JP6578624B2 - Solid oxide fuel cell device - Google Patents

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Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池装置に関し、特に、燃料ガスと、酸化剤ガスとにより発電を行う固体酸化物形燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell device, and more particularly to a solid oxide fuel cell device that generates power using a fuel gas and an oxidant gas.

固体酸化物形燃料電池装置(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」とも言う)は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用いた固体酸化物形燃料電池セルを内部に具備し、その両側に電極を取り付け、一方の電極に燃料ガスを供給し、他方の電極に酸化剤ガス(空気、酸素等)を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。   A solid oxide fuel cell device (hereinafter also referred to as “SOFC”) includes a solid oxide fuel cell using an oxide ion conductive solid electrolyte as an electrolyte, on both sides thereof. The fuel cell operates at a relatively high temperature by attaching an electrode, supplying fuel gas to one electrode, and supplying oxidant gas (air, oxygen, etc.) to the other electrode.

また、固体酸化物形燃料電池装置を実用化する上で、10年程度の耐久性保証が必須となる。燃料電池セルの耐久性向上を実現する方法の一つとして、複数配置された燃料電池セルの各々に対して酸化剤ガスを均等に供給することが挙げられる。   Further, in order to put the solid oxide fuel cell device into practical use, it is essential to guarantee durability for about 10 years. One of the methods for improving the durability of the fuel cell is to supply an oxidant gas evenly to each of the plurality of fuel cells arranged.

これは、酸化剤ガスが不足する状態での無理な発電や、発電ムラによる燃料電池セルの劣化によって、セルスタック全体の発電反応が安定せずセル寿命が短くなることを防止する上で非常に重要となる。   This is very effective in preventing the power generation reaction of the entire cell stack from becoming unstable due to excessive power generation in the state where the oxidizer gas is insufficient or the deterioration of the fuel cell due to power generation unevenness and shortening the cell life. It becomes important.

ここで、先行文献1に記載の固体酸化物形燃料電池装置では、燃料電池セルを行列配置させてセルスタックを構成している。ここでは、セルスタックを挟んで対向するケーシング壁面に複数の酸化剤ガスの吹出口を設け、その開口量を調整している。それにより、行列状(マトリクス状)に配置されたセルスタックであっても、各々の燃料電池セルのすべてに均等に酸化剤ガスを行き渡らせている。   Here, in the solid oxide fuel cell device described in Prior Art Document 1, fuel cells are arranged in a matrix to form a cell stack. Here, a plurality of oxidant gas outlets are provided on the casing wall surfaces facing each other across the cell stack, and the opening amounts thereof are adjusted. Accordingly, even in the cell stack arranged in a matrix (matrix), the oxidant gas is evenly distributed to all the fuel cells.

特開2011−29177号公報JP 2011-29177 A

ここで、近年、熱源から電力と熱を生成し効率的に供給するコジェネレーションシステムとして、家庭向けの設置型SOFCの事業化が進んでいる。特に、設置スペースの限られた集合住宅等に適合するコンパクトな固体酸化物形燃料電池装置は市場におけるニーズが高い。   Here, in recent years, commercialization of home-installed SOFCs has progressed as a cogeneration system that efficiently generates electric power and heat from a heat source and supplies them efficiently. In particular, there is a great need in the market for a compact solid oxide fuel cell device suitable for an apartment house with limited installation space.

そこで、固体酸化物形燃料電池セルを内部に収容した燃料電池モジュールの小型化のため、燃料電池モジュールを構成する各部品間の距離を可能な限り短くなるように設計していくことが必要となる。特に、モジュール容器の小型化によって、内部に配置された複数の燃料電池セル間の隙間が狭小化されている。   Therefore, in order to reduce the size of the fuel cell module in which the solid oxide fuel cell is accommodated, it is necessary to design the distance between the components constituting the fuel cell module as short as possible. Become. In particular, due to the miniaturization of the module container, the gaps between the plurality of fuel cells arranged inside are narrowed.

この場合、燃料電池セル間の隙間が狭小化されることで、セルスタックの内部に、特に中央部に、熱がこもりやすく、セルスタックの中央部と端部では温度差が生じてしまう(温度ムラ)。これにより、複数の燃料電池セルごとに発電状態が異なることとなり、燃料電池セルを劣化させてしまう。   In this case, by narrowing the gap between the fuel cells, heat tends to be trapped inside the cell stack, particularly in the center, and a temperature difference occurs between the center and the end of the cell stack (temperature). village). Thereby, a power generation state will differ for every some fuel cell, and a fuel cell will be deteriorated.

さらに、複数の燃料電池セル間の隙間が狭小化されることで、酸化剤ガスの通り道である燃料電池セル間のピッチが小さくなることから、セルスタックの中央へ酸化剤ガスを供給することが困難となってしまう。この場合、セルスタック全体へ酸化剤ガスが行き渡らず、上述した温度ムラを助長させてしまうこととなる。   Furthermore, the gap between the plurality of fuel cells is narrowed, so that the pitch between the fuel cells that are the path of the oxidant gas is reduced, so that the oxidant gas can be supplied to the center of the cell stack. It becomes difficult. In this case, the oxidant gas does not reach the entire cell stack, and the above-described temperature unevenness is promoted.

一方で、酸化剤ガスの流量を大きくすることで、セルスタックへ供給される酸化剤ガスの流速を大きくしてセルスタック中央へ供給することも考えられる。しかし、この場合は逆にセルスタック端部への酸化剤ガス供給量が減少してしまい、セルスタック全体への均等供給は困難となる。   On the other hand, by increasing the flow rate of the oxidant gas, it is conceivable to increase the flow rate of the oxidant gas supplied to the cell stack and supply it to the center of the cell stack. However, in this case, on the contrary, the amount of oxidant gas supplied to the end of the cell stack decreases, and it becomes difficult to uniformly supply the entire cell stack.

本発明の態様における固体酸化物形燃料電池装置は、外表面に供給される第1反応ガスと、内部流路に供給される第2反応ガスとの反応により発電する固体酸化物形燃料電池セルを複数配置したセルスタックと、セルスタックを内包する容器と、容器の内部又は外部に取り付けられ、燃料電池セルの外表面に第1反応ガスを供給するための第1反応ガス流路と、第1反応ガス流路に設けられ、燃料電池セルの外表面に第1反応ガスを噴出させる複数の第1反応ガス噴出孔と、を備え、複数の第1反応ガス噴出孔は第1反応ガスが容器内の所定箇所に集束するように噴出させる集束型噴出孔と、第1反応ガスが容器の内部に発散する発散型噴出孔とを有する。   A solid oxide fuel cell device according to an aspect of the present invention generates power by reaction between a first reaction gas supplied to an outer surface and a second reaction gas supplied to an internal flow path. A plurality of cell stacks, a container containing the cell stack, a first reaction gas flow path that is attached to the inside or outside of the container and supplies the first reaction gas to the outer surface of the fuel cell, A plurality of first reaction gas ejection holes that are provided in one reaction gas flow path and eject the first reaction gas to the outer surface of the fuel cell, and the plurality of first reaction gas ejection holes include the first reaction gas. It has a converging-type ejection hole for ejecting so as to converge at a predetermined location in the container, and a diverging-type ejection hole for allowing the first reactive gas to diverge inside the container.

第1反応ガス噴出孔の噴流を調整することができる、すなわち、開口の大きさや第1反応ガスの流量(流速)によらず、第1反応ガス噴出孔を通過した第1反応ガスを集束・発散させるかを適宜選択し、自由に配置することができる。これにより、第1反応ガスを発散させた場合には第1反応ガス噴出孔近傍のセルスタックへの第1反応ガス供給量を増加させ、集束させた場合には流速が高まるため第1反応ガス噴出孔の遠方のセルスタックまで第1反応ガスを供給することができる。すなわち、セルスタックが配置された空間において反応ガスの流動を制御することができる。したがって、簡易な構成によって噴出孔自体に噴流を調整させる機能を付帯させたため、コンパクト化に際してのモジュール容器の設計自由度を確保したまま、セルスタックへの均一な第1反応ガスの供給を実現することができる。ここで、例えば、第1反応ガスが燃料ガスである場合には、第2反応ガスは酸化剤ガスであり、第1の反応ガスが酸化剤ガスである場合には、第2反応ガスは燃料ガスである。   The jet flow of the first reactive gas ejection hole can be adjusted, that is, the first reactive gas that has passed through the first reactive gas ejection hole is focused regardless of the size of the opening and the flow rate (flow velocity) of the first reactive gas. It is possible to appropriately select whether to diverge and arrange them freely. As a result, when the first reaction gas is diffused, the first reaction gas supply amount to the cell stack in the vicinity of the first reaction gas ejection hole is increased, and when the first reaction gas is converged, the flow rate is increased. The first reaction gas can be supplied to the cell stack far from the ejection hole. That is, the flow of the reaction gas can be controlled in the space where the cell stack is arranged. Therefore, since the function of adjusting the jet flow is attached to the jet hole itself with a simple configuration, the uniform supply of the first reactive gas to the cell stack is realized while ensuring the degree of freedom of design of the module container when downsizing. be able to. Here, for example, when the first reaction gas is a fuel gas, the second reaction gas is an oxidant gas, and when the first reaction gas is an oxidant gas, the second reaction gas is a fuel gas. Gas.

本発明において、好ましくは、第1反応ガス噴出孔は、第1反応ガス流路を構成する壁面に設けられた開口であり、集束型噴出孔は、第1反応ガス噴出孔の流入側の開口径に対して流出側の開口径が小さくなるように構成され、発散型噴出孔は、第1反応ガス噴出孔の流入側の開口径に対して流出側の開口径が大きくなるように構成されている。   In the present invention, preferably, the first reactive gas ejection hole is an opening provided in a wall surface constituting the first reactive gas flow path, and the focusing type ejection hole is an opening on the inflow side of the first reactive gas ejection hole. The outflow side opening diameter is configured to be smaller than the diameter, and the diverging-type ejection hole is configured such that the outflow side opening diameter is greater than the inflow side opening diameter of the first reactive gas ejection hole. ing.

集束型噴出孔を先細る形状とすることで噴流を集束させ、発散型噴出孔を末広とすることで噴流が発散するように構成した。これにより、噴流を集束・発散するように調整してセルスタックへ第1反応ガスを均一に供給することを、第1反応ガス噴出孔の形状を変更するという簡易な方法によって実現することができる。 The converging-type ejection holes are tapered so that the jets are converged, and the diverging-type ejection holes are diverged so that the jets diverge. As a result, it is possible to achieve uniform supply of the first reaction gas to the cell stack by adjusting the jet flow to focus and diverge by a simple method of changing the shape of the first reaction gas ejection hole. .

本発明において、好ましくは、複数の第1反応ガス噴出孔は、セルスタックの配置方向に沿って水平方向に直線状に配置されている。
セルスタックの配置方向に沿って水平方向に直線状に配置されているため、上下方向での第1反応ガス供給バラツキを抑制し、セルスタックに均等に空気を供給することができる。
In the present invention, preferably, the plurality of first reactive gas ejection holes are linearly arranged in the horizontal direction along the arrangement direction of the cell stack.
Since it is arranged linearly in the horizontal direction along the arrangement direction of the cell stack, it is possible to suppress the first reactive gas supply variation in the vertical direction and to supply air evenly to the cell stack.

本発明において、好ましくは、第1反応ガス噴出孔は、並設された燃料電池セルの間に設けられている。
燃料電池セルの間に配置することで、集束型噴出孔からの集束噴流は第1反応ガス噴出孔遠方の燃料電池セルへ向かいやすくなる。さらに、発散型噴出孔からの発散噴流は第1反応ガス近傍の燃料電池セルに供給される。すなわち、第1反応ガス噴出孔近傍、遠方のセルスタックへの第1反応ガス供給量が調整容易となり、均一な第1反応ガスの供給を実現することができる。
In the present invention, preferably, the first reactive gas ejection hole is provided between the fuel cells arranged side by side.
By disposing the fuel cell between the fuel cells, the focused jet from the focused jet hole is likely to go to the fuel cell far from the first reactive gas jet hole. Further, the divergent jet from the divergent jet hole is supplied to the fuel cell near the first reaction gas. That is, the first reactive gas supply amount to the cell stack in the vicinity of the first reactive gas ejection hole and in the distance can be easily adjusted, and uniform supply of the first reactive gas can be realized.

本発明において、好ましくは、第1反応ガス流路は、前記セルスタックを挟んで対向する容器の壁面に設けられており、一方側と、対向する他方側との第1反応ガス噴出孔が集束型噴出孔または発散型噴出孔で対応する様に構成されている。
セルスタックを挟んで設けられている第1反応ガス噴出孔が同一であるため、等しい速度でセルスタック中央方向に向かう。そのため、噴出速度が異なることで合流地点がばらつくことによる供給ばらつきを抑制し、燃料電池セルへの均等な第1反応ガスの供給を実現する。
In the present invention, preferably, the first reaction gas flow path is provided on the wall surface of the container facing the cell stack, and the first reaction gas ejection holes on one side and the other side facing each other are converged. It is comprised so that it may respond | correspond by a type | mold ejection hole or a diverging type ejection hole.
Since the first reactive gas ejection holes provided across the cell stack are the same, they head toward the center of the cell stack at an equal speed. Therefore, the supply variation due to the variation in the merging point due to the different ejection speeds is suppressed, and the uniform supply of the first reaction gas to the fuel cells is realized.

本発明において、好ましくは、セルスタックは、複数の燃料電池セルが所定の第1間隔と、第1間隔よりも大きな第2間隔をおいて配列されて構成され、第2間隔が設けられた位置に集束型噴出孔が配置されている。
燃料電池セル間のピッチを広くすることで、第1反応ガスの通り道を広く構成することができるが、セルスタック中央まで第1反応ガスが届かずに発散してしまう。そのため、セル間ピッチが広く設けられた第2領域には集束型噴出孔を設けることで、セルスタック中央部まで第1反応ガスを行き渡らせることが可能となる。
In the present invention, preferably, the cell stack is configured such that a plurality of fuel cells are arranged with a predetermined first interval and a second interval larger than the first interval, and the second interval is provided. A converging-type ejection hole is disposed in the center.
By widening the pitch between the fuel cells, the passage of the first reaction gas can be widened. However, the first reaction gas does not reach the center of the cell stack and diverges. Therefore, it is possible to distribute the first reactive gas to the center portion of the cell stack by providing the converging-type ejection holes in the second region where the inter-cell pitch is widely provided.

本発明において、好ましくは、第1反応ガス噴出孔において、集束型噴出孔は発散型噴出孔と隣り合うように構成されている。
集束型噴出孔からの集束噴流はセルスタック中央に向かうため、第1反応ガス噴出孔近傍であるセルスタック端部への第1反応ガス供給量が少なくなってしまう。しかし、隣接する発散型噴出孔からは発散噴流が噴出するため、セルスタック端部へ第1反応ガスを供給することができる。したがってセルスタック全体に第1反応ガスを均一に供給することができる。
In the present invention, preferably, in the first reactive gas ejection hole, the focusing type ejection hole is configured to be adjacent to the divergent ejection hole.
Since the focused jet from the focused jet hole is directed toward the center of the cell stack, the amount of the first reactive gas supplied to the cell stack end near the first reactive gas jet hole is reduced. However, since the divergent jet is ejected from the adjacent divergent ejection holes, the first reaction gas can be supplied to the end of the cell stack. Therefore, the first reaction gas can be uniformly supplied to the entire cell stack.

本発明において、好ましくは、集束型噴出孔は、周縁がセルスタック方向に張り出している。
バーリング加工によって容易に先細の集束型噴出孔を形成することができる。さらに、先細となる第1反応ガス噴出孔の流路を長く構成することができるため、ノズルのように機能して噴流の流速を効果的に高めることができ、セルスタック中央部へ第1反応ガスを行き渡らせることができる。
In the present invention, it is preferable that the periphery of the converging-type ejection hole protrudes in the cell stack direction.
A tapered converging-type ejection hole can be easily formed by burring. Furthermore, since the flow path of the tapered first reactive gas ejection hole can be configured to be long, it can function like a nozzle to effectively increase the flow velocity of the jet flow, and the first reaction is brought to the center of the cell stack. Gas can be distributed.

第1反応ガス流路の下流に設けられた第1反応ガス噴出孔の開口は、第1反応ガスの進行方向に直交するように設けられており、第1反応ガス流路を構成する下流端の壁面は第1反応ガスの進行方向に対して傾斜して設けられている。
第1反応ガス流路の下流端を構成する壁面を第1反応ガス進行方向に対して傾斜させるように構成している。そのため、第1反応ガスが下流端壁面と衝突することによるエネルギー損失量を低減させることができ、第1噴出孔から噴出されるガスの推進力不足による第1反応ガスの供給バラツキを抑制することができる。
The opening of the first reactive gas ejection hole provided downstream of the first reactive gas channel is provided so as to be orthogonal to the traveling direction of the first reactive gas, and the downstream end constituting the first reactive gas channel The wall surface is inclined with respect to the traveling direction of the first reaction gas.
The wall surface constituting the downstream end of the first reactive gas flow path is configured to be inclined with respect to the first reactive gas traveling direction. Therefore, the amount of energy loss due to the collision of the first reaction gas with the downstream end wall surface can be reduced, and the supply variation of the first reaction gas due to insufficient propulsive force of the gas ejected from the first ejection hole can be suppressed. Can do.

本発明によれば、簡易な構成によって集束噴流、発散噴流として調整することができる。したがって、セルスタックへの第1反応ガス供給量を容易に調整することができるため、セルスタック全体への第1反応ガス供給量を均一にすることができる。   According to the present invention, it can be adjusted as a convergent jet or a divergent jet with a simple configuration. Therefore, since the first reactive gas supply amount to the cell stack can be easily adjusted, the first reactive gas supply amount to the entire cell stack can be made uniform.

