JP6616718B2 - Fuel cell hot module - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池ホットモジュールに関し、さらに詳しくは、空気熱交換器で空気を予熱したうえで、外部マニホールドを介して燃料電池に供給する燃料電池ホットモジュールに関する。   The present invention relates to a fuel cell hot module, and more particularly to a fuel cell hot module that preheats air with an air heat exchanger and supplies the air to a fuel cell via an external manifold.

図4に示すように、燃料電池を複数積層したセルスタック110のカソード部に空気を供給するのに、外部マニホールド150,155が用いられる場合がある。外部マニホールド構造を用いる場合には、内部マニホールド構造を用いる場合に比べてカソード圧損が小さく、補機損失を低減することができる。   As shown in FIG. 4, external manifolds 150 and 155 may be used to supply air to the cathode portion of the cell stack 110 in which a plurality of fuel cells are stacked. When an external manifold structure is used, the cathode pressure loss is smaller than when an internal manifold structure is used, and auxiliary machine loss can be reduced.

また、外部マニホールド150を介してセルスタック110に供給する空気Aは、発電に必要な温度に近づけておくために、予熱されることが多い。この空気Aの予熱は、空気熱交換器140によって行われる。セルスタック110のアノード部から排出される燃料ガスFを燃焼器130で燃焼させて、高温の燃焼ガスCとして空気熱交換器140に導入し、空気Aとの間で熱交換を行うことで、空気Aを予熱する。燃料電池システムにおいて、セルスタック110、外部マニホールド150,155、燃焼器130、空気熱交換器140、そして燃料改質器120等、発電時に高温になる機器は、共通のケースに収容され、ホットモジュール100を構成する。   Also, the air A supplied to the cell stack 110 via the external manifold 150 is often preheated in order to keep it close to the temperature necessary for power generation. This preheating of the air A is performed by the air heat exchanger 140. By burning the fuel gas F discharged from the anode part of the cell stack 110 in the combustor 130, introducing it into the air heat exchanger 140 as a high-temperature combustion gas C, and exchanging heat with the air A, Preheat air A. In the fuel cell system, devices that become hot during power generation, such as the cell stack 110, the external manifolds 150 and 155, the combustor 130, the air heat exchanger 140, and the fuel reformer 120, are housed in a common case and are used as hot modules. 100 is configured.

従来一般の燃料電池システムにおいて、空気熱交換器140は、ホットモジュール100内で、セルスタック110等、他の機器とは独立した装置として据え置かれる。例えば、特許文献1の各図に、カソード空気熱交換器(44)が、他の装置と独立して設けられる構成が開示されている。   In the conventional general fuel cell system, the air heat exchanger 140 is installed in the hot module 100 as a device independent of other devices such as the cell stack 110. For example, each figure of patent document 1 discloses a configuration in which the cathode air heat exchanger (44) is provided independently of other devices.

国際公開第2014/167764号International Publication No. 2014/167674

上記のように、セルスタック110のカソード部への空気Aの供給を外部マニホールド150,155によって行う場合に、補機損失の低減によって燃料電池システムの運転効率の向上を図ることができるが、外部マニホールド150,155を設けることで、セルスタック110および外部マニホールド150,155を含むモジュールが大きな体積を占めることになる。また、外部マニホールド150に供給する空気を予熱する空気熱交換器140を、ホットモジュール100内の他の機器と独立して設ける場合に、ホットモジュール100全体が大型化してしまう。ホットモジュール100の大型化は、ホットモジュール100の運転効率の低下やコスト増にもつながる。   As described above, when the supply of air A to the cathode portion of the cell stack 110 is performed by the external manifolds 150 and 155, the operation efficiency of the fuel cell system can be improved by reducing the auxiliary machine loss. By providing the manifolds 150 and 155, the module including the cell stack 110 and the external manifolds 150 and 155 occupies a large volume. Further, when the air heat exchanger 140 that preheats the air supplied to the external manifold 150 is provided independently of other devices in the hot module 100, the entire hot module 100 is increased in size. Increasing the size of the hot module 100 leads to a decrease in operating efficiency and an increase in cost of the hot module 100.

本発明が解決しようとする課題は、空気熱交換器によって予熱した空気を、外部マニホールドを介してセルスタックに供給する形式の燃料電池ホットモジュールにおいて、従来よりも全体を小型化することができる燃料電池ホットモジュールを提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is a fuel cell hot module of a type in which air preheated by an air heat exchanger is supplied to a cell stack via an external manifold. The object is to provide a battery hot module.

上記課題を解決するために、本発明にかかる燃料電池ホットモジュールは、アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される空気を用いて発電を行う燃料電池を複数積層したセルスタックと、前記セルスタックの前記アノードから排出される燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器において前記燃料ガスが燃焼されて生成した燃焼ガスを流通させる燃焼ガス流路と、空気熱交換器と、を有し、前記空気熱交換器は、前記カソードに空気を供給するマニホールド部と、前記マニホールド部に空気を供給する空気流路を備えるとともに、前記燃焼ガス流路を引き込まれ、前記空気流路を流れる空気と前記燃焼ガス流路を流れる前記燃焼ガスとの間で熱交換を行う熱交換部と、を一体に有し、前記セルスタックに接触して配置されているものである。   In order to solve the above problems, a fuel cell hot module according to the present invention includes a cell stack in which a plurality of fuel cells that generate power using fuel gas supplied to an anode and air supplied to a cathode are stacked, and the cell A combustor that combusts the fuel gas discharged from the anode of the stack, a combustion gas passage that distributes the combustion gas generated by burning the fuel gas in the combustor, and an air heat exchanger. The air heat exchanger includes a manifold section that supplies air to the cathode, and an air flow path that supplies air to the manifold section, and the air that is drawn into the combustion gas flow path and flows through the air flow path And a heat exchanging part for exchanging heat between the combustion gas flowing in the combustion gas flow path and disposed in contact with the cell stack Than it is.

ここで、前記空気熱交換器は、前記マニホールド部が設けられた部位において、前記セルスタックに接触しているとよい。   Here, the air heat exchanger may be in contact with the cell stack at a portion where the manifold portion is provided.

