つのセルスタック５間に位置するように配置されているが、セルスタック５の数により、適宜配置することができる。例えば、収納容器２２内にセルスタック５を１つだけ収納する場合には、反応ガス導入部材２９を２つ設け、セルスタック５を両側面側から挟み込むように配置することができる。

また発電室３５内には、モジュール４内の熱が極端に放散され、燃料電池セル２３（セルスタック５）の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール４内の温度を高温に維持するための断熱部材３７が適宜設けられている。

断熱部材３７は、セルスタック５の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル２３の配列方向に沿ってセルスタック５の側面側に配置するとともに、セルスタック５の側面における燃料電池セル２３の配列方向に沿った幅と同等またはそれ以上の幅を有する断熱部材３７を配置することが好ましい。

断熱部材３７は、セルスタック５の両側面側に配置することが好ましい。それにより、セルスタック５の温度が低下することを効果的に抑制できる。さらには、反応ガス導入部材２９より導入される酸素含有ガスが、セルスタック５の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック５を構成する燃料電池セル２３間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。セルスタック５の両側面側に配置された断熱部材３７においては、燃料電池セル２３に供給される酸素含有ガスの流れを調整し、セルスタック５の長手方向および燃料電池セル２３の積層方向における温度分布を低減するための開口部３８が設けられている。なお、複数の断熱部材３７を組み合わせて開口部３８を形成するようにしてもよい。

また、燃料電池セル２３の配列方向に沿った内壁３３の内側には、排ガス用内壁３９が設けられており、内壁３３と排ガス用内壁３９との間が、発電室３５内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路４１とされている。排ガス流路４１は、収納容器２２の底部に設けられた排気孔４５と通じている。また、排ガス用内壁３９のセルスタック５側にも断熱部材３７が設けられている。

それにより、モジュール４の運転に伴って生じる排ガスは、排ガス流路４１を流れた後、排気孔４５より排気される構成となっている。なお、排気孔４５は収納容器２２の底部の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を設けることにより形成してもよい。

モジュール４においては、燃料電池セル２３を通過した燃料ガスを着火させるための着火装置３０が、燃料電池セル２３と改質器３との間に位置するように、収納容器２の側面より挿入されている。なお、着火装置３０により燃料電池セル２３を通過した燃料ガスに着火させることにより、モジュール４内の温度を高温とすることができるほか、燃料電池セル２３、改質器３の温度を高温に維持することができる。

そして、燃料電池セル２３にて発電を行なうにあたり、酸素含有ガス供給手段２よりモジュール４に酸素含有ガスを供給するが、温度の低い酸素含有ガスをモジュール４に供給すると、モジュール４内の温度が低下し、それに伴い燃料電池セル２３や改質器３の温度が低下し、発電効率が低下するおそれがある。

そこで、本実施形態の燃料電池装置においては、図４に示すように、貯湯タンク１６の水（酸素含有ガス以外の熱媒体の一種）と排ガスとの間で熱交換を行う第２熱交換部８ｂ以外に、酸素含有ガス供給手段２より供給される酸素含有ガスとの間で熱交換を行う第１熱交換部８ａを有している。排ガスは、第１熱交換部８ａ、第２熱交換部８ｂを順次流れるように、排ガス流れ方向の上流側に第１熱交換部８ａが設けられ、この第１熱交換器８ａの下流側に第２熱交換部８ｂが設けられている。熱交換器８は、同じケーシング８ｃ内に第１熱交換部８ａおよび第２熱交換部８ｂが収容されて構成されている。

図４は、上記モジュール４、浄化装置１８、熱交換器８の接続状態を示す概念図である。モジュール４の外周には、モジュール４の温度を高温に維持するための断熱部材３７が設けられている。

モジュール４内に配置される燃料電池セル３が固体酸化物形の燃料電池セル３である場合においては、モジュール４内の温度が５００〜８００℃程度と高温となり、あわせてモジュール４より排出される排ガスの温度も高温となり、さらには浄化装置１８より排出される浄化済みの排ガスの温度も高温となる。

ここで、図４においては、モジュール４の底部の排気ガスを排出するための排気孔（図示せず）に、モジュール４より排出される排ガスを浄化するための浄化装置１８、浄化装置１８にて浄化された浄化済み排ガスとモジュール４に供給する酸素含有ガスとで熱交換するための第１熱交換部８ａ、第１熱交換部８ａを通過した排ガスと水とで熱交換を行なってお湯を生成するための第２熱交換部８ｂとがこの順に接続されている。なお、第２熱交換部８ｂは、下方側に温度の低い水が供給される入口４６が設けられており、上方側に第２熱交換部８ｂ内で生成された水を送水するための出口４７が設けられている。