本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す全体斜視図である。1 is an overall perspective view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置において、図1のW方向から見た燃料電池モジュールの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell module viewed from the direction W in FIG. 1 in the solid oxide fuel cell device according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置において、図1のL方向から見た燃料電池モジュールの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell module viewed from the L direction in FIG. 1 in the solid oxide fuel cell device according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置において、図1のH方向から見た燃料電池モジュールの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell module viewed from the H direction in FIG. 1 in the solid oxide fuel cell device according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における固体酸化物形燃料電池装置において、集束型噴出孔を示す拡大断面図である。In the solid oxide fuel cell device according to one embodiment of the present invention, FIG. 本発明の一実施形態における固体酸化物形燃料電池装置において、発散噴出口を示す拡大断面図である。In the solid oxide fuel cell device in one embodiment of the present invention, it is an expanded sectional view showing a divergence jet outlet. 本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram illustrating a solid oxide fuel cell apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the fuel cell module of the solid oxide fuel cell apparatus by one Example of this invention. 図8のIII−III線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the III-III line of FIG. 本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の筐体及び空気通路カバーの分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a housing and an air passage cover of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。1 is a partial cross-sectional view showing a fuel cell unit of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。1 is a perspective view showing a fuel cell stack of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の燃料電池モジュールにおけるガスの流れの説明するための、燃料電池モジュールを示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows a fuel cell module for demonstrating the flow of the gas in the fuel cell module of the solid oxide fuel cell apparatus by one Example of this invention. 本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の燃料電池モジュールにおけるガスの流れの説明するための、図8のIII−III線に沿った燃料電池モジュールの断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of the fuel cell module taken along line III-III in FIG. 8 for explaining a gas flow in the fuel cell module of the solid oxide fuel cell device according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の燃料電池モジュールの上部の部分断面図である。1 is a partial cross-sectional view of an upper portion of a fuel cell module of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の改質器の周囲を流れる排ガスの説明図である。It is explanatory drawing of the waste gas which flows around the reformer of the solid oxide fuel cell apparatus by one Example of this invention. 本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の改質器及び排ガス誘導部材の側面断面斜視図である。1 is a side cross-sectional perspective view of a reformer and an exhaust gas induction member of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の改質器及び排ガス誘導部材の正面断面斜視図である。1 is a front sectional perspective view of a reformer and an exhaust gas guiding member of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の改質器の貫通孔を流れる排ガスの説明図である。It is explanatory drawing of the waste gas which flows through the through-hole of the reformer of the solid oxide fuel cell apparatus by one Example of this invention.

以下では、本明細書に開示する発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。以下の説明から、当業者にとって、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、以下の説明は、例示として解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の様態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更することができる。   Hereinafter, embodiments of the invention disclosed in this specification will be described in detail with reference to the drawings. From the following description, many modifications and other embodiments of the present invention are apparent to persons skilled in the art. The following description is, therefore, to be construed as illustrative, and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. Details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.

(実施形態)
本実施形態においては、本発明にかかる固体酸化物形燃料電池装置1000における、燃料電池モジュール1002について、図1乃至図6を用いて説明する。
(Embodiment)
In the present embodiment, a fuel cell module 1002 in a solid oxide fuel cell device 1000 according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、固体酸化物形燃料電池装置1000における、燃料電池モジュール1002であって、高さ方向(H)、幅方向(W)、奥行き方向(L)を示す斜視図である。また、図2は図1のW方向から見た側面断面図を示したものである。   FIG. 1 is a perspective view showing a fuel cell module 1002 in a solid oxide fuel cell apparatus 1000, which shows a height direction (H), a width direction (W), and a depth direction (L). FIG. 2 shows a side sectional view as seen from the W direction in FIG.

図1、図2に示すように、燃料電池モジュール1002は、モジュール容器1013を備え、このモジュール容器1013は筐体1014と2つの蓋体1020から構成される。モジュール容器1013の内部は密閉空間であり、モジュール容器1013の内部に設けられた発電室1008には、第1反応ガスである酸化剤ガス(以下では適宜「発電用空気」又は「空気」と呼ぶ。)と第2反応ガスである燃料ガスとにより発電反応を行う燃料電池セル1012が配置されている。この複数の燃料電池セル1012はそれぞれが電気的に接続されセルスタック1011として構成され、セルスタック1011は図1の黒矢印に示すようにスライド式に挿入される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell module 1002 includes a module container 1013, and the module container 1013 includes a housing 1014 and two lids 1020. The inside of the module container 1013 is a sealed space, and an oxidant gas (hereinafter referred to as “power generation air” or “air” as appropriate) is a first reaction gas in a power generation chamber 1008 provided inside the module container 1013. .) And a fuel gas that is the second reaction gas is arranged to perform a power generation reaction. Each of the plurality of fuel cells 1012 is electrically connected to form a cell stack 1011. The cell stack 1011 is inserted in a sliding manner as indicated by a black arrow in FIG.

また、燃料電池セル1012は上下方向に伸びる内部が中空の円筒状構造体であり、構造体内部に内部流路(図示せず)を形成する円筒形の内側電極層と、構造体外表面には外側電極層とを有する。すなわち、本実施形態における燃料電池セルは、第2反応ガスを内部流路に供給し、第1反応ガスを構造体外表面に供給することで発電反応が行われる。   Further, the fuel cell 1012 is a cylindrical structure with a hollow inside extending in the vertical direction, a cylindrical inner electrode layer that forms an internal flow path (not shown) inside the structure, and an outer surface of the structure. And an outer electrode layer. That is, the fuel cell in the present embodiment performs the power generation reaction by supplying the second reaction gas to the internal flow path and supplying the first reaction gas to the outer surface of the structure.

なお、本実施形態では、内側電極層は燃料ガスが通過する燃料極、外側電極層には酸化剤ガスが供給される空気極として説明するが、これに限るものではなく、空気極を内部流路に設け、燃料極を外表面に設ける構成としてもよい。また、本実施形態では、第1反応ガスを酸化剤ガス、第2反応ガスを燃料ガスとして説明するが、第1反応ガスが酸化剤ガス、第二反応ガスが燃料ガスとして限定するものではない。   In the present embodiment, the inner electrode layer is described as the fuel electrode through which the fuel gas passes, and the outer electrode layer is described as the air electrode to which the oxidant gas is supplied. It is good also as a structure which provides in a path and provides a fuel electrode in an outer surface. In the present embodiment, the first reaction gas is described as an oxidant gas and the second reaction gas as a fuel gas. However, the first reaction gas is not limited to an oxidant gas, and the second reaction gas is not limited to a fuel gas. .

また、図1に示すように、モジュール容器1013を構成する筐体1014は、対向する2側面が開放された立方体形状であり、第一開放面1016と対向する第二開放面1018とを有する。第一開放面1016および第二開放面1018は、蓋体1020で閉鎖され、モジュール容器1013は気密密封されることで構成される。なお、ここでの図示は省略するが、筐体1014と蓋体1020とは、断熱材によって全周が覆われていてもよい。   Further, as shown in FIG. 1, the housing 1014 constituting the module container 1013 has a cubic shape in which two opposing side surfaces are opened, and has a first open surface 1016 and a second open surface 1018 facing the first open surface 1016. The first open surface 1016 and the second open surface 1018 are closed by a lid 1020, and the module container 1013 is hermetically sealed. Although illustration is omitted here, the entire periphery of the housing 1014 and the lid body 1020 may be covered with a heat insulating material.

ここで、本実施形態によれば、筐体1014の内部上面には改質反応によって第2反応ガス(燃料ガス)を生成する改質器1024が取り付けられている。改質器1024の取り付け作業は第一開放面1016及び第二開放面1018とから行うことができる。したがって、2つの開放面から組み付け作業が可能となるため、作業性が向上し、構成部品間の距離をより短く設計することができる。
なお、図2及び図3は改質器1024への流入側接続管の記載を省略しているが、部分酸化反応(POX)、オートサーマル反応(ATR)、水蒸気改質反応(SR)によって、適宜原燃料ガス、水、改質用空気等を流入させる管を接続させることができる。
Here, according to the present embodiment, the reformer 1024 that generates the second reactive gas (fuel gas) by the reforming reaction is attached to the inner upper surface of the housing 1014. The attaching operation of the reformer 1024 can be performed from the first open surface 1016 and the second open surface 1018. Therefore, the assembly work can be performed from the two open surfaces, so that workability is improved and the distance between the component parts can be designed to be shorter.
2 and 3 omit the description of the inflow side connecting pipe to the reformer 1024, but by partial oxidation reaction (POX), autothermal reaction (ATR), steam reforming reaction (SR), A pipe through which raw fuel gas, water, reforming air or the like flows can be appropriately connected.

さらに、筐体1014の内部に配置された複数の燃料電池セル1012は下方にマニホールド1004を備えている。改質器1024で生成された第2反応ガスは第2反応ガス供給管1006によってマニホールド1004へと供給される。このマニホールドの上面には、燃料電池セル1012を支持するための貫通孔を備えた支持板1010が取り付けられている。この図示しない貫通孔は燃料電池セル1012の内部流路(図示せず)と連通しており、マニホールド1004内の第2反応ガスが、燃料電池セル1012の内部流路(図示せず)に供給される。   Further, the plurality of fuel cells 1012 arranged inside the housing 1014 include a manifold 1004 below. The second reaction gas generated in the reformer 1024 is supplied to the manifold 1004 through the second reaction gas supply pipe 1006. A support plate 1010 having a through hole for supporting the fuel cell 1012 is attached to the upper surface of the manifold. The through hole (not shown) communicates with an internal flow path (not shown) of the fuel cell 1012, and the second reaction gas in the manifold 1004 is supplied to the internal flow path (not shown) of the fuel cell 1012. Is done.

図1に示すように、筐体1014の外表面には、第1反応ガス通路カバー1020が配置されており、筐体1014の開放面と底面を除いて覆うように配設される。すなわち、図2及び図3に示すように第1反応ガス通路1034は、筐体1014の天面と2つの側面との外壁面と、第1反応ガス通路カバー1022の内壁面との間に形成されている。   As shown in FIG. 1, a first reactive gas passage cover 1020 is disposed on the outer surface of the housing 1014, and is disposed so as to cover except for the open surface and the bottom surface of the housing 1014. That is, as shown in FIGS. 2 and 3, the first reaction gas passage 1034 is formed between the outer wall surface of the top surface and the two side surfaces of the housing 1014 and the inner wall surface of the first reaction gas passage cover 1022. Has been.

ここで、図2の点線矢印に示すように、第1反応ガス導入管1028から供給された第1反応ガス(酸化剤ガス)は筐体1014の天面の第1反応ガス流路1034に供給される。その後、図3に示すように、筐体1014の天面に供給された第1反応ガスは筐体1014の側面外壁に設けられた第1反応ガス流路1034を下方に流れた後、筐体1014に設けられた第1反応ガス噴出孔1026から内部に設けられた燃料電池セル1012へと第1反応ガスが供給される。   Here, as indicated by the dotted arrow in FIG. 2, the first reaction gas (oxidant gas) supplied from the first reaction gas introduction pipe 1028 is supplied to the first reaction gas channel 1034 on the top surface of the housing 1014. Is done. After that, as shown in FIG. 3, the first reaction gas supplied to the top surface of the housing 1014 flows downward through the first reaction gas channel 1034 provided on the outer side wall of the housing 1014, and then the housing A first reaction gas is supplied from a first reaction gas ejection hole 1026 provided in 1014 to a fuel cell 1012 provided therein.

さらに、図2に示すように、セルスタック1011を構成する複数配列された燃料電池セル1012は所定の第1間隔1040と、第1間隔1040よりも大きい第2間隔1042が形成される様に配置されている。ここで、第2間隔1042はコンパクトの観点から部分的に設けられることが好ましいが、第1間隔1040と第2間隔1042をどこに設けるかは適宜選択してもよい。   Further, as shown in FIG. 2, the plurality of arranged fuel cells 1012 constituting the cell stack 1011 are arranged such that a predetermined first interval 1040 and a second interval 1042 larger than the first interval 1040 are formed. Has been. Here, the second interval 1042 is preferably partially provided from the viewpoint of compactness, but where the first interval 1040 and the second interval 1042 are provided may be appropriately selected.

また、本実施形態によれば、図2及び図3に示すように、筐体1014の内部に配置されたセルスタック1011の上方には燃焼部としての燃焼室1030が形成され、この燃焼室1030で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼し、高温の排ガス(以下では適宜「燃焼ガス」と呼ぶ)を生成するようになっている。さらに、排ガスは燃焼室1030上方の、改質器1020に熱を与えた後に排ガス排出口1032から排出される。   Further, according to the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, a combustion chamber 1030 as a combustion portion is formed above the cell stack 1011 disposed inside the housing 1014, and this combustion chamber 1030 is formed. Thus, the remaining fuel gas that has not been used in the power generation reaction and the remaining air are combusted to generate high-temperature exhaust gas (hereinafter referred to as “combustion gas” as appropriate). Further, the exhaust gas is discharged from the exhaust gas outlet 1032 after heating the reformer 1020 above the combustion chamber 1030.

次に、図4は図1のH方向から見た燃料電池モジュール1002の上面視図を示しており、第1反応ガス噴出孔1026について、集束型噴出孔1036及び発散型噴出孔1038が設けられた様態を示している。なお、図4では、第1反応ガス供給管1006、マニホールド1004等の記載は省略している。また、図5及び図6は本実施形態における集束型噴出孔1036及び発散型噴出孔1038の拡大断面図を示している。以下では、これらの図を用いて第1反応ガス噴出孔1026について詳細に説明していく。   Next, FIG. 4 shows a top view of the fuel cell module 1002 as viewed from the H direction in FIG. 1, and a converging-type ejection hole 1036 and a diverging-type ejection hole 1038 are provided for the first reactive gas ejection hole 1026. It shows the state. In FIG. 4, descriptions of the first reactive gas supply pipe 1006, the manifold 1004, and the like are omitted. 5 and 6 are enlarged cross-sectional views of the converging-type ejection hole 1036 and the diverging-type ejection hole 1038 in the present embodiment. Hereinafter, the first reactive gas ejection hole 1026 will be described in detail with reference to these drawings.

図4に示される本実施形態では、第1反応ガス流路1034を流れてきた第1反応ガスは、図4の点線矢印に示すように第1反応ガス噴出孔1026から燃料電池セル1012の外表面に対して供給される。   In the present embodiment shown in FIG. 4, the first reactant gas that has flowed through the first reactant gas flow path 1034 passes from the first reactant gas ejection hole 1026 to the outside of the fuel cell 1012 as shown by the dotted line arrow in FIG. 4. Supplied against the surface.

ここで、第1反応ガス噴出孔1026は集束型噴出孔1036及び発散型噴出孔1038によって構成される。集束型噴出孔1036は通過した第1反応ガスを集束して流速を高めて噴出し、発散型噴出孔1038は通過した第1反応ガスを発散させて噴出するものである。集束型噴出孔1036と発散型噴出孔1038の詳細については後述する。   Here, the first reactive gas ejection hole 1026 includes a converging-type ejection hole 1036 and a diverging-type ejection hole 1038. The converging-type ejection hole 1036 converges the first reaction gas that has passed therethrough to increase the flow velocity, and the diverging-type ejection hole 1038 diverges and ejects the first reaction gas that has passed through. Details of the converging-type ejection holes 1036 and the diverging-type ejection holes 1038 will be described later.

すなわち、第1反応ガス流路1034に設けられた第1反応ガス噴出孔1026に集束型噴出孔1036及び発散型噴出孔1038を設けることで、開口径の大きさや、流量(流速)によらず、第1反応ガス噴出孔1026からの噴流を調整することができる。   That is, by providing the converging-type injection hole 1036 and the diverging-type injection hole 1038 in the first reaction gas injection hole 1026 provided in the first reaction gas flow path 1034, it does not depend on the size of the opening diameter or the flow rate (flow velocity). The jet from the first reactive gas ejection hole 1026 can be adjusted.

次に、図5及び図6を参照しながら、集束型噴出孔1036と発散型噴出孔1038について説明する。   Next, the converging-type ejection hole 1036 and the diverging-type ejection hole 1038 will be described with reference to FIGS.

図5は本実施形態における集束型噴出孔1036を示す拡大断面図である。第1反応ガス流路1034を構成する筐体1014の内壁面と外壁面とを連通させる開口である集束型噴出孔1036が設けられている。ここで、図5(A)に示すように集束型噴出孔1036は点線矢印で示す第1反応ガスの流れにおける流入側の開口径に対して、流出側の開口径のほうが小さくなるように、すなわち先細の開口となるように構成されている。   FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing the converging-type ejection hole 1036 in the present embodiment. A converging-type ejection hole 1036 that is an opening that communicates the inner wall surface and the outer wall surface of the housing 1014 that constitutes the first reactive gas flow path 1034 is provided. Here, as shown in FIG. 5A, the converging-type ejection hole 1036 has an opening diameter on the outflow side that is smaller than the opening diameter on the inflow side in the flow of the first reaction gas indicated by the dotted arrow. That is, it is configured to have a tapered opening.

これにより、第1反応ガス流路1034を流れる第1反応ガスは集束型噴出孔1036を通過する過程で開口に沿って集束され、セルスタック1011に供給される第1反応ガスは流速が高められた状態で噴出される。したがって、集束型噴出孔1036に対して遠方に位置するセルスタック1011の中央部に第1反応ガスを供給することができる。   As a result, the first reaction gas flowing through the first reaction gas flow path 1034 is focused along the opening in the process of passing through the focusing-type ejection hole 1036, and the flow rate of the first reaction gas supplied to the cell stack 1011 is increased. It is ejected in the state. Therefore, the first reaction gas can be supplied to the central portion of the cell stack 1011 located far from the focusing type ejection hole 1036.

なお、図5に示す収束型噴出孔1036は、筐体1014に形成される開口径を直線状に狭めた形状としているがこの形状に限らず、例えば曲線状としても良い。このように筐体1014中の開口形状を任意に設計することで、噴出する第1反応ガスの流速や、噴出孔の圧力損失等の流体物性を適宜設定することが可能となる。   In addition, although the convergence type ejection hole 1036 shown in FIG. 5 is made into the shape which narrowed the opening diameter formed in the housing | casing 1014 to linear form, it is not restricted to this shape, For example, it is good also as curvilinear form. As described above, by arbitrarily designing the opening shape in the housing 1014, it is possible to appropriately set the fluid physical properties such as the flow rate of the first reactive gas to be ejected and the pressure loss of the ejection holes.