また、前記熱交換部において、前記空気流路を流れる空気は、前記マニホールド部に向かって下流側へと流れるほど、前記燃焼ガス流路の上流側を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を受けるものであるとよい。   In the heat exchanging portion, the air flowing through the air flow path undergoes heat exchange with the combustion gas flowing upstream of the combustion gas flow path as the air flows downstream toward the manifold portion. It should be a thing.

この場合に、前記熱交換部において、前記燃焼ガス流路は、前記空気流路と交差する流路である交差路を複数有し、前記複数の交差路は、前記マニホールド部に近い位置から遠い位置まで並んで配置されており、前記燃焼ガスは、前記マニホールドに近い交差路から、前記マニホールドから遠い交差路へと順に流れながら、前記空気流路を流れる空気との間で熱交換を行うものであるとよい。   In this case, in the heat exchange part, the combustion gas flow path has a plurality of crossing paths that are crossing the air flow path, and the plurality of crossing paths are far from positions close to the manifold part. Are arranged side by side, and the combustion gas exchanges heat with the air flowing through the air flow path while sequentially flowing from the intersection near the manifold to the intersection far from the manifold. It is good to be.

また、前記熱交換部において、前記空気流路と前記燃焼ガス流路は、直交流型のプレートフィン構造をとっているとよい。   In the heat exchanging section, the air flow path and the combustion gas flow path may have a cross-flow type plate fin structure.

上記発明にかかる燃料電池ホットモジュールにおいては、セルスタックを構成する燃料電池のカソードに空気を供給するマニホールド部(空気マニホールド)と、マニホールド部に供給する空気を加熱する熱交換部とが、一体として構成された空気熱交換器を有している。さらに、その空気熱交換器が、セルスタックと分離して据え置かれるのではなく、セルスタックに接触して配置されている。これらの効果により、空気マニホールドを独立した部材として構成し、空気熱交換器をセルスタックから独立して据え置いていた従来一般の燃料電池ホットモジュールに比べて、ホットモジュール全体を小型化することが可能となる。   In the fuel cell hot module according to the above invention, the manifold part (air manifold) for supplying air to the cathode of the fuel cell constituting the cell stack and the heat exchange part for heating the air supplied to the manifold part are integrated. It has a configured air heat exchanger. Furthermore, the air heat exchanger is not placed separately from the cell stack but is placed in contact with the cell stack. These effects make it possible to reduce the size of the entire hot module compared to a conventional fuel cell hot module, in which the air manifold is configured as an independent member and the air heat exchanger is installed independently from the cell stack. It becomes.

加えて、空気熱交換器がセルスタックに接触して配置されることで、セルスタックからの輻射および熱伝導を、燃焼ガスとの熱交換に加えて、空気熱交換器での空気の加熱に利用することができる。ホットモジュールの小型化の効果と、セルスタックからの熱の利用の効果により、ホットモジュールにおける熱効率が高められる。その結果、ホットモジュールの運転効率の向上を図ることができる。   In addition, the air heat exchanger is placed in contact with the cell stack, so that radiation and heat conduction from the cell stack can be used to heat air in the air heat exchanger in addition to heat exchange with the combustion gas. Can be used. The thermal efficiency of the hot module is increased by the effect of downsizing the hot module and the effect of using the heat from the cell stack. As a result, the operation efficiency of the hot module can be improved.

ここで、空気熱交換器が、マニホールド部が設けられた部位において、セルスタックに接触している場合には、熱交換部において、燃焼ガスとの熱交換によって既にある程度高温まで加熱された状態でマニホールド部に到達した空気を、マニホールド部において、セルスタックからの輻射および熱伝導によって加熱することになる。これにより、セルスタックからの熱を、空気の加熱に効率的に利用することができる。   Here, when the air heat exchanger is in contact with the cell stack at the portion where the manifold portion is provided, the air heat exchanger is already heated to a certain high temperature by heat exchange with the combustion gas in the heat exchange portion. The air reaching the manifold part is heated in the manifold part by radiation and heat conduction from the cell stack. Thereby, the heat from the cell stack can be efficiently used for heating the air.

また、熱交換部において、空気流路を流れる空気が、マニホールド部に向かって下流側へと流れるほど、燃焼ガス流路の上流側を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を受けるものである場合には、空気流路の上流側で、既にある程度の高温まで加熱された状態で下流側に達した空気を、燃焼ガス流路の上流側を流れる高温の燃焼ガスで加熱することになる。よって、空気流路の下流側のまだ高温になっていない空気を燃焼ガス流路の上流側を流れる高温の燃焼ガスで加熱する場合と比較して、燃焼ガスの熱を、空気の加熱に効率的に利用することができる。   Further, in the heat exchange section, when the air flowing through the air flow path flows downstream toward the manifold section, the heat exchange section receives heat exchange with the combustion gas flowing upstream of the combustion gas flow path. In this case, the air that has already been heated to a certain high temperature on the upstream side of the air flow path and heated to the downstream side is heated with the high-temperature combustion gas flowing on the upstream side of the combustion gas flow path. Therefore, the heat of the combustion gas is more efficient for heating the air than when the high-temperature combustion gas flowing on the upstream side of the combustion gas flow path is used to heat the air that has not yet reached the high temperature downstream of the air flow path. Can be used.

この場合に、熱交換部において、燃焼ガス流路が、空気流路と交差する流路である交差路を複数有し、複数の交差路は、マニホールド部に近い位置から遠い位置まで並んで配置されており、燃焼ガスが、マニホールドに近い交差路から、マニホールドから遠い交差路へと順に流れながら、空気流路を流れる空気との間で熱交換を行うものである構成によれば、簡素な構成により、空気流路の下流側を流れる空気を、燃焼ガス流路の上流側を流れる高温の燃焼ガスで加熱するように、燃焼ガス流路を構築することができる。   In this case, in the heat exchange section, the combustion gas flow path has a plurality of cross roads that cross the air flow path, and the plurality of cross roads are arranged side by side from a position close to the manifold section. According to the configuration, the combustion gas exchanges heat with the air flowing through the air flow path while sequentially flowing from the intersection near the manifold to the intersection far from the manifold. According to the configuration, the combustion gas flow path can be constructed so that the air flowing downstream of the air flow path is heated by the high-temperature combustion gas flowing upstream of the combustion gas flow path.