一方、酸素含有ガス供給手段２より供給される酸素含有ガスは、第１熱交換部８ａを通った後、モジュール４の底部に設けられた酸素含有ガス導入部４８よりモジュール４内に供給される。

浄化装置１８より排出される浄化済みの排ガスの温度は、発電時は２５０〜２８０℃程度の高温であることから、この熱を用いてモジュール４に供給する酸素含有ガスを加熱することで、モジュール４の温度が低下することを抑制でき、発電効率を向上することができる。

第１熱交換部８ａは、図５に示すように、排ガス流路を構成する中空平板状の排ガスチューブ８ｄと、酸素含有ガス供給手段２よりモジュール４に供給される酸素含有ガスの流路を構成する中空平板状の酸素含有ガスチューブ８ａ１とを具備して構成され、第２熱交換部８ｂは、排ガスチューブ８ｄと、貯湯タンク１６からの水の流路を構成する中空平板状の水チューブ８ｂ１とを具備して構成されている。

排ガスチューブ８ｄは、出入口がケーシング８ｃ内の上下方向となるように配置されており、酸素含有ガスチューブ８ａ１は、排ガスチューブ８ｄの上部側面に当接し、水チューブ８ｂ１は、排ガスチューブ８ｄの下部側面に当接している。排ガスチューブ８ｄと、酸素含有ガスチューブ８ａ１、水チューブ８ｂ１とが交互となるように配置されている。なお、図５、６では、２個の排ガスチューブ８ｄと、２個の酸素含有ガスチューブ８ａ１、２個の水チューブ８ｂ１とを交互に積層したが、この形態に限定されるものではなく、１個の排ガスチューブ８ｄと、１個の酸素含有ガスチューブ８ａ１、１個の水チューブ８ｂ１とを積層して構成しても良く、また、３個以上の排ガスチューブ８ｄと、３個以上の酸素含有ガスチューブ８ａ１、３個以上の水チューブ８ｂ１とを交互に積層して構成して
も良い。なお、図５（ａ）では、ケーシング８ｃの記載を省略した。

図５では、太矢印が酸素含有ガスの流れ、線状矢印が水の流れ、斜線を引いた太矢印が排ガスの流れであり、酸素含有ガスチューブ８ａ１内の酸素含有ガスの流れを破線の太矢印で、水チューブ８ｂ１内の水の流れを破線矢印で示した。

排ガスは、排ガスチューブ８ｄ内部を上下方向に流れ、酸素含有ガスは、一旦、酸素含有ガスチューブ８ａ１の下端部に供給され、この後酸素含有ガスチューブ８ａ１内を排ガスと対向流となるように流れ、酸素含有ガスチューブ８ａ１の上端部に供給され、ここから、燃料電池セルに供給される。酸素含有ガスチューブ８ａ１内は、上下端部を除き、上下方向に延びる仕切板（図示せず）が複数配置され、酸素含有ガスの流れが排ガスの流れと対向流となるように構成されている。

同様に、水は、一旦、水チューブ８ｂ１の下端部に供給され、この後水チューブ８ｂ１内を排ガスと対向流となるように流れ、水チューブ８ｂ１の上端部に供給され、ここから、貯湯タンク１６に供給される。水チューブ８ｂ１内は、上下端部を除き、上下方向に延びる仕切板（図示せず）が複数配置され、水の流れが排ガスの流れと対向流となるように構成されている。

ケーシング８ｃの下面には、凝縮水を取り出す取出口８ｃ１が設けられており、この取出口８ｃ１が凝縮水処理装置９に配管で接続されている。これにより、凝縮水の熱交換器８からの排出性を向上できる。排ガスチューブ８ｄの内壁面（排ガスと面する側面）には、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、上下方向に複数のドレン用凹溝８ｄ１を設けることができる。図５（ｂ）（ｃ）では、排ガスチューブ８ｄの対向する内壁面に、それぞれ３本のドレン用凹溝８ｄ１を設けた形態を示している。排ガスチューブ８ｄの内壁面に付着した凝縮水は、ドレン用凹溝８ｄ１を伝わって自重で下方に流れ、取出口８ｃ１から取り出される。ドレン用凹溝８ｄ１は３本以上であっても良いことは勿論である。

さらに、図６（ａ）に示すように、ドレン用凹溝８ｄ１に向けて下方に傾斜し、下端がドレン用凹溝８ｄ１に接続するドレン用導入凹溝８ｄ２を、排ガスチューブ８ｄの内壁面に形成することができる。これにより、凝縮水の収集性を向上でき、改質器８からの排出性を向上できる。図５（ｂ）では、ドレン用凹溝８ｄ１を、図６（ａ）ではドレン用凹溝８ｄ１およびドレン用導入凹溝８ｄ２を破線で示した。また、図６（ａ）では、理解を容易にするために、ドレン用凹溝８ｄ１を、排ガスチューブ８ｄの手前側の内壁面に２本形成した形態を示した。