また、図5(B)に示すように、集束型噴出孔1036の周縁をバーリング加工等によってセルスタック1011方向に鍔状に張り出すように構成することも好ましい。これにより、先細の集束型噴出孔1036の経路を長く構成することができるため、ノズルのように機能して噴流の流速を効果的に高めることができる。   Further, as shown in FIG. 5B, it is also preferable that the periphery of the converging-type ejection hole 1036 is configured to project in a bowl shape in the direction of the cell stack 1011 by burring or the like. Thereby, since the path | route of the taper type | mold convergent ejection hole 1036 can be comprised long, it functions like a nozzle and can raise the flow velocity of a jet effectively.

また、図6は発散型噴出孔1038の断面図を示している。第1反応ガス流路1034を構成する筐体1014に、発散型噴出孔1038となる開口が設けられている。ここで、図6に示すように発散型噴出孔1038は点線矢印で示す第1反応ガスの流れにおける流入側の開口径に対して、流出側の開口径のほうが大きくなるように、すなわち末広の開口となるように構成されている。 FIG. 6 shows a cross-sectional view of the divergent ejection hole 1038. The casing 1014 constituting the first reactive gas flow path 1034 is provided with an opening serving as a divergent ejection hole 1038. Here, as shown in FIG. 6, the divergent ejection hole 1038 has an opening diameter on the outflow side that is larger than the opening diameter on the inflow side in the flow of the first reaction gas indicated by the dotted arrow, that is, the divergent outlet hole It is comprised so that it may become opening.

これにより、第1反応ガス1034を流れる第1反応ガスは発散型噴出孔1038を通過する過程で大きな開口に沿って発散され、セルスタック1011に供給される第1反応ガスは発散型噴出孔1038の周囲に発散するよう噴出される。したがって、発散型噴出孔1038に対して近傍に位置するセルスタック1011の端部に第1反応ガスを供給することができる。   As a result, the first reactive gas flowing through the first reactive gas 1034 is diffused along the large opening in the process of passing through the divergent jet hole 1038, and the first reactive gas supplied to the cell stack 1011 is diverged jet hole 1038. Spouted to diverge around. Therefore, the first reactive gas can be supplied to the end of the cell stack 1011 located in the vicinity of the divergent ejection hole 1038.

以上のように反応ガスの噴出される態様が相違する2種類の噴出孔の双方を用い、適切に配置することで、モジュール容器1013の内部に供給される第1反応ガスの流動を制御することが可能になる。   Controlling the flow of the first reactive gas supplied to the inside of the module container 1013 by using both of the two types of ejection holes that are different from each other in the manner in which the reactive gas is ejected as described above. Is possible.

なお、同じ収束型噴出孔1036であっても、配置場所に応じて開口径等の形状を自由に調整することができる。発散型噴出孔1038についても同様である。   In addition, even if it is the same convergence type ejection hole 1036, shapes, such as an opening diameter, can be freely adjusted according to an arrangement place. The same applies to the divergent ejection hole 1038.

また、本発明において配置する複数の噴出孔は、必ずしも収束型噴出孔1036と発散型噴出孔1038の2種で構成される必要はなく、収束型又は発散型に該当しない通常の噴出孔を併用しても良い。換言すると、配置する複数の噴出孔のうち、特に噴出方向の調整効果を期待する部分についてのみ収束型及び発散型の噴出孔を用いる構成としても良い。   In addition, the plurality of ejection holes arranged in the present invention do not necessarily need to be composed of two types of the convergence type ejection hole 1036 and the diverging type ejection hole 1038, and a normal ejection hole not corresponding to the convergence type or the diverging type is used in combination. You may do it. In other words, it is possible to use a converging-type and diverging-type ejection hole only for a portion that expects an effect of adjusting the ejection direction, among the plurality of ejection holes to be arranged.

また、図5及び図6に示すように、筐体1014の外壁面側には第1反応ガス通路カバー1022が設けられている。さらに、筐体1014の外壁面を下降するように第1反応ガス流路1034を流れる第1反応ガスは、図5では集束型噴出孔1036、図6では発散型噴出孔1038(以下では、総称して第1反応ガス噴出孔1026と呼ぶ)の開口が、第1反応ガスの流動方向に対して直交するように設けられている。ここで、第1反応ガスは流動方向を変更することとなるが、第1反応ガス流路1036の下流端を構成する第1反応ガス通路カバー1022と衝突する。   As shown in FIGS. 5 and 6, a first reactive gas passage cover 1022 is provided on the outer wall surface side of the housing 1014. Further, the first reaction gas flowing through the first reaction gas flow path 1034 so as to descend the outer wall surface of the housing 1014 is a converging-type ejection hole 1036 in FIG. 5, and a diverging-type ejection hole 1038 in FIG. The first reactive gas ejection hole 1026 is provided so as to be orthogonal to the flow direction of the first reactive gas. Here, the flow direction of the first reactive gas changes, but collides with the first reactive gas passage cover 1022 that forms the downstream end of the first reactive gas flow path 1036.

ここで、本実施形態によれば、第1反応ガス流路の下流端を構成する第1反応ガス通路カバーの壁面を進行方向に対して傾斜させるように構成している。そのため、第1反応ガスが下流端壁面と衝突することによるエネルギー損失量を低減させることができるため、第1反応ガス噴出孔1026からの噴出流速を低減させることを抑制し、セルスタック1011の中央まで第1反応ガスを供給することができる。   Here, according to the present embodiment, the wall surface of the first reaction gas passage cover constituting the downstream end of the first reaction gas passage is configured to be inclined with respect to the traveling direction. Therefore, since the amount of energy loss caused by the collision of the first reactive gas with the downstream end wall surface can be reduced, the flow velocity from the first reactive gas ejection hole 1026 is suppressed from being reduced, and the center of the cell stack 1011 is suppressed. The first reaction gas can be supplied up to.

次に、図2、図3及び図6を参照しながら、集束型噴出孔1036及び発散型噴出孔1038について説明する。   Next, the converging-type ejection holes 1036 and the diverging-type ejection holes 1038 will be described with reference to FIGS.

上述したように、モジュール容器1013内部に設けられたセルスタック1011は行列配置されており、対向する2側面に設けられた第1反応ガス流路1034において、セルスタック1011の配列方向に沿って筐体1014の側面に集束型噴出孔1036および発散型噴出孔1038が設けられている。 As described above, the cell stacks 1011 provided inside the module container 1013 are arranged in a matrix, and the first reaction gas flow paths 1034 provided on the two opposite side surfaces are arranged along the arrangement direction of the cell stacks 1011. A converging-type ejection hole 1036 and a diverging-type ejection hole 1038 are provided on the side surface of the body 1014.

ここで、第1反応ガス噴出孔1026はセルスタック1011の配置方向に沿って、水平方向に直線状に配置されていることが好ましい(図2参照)。この場合、セルスタック1011の配列方向に沿って水平方向に直線状に配置されているため、上下方向での第1反応ガスの供給ばらつきを抑制し、セルスタック1011に均等に反応ガスを供給することができる。   Here, the first reactive gas ejection holes 1026 are preferably arranged in a straight line in the horizontal direction along the arrangement direction of the cell stack 1011 (see FIG. 2). In this case, since the cells are arranged in a straight line in the horizontal direction along the arrangement direction of the cell stacks 1011, the supply variation of the first reaction gas in the vertical direction is suppressed, and the reaction gas is supplied uniformly to the cell stack 1011. be able to.

さらに、図2及び図4に示すように、第1反応ガス噴出孔1026は並設された燃料電池セル1012の間に配置されている。さらに、図4を参照すると、集束型噴出孔1036から噴出された集束噴流は、燃料電池セル1012の間を通過して、セルスタック1011の中央部へと供給される。さらに、発散型噴出孔1038から噴出された発散噴流は、燃料電池セル1012へ供給されるように噴出する。なお、セルスタック1011の配列方向端部に第1反応ガス噴出孔1026が配置されていてもよい。   Further, as shown in FIGS. 2 and 4, the first reactive gas ejection holes 1026 are arranged between the fuel cells 1012 arranged in parallel. Further, referring to FIG. 4, the convergent jet flow ejected from the convergent ejection holes 1036 passes between the fuel cells 1012 and is supplied to the central portion of the cell stack 1011. Further, the divergent jet ejected from the divergent ejection hole 1038 is ejected so as to be supplied to the fuel cell 1012. Note that the first reactive gas ejection hole 1026 may be disposed at the end of the cell stack 1011 in the arrangement direction.

このため、第1反応ガス噴出孔1026遠方のセルスタック1011中央部や、第1反応ガス噴出孔1026近傍であるセルスタック端部への第1反応ガスの供給量が調整容易となるため、セルスタック1011へ第1反応ガスを均等に供給することができる。 For this reason, since the supply amount of the first reactive gas to the central portion of the cell stack 1011 far from the first reactive gas ejection hole 1026 and the end of the cell stack near the first reactive gas ejection hole 1026 can be easily adjusted, The first reactive gas can be evenly supplied to the stack 1011.

また、図3及び図6に示すように、セルスタック1011を挟んで対向する側壁側に第1反応ガス流路が設けられており、第1反応ガス噴出孔1026も対向するように設けられている。ここで、対向する第1反応ガス噴出孔はそれぞれ同一となるように設けられることが好ましい。すなわち、一方側の第1反応ガス流路1034の集束型噴出孔1036と対向する他方側の第1反応ガス流路1034には同じく集束型噴出孔1036が設けられ、一方側の第1反応ガス流路1034の発散型噴出孔1038と対向する他方側の第1反応ガス流路1034には同じく発散型噴出孔1038が設けられることが好ましい。   As shown in FIGS. 3 and 6, the first reaction gas flow path is provided on the side walls facing each other across the cell stack 1011, and the first reaction gas ejection hole 1026 is also provided so as to face each other. Yes. Here, it is preferable that the opposing first reactive gas ejection holes are provided to be the same. That is, the other side first reaction gas channel 1034 facing the focusing type ejection hole 1036 of the first reaction gas channel 1034 on one side is similarly provided with the convergence type ejection hole 1036, and the first reaction gas on one side is provided. It is preferable that a divergent type ejection hole 1038 is similarly provided in the first reaction gas channel 1034 on the other side of the channel 1034 facing the divergent type ejection hole 1038.

これにより、セルスタック1011に供給された第1反応ガスは対向する第1反応ガス噴出口から同じ流速で中央へ向かうため、噴出速度が異なることで第1反応ガスの合流地点がばらつくことがない。なお、対向する第1反応ガス噴出孔1026が同一であれば、セルスタック1011の配列方向に沿った集束型噴出孔1036と発散型噴出孔1038の配置は適宜変更してもよい。   Thereby, since the 1st reaction gas supplied to the cell stack 1011 goes to the center with the same flow velocity from the 1st reaction gas ejection port which opposes, the confluence | merging point of the 1st reaction gas does not vary because the ejection speed differs. . As long as the first reactive gas ejection holes 1026 facing each other are the same, the arrangement of the converging ejection holes 1036 and the diverging ejection holes 1038 along the arrangement direction of the cell stack 1011 may be appropriately changed.

また、図2及び図6に示すように、複数の燃料電池セル1012は第1間隔1040と第2間隔1042とが形成され、セルスタック1011が構成されている。さらに、第2間隔1042には集束型噴出孔1036が配置されている。   As shown in FIGS. 2 and 6, the plurality of fuel cells 1012 are formed with a first interval 1040 and a second interval 1042, thereby forming a cell stack 1011. Further, a converging jet hole 1036 is disposed at the second interval 1042.

ここで、第1間隔1040に対して第2間隔1042の方が広く構成されており、ガスの通過領域が広くなっている。したがって、第2間隔1042に集束型噴出孔1036から噴出した集束噴流を供給することで、セルスタック1011の中央へ第1反応ガスを効率的に供給することができる。   Here, the second interval 1042 is configured to be wider than the first interval 1040, and the gas passage region is increased. Therefore, the first reactive gas can be efficiently supplied to the center of the cell stack 1011 by supplying the focused jet jetted from the focused jet hole 1036 to the second interval 1042.

また、図6では集束型噴出孔1036に隣接して発散型噴出孔1038が設けられている。すなわち、点線矢印に示すように集束型噴出孔1036からはセルスタック中央側へ集束噴流が噴出され、集束型1036の近傍の燃料電池セル1012には発散型噴出孔1038からの発散噴流が供給される。   Further, in FIG. 6, a divergent ejection hole 1038 is provided adjacent to the converging ejection hole 1036. That is, as shown by the dotted arrow, a convergent jet is ejected from the convergent ejection hole 1036 toward the center side of the cell stack, and the divergent jet from the divergent ejector hole 1038 is supplied to the fuel cell 1012 in the vicinity of the convergent type 1036. The

すなわち、集束噴流を噴出する集束型噴出孔1036の近傍であるセルスタック1011端部への第1反応ガス供給量が希薄となってしまうが、隣接して設けられた発散型噴出孔1038による発散噴流が集束型噴出孔1036の近傍であるセルスタック1011端部へ供給される。
なお、図6ではセルスタック1011の配列方向に沿って集束型噴出孔1036と発散型噴出孔1038とが交互に配置されているが、集束型噴出孔1036の隣に発散型噴出孔1038が設けられていればよい。
In other words, the amount of the first reactive gas supplied to the end of the cell stack 1011 in the vicinity of the converging-type jet hole 1036 that ejects the converging jet becomes dilute, but the divergence is caused by the divergent-type jet hole 1038 provided adjacently. The jet is supplied to the end of the cell stack 1011 in the vicinity of the converging jet hole 1036.
In FIG. 6, the converging-type ejection holes 1036 and the diverging-type ejection holes 1038 are alternately arranged along the arrangement direction of the cell stack 1011, but the diverging-type ejection holes 1038 are provided next to the converging-type ejection holes 1036. It only has to be done.

なお、ここでは行列配置としたが、モジュール容器1013の形状によって配列を変更してもよい。例えば円筒型のモジュール容器であれば、セルスタックの配列も円筒型としてもよい。   Although the matrix arrangement is used here, the arrangement may be changed depending on the shape of the module container 1013. For example, in the case of a cylindrical module container, the cell stack may be arranged in a cylindrical shape.

また、本実施形態ではセルスタック1011を挟んで対抗する面に第1反応ガス流路1034を形成し、両端から第1反応ガスを供給する形態が好ましいとしたが、セルスタック1011の中央近傍から第1反応ガスを供給するものにおいても、第1反応ガス流路1034が設けられていてもよい。
(実施例)
次に、図面を参照して、本発明にかかる吹出口(第1反応ガス噴出孔)を備えた筐体を有する固体酸化物形燃料電池装置の実施例について説明する。
In the present embodiment, it is preferable that the first reaction gas flow path 1034 is formed on the surface facing the cell stack 1011 and the first reaction gas is supplied from both ends, but from the vicinity of the center of the cell stack 1011. Even in the case of supplying the first reactive gas, the first reactive gas channel 1034 may be provided.
(Example)
Next, with reference to the drawings, an embodiment of a solid oxide fuel cell device having a casing provided with an outlet (first reactive gas ejection hole) according to the present invention will be described.

図7は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置(SOFC)を示す全体構成図である。図7に示すように、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置(SOFC)1は、燃料電池モジュール2と、補機ユニット4を備えている。   FIG. 7 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell apparatus (SOFC) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, a solid oxide fuel cell apparatus (SOFC) 1 according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell module 2 and an auxiliary unit 4.

燃料電池モジュール2は、ハウジング6を備え、このハウジング6内部には、断熱材7を介してモジュール容器として機能する金属製のモジュール容器8が内蔵されている。この密閉空間であるモジュール容器8の下方部分である発電室10には、燃料ガスと酸化剤ガス(以下では適宜「発電用空気」又は「空気」と呼ぶ。)とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体12が配置されている。この燃料電池セル集合体12は、8個の燃料電池セルスタック14(図13参照)を備え、この燃料電池セルスタック14は、各々が燃料電池セルを含む、16本の燃料電池セルユニット16(図12参照)から構成されている。この例では、燃料電池セル集合体12は、128本の燃料電池セルユニット16を有する。燃料電池セル集合体12は、複数の燃料電池セルユニット16の全てが直列接続されている。   The fuel cell module 2 includes a housing 6, and a metal module container 8 that functions as a module container is incorporated in the housing 6 via a heat insulating material 7. In the power generation chamber 10, which is the lower portion of the module container 8, which is a sealed space, a fuel cell that performs a power generation reaction using fuel gas and oxidant gas (hereinafter referred to as “power generation air” or “air” as appropriate). A cell assembly 12 is arranged. The fuel cell assembly 12 includes eight fuel cell stacks 14 (see FIG. 13). The fuel cell stack 14 includes 16 fuel cell units 16 (each including a fuel cell). (See FIG. 12). In this example, the fuel cell assembly 12 has 128 fuel cell units 16. In the fuel cell assembly 12, all of the plurality of fuel cell units 16 are connected in series.

燃料電池モジュール2のモジュール容器8の発電室10の上方には、燃焼部としての燃焼室18が形成され、この燃焼室18で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼し、排ガス(言い換えると燃焼ガス)を生成するようになっている。さらに、モジュール容器8は断熱材7により覆われており、燃料電池モジュール2内部の熱が、外気へ発散するのを抑制している。また、この燃焼室18の上方には、燃料ガスを改質する改質器120が配置され、残余ガスの燃焼熱によって改質器120を改質反応が可能な温度となるように加熱している。   A combustion chamber 18 as a combustion section is formed above the power generation chamber 10 of the module container 8 of the fuel cell module 2. In this combustion chamber 18, residual fuel gas and residual air that have not been used for the power generation reaction are formed. Burns to generate exhaust gas (in other words, combustion gas). Furthermore, the module container 8 is covered with the heat insulating material 7, and the heat inside the fuel cell module 2 is suppressed from being diffused to the outside air. Further, a reformer 120 for reforming the fuel gas is disposed above the combustion chamber 18, and the reformer 120 is heated to a temperature at which a reforming reaction can be performed by the combustion heat of the residual gas. Yes.

さらに、ハウジング6内においてモジュール容器8の上方には、蒸発器140が断熱材7内に設けられている。蒸発器140は、供給された水と排ガスとの間で熱交換を行うことによって、水を蒸発させて水蒸気を生成し、この水蒸気と原燃料ガスとの混合ガス(以下では「燃料ガス」と呼ぶこともある。)をモジュール容器8内の改質器120に供給する。   Further, an evaporator 140 is provided in the heat insulating material 7 above the module container 8 in the housing 6. The evaporator 140 performs heat exchange between the supplied water and the exhaust gas, thereby evaporating the water to generate water vapor, and a mixed gas (hereinafter referred to as “fuel gas”) of the water vapor and the raw fuel gas. Is supplied to the reformer 120 in the module container 8.