また、熱交換部において、空気流路と燃焼ガス流路が、直交流型のプレートフィン構造をとっている場合には、簡素な構成により、空気流路を流れる空気と燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスとの間の効率的な熱交換を実現することができる。   Further, in the heat exchange section, when the air flow path and the combustion gas flow path have a cross-flow type plate fin structure, the air flowing through the air flow path and the combustion gas flow path flow with a simple configuration. An efficient heat exchange with the combustion gas can be realized.

本発明の一実施形態にかかる燃料電池ホットモジュールの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the fuel cell hot module concerning one Embodiment of this invention. 空気熱交換器を示す図であり、(a)は外観斜視図、(b),(c)はそれぞれ、(a)中のA−A断面図およびB−B断面図である。It is a figure which shows an air heat exchanger, (a) is an external appearance perspective view, (b), (c) is AA sectional drawing and BB sectional drawing in (a), respectively. 上記空気熱交換器における熱源流路の構成を示す図であり、(a)は斜視図、(b),(c)はそれぞれ、(a)中のC−C断面図およびD−D断面図である。It is a figure which shows the structure of the heat-source flow path in the said air heat exchanger, (a) is a perspective view, (b), (c) is CC sectional drawing and DD sectional drawing in (a), respectively. It is. 従来一般の燃料電池ホットモジュールの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the conventional general fuel cell hot module.

以下に、本発明の一実施形態にかかる燃料電池ホットモジュールについて、図面を参照しながら説明する。   A fuel cell hot module according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[燃料電池ホットモジュールの構成]
図1に、本発明の一実施形態にかかる燃料電池ホットモジュール(以下、単に「ホットモジュール」と称する場合がある)1の概略を示す。
[Configuration of fuel cell hot module]
FIG. 1 shows an outline of a fuel cell hot module (hereinafter sometimes simply referred to as “hot module”) 1 according to an embodiment of the present invention.

ホットモジュール1は、セルスタック10と、改質器20と、燃焼器30と、空気熱交換器40と、出口マニホールド50と、を有している。これら各機器10〜50は、共通のケース(不図示)に収容され、ホットモジュール1として、燃料電池システムの中で区画されている。   The hot module 1 includes a cell stack 10, a reformer 20, a combustor 30, an air heat exchanger 40, and an outlet manifold 50. These devices 10 to 50 are accommodated in a common case (not shown), and are partitioned as a hot module 1 in the fuel cell system.

セルスタック10は、複数の燃料電池単セルが積層されてなっている。燃料電池単セルは、固体酸化物よりなる電解質にアノード(燃料極)およびカソード(空気極)を接合した固体酸化物形燃料電池(SOFC)として構成されている。この燃料電池単セルを、セパレータ等を介して複数積層することで、セルスタック10が構成されている。   The cell stack 10 is formed by stacking a plurality of fuel cell single cells. A single fuel cell is configured as a solid oxide fuel cell (SOFC) in which an anode (fuel electrode) and a cathode (air electrode) are joined to an electrolyte made of a solid oxide. A cell stack 10 is configured by stacking a plurality of the fuel cell single cells via a separator or the like.

セルスタック10を構成する各燃料電池単セルのアノードには、内部マニホールド方式により、燃料ガスFが供給される。一方、各燃料電池単セルのカソードには、外部マニホールド方式により、空気Aが供給される。つまり、後に詳しく説明する空気熱交換器40に含まれるマニホールド部41から、各燃料電池単セルのカソードに空気Aが供給され、余剰の空気Aが出口マニホールド50に回収される。セルスタック10内において、燃料ガスFが流れる燃料流路Lf、そして、空気熱交換器40のマニホールド部48と出口マニホールド50とを結び、空気Aが流れる空気流路Laは、燃料電池単セルの面に平行、つまり燃料電池単セルの積層方向に垂直に配置されている。   A fuel gas F is supplied to the anode of each fuel cell single cell constituting the cell stack 10 by an internal manifold system. On the other hand, air A is supplied to the cathode of each fuel cell single cell by an external manifold system. That is, air A is supplied to the cathode of each fuel cell single cell from the manifold portion 41 included in the air heat exchanger 40 described in detail later, and excess air A is recovered in the outlet manifold 50. In the cell stack 10, the fuel flow path Lf through which the fuel gas F flows, and the manifold section 48 of the air heat exchanger 40 and the outlet manifold 50 are connected, and the air flow path La through which the air A flows is a fuel cell single cell. It is arranged parallel to the surface, that is, perpendicular to the stacking direction of the fuel cell single cells.

以降、本明細書および各図において、燃料電池単セルの積層方向をz方向とする。また、セルスタック10内で燃料流路Lfおよび空気流路Laが走っている方向、つまり空気熱交換器40のマニホールド部48と出口マニホールド50を結ぶ方向を、x方向とする。ここで、出口マニホールド50側を+x側、マニホールド部48側を−x側とする。そして、x方向およびz方向と直交する方向をy方向とする。また、各図中では、燃料流路Lfを細線、空気流路Laを斜線、次に説明する燃焼ガスCが流れる燃焼ガス流路Lcを太線で表示している。   Hereinafter, in this specification and each drawing, the stacking direction of the fuel cell single cells is defined as the z direction. The direction in which the fuel flow path Lf and the air flow path La run in the cell stack 10, that is, the direction connecting the manifold portion 48 of the air heat exchanger 40 and the outlet manifold 50 is defined as the x direction. Here, the outlet manifold 50 side is the + x side, and the manifold portion 48 side is the -x side. A direction orthogonal to the x direction and the z direction is taken as a y direction. In each figure, the fuel flow path Lf is indicated by a thin line, the air flow path La is indicated by a diagonal line, and a combustion gas flow path Lc through which a combustion gas C to be described next flows is indicated by a bold line.