また、図６（ｂ）に破線で示すように、排ガスチューブ８ｄの内部に、排ガスの流れを蛇行させる邪魔板８ｄ３を設けることができる。これにより、改質器９での熱交換効率を向上できる。

本実施形態では、燃料電池セル２３からの排ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換を行うための第１熱交換部８ａと、排ガスと水との間で熱交換を行う第２熱交換部８ｂとが、一つのケーシング８ｃ内に収容されているため、排ガスの熱エネルギーロスを小さくして、熱交換効率を向上できるとともに、簡易な構造で小型の燃料電池装置を提供できる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

例えば、上記形態では、第２熱交換部８ｂの熱媒体が貯湯タンク内の水であったが、例
えば、貯湯ユニットがない形態で、熱媒体として、ラジエータに使用されるオイル、不凍液等であっても良い。

また、上記形態では、熱交換器において、排ガス、酸素含有ガス、水を流すためのチューブを用いたが、チューブを用いることなく、ケーシング内を仕切板を用いて仕切ることにより、流路を形成しても良いことは勿論である。

さらに、図５では、酸素含有ガスと排ガスが対向流となる場合について記載したが、図７に示すように、排ガスの流れに対して、酸素含有ガスの流れが直交するように構成しても良い。

また、図５では、第１熱交換部８ａの酸素含有ガスチューブ８ａ１と、第２熱交換部８ｂの水チューブ８ｂ１とを上下方向に離間して配置したが、酸素含有ガスチューブと水チューブとが一体となり、その境界が仕切板で仕切られていても良い。この場合には、排ガスの熱エネルギーロスを低減できるとともに、さらにコンパクト化できる。

さらに、図５（ｂ）、図６（ａ）では、第１熱交換部８ａ、第２熱交換部８ｂにおけるの排ガスチューブ８ｄの内壁面に、言い換えれば、排ガスチューブ８ｄの上下方向の全面に、ドレン用凹溝８ｄ１を形成したが、第１熱交換部だけに対応する排ガスチューブの部分だけにドレン用凹溝を形成しても良い。

また、図６（ｂ）では、排ガスチューブ８ｄの流路内全体に、邪魔板８ｄ３を設けた形態について説明したが、第１熱交換部に対応する排ガスチューブの部分だけに邪魔板を設けても良い。

２：酸素含有ガス供給手段
４：燃料電池モジュール
７：制御装置
８：熱交換器
８ａ：第１熱交換部
８ａ１：酸素含有ガスチューブ
８ｂ：第２熱交換部
８ｂ１：水チューブ
８ｃ：ケーシング
８ｄ：排ガスチューブ
８ｄ１：ドレン用凹溝
８ｄ２：ドレン用導入凹溝
８ｄ３：邪魔板
２３：燃料電池セル

Claims

外装ケースと、
該外装ケースの内部に位置し、断熱部材を有する収納容器と、
該収容容器の内部に位置し、酸素含有ガスと燃料ガスとを用いて発電を行なう燃料電池セルと、
前記外装ケースの内部かつ前記収納容器の外部に位置し、前記燃料電池セルの発電を補助する複数の補助装置と、
前記外装ケースの内部かつ前記収納容器の外部に位置し、かつ前記補助装置を収容しない１つのケーシング内に、該燃料電池セルからの排ガスと前記酸素含有ガスとの間で熱交換を行うための第１熱交換部と、前記排ガスと前記酸素含有ガス以外の熱媒体との間で熱交換を行う第２熱交換部と、を収容してなる熱交換器と、
を具備し、
前記排ガスは、前記第１熱交換部、前記第２熱交換部を順次流れ、
前記第１熱交換部は、排ガスが流れる複数の第１排ガスチューブと、酸素含有ガスが流れる酸素含有ガスチューブと、を有し、
前記第２熱交換部は、排ガスが流れる複数の第２排ガスチューブと、熱媒体が流れる熱媒体チューブと、を有し、
前記第１排ガスチューブと前記第２排ガスチューブとが其々連続しており、
前記酸素含有ガスチューブの上流側端部と前記熱媒体チューブの上流側端部との距離より、
前記酸素含有ガスチューブの上流側端部と前記熱媒体チューブの下流側端部との距離が短いことを特徴とする燃料電池装置。
前記第１熱交換部の前記排ガスと面する部分に、上下方向にドレン用凹溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
前記ドレン用凹溝に向けて下方に傾斜し、下端が前記ドレン用凹溝に接続するドレン用導入凹溝を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
前記第１熱交換部の前記排ガスの流路内には、前記排ガスを蛇行させる邪魔板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の燃料電池装置。