次に、補機ユニット4は、燃料電池モジュール2からの排気中に含まれる水分を結露させた水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク26と、この貯水タンクから供給される水の流量を調整する水流量調整ユニット28(モータで駆動される「水ポンプ」等)を備えている。また、補機ユニット4は、都市ガス等の燃料供給源30から供給された燃料を遮断するガス遮断弁32と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器36と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット38(モータで駆動される「燃料ポンプ」等)と、電源喪失時において、燃料流量調整ユニット38から流出する燃料ガスを遮断するバルブ39を備えている。さらに、補機ユニット4は、空気供給源40から供給される空気を遮断する電磁弁42と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット44及び発電用空気流量調整ユニット45(モータで駆動される「空気ブロア」等)と、改質器120に供給される改質用空気を加熱する第1ヒータ46と、発電室に供給される発電用空気を加熱する第2ヒータ48とを備えている。これらの第1ヒータ46と第2ヒータ48は、起動時の昇温を効率よく行うために設けられているが、省略しても良い。   Next, the auxiliary unit 4 stores pure water tank 26 that stores water condensed from moisture contained in the exhaust from the fuel cell module 2 and makes it pure water with a filter, and water supplied from the water storage tank. Is provided with a water flow rate adjusting unit 28 (such as a “water pump” driven by a motor). In addition, the auxiliary unit 4 adjusts the flow rate of the fuel gas, the gas shutoff valve 32 for shutting off the fuel supplied from the fuel supply source 30 such as city gas, the desulfurizer 36 for removing sulfur from the fuel gas, A fuel flow adjustment unit 38 (such as a “fuel pump” driven by a motor) and a valve 39 that shuts off fuel gas flowing out from the fuel flow adjustment unit 38 when power is lost. Further, the auxiliary unit 4 includes an electromagnetic valve 42 that shuts off the air supplied from the air supply source 40, a reforming air flow rate adjusting unit 44 that adjusts the air flow rate, and a power generation air flow rate adjusting unit 45 (with a motor). Driven "air blower", etc., a first heater 46 for heating the reforming air supplied to the reformer 120, and a second heater 48 for heating the power generating air supplied to the power generation chamber. I have. The first heater 46 and the second heater 48 are provided in order to efficiently raise the temperature at startup, but may be omitted.

次に、燃料電池モジュール2には、排ガスが供給される温水製造装置50が接続されている。この温水製造装置50には、水供給源24から水道水が供給され、この水道水が排ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。また、燃料電池モジュール2には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス52が取り付けられている。さらに、燃料電池モジュール2には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部(電力変換部)であるインバータ54が接続されている。   Next, a hot water production apparatus 50 to which exhaust gas is supplied is connected to the fuel cell module 2. The hot water production apparatus 50 is supplied with tap water from a water supply source 24, and the tap water is heated by the heat of exhaust gas to be supplied to a hot water storage tank of an external hot water heater (not shown). The fuel cell module 2 is provided with a control box 52 for controlling the amount of fuel gas supplied and the like. Furthermore, the fuel cell module 2 is connected to an inverter 54 that is a power extraction unit (power conversion unit) for supplying the power generated by the fuel cell module to the outside.

次に、図8乃至図10を参照して、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの構造について説明する。図8は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図9は、図8のIII−III線に沿った断面図であり、図10は、筐体及び空気通路カバーの分解斜視図である。   Next, the structure of the fuel cell module of the solid oxide fuel cell device according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 is a side sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 10 is an exploded perspective view of the housing and the air passage cover.

図8及び図9に示すように、燃料電池モジュール2は、断熱材7で覆われたモジュール容器8の内部に設けられた燃料電池セル集合体12及び改質器120を有すると共に、モジュール容器8の外部で且つ断熱材7内に設けられた蒸発器140を有する。   As shown in FIGS. 8 and 9, the fuel cell module 2 includes a fuel cell assembly 12 and a reformer 120 provided inside the module container 8 covered with the heat insulating material 7, and the module container 8. And an evaporator 140 provided in the heat insulating material 7.

ここで、モジュール容器8は、図10に示すように、略矩形の天板8a,底板8c,これらの長手方向(図8の左右方向)に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板8bからなる筐体9と、この筐体本体の長手方向の両端部の2つの対向する開口部を塞ぎ、天板8a及び底板8cの幅方向(図9の左右方向)に延びる辺同士を連結する蓋体8d,8eからなる。   Here, as shown in FIG. 10, the module container 8 includes a substantially rectangular top plate 8a, bottom plate 8c, and a pair of opposing side plates 8b connecting the sides extending in the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 8). And a lid that connects the sides extending in the width direction (left-right direction in FIG. 9) of the top plate 8a and the bottom plate 8c. It consists of bodies 8d and 8e.

すなわち、筐体9(天板8a、底板8c、側面8b)と蓋体8d,8eとで構成されたモジュール容器8において、筐体9と蓋体8d,8eの外表面は断熱材7により覆われており、蓋体8d,8eと断熱材7とで区画される空間には空気層が形成されている。すなわち、断熱材層と空気層とによって二層の断熱層が形成されることとなる。   That is, in the module container 8 composed of the housing 9 (top plate 8a, bottom plate 8c, side surface 8b) and the lids 8d and 8e, the outer surfaces of the housing 9 and the lids 8d and 8e are covered with the heat insulating material 7. An air layer is formed in the space defined by the lid bodies 8d, 8e and the heat insulating material 7. That is, two heat insulating layers are formed by the heat insulating material layer and the air layer.

モジュール容器8は、空気通路カバー160によって天板8a及び側板8bが覆われている。空気通路カバー160は、天板160aと、対向する一対の側板160bとを有する。天板160aの略中央部分には、排気管171を貫通させるための開口部167が設けられている。天板160aと天板8aとの間、及び、側板160bと側板8bとの間は、所定の距離だけ離間した状態となっている。これにより、モジュール容器8の外側と断熱材7との間、具体的にはモジュール容器8の天板8a及び側板8bと、空気通路カバー160の天板160a及び側板160bとの間には、酸化剤ガス供給通路としての空気通路161a,161bが形成されている(図9参照)。   In the module container 8, the top plate 8 a and the side plate 8 b are covered with an air passage cover 160. The air passage cover 160 includes a top plate 160a and a pair of opposing side plates 160b. An opening 167 for allowing the exhaust pipe 171 to pass therethrough is provided at a substantially central portion of the top plate 160a. The top plate 160a and the top plate 8a and the side plate 160b and the side plate 8b are separated by a predetermined distance. Thereby, between the outside of the module container 8 and the heat insulating material 7, specifically, between the top plate 8a and the side plate 8b of the module container 8 and between the top plate 160a and the side plate 160b of the air passage cover 160, oxidation is performed. Air passages 161a and 161b are formed as agent gas supply passages (see FIG. 9).

モジュール容器8の側板8bの下部には、複数の貫通孔である吹出口8fが設けられている(図10参照)。発電用空気は、空気通路カバー160の天板160aのうち、モジュール容器8の蓋体8e側の略中央部に設けられた発電用空気導入管74から流路方向調整部164を介して空気通路161a内に供給される(図8、図10参照)。そして、発電用空気は、空気通路161a,161bを通って、吹出口8fから燃料電池セル集合体12に向けて発電室10内に噴射される(図9、図10参照)。   At the lower part of the side plate 8b of the module container 8, air outlets 8f, which are a plurality of through holes, are provided (see FIG. 10). The power generation air passes through the flow direction adjustment unit 164 from the power generation air introduction pipe 74 provided at the substantially central portion of the top plate 160a of the air passage cover 160 on the lid body 8e side of the module container 8. 161a (see FIGS. 8 and 10). Then, the power generation air is injected into the power generation chamber 10 through the air passages 161a and 161b from the outlet 8f toward the fuel cell assembly 12 (see FIGS. 9 and 10).

ここで、吹出口(第1反応ガス噴出孔)8fは空気通路161a、161bを流通する酸化剤ガスを集束して流速を高める、または通過した酸化剤ガスを発散させて噴出する様に調整する様に構成されている。すなわち、空気通路161a、161bに設けられた吹出口8fに酸化剤ガスを集束、発散させる機能を付帯させることで、開口径の大きさや、流量(流速)によらず、第1反応ガス噴出孔1026からの噴流を調整することができる。   Here, the outlet (first reactive gas ejection hole) 8f is adjusted so as to focus the oxidant gas flowing through the air passages 161a and 161b to increase the flow velocity or to diverge and eject the oxidant gas that has passed therethrough. It is configured like this. In other words, by adding the function of concentrating and diffusing the oxidant gas to the outlet 8f provided in the air passages 161a and 161b, the first reaction gas injection hole can be used regardless of the size of the opening and the flow rate (flow velocity). The jet from 1026 can be adjusted.

また、空気通路161a,161bの内部には、熱交換促進部材としての板状のオフセットフィンであるプレートフィン162,163が設けられている(図9参照)。プレートフィン162は、モジュール容器8の天板8aと空気通路カバー160の天板160aの間で長手方向及び幅方向に延びるように水平方向に設けられ、プレートフィン163は、モジュール容器8の側板8bと空気通路カバー160の側板160bとの間であって、且つ、燃料電池セルユニット16よりも上方の位置に長手方向及び鉛直方向に延びるように設けられている。   In addition, plate fins 162 and 163 which are plate-like offset fins as heat exchange promoting members are provided inside the air passages 161a and 161b (see FIG. 9). The plate fins 162 are provided in the horizontal direction so as to extend in the longitudinal direction and the width direction between the top plate 8 a of the module container 8 and the top plate 160 a of the air passage cover 160, and the plate fins 163 are the side plates 8 b of the module container 8. And the side plate 160b of the air passage cover 160 and at a position above the fuel cell unit 16 so as to extend in the longitudinal direction and the vertical direction.

空気通路161a,161bを流れる発電用空気は、特にプレートフィン162,163を通過する際に、これらプレートフィン162,163の内側のモジュール容器8内(具体的には天板8a,側板8bに沿って設けられた排気通路)を通過する排ガスとの間で熱交換を行い、加熱されることとなる。このようなことから、空気通路161a,161bにおいてプレートフィン162,163が設けられた部分は、熱交換器(熱交換部)として機能する。なお、プレートフィン162が設けられた部分が主たる熱交換器部分を構成し、プレートフィン163が設けられた部分が従たる熱交換器部分を構成する。   The power generation air flowing through the air passages 161a and 161b is inside the module container 8 inside the plate fins 162 and 163 (specifically, along the top plate 8a and the side plate 8b), particularly when passing through the plate fins 162 and 163. Heat exchange is performed with the exhaust gas passing through the exhaust passage provided). For this reason, the portions where the plate fins 162 and 163 are provided in the air passages 161a and 161b function as a heat exchanger (heat exchange section). The portion provided with the plate fins 162 constitutes a main heat exchanger portion, and the portion provided with the plate fins 163 constitutes a subordinate heat exchanger portion.

次に、蒸発器140は、モジュール容器8の天板8a上で水平方向に延びるように固定されている。また、蒸発器140とモジュール容器8との間には、これらの隙間を埋めるように断熱材7の一部分7aが配置されている(図8及び図9参照)。   Next, the evaporator 140 is fixed on the top plate 8a of the module container 8 so as to extend in the horizontal direction. Further, a portion 7a of the heat insulating material 7 is disposed between the evaporator 140 and the module container 8 so as to fill these gaps (see FIGS. 8 and 9).

具体的には、蒸発器140は、長手方向(図8の左右方向)の一側端側に、水及び原燃料ガス(改質用空気を含めてもよい)を供給する燃料供給配管63と、排ガスを排出するための排ガス排出管82(図9参照)とが連結され、長手方向の他側端側に、排気管171の上端部が連結されている。排気管171は、空気通路カバー160の天板160aに形成された開口部167を貫通して下方へ延び、モジュール容器8の天板8a上に形成された排ガス排出口111に連結されている。排ガス排出口111は、モジュール容器8内の燃焼室18で生成された排ガスをモジュール容器8の外へ排出する開口部であり、モジュール容器8の上面視略矩形の天板8aのほぼ中央部に形成されている。   Specifically, the evaporator 140 includes a fuel supply pipe 63 that supplies water and raw fuel gas (which may include reforming air) to one side end side in the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 8). An exhaust gas discharge pipe 82 (see FIG. 9) for discharging exhaust gas is connected, and an upper end portion of the exhaust pipe 171 is connected to the other end side in the longitudinal direction. The exhaust pipe 171 extends downward through an opening 167 formed in the top plate 160 a of the air passage cover 160, and is connected to the exhaust gas discharge port 111 formed on the top plate 8 a of the module container 8. The exhaust gas discharge port 111 is an opening for discharging the exhaust gas generated in the combustion chamber 18 in the module container 8 to the outside of the module container 8, and is substantially at the center of the top plate 8 a having a substantially rectangular top view of the module container 8. Is formed.

また、蒸発器140は、図8及び図9に示すように、上面視で略矩形の蒸発器ケース141を有している。この蒸発器ケース141は、2つの高さの低い有底矩形筒状の上側ケース142と下側ケース143とを、これらの間に中間板144を挟んだ状態で接合して形成されている。   In addition, as shown in FIGS. 8 and 9, the evaporator 140 has a substantially rectangular evaporator case 141 in a top view. The evaporator case 141 is formed by joining two low-profile bottomed rectangular cylindrical upper case 142 and lower case 143 with an intermediate plate 144 sandwiched therebetween.

したがって、蒸発器ケース141は、上下方向に二層構造となっており、下層部分には、排気管171から供給された排ガスが通過する排気通路部140Aが形成され、上層部分には、燃料供給配管63から供給された水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発部140Bと、蒸発部140Bで生成された水蒸気と燃料供給配管63から供給された原燃料ガスとを混合させる混合部140Cが設けられている。   Accordingly, the evaporator case 141 has a two-layer structure in the vertical direction, and an exhaust passage portion 140A through which the exhaust gas supplied from the exhaust pipe 171 passes is formed in the lower layer portion, and a fuel supply is supplied in the upper layer portion. An evaporation unit 140B that evaporates water supplied from the pipe 63 to generate water vapor, and a mixing unit 140C that mixes the water vapor generated by the evaporation unit 140B and the raw fuel gas supplied from the fuel supply pipe 63 are provided. ing.

蒸発部140B及び混合部140Cは、複数の連通孔(スリット)が設けられた仕切り板により蒸発器140を仕切った空間にて形成されている。また、蒸発部140B内には、アルミナボール(図示せず)が充填されている。
また、排気通路部140Aは、同様に複数の連通孔を有する2つの仕切り板により排ガスの上流側から下流側にかけて3つの空間に仕切られている。そして、2番目の空間に燃焼触媒(図示せず)が充填されている。すなわち、本実施例の蒸発器140は、燃焼触媒器を含んでいる。
The evaporator 140B and the mixer 140C are formed in a space where the evaporator 140 is partitioned by a partition plate provided with a plurality of communication holes (slits). The evaporation unit 140B is filled with alumina balls (not shown).
Similarly, the exhaust passage portion 140A is partitioned into three spaces from the upstream side to the downstream side of the exhaust gas by two partition plates having a plurality of communication holes. The second space is filled with a combustion catalyst (not shown). That is, the evaporator 140 of the present embodiment includes a combustion catalyst device.

このような蒸発器140では、蒸発部140B内の水と排気通路部140Aを通過する排ガスとの間で熱交換が行われ、排ガスの熱により蒸発部140B内の水が蒸発して、水蒸気が生成されることとなる。また、混合部140C内の混合ガスと排気通路部140Aを通過する排ガスとの間で熱交換が行われ、排ガスの熱により混合ガスが昇温されることとなる。   In such an evaporator 140, heat exchange is performed between the water in the evaporation section 140B and the exhaust gas passing through the exhaust passage section 140A, and the water in the evaporation section 140B is evaporated by the heat of the exhaust gas, so that water vapor is generated. Will be generated. Further, heat exchange is performed between the mixed gas in the mixing section 140C and the exhaust gas passing through the exhaust passage section 140A, and the temperature of the mixed gas is raised by the heat of the exhaust gas.

更に、図8に示すように、混合部140Cには、改質器120に混合ガスを供給するための混合ガス供給管112が接続されている。この混合ガス供給管112は、排気管171の内部を通過するように配置されており、一端が中間板144に形成された開口144aに連結され、他端が改質器120の天面に形成された混合ガス供給口120aに連結されている。混合ガス供給管112は、排気通路部140A内,排気管171内を通過してモジュール容器8内まで鉛直下方に延び、そこで略90°屈曲されて天板8aに沿って水平方向に延びた後、下方へ略90°屈曲されて改質器120に連結されている。   Further, as shown in FIG. 8, a mixed gas supply pipe 112 for supplying a mixed gas to the reformer 120 is connected to the mixing unit 140C. The mixed gas supply pipe 112 is disposed so as to pass through the inside of the exhaust pipe 171, one end is connected to an opening 144 a formed in the intermediate plate 144, and the other end is formed on the top surface of the reformer 120. Connected to the mixed gas supply port 120a. The mixed gas supply pipe 112 passes through the exhaust passage portion 140A and the exhaust pipe 171 and extends vertically downward into the module container 8, where it is bent approximately 90 ° and extends horizontally along the top plate 8a. , Bent downward by approximately 90 ° and connected to the reformer 120.

次に、改質器120は、燃焼室18の上方でモジュール容器8の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置され、モジュール容器8の天板8aとの間に排ガス誘導部材130を介して所定距離隔てられて状態で、天板8aに対して固定されている。改質器120は、上面視で外形略矩形であるが、中央部に貫通孔120bが形成された環状構造体であり、上側ケース121と下側ケース122とが接合されている。この貫通孔120bは、天板8aに形成された排ガス排出口111と上面視で重なるように位置し、好ましくは、貫通孔120bの中央位置に排ガス排出口111が形成される。   Next, the reformer 120 is disposed above the combustion chamber 18 so as to extend in the horizontal direction along the longitudinal direction of the module container 8, and the exhaust gas induction member 130 is interposed between the reformer 120 and the top plate 8 a of the module container 8. And fixed to the top plate 8a with a predetermined distance. The reformer 120 has a substantially rectangular outer shape in a top view, but is an annular structure in which a through hole 120b is formed at the center, and the upper case 121 and the lower case 122 are joined to each other. The through hole 120b is positioned so as to overlap the exhaust gas discharge port 111 formed in the top plate 8a in a top view, and preferably, the exhaust gas discharge port 111 is formed at the center position of the through hole 120b.