改質器20としては、燃料電池ホットモジュールに設けられる燃料改質器として公知のものを用いることができる。改質器20は、炭化水素ガスから水素ガスを生成する改質触媒を備えており、都市ガスやLPガス等の原料ガスを、水素を含んだ燃料ガスFへと改質する。改質器20に導入される原料ガスは、燃焼器30において予熱される。   As the reformer 20, a known fuel reformer provided in the fuel cell hot module can be used. The reformer 20 includes a reforming catalyst that generates hydrogen gas from hydrocarbon gas, and reforms a source gas such as city gas or LP gas into a fuel gas F containing hydrogen. The raw material gas introduced into the reformer 20 is preheated in the combustor 30.

改質器20は、一方向(+z方向)において、セルスタック10および空気熱交換器40に接触しており、他方向(−z方向)において、燃焼器30に接触している。改質器20は、燃焼器30に接触していることで、燃焼器30において発生した熱を、輻射および熱伝導によって伝達され、改質触媒による反応に利用することができる。   The reformer 20 is in contact with the cell stack 10 and the air heat exchanger 40 in one direction (+ z direction), and is in contact with the combustor 30 in the other direction (−z direction). Since the reformer 20 is in contact with the combustor 30, the heat generated in the combustor 30 is transmitted by radiation and heat conduction, and can be used for the reaction by the reforming catalyst.

燃焼器30は、セルスタック10において発電に用いられなかった余剰の燃料ガスFを燃焼させるものである。具体的には、セルスタック10内を通った燃料流路Lfと、出口マニホールド50から延長された空気流路Laとが、燃焼器30内で合流されている。そして、燃料流路Lfを流れてきた余剰の燃料ガスFと、空気流路Laを流れてきた余剰の空気Aとの間で、燃焼が行われる。燃焼器30内で合流した燃料流路Lfと空気流路Laは、燃焼ガス流路Lcとなり、燃焼によって生成された燃焼ガスCが、燃焼ガス流路Lcを流れる。燃焼ガスCは、二酸化炭素、水蒸気、空気等の混合ガスよりなっており、燃焼により、非常に高温になっている。なお、図中では、燃焼器30内の燃料流路Lfおよび空気流路Laと、燃焼ガス流路Lcとを、区画して示しているが、これは便宜上の表示であり、実際には、燃料流路Lfと燃焼ガス流路Lcは明確に区別されるものではなく、一体に連続しており、燃焼ガス流路Lcの上流側から下流側に向かって、徐々に燃焼ガスCの濃度が高くなる。   The combustor 30 burns surplus fuel gas F that has not been used for power generation in the cell stack 10. Specifically, the fuel flow path Lf passing through the cell stack 10 and the air flow path La extended from the outlet manifold 50 are merged in the combustor 30. Combustion is performed between the surplus fuel gas F flowing through the fuel flow path Lf and the surplus air A flowing through the air flow path La. The fuel flow path Lf and the air flow path La joined together in the combustor 30 become a combustion gas flow path Lc, and the combustion gas C generated by combustion flows through the combustion gas flow path Lc. The combustion gas C consists of mixed gas, such as a carbon dioxide, water vapor | steam, and air, and becomes very high temperature by combustion. In the drawing, the fuel flow path Lf and the air flow path La in the combustor 30 and the combustion gas flow path Lc are shown as being divided, but this is a display for convenience, and actually, The fuel flow path Lf and the combustion gas flow path Lc are not clearly distinguished from each other, and are integrally continuous, and the concentration of the combustion gas C gradually increases from the upstream side to the downstream side of the combustion gas flow path Lc. Get higher.

空気熱交換器40は、改質器20と、セルスタック10とに接触して設けられている。空気熱交換器40の構成については、次に説明するが、ホットモジュール1の外部から空気流路Laに取り込んだ空気Aを、燃焼器30から引き込まれた燃焼ガス流路Lcを流れる燃焼ガスCとの熱交換によって加熱した状態で、セルスタック10を構成する各燃料電池単セルのカソードに供給するものである。   The air heat exchanger 40 is provided in contact with the reformer 20 and the cell stack 10. The structure of the air heat exchanger 40 will be described next. The combustion gas C flowing through the combustion gas flow path Lc drawn from the combustor 30 from the air A taken into the air flow path La from the outside of the hot module 1. The fuel cell is supplied to the cathode of each fuel cell single cell constituting the cell stack 10 while being heated by heat exchange.

[空気熱交換器の構成]
空気熱交換器40は、マニホールド部48と、熱交換部41とを、一体に有している。熱交換部41で予熱された空気Aが、マニホールド部48を介して、セルスタック10を構成する各燃料電池単セルのカソードに供給される。
[Configuration of air heat exchanger]
The air heat exchanger 40 integrally includes a manifold portion 48 and a heat exchange portion 41. The air A preheated by the heat exchange unit 41 is supplied to the cathode of each fuel cell single cell constituting the cell stack 10 through the manifold unit 48.

マニホールド部48は、熱交換部41内の空気流路La(被加熱流路42)に連通されている以外は、公知の空気供給用の外部マニホールドと同様の構成を有している。つまり、空気Aを流通可能な空間を有し、その空間が、各燃料電池単セルのカソードとセパレータの間の空間として構成されたセルスタック10内の空気流路Laに連通されている。これにより、マニホールド部48から各燃料電池単セルのカソードに空気Aが供給される。   The manifold portion 48 has the same configuration as a known external manifold for air supply, except that the manifold portion 48 communicates with the air flow path La (heated flow path 42) in the heat exchange section 41. That is, it has a space through which air A can flow, and the space communicates with an air flow path La in the cell stack 10 configured as a space between the cathode and separator of each fuel cell single cell. Thereby, air A is supplied from the manifold part 48 to the cathode of each fuel cell single cell.

マニホールド部48のセルスタック10側に面した壁面は、空気熱交換器40全体の外壁面となっている。そして、空気熱交換器40は、その外壁面において、セルスタック10の端面と密着している。   A wall surface facing the cell stack 10 side of the manifold portion 48 is an outer wall surface of the entire air heat exchanger 40. And the air heat exchanger 40 is closely_contact | adhered with the end surface of the cell stack 10 in the outer wall surface.