改質器120の長手方向の一端側(モジュール容器8の蓋体8e側)では、上側ケース121に設けられた混合ガス供給口120aに混合ガス供給管112が連結されており、他端側(蓋体8d側)では、燃料ガス供給管64が下側ケース122に、脱硫器36まで延びる水添脱硫器用水素取出管65が上側ケース121にそれぞれ連結されている。したがって、改質器120は、混合ガス供給管112から混合ガス(つまり水蒸気が混合された原燃料ガス(改質用空気を含めてもよい))を受け取り、内部で混合ガスを改質し、燃料ガス供給管64及び水添脱硫器用水素取出管65から改質後のガス(即ち、燃料ガス)を排出するように構成されている。   On one end side in the longitudinal direction of the reformer 120 (on the lid 8e side of the module container 8), the mixed gas supply pipe 112 is connected to the mixed gas supply port 120a provided in the upper case 121, and the other end side ( On the lid 8 d side), the fuel gas supply pipe 64 is connected to the lower case 122, and the hydrogen desulfurizer hydrogen extraction pipe 65 extending to the desulfurizer 36 is connected to the upper case 121. Therefore, the reformer 120 receives the mixed gas (that is, raw fuel gas mixed with water vapor (may include reforming air)) from the mixed gas supply pipe 112, reforms the mixed gas therein, The reformed gas (that is, fuel gas) is discharged from the fuel gas supply pipe 64 and the hydrogen extraction pipe 65 for hydrodesulfurizer.

改質器120は、その内部空間が2つの仕切り板123a,123bによって3つの空間に仕切られることにより、改質器120内に、混合ガス供給管112からの混合ガスを受入れる混合ガス受入部120Aと、混合ガスを改質するための改質触媒(図示せず)が充填された改質部120Bと、改質部120Bを通過したガスを排出するガス排出部120Cと、が形成されている(図8参照)。改質部120Bは、仕切り板123a,123bに挟まれた空間であり、この空間に改質触媒が保持されている。混合ガス及び改質後の燃料ガスは、仕切り板123a,123bに設けられた複数の連通孔(スリット)を通って移動可能となっている。また、改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。   The reformer 120 is divided into three spaces by the two partition plates 123a and 123b, so that the reformer 120 receives a mixed gas from the mixed gas supply pipe 112 in the reformer 120. And a reforming section 120B filled with a reforming catalyst (not shown) for reforming the mixed gas, and a gas discharge section 120C for discharging the gas that has passed through the reforming section 120B are formed. (See FIG. 8). The reforming unit 120B is a space sandwiched between the partition plates 123a and 123b, and the reforming catalyst is held in this space. The mixed gas and the reformed fuel gas are movable through a plurality of communication holes (slits) provided in the partition plates 123a and 123b. As the reforming catalyst, a catalyst obtained by imparting nickel to the alumina sphere surface or a catalyst obtained by imparting ruthenium to the alumina sphere surface is appropriately used.

混合ガス受入部120Aには、蒸発器140から混合ガス供給管112を介して供給された混合ガスが混合ガス供給口120aを通して噴出される。この混合ガスは、混合ガス受入部120A内で拡張されて噴出速度が低下し、仕切り板123aを通過して改質部120Bに供給される。
改質部120Bでは、低速で移動する混合ガスが改質触媒により燃料ガスに改質され、この燃料ガスが仕切り板123bを通過してガス排出部120Cに供給される。
ガス排出部120Cでは、燃料ガスが燃料ガス供給管64、及び、水添脱硫器用水素取出管65へ排出される。
The mixed gas supplied from the evaporator 140 through the mixed gas supply pipe 112 is ejected to the mixed gas receiving unit 120A through the mixed gas supply port 120a. The mixed gas is expanded in the mixed gas receiving unit 120A, the jetting speed is reduced, and is supplied to the reforming unit 120B through the partition plate 123a.
In the reforming unit 120B, the mixed gas moving at a low speed is reformed into a fuel gas by the reforming catalyst, and the fuel gas passes through the partition plate 123b and is supplied to the gas discharge unit 120C.
In the gas discharge unit 120C, the fuel gas is discharged to the fuel gas supply pipe 64 and the hydrogen extraction pipe 65 for the hydrodesulfurizer.

燃料ガス供給通路としての燃料ガス供給管64は、モジュール容器8内を蓋体8dに沿って下方へ延び、底板8c付近で略90°屈曲されて水平方向に延びて、燃料電池セル集合体12の下方に形成されたマニホールド66内へ入り、更にマニホールド66内で逆側の蓋体8e付近まで水平方向に延びている。燃料ガス供給管64の水平部64aの下方面には、複数の燃料供給孔64bが形成されており、この燃料供給孔64bから、燃料ガスがマニホールド66内に供給される。このマニホールド66の上方には、燃料電池セルスタック14を支持するための貫通孔を備えた支持板68が取り付けられており、マニホールド66内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット16内に供給される。また、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置83が、燃焼室18に設けられている。   A fuel gas supply pipe 64 serving as a fuel gas supply passage extends downward in the module container 8 along the lid body 8d, is bent approximately 90 ° in the vicinity of the bottom plate 8c, and extends in the horizontal direction. It extends into the manifold 66 formed below the base, and further extends horizontally in the manifold 66 to the vicinity of the lid 8e on the opposite side. A plurality of fuel supply holes 64 b are formed in the lower surface of the horizontal portion 64 a of the fuel gas supply pipe 64, and fuel gas is supplied into the manifold 66 from the fuel supply holes 64 b. A support plate 68 having a through hole for supporting the fuel cell stack 14 is attached above the manifold 66, and the fuel gas in the manifold 66 is supplied into the fuel cell unit 16. . An ignition device 83 for starting combustion of fuel gas and air is provided in the combustion chamber 18.

排ガス誘導部材130は、改質器120と天板8aとの間でモジュール容器8の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置されている。排ガス誘導部材130は、上下方向に所定距離だけ離間された下部誘導板131及び上部誘導板132と、これらの長手方向の両端辺が取り付けられる連結板133,134とを備えている(図8,図9参照)。上部誘導板132は、幅方向の両端部が下方に向けて折り曲げられ、下部誘導板131に連結されている。連結板133,134は、上端部が天板8aに連結され、下端部が改質器120に連結されており、これにより、排ガス誘導部材130及び改質器120を天板8aに固定している。   The exhaust gas guiding member 130 is disposed between the reformer 120 and the top plate 8 a so as to extend in the horizontal direction along the longitudinal direction of the module container 8. The exhaust gas guiding member 130 includes a lower guiding plate 131 and an upper guiding plate 132 that are separated by a predetermined distance in the vertical direction, and connecting plates 133 and 134 to which both ends of these longitudinal directions are attached (FIG. 8, (See FIG. 9). The upper guide plate 132 is bent at both ends in the width direction downward and is connected to the lower guide plate 131. The connection plates 133 and 134 have upper ends connected to the top plate 8a and lower ends connected to the reformer 120, thereby fixing the exhaust gas guiding member 130 and the reformer 120 to the top plate 8a. Yes.

下部誘導板131は、幅方向(図9の左右方向)の中央部が下方に向けて突出する凸状段部131aが形成されている。一方、上部誘導板132は、下部誘導板131と同様に、幅方向の中央部が下方に向けて凹状となるように凹部132aが形成されている。凸状段部131aと凹部132aは、上下方向で並行して長手方向に延びている。混合ガス供給管112は、モジュール容器8内でこの凹部132a内を水平方向に延びた後、蓋体8e付近で下方に向けて屈曲し、上部誘導板132及び下部誘導板131を貫通して、改質器120に連結されている。   The lower guide plate 131 is formed with a convex step portion 131a in which a central portion in the width direction (left-right direction in FIG. 9) protrudes downward. On the other hand, as with the lower guide plate 131, the upper guide plate 132 is formed with a recess 132a so that the central portion in the width direction becomes concave downward. The convex step portion 131a and the concave portion 132a extend in the longitudinal direction in parallel in the vertical direction. The mixed gas supply pipe 112 extends horizontally in the recess 132a in the module container 8 and then bends downward near the lid body 8e, penetrates the upper guide plate 132 and the lower guide plate 131, and It is connected to the reformer 120.

排ガス誘導部材130は、上部誘導板132、下部誘導板131、連結板133,134によって、断熱層として機能する内部空間であるガス溜135が形成されている。このガス溜135は、燃焼室18と流体連通している。すなわち、上部誘導板132、下部誘導板131、連結板133,134は、所定の隙間を形成するように連結されており、気密的には連結されていない。ガス溜135には、運転中に燃焼室18から排ガスが流入したり、停止時に外部から空気が流入したりすることが可能となっているが、総じてガス溜135の内外間のガスの移動は緩やかである。   In the exhaust gas guiding member 130, a gas reservoir 135, which is an internal space that functions as a heat insulating layer, is formed by the upper guiding plate 132, the lower guiding plate 131, and the connecting plates 133 and 134. The gas reservoir 135 is in fluid communication with the combustion chamber 18. That is, the upper guide plate 132, the lower guide plate 131, and the connecting plates 133 and 134 are connected so as to form a predetermined gap, and are not airtightly connected. The gas reservoir 135 can allow exhaust gas to flow from the combustion chamber 18 during operation, or air from the outside during stoppage. However, movement of gas between the inside and outside of the gas reservoir 135 is generally performed. It is moderate.

上部誘導板132は、天板8aと所定の上下方向距離を隔てて配置されており、上部誘導板132と天板8aとの間には、長手方向及び幅方向に沿って水平方向に延びる排気通路172が形成されている。この排気通路172は、モジュール容器8の天板8aを挟んで空気通路161aと並設されており、排気通路172内には、空気通路161a,161b内のプレートフィン162,163と同様なプレートフィン175が配置されている。このプレートフィン175は、プレートフィン162と上面視で略同一箇所に設けられており、天板8aを挟んで上下方向に対向している。空気通路161a及び排気通路172のうち、プレートフィン162,175が設けられた部分において、空気通路161aを流れる発電用空気と排気通路172を流れる排ガスとの間で効率的な熱交換が行われて、排ガスの熱により発電用空気が昇温されることとなる。   The upper guide plate 132 is disposed at a predetermined vertical distance from the top plate 8a, and the exhaust extending in the horizontal direction along the longitudinal direction and the width direction is provided between the upper guide plate 132 and the top plate 8a. A passage 172 is formed. The exhaust passage 172 is arranged in parallel with the air passage 161a with the top plate 8a of the module container 8 interposed therebetween. Inside the exhaust passage 172, plate fins similar to the plate fins 162 and 163 in the air passages 161a and 161b are provided. 175 is arranged. The plate fins 175 are provided at substantially the same location as the plate fins 162 when viewed from above, and face each other in the vertical direction across the top plate 8a. Of the air passage 161a and the exhaust passage 172, in the portion where the plate fins 162 and 175 are provided, efficient heat exchange is performed between the power generation air flowing through the air passage 161a and the exhaust gas flowing through the exhaust passage 172. The power generation air is heated by the heat of the exhaust gas.

また、改質器120は、モジュール容器8の側板8bと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、改質器120と側板8bとの間には、排ガスを下方から上方へ通過させる排気通路173が形成されている。また、排ガス誘導部材130も側板8bと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、排気通路173は、排ガス誘導部材130と側板8bとの間の通路を含んで天板8aまで延びている。排気通路173は、天板8aと側板8bとの角部に位置する排ガス導入口172aで排気通路172と連通している。この排ガス導入口172aは、モジュール容器8内で長手方向に延びている。   The reformer 120 is disposed at a predetermined horizontal distance from the side plate 8b of the module container 8, and exhaust gas that allows exhaust gas to pass from below to above between the reformer 120 and the side plate 8b. A passage 173 is formed. Further, the exhaust gas guiding member 130 is also arranged at a predetermined horizontal distance from the side plate 8b, and the exhaust passage 173 includes the passage between the exhaust gas guiding member 130 and the side plate 8b and extends to the top plate 8a. . The exhaust passage 173 communicates with the exhaust passage 172 through an exhaust gas introduction port 172a located at the corner between the top plate 8a and the side plate 8b. The exhaust gas inlet 172 a extends in the longitudinal direction in the module container 8.

さらに、下部誘導板131は、改質器120の上側ケース121の天面から所定の上下方向距離を隔てて配置されており、下部誘導板131と上側ケース121との間、及び、改質器120の貫通孔120bは、貫通孔120bを下方から上方へ向けて通過した排ガスを通過させる排気通路174を形成している。この排気通路174は、改質器120の上方で排気通路173と合流する。   Further, the lower guide plate 131 is disposed at a predetermined vertical distance from the top surface of the upper case 121 of the reformer 120, and between the lower guide plate 131 and the upper case 121 and the reformer. The through-hole 120b of 120 forms an exhaust passage 174 through which exhaust gas that has passed through the through-hole 120b from below to above passes. The exhaust passage 174 joins the exhaust passage 173 above the reformer 120.

次に、図11を参照して、燃料電池セルユニット16について説明する。図11は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図11に示すように、燃料電池セルユニット16は、燃料電池セル84と、この燃料電池セル84の両端部にそれぞれ接続されたキャップである内側電極端子86とを備えている。
燃料電池セル84は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路88を形成する円筒形の内側電極層90と、円筒形の外側電極層92と、内側電極層90と外側電極層92との間にある電解質層94とを備えている。この内側電極層90は、燃料ガスが通過する燃料極であり、(−)極となり、一方、外側電極層92は、空気と接触する空気極であり、(+)極となっている。
Next, the fuel cell unit 16 will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing a fuel cell unit of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 11, the fuel cell unit 16 includes a fuel cell 84 and inner electrode terminals 86 that are caps respectively connected to both ends of the fuel cell 84.
The fuel cell 84 is a tubular structure extending in the vertical direction, and includes a cylindrical inner electrode layer 90 that forms a fuel gas flow path 88 therein, a cylindrical outer electrode layer 92, an inner electrode layer 90, and an outer side. An electrolyte layer 94 is provided between the electrode layer 92 and the electrode layer 92. The inner electrode layer 90 is a fuel electrode through which fuel gas passes and becomes a (−) electrode, while the outer electrode layer 92 is an air electrode in contact with air and becomes a (+) electrode.

燃料電池セル84の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子86は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子86について具体的に説明する。内側電極層90の上部90aは、電解質層94と外側電極層92に対して露出された外周面90bと上端面90cとを備えている。内側電極端子86は、導電性のシール材96を介して内側電極層90の外周面90bと接続され、さらに、内側電極層90の上端面90cとは直接接触することにより、内側電極層90と電気的に接続されている。内側電極端子86の中心部には、内側電極層90の燃料ガス流路88と連通する燃料ガス流路細管98が形成されている。   Since the inner electrode terminal 86 attached to the upper end side and the lower end side of the fuel cell 84 has the same structure, the inner electrode terminal 86 attached to the upper end side will be specifically described here. The upper portion 90 a of the inner electrode layer 90 includes an outer peripheral surface 90 b and an upper end surface 90 c exposed to the electrolyte layer 94 and the outer electrode layer 92. The inner electrode terminal 86 is connected to the outer peripheral surface 90b of the inner electrode layer 90 through a conductive sealing material 96, and is further in direct contact with the upper end surface 90c of the inner electrode layer 90, thereby Electrically connected. At the center of the inner electrode terminal 86, a fuel gas channel capillary 98 that communicates with the fuel gas channel 88 of the inner electrode layer 90 is formed.

この燃料ガス流路細管98は、内側電極端子86の中心から燃料電池セル84の軸線方向に延びるように設けられた細長い細管である。このため、マニホールド66(図8参照)から、下側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98を通って燃料ガス流路88に流入する燃料ガスの流れには、所定の圧力損失が発生する。従って、下側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98は、流入側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。また、燃料ガス流路88から、上側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98を通って燃焼室18(図8参照)に流出する燃料ガスの流れにも所定の圧力損失が発生する。従って、上側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98は、流出側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。   The fuel gas passage narrow tube 98 is an elongated thin tube provided so as to extend in the axial direction of the fuel cell 84 from the center of the inner electrode terminal 86. Therefore, a predetermined pressure loss occurs in the flow of the fuel gas flowing from the manifold 66 (see FIG. 8) into the fuel gas passage 88 through the fuel gas passage narrow tube 98 of the lower inner electrode terminal 86. To do. Accordingly, the fuel gas flow passage narrow tube 98 of the lower inner electrode terminal 86 acts as an inflow side flow passage resistance portion, and the flow passage resistance is set to a predetermined value. Further, a predetermined pressure loss also occurs in the flow of the fuel gas flowing out from the fuel gas flow path 88 to the combustion chamber 18 (see FIG. 8) through the fuel gas flow path narrow tube 98 of the upper inner electrode terminal 86. Therefore, the fuel gas flow passage narrow tube 98 of the upper inner electrode terminal 86 acts as an outflow side flow passage resistance portion, and the flow passage resistance is set to a predetermined value.

内側電極層90は、例えば、Niと、CaやY、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Niと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Niと、Sr、Mg、Co、Fe、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。   The inner electrode layer 90 includes, for example, a mixture of Ni and zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Ca, Y, and Sc, and Ni and ceria doped with at least one selected from rare earth elements. The mixture is formed of at least one of Ni and a mixture of lanthanum garade doped with at least one selected from Sr, Mg, Co, Fe, and Cu.

電解質層94は、例えば、Y、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Sr、Mgから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。   The electrolyte layer 94 is, for example, zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Y and Sc, ceria doped with at least one selected from rare earth elements, lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr and Mg, Formed from at least one of the following.

外側電極層92は、例えば、Sr、Caから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Sr、Co、Ni、Cuから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Sr、Fe、Ni、Cuから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。   The outer electrode layer 92 includes, for example, lanthanum manganite doped with at least one selected from Sr and Ca, lanthanum ferrite doped with at least one selected from Sr, Co, Ni and Cu, Sr, Fe, Ni and Cu. It is formed from at least one of lanthanum cobaltite doped with at least one selected from the group consisting of silver and silver.