熱交換部41内には、空気流路Laが設けられている。空気流路Laは、ホットモジュール1の外部の空間に連通する空気入口43と、空気入口43から分岐した多数の被加熱流路42とを有している。また、熱交換部41内には、燃焼器30を出た燃焼ガス流路Lcが引き込まれており、熱源流路44を構成している。被加熱流路42と熱源流路44は、相互に連通することなく接触して交差しており、交差部において、熱源流路44を流れる燃焼ガスCと、被加熱流路42を流れる空気Aとの間で、熱交換が起こる。熱源流路44を流れる燃焼ガスCは、燃焼器30において高温に加熱されており、被加熱流路42を流れる空気Aが、熱交換によって加熱されることになる。   An air flow path La is provided in the heat exchange unit 41. The air flow path La has an air inlet 43 that communicates with the space outside the hot module 1, and a number of heated flow paths 42 branched from the air inlet 43. In addition, the combustion gas flow path Lc exiting the combustor 30 is drawn into the heat exchanging portion 41 to form a heat source flow path 44. The heated channel 42 and the heat source channel 44 are in contact with each other without communicating with each other, and the combustion gas C flowing through the heat source channel 44 and the air A flowing through the heated channel 42 at the intersection. Heat exchange takes place between them. The combustion gas C flowing through the heat source channel 44 is heated to a high temperature in the combustor 30, and the air A flowing through the heated channel 42 is heated by heat exchange.

実際の空気熱交換器40においては、被加熱流路42と熱源流路44は、直交型のプレートフィン構造をとっている。しかし、各図においては、熱交換部41内における被加熱流路42および熱源流路44の配置パターンを分かりやすく示すために、それぞれ、等価な流体経路を有するパイプ状の配管として示している。配管の交差部において、熱交換が行われる。   In the actual air heat exchanger 40, the heated flow path 42 and the heat source flow path 44 have an orthogonal plate fin structure. However, in each figure, in order to show the arrangement pattern of the heated flow path 42 and the heat source flow path 44 in the heat exchanging section 41 in an easy-to-understand manner, each is shown as a pipe-like pipe having an equivalent fluid path. Heat exchange takes place at the intersection of the pipes.

図1および図2に示すように、被加熱流路42は、x方向に平行に走る空気流路Laとして構成されており、z方向およびy方向に多数が並べて配置されている。図2で示した例では、y方向に4列、z方向に10段の被加熱流路42が配置されている。それら全ての被加熱流路42が、基端側(−x側)で空気入口43に連通しており、先端側(+x側)で、マニホールド部48に連通している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the heated flow path 42 is configured as an air flow path La that runs parallel to the x direction, and a large number are arranged in the z direction and the y direction. In the example shown in FIG. 2, four rows of heated channels 42 are arranged in the y direction and ten stages in the z direction. All of the channels to be heated 42 communicate with the air inlet 43 on the base end side (−x side), and communicate with the manifold portion 48 on the distal end side (+ x side).

後に説明するように、熱源流路44は、熱交換部41内で、燃焼ガス流路Lcが3次元的に配置された構造を有しているが、図1では、熱源流路44を燃焼ガスCが流れる経路を、概念的に示している。つまり、燃焼器30から供給された高温の燃焼ガスCは、熱交換部41の最もマニホールド部48側の位置に設けられた燃焼ガス入口45から、熱交換部41に入る。そして、熱交換部41の中で、マニホールド部48に近い位置を上流とし、マニホールド部48から遠い空気入口43側の位置を下流として配置された熱源流路44を流れ、空気入口43側に設けられた燃焼ガス出口46から脱出する。図2(b)のA−A断面図で説明すると、燃焼ガスCは、熱源流路44を、c1列→c2列→c3列→c4列のように、マニホールド部48に近い側(+x側)から、マニホールド部48から遠い側(−x側)へと、順次流れる。   As will be described later, the heat source flow path 44 has a structure in which the combustion gas flow path Lc is three-dimensionally arranged in the heat exchanging portion 41. In FIG. The path | route through which the gas C flows is shown notionally. That is, the high-temperature combustion gas C supplied from the combustor 30 enters the heat exchange unit 41 from the combustion gas inlet 45 provided at the position closest to the manifold unit 48 of the heat exchange unit 41. Then, in the heat exchanging part 41, a position close to the manifold part 48 is set as the upstream, and the position on the air inlet 43 side far from the manifold part 48 flows through the heat source flow path 44, which is provided on the air inlet 43 side. The combustion gas exit 46 is escaped. Referring to the AA cross-sectional view of FIG. 2B, the combustion gas C causes the heat source flow path 44 to be closer to the manifold portion 48 (+ x side) as c1 row → c2 row → c3 row → c4 row. ) To the side farther from the manifold part 48 (−x side).

つまり、空気Aは、空気入口43側を上流、マニホールド部48側を下流として、被加熱流路42を流れるのに対し、燃焼ガスCは、マニホールド部48側を上流、空気入口43側を下流として熱源流路44を流れる。上記のように、被加熱流路42と熱源流路44は、それぞれ上流から下流へと向かう経路の途中の多数の箇所で相互に交差し、熱交換を行う。そのため、被加熱流路42の上流を流れる空気Aが、熱源流路44の下流を流れる燃焼ガスCとの間で熱交換を受け、被加熱流路42の下流を流れる空気Aが、熱源流路44の上流を流れる燃焼ガスCとの間で熱交換を受ける。換言すると、被加熱流路42を流れる空気Aが下流側へと流れるほど、熱源流路44の上流側を流れる燃焼ガスCとの間で熱交換を受ける。   In other words, air A flows through the heated flow path 42 with the air inlet 43 side upstream and the manifold portion 48 side downstream, whereas the combustion gas C is upstream on the manifold portion 48 side and downstream on the air inlet 43 side. As shown in FIG. As described above, the heated channel 42 and the heat source channel 44 intersect each other at a number of locations along the path from upstream to downstream, and perform heat exchange. Therefore, the air A flowing upstream of the heated channel 42 undergoes heat exchange with the combustion gas C flowing downstream of the heat source channel 44, and the air A flowing downstream of the heated channel 42 Heat exchange is performed with the combustion gas C flowing upstream of the passage 44. In other words, as the air A flowing through the heated channel 42 flows downstream, heat exchange is performed with the combustion gas C flowing upstream of the heat source channel 44.