次に、図12を参照して、燃料電池セルスタック14について説明する。図12は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
図12に示すように、燃料電池セルスタック14は、16本の燃料電池セルユニット16を備え、これらの燃料電池セルユニット16は、8本ずつ2列に並べて配置されている。
各燃料電池セルユニット16は、下端側がセラミック製の長方形の支持板68(図8参照)により支持され、上端側は、両端部の燃料電池セルユニット16が4本ずつ、概ね正方形の2枚の上支持板100により支持されている。これらの支持板68及び上支持板100には、内側電極端子86が貫通可能な貫通穴がそれぞれ形成されている。
Next, the fuel cell stack 14 will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a perspective view showing a fuel cell stack of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 12, the fuel cell stack 14 includes 16 fuel cell units 16, and these fuel cell units 16 are arranged in two rows of 8 each.
Each fuel cell unit 16 is supported by a ceramic rectangular support plate 68 (see FIG. 8) on the lower end side, and on the upper end side, two fuel cell unit units 16 at both ends are provided, each having two substantially square shapes. It is supported by the upper support plate 100. The support plate 68 and the upper support plate 100 are formed with through holes through which the inner electrode terminal 86 can pass.

さらに、燃料電池セルユニット16には、集電体102及び外部端子104が取り付けられている。この集電体102は、燃料極である内側電極層90に取り付けられた内側電極端子86と電気的に接続される燃料極用接続部102aと、空気極である外側電極層92の外周面と電気的に接続される空気極用接続部102bとを接続するように一体的に形成されている。また、各燃料電池セルユニット16の外側電極層92(空気極)の外表面全体には、空気極側の電極として、銀製の薄膜が形成されている。この薄膜の表面に空気極用接続部102bが接触することにより、集電体102は空気極全体と電気的に接続される。   Furthermore, a current collector 102 and an external terminal 104 are attached to the fuel cell unit 16. The current collector 102 includes a fuel electrode connection portion 102a that is electrically connected to an inner electrode terminal 86 attached to the inner electrode layer 90 that is a fuel electrode, and an outer peripheral surface of the outer electrode layer 92 that is an air electrode. It is integrally formed so as to connect the air electrode connecting portion 102b that is electrically connected. In addition, a silver thin film is formed on the entire outer surface of the outer electrode layer 92 (air electrode) of each fuel cell unit 16 as an electrode on the air electrode side. When the air electrode connecting portion 102b contacts the surface of the thin film, the current collector 102 is electrically connected to the entire air electrode.

さらに、燃料電池セルスタック14の端(図12では左端の奥側)に位置する燃料電池セルユニット16の空気極には、2つの外部端子104がそれぞれ接続されている。これらの外部端子104は、隣接する燃料電池セルスタック14の端にある燃料電池セルユニット16の内側電極端子86に接続され、上述したように、128本の燃料電池セルユニット16の全てが直列接続されるようになっている。   Further, two external terminals 104 are connected to the air electrodes of the fuel cell unit 16 located at the end of the fuel cell stack 14 (the far left side in FIG. 12). These external terminals 104 are connected to the inner electrode terminal 86 of the fuel cell unit 16 at the end of the adjacent fuel cell stack 14, and as described above, all 128 fuel cell units 16 are connected in series. It has come to be.

次に、図13及び図14を参照して、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュール内のガスの流れについて説明する。図13は、図8と同様の、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図14は、図9と同様の、図8のIII−III線に沿った断面図である。図13及び図14は、それぞれ、図8及び図9中にガスの流れを示す矢印を新たに付加した図であり、説明の便宜上、断熱材7を取り除いた状態の図を示している。図中、実線矢印は燃料ガスの流れ、破線矢印は発電用空気の流れ、一点鎖線矢印は排ガスの流れを示す。   Next, the flow of gas in the fuel cell module of the solid oxide fuel cell apparatus according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 is a side cross-sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention, similar to FIG. 8, and FIG. 14 is similar to FIG. It is sectional drawing along the -III line. FIGS. 13 and 14 are diagrams in which an arrow indicating a gas flow is newly added in FIGS. 8 and 9, respectively, and shows a state in which the heat insulating material 7 is removed for convenience of explanation. In the figure, solid line arrows indicate the flow of fuel gas, broken line arrows indicate the flow of power generation air, and alternate long and short dash arrows indicate the flow of exhaust gas.

図13に示すように、水及び原燃料ガス(燃料ガス)は、蒸発器140の長手方向の一端側に連結された燃料供給配管63から蒸発器140の上層に設けられた蒸発部140B内に供給される。蒸発部140Bに供給された水は、蒸発器140の下層に設けられた排気通路部140Aを流れる排ガスにより加熱され水蒸気となる。この水蒸気と、燃料供給配管63から供給された原燃料ガスとが、蒸発部140B内を下流方向に流れて行き、混合部140C内で混合される。混合部140C内の混合ガスは、下層の排気通路部140Aを流れる排ガスにより加熱される。   As shown in FIG. 13, water and raw fuel gas (fuel gas) are fed into an evaporation section 140 </ b> B provided in an upper layer of the evaporator 140 from a fuel supply pipe 63 connected to one end side in the longitudinal direction of the evaporator 140. Supplied. The water supplied to the evaporator 140B is heated by the exhaust gas flowing through the exhaust passage 140A provided in the lower layer of the evaporator 140, and becomes water vapor. The water vapor and the raw fuel gas supplied from the fuel supply pipe 63 flow downstream in the evaporation unit 140B and are mixed in the mixing unit 140C. The mixed gas in the mixing section 140C is heated by the exhaust gas flowing through the lower exhaust passage section 140A.

混合部140C内で形成された混合ガス(燃料ガス)は、混合ガス供給管112を通って、モジュール容器8内の改質器120に供給される。混合ガス供給管112は、排気通路部140A,排気管171,及び排気通路172を順に通過しているため、これらの通路を流れる排ガスにより、混合ガス供給管112内の混合ガスは更に加熱される。   The mixed gas (fuel gas) formed in the mixing unit 140 </ b> C is supplied to the reformer 120 in the module container 8 through the mixed gas supply pipe 112. Since the mixed gas supply pipe 112 passes through the exhaust passage portion 140A, the exhaust pipe 171, and the exhaust passage 172 in order, the mixed gas in the mixed gas supply pipe 112 is further heated by the exhaust gas flowing through these passages. .

混合ガスは、改質器120内の混合ガス受入部120A内に流入し、ここから仕切り板123aを通過して改質部120Bに流入する。混合ガスは、改質部120Bにおいて改質されて燃料ガスとなる。こうして生成された燃料ガスは、仕切り板123bを通過して、ガス排出部120Cに流入する。   The mixed gas flows into the mixed gas receiving part 120A in the reformer 120, and from here passes through the partition plate 123a and flows into the reforming part 120B. The mixed gas is reformed in the reforming unit 120B to become fuel gas. The fuel gas thus generated passes through the partition plate 123b and flows into the gas discharge part 120C.

更に、燃料ガスは、ガス排出部120Cから燃料ガス供給管64と水添脱硫器用水素取出管65とに分岐する。そして、燃料ガス供給管64に流入した燃料ガスは、燃料ガス供給管64の水平部64aに設けられた燃料供給孔64bからマニホールド66内に供給され、マニホールド66から各燃料電池セルユニット16内に供給される。   Further, the fuel gas branches from the gas discharge part 120C into the fuel gas supply pipe 64 and the hydrogen extraction pipe 65 for hydrodesulfurizer. The fuel gas that has flowed into the fuel gas supply pipe 64 is supplied into the manifold 66 from the fuel supply hole 64 b provided in the horizontal portion 64 a of the fuel gas supply pipe 64, and from the manifold 66 into each fuel cell unit 16. Supplied.

また、図13及び図14に示すように、発電用空気は、発電用空気導入管74から空気通路161aに供給される。発電用空気は、空気通路161a,161b内において、プレートフィン162,163を通過する際に、これらプレートフィン162,163の下部のモジュール容器8内に形成された排気通路172,173を通過する排ガスとの間で効率的な熱交換を行い、加熱されることとなる。特に、排気通路172内には、空気通路161aのプレートフィン162に対応してプレートフィン175が設けられているので、発電用空気は、プレートフィン162とプレートフィン175とを介して、排ガスとより効率的な熱交換を行う。この後、発電用空気は、モジュール容器8の側板8bの下部に設けられた複数の吹出口8fから燃料電池セル集合体12に向けて発電室10内に噴射される。なお、本実施例では、燃料電池セル集合体12の側方部位には排気通路が形成されていないため、この部位において発電用空気と排ガスとの間の熱交換は行われない。したがって、燃料電池セル集合体12の側方部位において、空気通路161b内の発電用空気に上下方向の温度勾配が生じ難くなっている。   Further, as shown in FIGS. 13 and 14, the power generation air is supplied from the power generation air introduction pipe 74 to the air passage 161a. When the power generation air passes through the plate fins 162, 163 in the air passages 161a, 161b, the exhaust air passes through the exhaust passages 172, 173 formed in the module container 8 below the plate fins 162, 163. The heat exchange is performed efficiently between the two and the heat. In particular, in the exhaust passage 172, plate fins 175 are provided corresponding to the plate fins 162 of the air passage 161a, so that the power generation air is made up of exhaust gas via the plate fins 162 and the plate fins 175. Perform efficient heat exchange. Thereafter, the power generation air is injected into the power generation chamber 10 from the plurality of outlets 8 f provided at the lower portion of the side plate 8 b of the module container 8 toward the fuel cell assembly 12. In the present embodiment, since the exhaust passage is not formed in the side portion of the fuel cell assembly 12, heat exchange between the power generation air and the exhaust gas is not performed in this portion. Therefore, in the side portion of the fuel cell assembly 12, it is difficult for the temperature gradient in the vertical direction to occur in the power generation air in the air passage 161b.

また、発電室10内で発電に利用されなかった燃料ガスは、図14に示すように、燃焼室18で燃焼されて排ガス(燃焼ガス)となり、モジュール容器8内を上昇していく。具体的には、排ガスは、排気通路173と排気通路174とに分岐して、改質器120の外側面とモジュール容器8の側板8bとの間、及び、改質器120の貫通孔120bから改質器120と排ガス誘導部材130との間をそれぞれ通過する。このとき、排気通路174を通過する排ガスは、改質器120の貫通孔120bの上方に配置された凸状段部131aによって幅方向に二分され、排ガス誘導部材130の下部に留まることなく排気通路173に向けて誘導され、排気通路173を流れる排ガスに素早く合流される。   Further, as shown in FIG. 14, the fuel gas not used for power generation in the power generation chamber 10 is combusted in the combustion chamber 18 to become exhaust gas (combustion gas), and rises in the module container 8. Specifically, the exhaust gas is branched into an exhaust passage 173 and an exhaust passage 174, between the outer surface of the reformer 120 and the side plate 8 b of the module container 8, and from the through hole 120 b of the reformer 120. It passes between the reformer 120 and the exhaust gas guiding member 130, respectively. At this time, the exhaust gas passing through the exhaust passage 174 is bisected in the width direction by the convex step portion 131a disposed above the through-hole 120b of the reformer 120, and does not stay at the lower portion of the exhaust gas guiding member 130. It is guided toward 173 and quickly merged with the exhaust gas flowing through the exhaust passage 173.

その後、排ガスは、排ガス導入口172aから排気通路172に流入する。排気通路172内では、排ガスは、排気通路172を水平方向に流れていき、モジュール容器8の天板8aの中央に形成された排ガス排出口111から流出する。
なお、排ガスが排気通路173を上方へ流れていく際に、空気通路161b内に設けられたプレートフィン163を介して、発電用空気と排ガスとの間で熱交換が行われる。また、排ガスが排気通路172を水平方向に流れていく際に、排気通路172内に設けられたプレートフィン175と、このプレートフィン175に対応して空気通路161a内に設けられたプレートフィン162とを介して、発電用空気と排ガスとの間で効率的な熱交換が行われる。このようにして、排ガスの熱により発電用空気が昇温される。
Thereafter, the exhaust gas flows into the exhaust passage 172 from the exhaust gas inlet 172a. In the exhaust passage 172, the exhaust gas flows in the horizontal direction in the exhaust passage 172 and flows out from the exhaust gas discharge port 111 formed in the center of the top plate 8 a of the module container 8.
When the exhaust gas flows upward through the exhaust passage 173, heat exchange is performed between the power generation air and the exhaust gas via the plate fins 163 provided in the air passage 161b. Further, when exhaust gas flows in the exhaust passage 172 in the horizontal direction, a plate fin 175 provided in the exhaust passage 172, and a plate fin 162 provided in the air passage 161a corresponding to the plate fin 175, Thus, efficient heat exchange is performed between the power generation air and the exhaust gas. In this way, the power generation air is heated by the heat of the exhaust gas.

そして、排ガス排出口111から流出した排ガスは、モジュール容器8の外部に設けられた排気管171を通過して蒸発器140の排気通路部140Aに流入し、排気通路部140Aを通過した後、蒸発器140から排ガス排出管82へ排出される。排ガスは、蒸発器140の排気通路部140Aを流れる際に、上述したように、蒸発器140の混合部140C内の混合ガス及び蒸発部140B内の水と熱交換を行う。   The exhaust gas flowing out from the exhaust gas discharge port 111 passes through the exhaust pipe 171 provided outside the module container 8, flows into the exhaust passage part 140A of the evaporator 140, passes through the exhaust passage part 140A, and then evaporates. From the vessel 140 to the exhaust gas discharge pipe 82. As described above, the exhaust gas exchanges heat with the mixed gas in the mixing section 140C of the evaporator 140 and the water in the evaporation section 140B when flowing through the exhaust passage section 140A of the evaporator 140.

次に、図15〜図19を参照して、本実施例の改質器の作用について説明する。図15は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの上部の部分断面図であり、図16は、改質器の周囲を流れる排ガスの説明図であり、図17及び図18は、それぞれ改質器及び排ガス誘導部材の側面断面斜視図及び正面断面斜視図であり、図19は、改質器の貫通孔を流れる排ガスの説明図である。   Next, with reference to FIGS. 15-19, the effect | action of the reformer of a present Example is demonstrated. 15 is a partial cross-sectional view of the upper part of the fuel cell module of the solid oxide fuel cell device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 16 is an explanatory view of the exhaust gas flowing around the reformer. 17 and 18 are a side sectional perspective view and a front sectional perspective view of the reformer and the exhaust gas guiding member, respectively, and FIG. 19 is an explanatory diagram of the exhaust gas flowing through the through hole of the reformer.

図15に示すように、発電室10内に供給された発電用空気は、上方へ向けて移動し(図15の破線矢印参照)、燃焼室18でオフガスを燃焼させて排ガスとなる。改質器120に貫通孔120bが形成されていない場合には、排ガスは、燃焼室18から、排気通路173(モジュール容器8の側板8bの内面に沿って延びる)のみを通って、モジュール容器8内の上部へ向けて移動することになる。この場合、発電用空気の流路分布は、燃料電池セル集合体12に対して、上面視幅方向の両端部付近に偏ったものとなり、中央部分の燃料電池セルユニット16への空気供給が十分でなくなり、この部分の燃料電池セルユニット16を劣化させてしまうおそれがあった。   As shown in FIG. 15, the power generation air supplied into the power generation chamber 10 moves upward (see the broken line arrow in FIG. 15) and burns off-gas in the combustion chamber 18 to become exhaust gas. If the through hole 120b is not formed in the reformer 120, the exhaust gas passes from the combustion chamber 18 only through the exhaust passage 173 (extending along the inner surface of the side plate 8b of the module container 8), and the module container 8 It will move towards the top inside. In this case, the flow path distribution of the power generation air is biased to the vicinity of both ends in the width direction of the top surface with respect to the fuel cell assembly 12, and the air supply to the fuel cell unit 16 in the central portion is sufficient. The fuel cell unit 16 in this portion may be deteriorated.

そこで、本実施例では、改質器120に貫通孔120bを設けることにより、排気通路174(改質器120の貫通孔120bから改質器120と排ガス誘導部材130との間に延びる)を形成している。これにより、本実施例では、排ガスは、燃焼室18から、排気通路174と排気通路173とに分岐して、モジュール容器8内の上部へ向けて移動することができる(図16参照)。   Therefore, in this embodiment, the exhaust passage 174 (extending between the reformer 120 and the exhaust gas guiding member 130 from the through hole 120b of the reformer 120) is formed by providing the reformer 120 with the through hole 120b. is doing. Thereby, in the present embodiment, the exhaust gas can branch from the combustion chamber 18 into the exhaust passage 174 and the exhaust passage 173 and move toward the upper part in the module container 8 (see FIG. 16).

また、本実施例では、特に、排気通路174と排気通路173を流れる排ガスの流量比が所定値になるように、特定的には、排気通路173よりも排気通路174を流れる排ガスの流量が大きくなるように、排気通路173の通路断面積,改質器120の上側での排気通路174の通路断面積,貫通孔120bの開口面積や角部R形状,後述する連結凹部等が寸法設計されている。これにより、改質器120と燃料電池セル集合体12との距離が接近していたとしても、排ガスを確実に排気通路174へ流すことができる。このため、本実施例では、このような排ガスの流れに伴い、発電用空気の流れは、上面視で燃料電池セル集合体12の幅方向の両端部付近に偏ることなく、中央部分へも流れるため、発電室10内での発電用空気の空気供給量のムラが抑制され、発電用空気の流れが均等化され易くなる。   Further, in the present embodiment, in particular, the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 174 is larger than that of the exhaust passage 173 so that the flow rate ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 174 and the exhaust passage 173 becomes a predetermined value. As shown, the passage cross-sectional area of the exhaust passage 173, the cross-sectional area of the exhaust passage 174 above the reformer 120, the opening area and the corner R shape of the through-hole 120b, the connecting recesses described later, and the like are dimensionally designed. Yes. Thereby, even if the distance between the reformer 120 and the fuel cell assembly 12 is close, the exhaust gas can be reliably flowed to the exhaust passage 174. For this reason, in this embodiment, along with the flow of such exhaust gas, the flow of power generation air flows to the central portion without being biased near both ends in the width direction of the fuel cell assembly 12 in a top view. Therefore, unevenness in the air supply amount of power generation air in the power generation chamber 10 is suppressed, and the flow of power generation air is easily equalized.

また、本実施例では、改質器120は、その底面に衝突する排ガスによって加熱された後、排気通路173を通過する排ガスにより幅方向の側方から加熱されると共に、貫通孔120bを通過する排ガスにより中央部からも加熱される。このように、本実施例では、排ガスによる改質器120の加熱を効率良く行うことができる。   Further, in this embodiment, the reformer 120 is heated by the exhaust gas colliding with the bottom surface thereof, then heated from the side in the width direction by the exhaust gas passing through the exhaust passage 173, and passes through the through hole 120b. It is also heated from the center by the exhaust gas. Thus, in this embodiment, the reformer 120 can be efficiently heated with the exhaust gas.

また、本実施例では、上面視で改質器120の貫通孔120bとモジュール容器8の排ガス排出口111とが少なくとも部分的に重なり合うように形成されている。より好適には、上面視で排ガス排出口111は、貫通孔120bの点対称な位置である、貫通孔120bの長手方向及び幅方向の中央部に配置されている。また、上面視で排ガス排出口111及び貫通孔120bは、燃料電池セル集合体12の中央部分に配置されている。   Further, in this embodiment, the through hole 120b of the reformer 120 and the exhaust gas discharge port 111 of the module container 8 are formed so as to at least partially overlap each other when viewed from above. More preferably, the exhaust gas discharge port 111 is disposed at a central portion in the longitudinal direction and the width direction of the through hole 120b, which is a point-symmetrical position of the through hole 120b in a top view. Further, the exhaust gas discharge port 111 and the through hole 120b are arranged in the central portion of the fuel cell assembly 12 in a top view.

仮に、排ガス排出口111が、上面視で貫通孔120bに対して幅方向にずれて配置されている場合には、貫通孔120bから排ガス排出口111への排ガスの流れが、少なくとも幅方向において不均等又は非対称になる。そして、このような排ガスの流れに伴って、発電用空気の流れも幅方向において不均等になる。しかしながら、本実施例では、排ガス排出口111と貫通孔120bが上面視でモジュール容器8の中央部分に配置され、且つ、互いに重なり合う構成となっているため、貫通孔120bから排ガス排出口111への排ガスの流れが、少なくとも幅方向において均等になり、発電用空気の流れも幅方向において均等になる。なお、改質器120も上面視でモジュール容器8の中央位置に配置されている。これにより、発電用空気の流路分布の偏りが抑制されて、中央部分及び両端部付近を含んで略均等に燃料電池セルユニット16へ発電用空気を十分に供給することができるため、燃料電池セルユニット16の劣化を抑制することが可能となる。   If the exhaust gas discharge port 111 is arranged so as to be shifted in the width direction with respect to the through hole 120b in a top view, the flow of the exhaust gas from the through hole 120b to the exhaust gas discharge port 111 is not at least in the width direction. Become equal or asymmetric. And with such a flow of exhaust gas, the flow of power generation air also becomes uneven in the width direction. However, in the present embodiment, the exhaust gas discharge port 111 and the through hole 120b are arranged in the central portion of the module container 8 in a top view and overlap each other, so that the through hole 120b is connected to the exhaust gas discharge port 111. The flow of exhaust gas is uniform at least in the width direction, and the flow of power generation air is also uniform in the width direction. The reformer 120 is also arranged at the center position of the module container 8 in a top view. Thereby, the bias of the flow distribution of the power generation air is suppressed, and the power generation air can be sufficiently supplied to the fuel cell unit 16 substantially including the central portion and the vicinity of both ends. Deterioration of the cell unit 16 can be suppressed.

また、本実施例では、改質器120の幅方向において、排ガスの流量が対称(線対称)となるように、即ち、貫通孔120bを挟んで両側の排気通路173の流量が均等で流路分布の偏りがなくなるように、貫通孔120bは、上面視で改質器120を少なくとも幅方向に略等分に区分けするように線対称に形成されている。なお、本実施例では、貫通孔120bは、上面視で改質器120を長手方向にも略等分に区分けするように線対称に形成されている。   Further, in this embodiment, the flow rate of the exhaust gas is symmetric (line symmetric) in the width direction of the reformer 120, that is, the flow rates of the exhaust passages 173 on both sides of the through hole 120b are uniform. The through-holes 120b are formed in line symmetry so as to divide the reformer 120 at least approximately equally in the width direction when viewed from above so that the uneven distribution is eliminated. In the present embodiment, the through-holes 120b are formed in line symmetry so as to divide the reformer 120 substantially equally in the longitudinal direction when viewed from above.

また、本実施例では、図17及び図18に示されているように、改質器120の貫通孔120bは、上面視略長円形であり、長手方向に延びるように形成されている。また、改質器120のハウジングは、上側ケース121及び下側ケース122からなる。上側ケース121及び下側ケース122の各々には、幅方向の両端部から貫通孔120bを連結するように内方へ窪んだ連結凹部121a,122aが形成されている。本実施例では、連結凹部121a,122aは、それぞれ長手方向に離間して2つずつ形成されている。   In this embodiment, as shown in FIGS. 17 and 18, the through hole 120b of the reformer 120 is substantially oval when viewed from above, and is formed to extend in the longitudinal direction. The housing of the reformer 120 includes an upper case 121 and a lower case 122. Each of the upper case 121 and the lower case 122 is formed with connecting recesses 121a and 122a that are recessed inward so as to connect the through holes 120b from both ends in the width direction. In this embodiment, the connecting recesses 121a and 122a are formed two by two apart from each other in the longitudinal direction.

連結凹部122aは、燃焼室18から上昇してきた排ガスが改質器120の下側ケース122の底面に衝突すると、この排ガスを幅方向の両側、即ち、貫通孔120b(排気通路174)及びモジュール容器8の側板8bに沿った排気通路173に誘導する。これにより、本実施例では、排気通路173に排ガスの流れが偏ることなく、貫通孔120bに排ガスを積極的に供給することが可能となる。   When the exhaust gas rising from the combustion chamber 18 collides with the bottom surface of the lower case 122 of the reformer 120, the connection recess 122 a causes the exhaust gas to flow on both sides in the width direction, that is, the through hole 120 b (exhaust passage 174) and the module container. 8 to the exhaust passage 173 along the side plate 8b. Thereby, in this embodiment, it becomes possible to positively supply the exhaust gas to the through hole 120b without the flow of the exhaust gas being biased to the exhaust passage 173.

また、連結凹部121a,122aは、改質器120の内部空間へ向けて突出している。具体的には、連結凹部121a,122aは、改質器120内の改質部120Bの流路を狭めるように内部空間へ向けて突出している。このため、混合ガスは、連結凹部121a,122aによる突出部分によって流路を変更しながら改質部120Bを流れるので、混合ガスと改質触媒との接触機会及び接触時間が増える。これにより、本実施例では、混合ガスの改質効率を向上させることができる。さらに、改質触媒は改質器120の周囲を流れる排ガスにより所定温度まで昇温されるが、混合ガスと改質触媒との接触機会・接触時間が増えることにより、昇温した改質触媒によって混合ガスを効率良く加熱することができる。   Further, the connecting recesses 121 a and 122 a protrude toward the internal space of the reformer 120. Specifically, the connecting recesses 121a and 122a protrude toward the internal space so as to narrow the flow path of the reforming unit 120B in the reformer 120. For this reason, since the mixed gas flows through the reforming section 120B while changing the flow path by the protruding portions by the connecting recesses 121a and 122a, the contact opportunity and the contact time between the mixed gas and the reforming catalyst increase. Thereby, in a present Example, the reforming efficiency of mixed gas can be improved. Further, the reforming catalyst is heated up to a predetermined temperature by the exhaust gas flowing around the reformer 120. However, due to the increased opportunity and time of contact between the mixed gas and the reforming catalyst, the temperature of the reforming catalyst is increased. The mixed gas can be efficiently heated.

また、本実施例では、上側ケース121及び下側ケース122は、同一の原ケース部材から形成されている。即ち、原ケース部材は、金属材料を所定の型を用いて成形(例えば、絞り加工)したものである。そして、同一の原ケース部材を加工することにより、上側ケース121と下側ケース122がそれぞれ形成される。このため、低コスト化と組み立て性の向上を両立することができる。また、改質器120のケースを1パーツ構成とすると、絞り加工では嵩高のケースを形成できないが、本実施例では、改質器120のケースを上側ケース121及び下側ケース122による2パーツ構成としているため、嵩高なケースを形成することができる。このため、容積を同一とした場合には、より底面積の小さな小型の改質器とすることができる。   In the present embodiment, the upper case 121 and the lower case 122 are formed from the same original case member. That is, the original case member is formed by molding (for example, drawing) a metal material using a predetermined mold. And the upper case 121 and the lower case 122 are each formed by processing the same original case member. For this reason, it is possible to achieve both cost reduction and improvement in assembly. Further, if the case of the reformer 120 has a one-part configuration, a bulky case cannot be formed by drawing, but in this embodiment, the case of the reformer 120 has a two-part configuration with an upper case 121 and a lower case 122. Therefore, a bulky case can be formed. For this reason, when the volumes are the same, a small reformer with a smaller bottom area can be obtained.

上側ケース121と下側ケース122は、それぞれ外周側のフランジ部121b,122bと、貫通孔120bを形成する内周側のフランジ部121c,122cを有しており、これらフランジ部を重ね合せた状態で溶接固定されている。外周側のフランジ部121b,122bは、同一の幅を有しており、ケースの側方から容易に溶接作業を行うことが可能である。これに対して、内周側のフランジ部121c,122cが同一の幅を有していた場合には、これらフランジ部を側方から溶接作業を行うことは困難であり、組み立て性が悪い。このため、本実施例では、内周側のフランジ部121cは、フランジ部122cよりも幅が狭くなるように原ケース部材から加工されている(図18参照)。このため、フランジ部121c,122cは、これらフランジ部の段差を利用して上側から溶接作業を容易に行うことが可能となり、組み立て性を向上させることができる。   Upper case 121 and lower case 122 have flange portions 121b and 122b on the outer peripheral side and flange portions 121c and 122c on the inner peripheral side that form through holes 120b, respectively, and these flange portions are superposed. It is fixed by welding. The outer peripheral flange portions 121b and 122b have the same width and can be easily welded from the side of the case. On the other hand, when the flange portions 121c and 122c on the inner peripheral side have the same width, it is difficult to perform the welding work from the side, and the assemblability is poor. For this reason, in this embodiment, the flange portion 121c on the inner peripheral side is processed from the original case member so as to be narrower than the flange portion 122c (see FIG. 18). For this reason, the flange portions 121c and 122c can be easily welded from the upper side using the steps of the flange portions, and the assemblability can be improved.

また、上側ケース121及び下側ケース122は、その内側面の角部(貫通孔120bの角部を含む)は、所定の曲率半径を有するR形状となるように湾曲形状とされている(図17及び図16の破線部A参照)。曲率半径は、1.0mm〜30mmが好ましい。このため、本実施例では、ガスが改質器120の内部を通過する際に、角部にガスが滞留することが防止されるので、容器内にデッドスペースがなくなり改質触媒に対して均一にガスを流通させ易くなる。   Further, the upper case 121 and the lower case 122 are curved so that the corners of the inner side surfaces (including the corners of the through holes 120b) have an R shape having a predetermined radius of curvature (see FIG. 17 and the broken line part A in FIG. 16). The radius of curvature is preferably 1.0 mm to 30 mm. For this reason, in this embodiment, when the gas passes through the inside of the reformer 120, it is prevented that the gas stays in the corner portion, so that there is no dead space in the container and it is uniform with respect to the reforming catalyst. It becomes easy to circulate gas.

また、貫通孔120bの周面と下側ケース122の下面との接続部分又は角部は、貫通孔120bの周縁(連結凹部122aの部分も含む)にわたって、所定の曲率半径となるようにR形状に形成されている(図18の破線部A参照)。即ち、図19に示されているように、改質器120のケース断面は、改質器120の底面から貫通孔120bの周面(側面)にかけて、外側に向けて凸状となるR形状となっている。   Further, the connecting portion or corner portion between the peripheral surface of the through hole 120b and the lower surface of the lower case 122 has an R shape so as to have a predetermined radius of curvature over the periphery of the through hole 120b (including the portion of the coupling recess 122a). (See the broken line portion A in FIG. 18). That is, as shown in FIG. 19, the case cross section of the reformer 120 has an R shape that is convex outward from the bottom surface of the reformer 120 to the peripheral surface (side surface) of the through hole 120b. It has become.

貫通孔120bの周面と下側ケース122の底面との角部が所定の曲率半径の断面円弧状に形成されていることにより、下側ケース122に衝突した排ガスは貫通孔120bに向けて誘導され易くなる。そして、このような排ガスの流れに引っ張られて、発電用空気も貫通孔120bに向けて誘導される。しかしながら、曲率半径が大きくなり過ぎると、貫通孔120bへ誘導される発電用空気が多くなり過ぎて、改質器120の外周側を通過する発電用空気が少なくなり過ぎ、発電室10内での発電用空気の流路分布が不均等になってしまう。   Since the corners of the peripheral surface of the through hole 120b and the bottom surface of the lower case 122 are formed in a circular arc shape with a predetermined radius of curvature, the exhaust gas colliding with the lower case 122 is guided toward the through hole 120b. It becomes easy to be done. And it is pulled by such a flow of exhaust gas, and the power generation air is also directed toward the through hole 120b. However, if the radius of curvature becomes too large, the amount of power generation air that is guided to the through-hole 120b becomes too large, and the amount of power generation air that passes through the outer periphery of the reformer 120 becomes too small. The flow path distribution of the power generation air becomes uneven.

このため、本実施例では、排気通路173と排気通路174での発電用空気の流量比が適宜な値になるように、角部の曲率半径が1.0mm〜30mmに設定されており、これにより、中央部分及び周縁部分に配置された燃料電池セルユニット16にそれぞれ十分な発電用空気を行き渡らせることができる。   For this reason, in this embodiment, the radius of curvature of the corner is set to 1.0 mm to 30 mm so that the flow ratio of the power generation air in the exhaust passage 173 and the exhaust passage 174 becomes an appropriate value. Thus, sufficient power generation air can be distributed to each of the fuel cell units 16 disposed in the central portion and the peripheral portion.

次に、図15を参照して、本実施例の排ガス誘導部材の作用について説明する。
本実施例では、蒸発器140をモジュール容器8の外部に配置しており、この配置により、モジュール容器8内で水の蒸発熱による局所的な温度低下(排ガスの温度低下を含む)を防止し、排ガスと発電用空気との熱交換をより効率的に行うように構成されている。したがって、本実施例では、燃料電池セルユニット16の側方部分で熱交換を行うことを回避して、モジュール容器8の天板8a付近の限定された部位のみで実質的な熱交換を行うことを可能としている。
Next, with reference to FIG. 15, the operation of the exhaust gas guiding member of the present embodiment will be described.
In the present embodiment, the evaporator 140 is arranged outside the module container 8, and this arrangement prevents a local temperature drop (including a temperature drop of exhaust gas) due to the heat of evaporation of water in the module container 8. The heat exchange between the exhaust gas and the power generation air is performed more efficiently. Therefore, in this embodiment, heat exchange is avoided at the side portion of the fuel cell unit 16, and substantial heat exchange is performed only at a limited portion near the top plate 8a of the module container 8. Is possible.

このため、本実施例では、天板8aを挟んでその上下に空気通路161a,排気通路172が形成され、この部分で実質的な熱交換が行われるように構成されている。しかしながら、装置の小型化を図る場合には、天板8aの面積も小さくなるため、十分な熱交換を行うための面積が確保できなくなるおそれがある。そこで、本実施例では、排気通路172の入口と出口における排ガスの温度差を可能な限り大きく維持することにより、高い熱交換効率を達成するように構成している。   For this reason, in this embodiment, an air passage 161a and an exhaust passage 172 are formed above and below the top plate 8a, and substantial heat exchange is performed in this portion. However, when downsizing the apparatus, the area of the top plate 8a is also small, so there is a possibility that an area for sufficient heat exchange cannot be secured. Therefore, in this embodiment, a high heat exchange efficiency is achieved by maintaining the temperature difference of the exhaust gas at the inlet and outlet of the exhaust passage 172 as large as possible.

このため、本実施例では、排ガス誘導部材130を採用している。排ガス誘導部材130は、貫通孔120bを通過して上昇してきた排ガスを、貫通孔120bと向かい合うように下方に向けて突出する凸状段部131aに衝突させ、幅方向に方向付けて、速やかに排ガス導入口172aに誘導する。これにより、排ガスは、排ガス誘導部材130の底面付近に滞留することなく、素早く排ガス導入口172aに向けて誘導される。   For this reason, in this embodiment, the exhaust gas guiding member 130 is employed. The exhaust gas guiding member 130 causes the exhaust gas rising through the through-hole 120b to collide with the convex step 131a protruding downward so as to face the through-hole 120b, and is directed in the width direction to promptly It guides to the exhaust gas inlet 172a. Thereby, the exhaust gas is quickly guided toward the exhaust gas inlet 172a without staying near the bottom surface of the exhaust gas guiding member 130.

排ガス誘導部材130の上部には熱交換部として機能する排気通路172が形成されているため、排ガス誘導部材130の上部の排ガスは下部の排ガスよりも低温である。したがって、排気通路174内で排ガスが排ガス誘導部材130の底面付近に滞留すると、排ガス誘導部材130を介して排気通路172内の排ガスとの間で熱交換が生じて、排気通路174内の排ガスの温度が低下するおそれがある。また、排気通路174内の排ガスは、改質器120の上面や排ガス誘導部材130の下面を通して熱を奪われるおそれがある。しかしながら、本実施例では、排ガス誘導部材130の底面に凸状段部131aを設けたことにより、改質器120の貫通孔120bを通過して上昇してきた高温の排ガスを、排ガス誘導部材130の底面付近に滞留させることなく、速やかに側方に誘導することができるので、高い温度を維持したまま排ガス導入口172aに到達させることが可能となる。   Since the exhaust passage 172 functioning as a heat exchange part is formed in the upper part of the exhaust gas guiding member 130, the exhaust gas in the upper part of the exhaust gas guiding member 130 is at a lower temperature than the exhaust gas in the lower part. Therefore, if the exhaust gas stays in the exhaust passage 174 near the bottom surface of the exhaust gas guiding member 130, heat exchange occurs between the exhaust gas in the exhaust passage 172 via the exhaust gas guiding member 130, and the exhaust gas in the exhaust passage 174 The temperature may decrease. Further, the exhaust gas in the exhaust passage 174 may be deprived of heat through the upper surface of the reformer 120 and the lower surface of the exhaust gas guiding member 130. However, in this embodiment, by providing the convex step portion 131a on the bottom surface of the exhaust gas guiding member 130, the high temperature exhaust gas that has passed through the through-hole 120b of the reformer 120 is allowed to flow. Since it can be quickly guided to the side without staying in the vicinity of the bottom surface, it is possible to reach the exhaust gas inlet 172a while maintaining a high temperature.