図3に、空気熱交換器40の熱交換部41において燃焼ガスCが流れる熱源流路44の構成を3次元的に示す。熱源流路44は、第一連結路a1〜a4と、第二連結路b1〜b4と、交差路c1〜c4よりなっている。第一連結路a1〜a4は、熱交換部41の−y側の位置に設けられた、z方向に平行に走る流路である。x方向に沿って中央に配置された2本の経路a2,a3が、直列に連結されている。また、第二連結路b1〜b4は、熱交換部41の+y側の位置に設けられた、z方向に平行に走る流路である。x方向に沿って隣接する2本の経路であるb1,b2間、またb3,b4間が直列に連結されている。交差路c1〜c4はy方向に平行に走る複数の流路であり、x方向およびz方向に多数並べて配置されている。各交差路c1〜c4は、対応する第一連結路a1〜a4と第二連結路b1〜b4の間を連通している。交差路c1〜c4は、c1列,c2列,c3列,c4列の順に、+x方向(マニホールド部48に近い側)から、−x方向(マニホールド部48から遠い側)に、並んでおり、それぞれ、図2(b)で断面を示した熱源流路44の列c1〜c4に対応している。交差路c1〜c4のz方向の段数は、被加熱流路42の段数と一致しており(ここでは10段)、各段において、交差路c1〜c4が被加熱流路42と交差している。そして、交差路c1〜c4と被加熱流路42が交差する各交差部において、燃焼ガスCと空気Aの間の熱交換が行われる。   FIG. 3 three-dimensionally shows the configuration of the heat source flow path 44 through which the combustion gas C flows in the heat exchange section 41 of the air heat exchanger 40. The heat source flow path 44 includes first connection paths a1 to a4, second connection paths b1 to b4, and intersection paths c1 to c4. The first connection paths a <b> 1 to a <b> 4 are flow paths that are provided at positions on the −y side of the heat exchange unit 41 and run parallel to the z direction. Two paths a2 and a3 arranged in the center along the x direction are connected in series. The second connection paths b1 to b4 are flow paths that are provided at positions on the + y side of the heat exchange unit 41 and run in parallel to the z direction. Two paths that are adjacent along the x direction, b1 and b2, and b3 and b4 are connected in series. The intersections c1 to c4 are a plurality of flow paths that run parallel to the y direction, and are arranged side by side in the x direction and the z direction. Each crossing path c1 to c4 communicates between the corresponding first connection path a1 to a4 and the second connection path b1 to b4. The intersections c1 to c4 are arranged in the order of c1, c2, c3, and c4 from the + x direction (side closer to the manifold portion 48) to the −x direction (side far from the manifold portion 48). These correspond to the rows c1 to c4 of the heat source flow path 44 whose cross section is shown in FIG. The number of stages in the z direction of the intersections c1 to c4 is the same as the number of stages of the heated channel 42 (here, ten stages), and the intersections c1 to c4 intersect the heated channel 42 in each stage. Yes. Then, heat exchange between the combustion gas C and the air A is performed at each intersection where the intersections c1 to c4 and the heated channel 42 intersect.

上記のような熱源流路44において、燃焼ガス入口45から導入された燃焼ガスCは、次のような順で各部を流れて、燃焼ガス出口46から排出される。つまり、燃焼ガスCの経路は、a1→c1→b1→b2→c2→a2→a3→c3→b3→b4→c4→a4のようになっている。熱源流路44がこのような経路を有することにより、熱源流路44を流れる燃焼ガスCは、+x側(マニホールド部48に近い側)に設けられた交差路c1から、−x側(マニホールド部48から遠い側)に設けられた交差路c4へと順に流れながら、被加熱流路42を流れる空気Aとの間で熱交換を行うことになる。   In the heat source flow path 44 as described above, the combustion gas C introduced from the combustion gas inlet 45 flows through each part in the following order and is discharged from the combustion gas outlet 46. That is, the path of the combustion gas C is a1 → c1 → b1 → b2 → c2 → a2 → a3 → c3 → b3 → b4 → c4 → a4. Since the heat source flow path 44 has such a path, the combustion gas C flowing through the heat source flow path 44 flows from the cross path c1 provided on the + x side (side closer to the manifold section 48) to the −x side (manifold section). Heat exchange is performed with the air A flowing through the heated channel 42 while sequentially flowing to the intersection c4 provided on the side far from 48).

[ホットモジュールにおける熱の流れ]
上記のように、本実施形態にかかるホットモジュール1においては、燃焼器30での燃料ガスFの燃焼によって発生した高温の燃焼ガスCを、空気熱交換器40の熱交換部41に導入している。そして、ホットモジュール1の外部から取り込んだ低温の空気Aと、高温の燃焼ガスCの間で熱交換を起こさせることで、空気Aを予熱している。そして、予熱した空気Aを、マニホールド部48を介して、セルスタック10を構成する各燃料電池単セルのカソードに供給している。
[Heat flow in hot module]
As described above, in the hot module 1 according to the present embodiment, the high-temperature combustion gas C generated by the combustion of the fuel gas F in the combustor 30 is introduced into the heat exchange unit 41 of the air heat exchanger 40. Yes. The air A is preheated by causing heat exchange between the low temperature air A taken in from the outside of the hot module 1 and the high temperature combustion gas C. The preheated air A is supplied to the cathode of each fuel cell single cell constituting the cell stack 10 through the manifold portion 48.