また、排気通路172では、幅方向の両端部(排気通路172の入口である排ガス導入口172a)から中央部(特に、排気通路172の出口である排ガス排出口111)に向けて排ガスが流れる際に、発電用空気との熱交換が行われるため、排ガス誘導部材130の凹部132a付近(図15の破線部A参照)での排ガスの温度が最も低くなる。特に、凹部132aの長手方向の中央部分に配置された排ガス排出口111付近の温度が最も低くなる。一方、排気通路174では、改質器120の貫通孔120bの上方、即ち、排ガス誘導部材130の凸状段部131a付近(図15の破線部B参照)の温度が最も高くなる。   Further, in the exhaust passage 172, when exhaust gas flows from both ends in the width direction (exhaust gas inlet 172a which is an inlet of the exhaust passage 172) toward the central portion (particularly, the exhaust gas outlet 111 which is an outlet of the exhaust passage 172). In addition, since heat exchange with the power generation air is performed, the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the recess 132a of the exhaust gas guiding member 130 (see the broken line portion A in FIG. 15) becomes the lowest. In particular, the temperature in the vicinity of the exhaust gas discharge port 111 disposed in the central portion in the longitudinal direction of the recess 132a is the lowest. On the other hand, in the exhaust passage 174, the temperature above the through hole 120b of the reformer 120, that is, in the vicinity of the convex step portion 131a of the exhaust gas guiding member 130 (see the broken line portion B in FIG. 15) becomes the highest.

最も温度が低い破線部Aの領域と最も温度が高い破線部Bの領域(図15参照)とは、排ガス誘導部材130を介して上下に位置するため、直線的な離間距離は小さい。このため、これらの領域間で熱交換が行われてしまうと、排ガスの入口温度が低下するおそれがある。そこで、本実施例では、排ガス誘導部材130のケース部材内にガス溜135(ガス室)を形成し、このガス溜135を断熱材として機能させている。これにより、本実施例では、排ガス誘導部材130の上下の空間(即ち、排気通路172と排気通路174)との間、特に図15の破線部A及びBの領域間の熱交換が遮断されるため、改質器120の貫通孔120bを通過して上昇してきた高温の排ガスの温度低下が防止され、高温状態に維持したまま排ガス導入口172aへ流出させて、排ガスの入口温度を高温に維持することができる。   Since the region of the broken line portion A having the lowest temperature and the region of the broken line portion B having the highest temperature (see FIG. 15) are positioned above and below via the exhaust gas guiding member 130, the linear separation distance is small. For this reason, if heat exchange is performed between these regions, the exhaust gas inlet temperature may decrease. Therefore, in this embodiment, a gas reservoir 135 (gas chamber) is formed in the case member of the exhaust gas guiding member 130, and this gas reservoir 135 functions as a heat insulating material. As a result, in this embodiment, heat exchange between the upper and lower spaces of the exhaust gas guiding member 130 (that is, the exhaust passage 172 and the exhaust passage 174), particularly between the regions of the broken lines A and B in FIG. Therefore, the temperature reduction of the high temperature exhaust gas that has passed through the through-hole 120b of the reformer 120 is prevented, and the exhaust gas is allowed to flow out to the exhaust gas inlet 172a while maintaining the high temperature state, and the exhaust gas inlet temperature is maintained at a high temperature. can do.

また、排ガス誘導部材130が断熱材として機能するため、排気通路172内の排ガスの熱が排ガス誘導部材130によって奪われることが抑制され、排気通路172内の排ガスと空気通路161a内の発電用空気との間の熱交換を促進させることができる。
さらに、排気通路172において、排ガス誘導部材130の上部誘導板132が熱反射板として機能するため、上部誘導板132からの輻射熱を排ガス及び空気に与えることができる。これにより、本実施例では、熱交換部でのより高い熱交換効率を達成することができる。
Further, since the exhaust gas guiding member 130 functions as a heat insulating material, the exhaust gas heat in the exhaust passage 172 is suppressed from being taken away by the exhaust gas guiding member 130, and the exhaust gas in the exhaust passage 172 and the power generation air in the air passage 161a. Heat exchange between the two can be promoted.
Furthermore, since the upper guide plate 132 of the exhaust gas guiding member 130 functions as a heat reflecting plate in the exhaust passage 172, radiant heat from the upper guide plate 132 can be applied to the exhaust gas and air. Thereby, in a present Example, the higher heat exchange efficiency in a heat exchange part can be achieved.

また、排ガス誘導部材130は、伝熱性を有する部材(例えば、金属材料等)で形成されており、それ自体が熱伝導させる。したがって、高温の排ガスが排ガス誘導部材130の凸状段部131aに衝突することにより凸状段部131aが加熱されると、凸状段部131aから排ガス誘導部材130の他の部位への熱伝導を完全に遮断することはできない。このため、排ガス誘導部材130の上面への熱伝導も生じ得る。そうすると、排ガス誘導部材130の上面において、熱交換部を構成する排気通路172の上流側と下流側の温度差が縮小され、熱交換効率の向上に不利となる。   Further, the exhaust gas guiding member 130 is formed of a member having heat conductivity (for example, a metal material or the like) and itself conducts heat. Therefore, when the high temperature exhaust gas collides with the convex step 131a of the exhaust gas guiding member 130 and the convex step 131a is heated, heat conduction from the convex step 131a to other parts of the exhaust gas guiding member 130 is performed. Cannot be completely blocked. For this reason, heat conduction to the upper surface of the exhaust gas guiding member 130 may also occur. Then, on the upper surface of the exhaust gas guiding member 130, the temperature difference between the upstream side and the downstream side of the exhaust passage 172 constituting the heat exchange unit is reduced, which is disadvantageous for improving the heat exchange efficiency.

そこで、本実施例では、排ガス誘導部材130の上面のうち排ガスの温度が最も低くなる排気通路172の下流側の部位(即ち、幅方向の中央部分)に凹部132aを形成することにより、排気通路172内で排ガスの本流部分が通過する部分(凹部132aが形成された部位以外の通路高さ位置であり、図15ではプレートフィン175が位置する高さ位置)と排ガス誘導部材130の凹部132aの底面との間の距離を大きくしている。これにより、排気通路172の下流側の部位において、排ガスと排ガス誘導部材130との間で熱交換が起き難くなり、凸状段部131aから凹部132aへの熱伝導が抑制される。即ち、凹部132aが熱伝導により一旦昇温した後は、凹部132a付近で排ガスとの熱交換が起き難いため、凹部132aの温度は低下し難くなる。これにより、本実施例では、熱交換部でのより高い熱交換効率を達成することができる。   Therefore, in the present embodiment, the exhaust passage is formed by forming the recess 132a in the downstream portion of the exhaust passage 172 (that is, the central portion in the width direction) where the exhaust gas temperature is the lowest on the upper surface of the exhaust gas guiding member 130. A portion where the main flow portion of the exhaust gas passes in 172 (a passage height position other than a portion where the concave portion 132a is formed, the height position where the plate fin 175 is located in FIG. 15) and the concave portion 132a of the exhaust gas guiding member 130. The distance from the bottom is increased. As a result, heat exchange between the exhaust gas and the exhaust gas guiding member 130 hardly occurs in the downstream portion of the exhaust passage 172, and heat conduction from the convex step portion 131a to the concave portion 132a is suppressed. That is, once the temperature of the concave portion 132a is increased by heat conduction, heat exchange with the exhaust gas hardly occurs in the vicinity of the concave portion 132a, so that the temperature of the concave portion 132a is hardly lowered. Thereby, in a present Example, the higher heat exchange efficiency in a heat exchange part can be achieved.

また、混合ガス供給管112は、排ガス排出口111からモジュール容器8内を通って、改質器120へ配管されている。このため、混合ガス供給管112内の混合ガスをモジュール容器8内で予熱することができるが、この予熱により排ガスの熱が奪われるため、熱交換効率の向上にとって不利となる。そこで、本実施例では、排ガスの温度が最も低くなっている排気通路172の下流側にある排ガス誘導部材130の凹部132a内に混合ガス供給管112を配置することにより、熱交換部での熱交換前の高温の排ガスではなく、熱交換後の低温の排ガスによって混合ガス供給管112を昇温させるように構成されている。これにより、排ガスの熱が混合ガス供給管112によって過剰に奪われることが抑制され、混合ガスを予熱する効率(熱交換効率)を低減することができる。   The mixed gas supply pipe 112 is connected to the reformer 120 from the exhaust gas outlet 111 through the module container 8. For this reason, the mixed gas in the mixed gas supply pipe 112 can be preheated in the module container 8, but the heat of the exhaust gas is taken away by this preheating, which is disadvantageous for improving the heat exchange efficiency. Therefore, in this embodiment, the mixed gas supply pipe 112 is disposed in the recess 132a of the exhaust gas guiding member 130 on the downstream side of the exhaust passage 172 where the temperature of the exhaust gas is the lowest, so that the heat in the heat exchange unit is The temperature of the mixed gas supply pipe 112 is raised not by the high-temperature exhaust gas before the exchange but by the low-temperature exhaust gas after the heat exchange. Thereby, it is suppressed that the heat | fever of exhaust gas is taken away excessively by the mixed gas supply pipe | tube 112, and the efficiency (heat exchange efficiency) which preheats mixed gas can be reduced.

1 固体酸化物型燃料電池装置
2 燃料電池モジュール
7,7a 断熱材
8 モジュール容器
8a 天板
8b 側板
8d,8e 蓋体
8f 吹出口(第1反応ガス噴出孔)
9 筐体
10 発電室
16 燃料電池セルユニット
18 燃焼室(燃焼部)
63 燃料供給配管
64 燃料ガス供給管(燃料ガス供給通路)
74 発電用空気導入管
82 排ガス排出管
111 排ガス排出口
112 混合ガス供給管
120 改質器
120b 貫通孔(開口部)
121 上側ケース
122 下側ケース
121a,122a 連結凹部
130 排ガス誘導部材
131 下部誘導板
131a 凸状段部
132 上部誘導板
132a 凹部
133,134 連結板
135 ガス溜
140 蒸発器
160 空気通路カバー
160a 天板
160b 側板
161a,161b 空気通路
162,163 プレートフィン
164 流路方向調整部
171 排気管
172a 排ガス導入口
172,173,174 排気通路
175 プレートフィン
1000 固体酸化物形燃料電池装置
1002 燃料電池モジュール
1004 マニホールド
1006 第2反応ガス供給管
1008 発電室
1010 支持板
1011 セルスタック
1012 燃料電池セル
1013 モジュール容器
1014 筐体
1016 第一開放面
1018 第二開放面
1020 蓋体
1022 第1反応ガス通路カバー
1024 改質器
1026 第1反応ガス噴出孔
1028 第1反応ガス導入管
1030 燃焼室
1032 排ガス排出口
1034 第1反応ガス流路
1036 集束型噴出孔
1038 発散型噴出孔
1040 第1間隔
1042 第2間隔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid oxide fuel cell apparatus 2 Fuel cell module 7, 7a Heat insulating material 8 Module container 8a Top plate 8b Side plate 8d, 8e Cover body 8f Outlet (1st reaction gas ejection hole)
9 Housing 10 Power generation chamber 16 Fuel cell unit 18 Combustion chamber (combustion section)
63 Fuel supply pipe 64 Fuel gas supply pipe (fuel gas supply passage)
74 Air introduction pipe for power generation 82 Exhaust gas discharge pipe 111 Exhaust gas discharge port 112 Mixed gas supply pipe 120 Reformer 120b Through hole (opening)
121 Upper case 122 Lower case 121a, 122a Connecting recess 130 Exhaust gas guiding member 131 Lower guiding plate 131a Convex stepped portion 132 Upper guiding plate 132a Recessing 133, 134 Connecting plate 135 Gas reservoir 140 Evaporator 160 Air passage cover 160a Top plate 160b Side plates 161a, 161b Air passages 162, 163 Plate fins 164 Flow direction adjustment portion 171 Exhaust pipe 172a Exhaust gas inlets 172, 173, 174 Exhaust passages 175 Plate fins 1000 Solid oxide fuel cell device 1002 Fuel cell module
1004 Manifold 1006 Second reaction gas supply pipe 1008 Power generation chamber 1010 Support plate 1011 Cell stack 1012 Fuel cell 1013 Module container 1014 Case 1016 First open surface 1018 Second open surface 1020 Lid 1022 First reaction gas passage cover 1024 Gasifier 1026 First reactive gas ejection hole 1028 First reactive gas introduction pipe 1030 Combustion chamber 1032 Exhaust gas outlet 1034 First reactive gas flow path 1036 Focusing type ejection hole 1038 Diverging type ejection hole 1040 First interval 1042 Second interval

Claims (9)

外表面に供給される第1反応ガスと、内部流路に供給される第2反応ガスとの反応により発電する固体酸化物形燃料電池セルを複数配置したセルスタックと、
前記セルスタックを内包する容器と、
前記容器の内部又は外部に取り付けられ、前記燃料電池セルの外表面に前記第1反応ガスを供給するための第1反応ガス流路と、
前記第1反応ガス流路に設けられ、前記燃料電池セルの外表面に前記第1反応ガスを噴出させる複数の第1反応ガス噴出孔と、を備え、
複数の前記第1反応ガス噴出孔は、前記第1反応ガスが前記容器内の所定箇所に集束するように噴出させる集束型噴出孔と、前記第1反応ガスが前記容器の内部に発散する発散型噴出孔とを有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
A cell stack in which a plurality of solid oxide fuel cells that generate electric power by reaction between the first reaction gas supplied to the outer surface and the second reaction gas supplied to the internal flow path are disposed;
A container containing the cell stack;
A first reaction gas flow path, which is attached to the inside or outside of the container and for supplying the first reaction gas to the outer surface of the fuel cell;
A plurality of first reaction gas ejection holes provided in the first reaction gas flow path for ejecting the first reaction gas to the outer surface of the fuel cell,
The plurality of first reaction gas ejection holes include a convergence type ejection hole that ejects the first reaction gas so as to converge at a predetermined position in the container, and a divergence in which the first reaction gas diverges inside the container. A solid oxide fuel cell device, characterized by having a mold ejection hole.
前記第1反応ガス噴出孔は、前記第1反応ガス流路を構成する壁面に設けられた開口であり、
前記集束型噴出孔は、前記第1反応ガス噴出孔の流入側の開口径に対して流出側の開口径が小さくなるように構成され、
前記発散型噴出孔は、前記第1反応ガス噴出孔の流入側の開口径に対して流出側の開口径が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
The first reactive gas ejection hole is an opening provided on a wall surface constituting the first reactive gas flow path,
The converging-type ejection hole is configured such that the opening diameter on the outflow side is smaller than the opening diameter on the inflow side of the first reactive gas ejection hole,
2. The solid oxidation according to claim 1, wherein the divergent ejection hole is configured such that an opening diameter on an outflow side is larger than an opening diameter on an inflow side of the first reactive gas ejection hole. Physical fuel cell system.
複数の前記第1反応ガス噴出孔は、前記セルスタックの配置方向に沿って水平方向に直線状に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池装置。   3. The solid oxide fuel cell device according to claim 2, wherein the plurality of first reaction gas ejection holes are linearly arranged in a horizontal direction along an arrangement direction of the cell stack. 前記第1反応ガス噴出孔は、並設された前記燃料電池セルの間に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池装置。   4. The solid oxide fuel cell device according to claim 3, wherein the first reactive gas ejection hole is provided between the fuel cells arranged side by side. 5. 前記第1反応ガス流路は、前記セルスタックを挟んで対向する前記容器の壁面に設けられており、一方側と、対向する他方側との前記第1反応ガス噴出孔が前記集束型噴出孔または前記発散型噴出孔で対応する様に構成されていることを特徴とする請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池装置。   The first reaction gas channel is provided on the wall surface of the container facing the cell stack, and the first reaction gas ejection holes on one side and the other side opposed to each other are the focusing type ejection holes. The solid oxide fuel cell device according to claim 4, wherein the divergent jet holes correspond to each other. 前記セルスタックは、複数の前記燃料電池セルが所定の第1間隔と、前記第1間隔よりも大きな第2間隔をおいて配列されて構成され、前記第2間隔が設けられた位置に前記集束型噴出孔が配置されていることを特徴とする請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池。   The cell stack includes a plurality of the fuel cells arranged at a predetermined first interval and a second interval larger than the first interval, and the focusing is performed at a position where the second interval is provided. 6. The solid oxide fuel cell according to claim 5, wherein a mold ejection hole is disposed. 前記第1反応ガス噴出孔において、前記集束型噴出孔は前記発散型噴出孔と隣り合うように構成されていることを特徴とする請求項6に記載の固体酸化物形燃料電池装置。   7. The solid oxide fuel cell device according to claim 6, wherein in the first reactive gas ejection hole, the focusing type ejection hole is configured to be adjacent to the diverging type ejection hole. 前記集束型噴出孔は、周縁が前記セルスタック方向に張り出していることを特徴とする請求項7に記載の固体酸化物形燃料電池装置。   The solid oxide fuel cell device according to claim 7, wherein a peripheral edge of the converging-type ejection hole projects in the cell stack direction. 前記第1反応ガス流路の下流に設けられた前記第1反応ガス噴出孔の開口は、前記第1反応ガスの進行方向に直交するように設けられており、第1反応ガス流路を構成する下流端の壁面は第1反応ガスの進行方向に対して傾斜して設けられていることを特徴とする請求項4乃至請求項8に記載の固体酸化物形燃料電池装置。   The opening of the first reactive gas ejection hole provided downstream of the first reactive gas channel is provided so as to be orthogonal to the traveling direction of the first reactive gas, and constitutes the first reactive gas channel. 9. The solid oxide fuel cell device according to claim 4, wherein a wall surface of the downstream end is provided to be inclined with respect to a traveling direction of the first reaction gas.
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