ここで、熱交換部41において、被加熱流路42を流れる空気Aが、被加熱流路42を下流側へと流れるほど、熱源流路44の上流側を流れる燃焼ガスCとの間で熱交換を受けるように、被加熱流路42および熱源流路44を構築していることで、高効率で空気Aの予熱を行えるようになっている。つまり、熱源流路44を流れる燃焼ガスCは、燃焼器30を出た直後の上流側では非常に高温になっているが、下流に向かって流れる間に、空気Aとの熱交換および放熱によって低温になる。熱源流路44の上流側を流れる高温の燃焼ガスCを、被加熱流路42の上流側を流れるまだ加熱を受けていない低温の空気Aの加熱に用いるよりも、被加熱流路42の下流側を流れる、既に加熱を受けて、ある程度高温になった空気Aの加熱に用いる方が、熱交換部41全体として、空気Aの加熱を高効率で行うことができる。   Here, in the heat exchanging part 41, the air A flowing through the heated flow channel 42 flows into the heated flow channel 42 toward the downstream side, and heat is generated between the combustion gas C flowing upstream of the heat source flow channel 44. By constructing the heated channel 42 and the heat source channel 44 so as to be exchanged, the air A can be preheated with high efficiency. That is, the combustion gas C flowing through the heat source passage 44 is very hot on the upstream side immediately after leaving the combustor 30, but is exchanged with the air A and radiated while flowing downstream. It becomes low temperature. Rather than using the high-temperature combustion gas C flowing upstream of the heat source flow path 44 for heating the low-temperature air A flowing upstream of the heated flow path 42 and not yet heated, it is downstream of the heated flow path 42. Heating the air A can be performed with high efficiency as the heat exchanging part 41 as a whole by using it for heating the air A that has already been heated and is heated to a certain level.

ここで、熱源流路44として、図3に示すように、空気流路Laと交差する複数の交差路c1〜c4を、空気流路Laの下流側(+x側)から上流側(−x側)に向かって複数列並べて配置し、空気流路Laの下流側に配置された交差路から、上流側に配置された交差路へと順に(c1→c2→c3→c4)燃焼ガスCが流れる形態を採用することで、簡素な構成で、上記のように、被加熱流路42の下流側の空気Aを熱源流路44の上流側の燃焼ガスCによって加熱する形式の熱交換部41を構築することができる。このような熱源流路44および被加熱流路42は、直交流型のプレートフィン構造を利用して、実現することができる。   Here, as shown in FIG. 3, as the heat source flow path 44, a plurality of cross paths c1 to c4 intersecting with the air flow path La are changed from the downstream side (+ x side) to the upstream side (−x side) of the air flow path La. ) And arranged in a plurality of rows, the combustion gas C sequentially flows from the crossing road arranged on the downstream side of the air flow path La to the crossing road arranged on the upstream side (c1 → c2 → c3 → c4). By adopting the form, the heat exchanging portion 41 of the type that heats the air A downstream of the heated channel 42 by the combustion gas C upstream of the heat source channel 44 as described above with a simple configuration. Can be built. Such a heat source flow path 44 and a heated flow path 42 can be realized using a cross-flow type plate fin structure.

さらに、本実施形態にかかるホットモジュール1においては、マニホールド部48を有する空気熱交換器40がセルスタック10に接触している。このため、発電中に高温になるセルスタック10から、空気熱交換器40に熱が伝達され、空気熱交換器40内の空気Aの予熱にその熱を利用することができる。熱の伝達は、輻射と熱伝導によって進行する。特に、上記のように、マニホールド部48が設けられた部位において、空気熱交換器40がセルスタック10と接触していることで、既に熱交換部41において燃焼ガスCとの熱交換で加熱され、ある程度高温の状態でマニホールド部48に導入された空気Aを、セルスタック10からの熱によって加熱することになる。このため、まだ高温になっていない空気Aをセルスタック10からの熱によって加熱するよりも、セルスタック10からの熱を空気Aの予熱に効率的に利用することができる。とりわけ、上記のように、セルスタック10に面したマニホールド部48の壁面が、空気熱交換器40全体の外壁面を構成するようにしておき、その外壁面において、空気熱交換器40をセルスタック10の端面に密着させて配置することで、セルスタック10からの熱を、損失が少ない状態で、マニホールド内の空気Aの予熱に利用することができる。   Furthermore, in the hot module 1 according to the present embodiment, the air heat exchanger 40 having the manifold portion 48 is in contact with the cell stack 10. For this reason, heat is transmitted from the cell stack 10 that becomes high temperature during power generation to the air heat exchanger 40, and the heat can be used for preheating the air A in the air heat exchanger 40. Heat transfer proceeds by radiation and heat conduction. In particular, as described above, the air heat exchanger 40 is in contact with the cell stack 10 at the portion where the manifold portion 48 is provided, so that the heat exchange portion 41 has already been heated by heat exchange with the combustion gas C. The air A introduced into the manifold portion 48 at a certain high temperature is heated by the heat from the cell stack 10. For this reason, it is possible to efficiently use the heat from the cell stack 10 for preheating the air A, rather than heating the air A that has not yet reached a high temperature by the heat from the cell stack 10. In particular, as described above, the wall surface of the manifold portion 48 facing the cell stack 10 constitutes the outer wall surface of the entire air heat exchanger 40, and the air heat exchanger 40 is connected to the cell stack on the outer wall surface. By arranging it in close contact with the end face of 10, the heat from the cell stack 10 can be used for preheating the air A in the manifold with little loss.

[ホットモジュールの小型化]
本実施形態にかかるホットモジュール1においては、セルスタック10に空気Aを導入する外部マニホールドである入口マニホールドを、独立した部材として設けるのではなく、マニホールド部48が、熱交換部41と一体となって、空気熱交換器40の一部位として構成されている。そして、その空気熱交換器40が、セルスタック10等、ホットモジュール1を構成する他の機器から分離されて据え置かれるのではなく、セルスタック10に接触して配置されている。これらの構成により、上記のように、セルスタック10から発せられる熱を空気Aの予熱に効率的に利用できるという効果に加え、ホットモジュール1を小型化できるという効果が得られる。つまり、空気熱交換器40がセルスタック10から独立しておらず、しかもマニホールド部48を内包するものであることにより、ホットモジュール1全体が占める空間を従来よりも小さくすることができる。その結果、ホットモジュール1を囲むケースも小型化することができる。
[Miniaturization of hot modules]
In the hot module 1 according to the present embodiment, an inlet manifold that is an external manifold for introducing the air A into the cell stack 10 is not provided as an independent member, but the manifold portion 48 is integrated with the heat exchange portion 41. Thus, the air heat exchanger 40 is configured as one part. The air heat exchanger 40 is not placed separately from other devices constituting the hot module 1 such as the cell stack 10 but is placed in contact with the cell stack 10. With these configurations, as described above, in addition to the effect that the heat generated from the cell stack 10 can be efficiently used for the preheating of the air A, the effect that the hot module 1 can be reduced in size can be obtained. That is, since the air heat exchanger 40 is not independent of the cell stack 10 and includes the manifold portion 48, the space occupied by the entire hot module 1 can be made smaller than before. As a result, the case surrounding the hot module 1 can also be reduced in size.

ホットモジュール1を小型化することで、ホットモジュール1内を高温に維持するために必要な熱量を削減することができ、上記のように、空気Aの予熱に燃焼ガスCおよびセルスタック10の熱を利用することの効果と合わせて、ホットモジュール1の運転の効率化を図ることができる。また、ホットモジュール1の製造に要するコストや、運転に要するコストを低減することができる。   By reducing the size of the hot module 1, it is possible to reduce the amount of heat necessary to maintain the inside of the hot module 1 at a high temperature. As described above, the heat of the combustion gas C and the cell stack 10 is added to the preheating of the air A. In combination with the effect of using the hot module 1, the efficiency of the operation of the hot module 1 can be improved. Moreover, the cost required for manufacturing the hot module 1 and the cost required for operation can be reduced.

本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

1 (燃料電池)ホットモジュール
10 セルスタック
20 改質器
30 燃焼器
40 空気熱交換器
41 熱交換部
42 被加熱流路(空気流路)
43 空気入口
44 熱源流路(燃焼ガス流路)
45 燃焼ガス入口
46 燃焼ガス出口
48 マニホールド部
50 出口マニホールド
a1〜a4 第一連結路
b1〜b4 第二連結路
c1〜c4 交差路
A 空気
C 燃焼ガス
F 燃料
La 空気流路
Lc 燃焼ガス流路
Lf 燃料流路
1 (Fuel Cell) Hot Module 10 Cell Stack 20 Reformer 30 Combustor 40 Air Heat Exchanger 41 Heat Exchanger 42 Heated Channel (Air Channel)
43 Air inlet 44 Heat source flow path (combustion gas flow path)
45 Combustion gas inlet 46 Combustion gas outlet 48 Manifold part 50 Outlet manifolds a1 to a4 First connection paths b1 to b4 Second connection paths c1 to c4 Crossing path A Air C Combustion gas F Fuel La Air flow path Lc Combustion gas flow path Lf Fuel flow path

Claims (6)

アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される空気を用いて発電を行う燃料電池を複数積層したセルスタックと、
前記セルスタックの前記アノードから排出される燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器において前記燃料ガスが燃焼されて生成した燃焼ガスを流通させる燃焼ガス流路と、
空気熱交換器と、を有するホットモジュールにおいて
前記空気熱交換器は、
前記カソードに空気を供給するマニホールド部と、
前記マニホールド部に空気を供給する空気流路を備えるとともに、前記燃焼ガス流路を引き込まれ、前記空気流路を流れる空気と前記燃焼ガス流路を流れる前記燃焼ガスとの間で熱交換を行う熱交換部と、を一体に有し、
前記セルスタックに接触して配置されており、
前記空気流路は、前記ホットモジュールの外部の空間に連通する空気入口と、前記空気入口から分岐した複数の被加熱流路とを有し、
前記被加熱流路は、基端側で前記空気入口に連通し、先端側で前記マニホールド部に連通しており、
前記被加熱流路の前記基端側と前記先端側を結ぶ方向をx方向、前記燃料電池の積層方向をz方向、前記x方向および前記z方向と直交する方向をy方向として、前記被加熱流路は、前記z方向および前記y方向に複数が並べて配置されており、
前記空気流路を流れる空気は、前記被加熱流路において、前記燃焼ガス流路を流れる前記燃焼ガスとの間で熱交換を受けることを特徴とする燃料電池ホットモジュール。
A cell stack in which a plurality of fuel cells that generate power using fuel gas supplied to the anode and air supplied to the cathode are stacked;
A combustor for burning fuel gas discharged from the anode of the cell stack;
A combustion gas flow path for circulating a combustion gas generated by burning the fuel gas in the combustor;
A hot module for chromatic and air heat exchanger, and
The air heat exchanger is
A manifold section for supplying air to the cathode;
An air flow path for supplying air to the manifold portion is provided, and the combustion gas flow path is drawn in, and heat exchange is performed between the air flowing through the air flow path and the combustion gas flowing through the combustion gas flow path. A heat exchanging part integrally,
Arranged in contact with the cell stack ,
The air flow path has an air inlet communicating with a space outside the hot module, and a plurality of heated flow paths branched from the air inlet,
The heated channel communicates with the air inlet on the base end side, and communicates with the manifold portion on the distal end side,
The direction to connect the base end side and the tip end side of the channel to be heated is the x direction, the stacking direction of the fuel cell is the z direction, and the direction orthogonal to the x direction and the z direction is the y direction. A plurality of flow paths are arranged side by side in the z direction and the y direction,
The fuel cell hot module , wherein the air flowing through the air flow path undergoes heat exchange with the combustion gas flowing through the combustion gas flow path in the heated flow path .
前記熱交換部において、前記被加熱流路を流れる空気は、前記空気入口側から前記マニホールド部に向かって下流側へと流れるほど、前記燃焼ガス流路の上流側を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を受けることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池ホットモジュール。 In the heat exchanging section, the air flowing through the heated channel flows between the combustion gas flowing upstream of the combustion gas flow path as the air flows from the air inlet side toward the downstream toward the manifold section. The fuel cell hot module according to claim 1, wherein the fuel cell hot module receives heat exchange. 前記熱交換部において、前記燃焼ガス流路は、前記被加熱流路と交差する流路である交差路を複数有し、前記複数の交差路は、前記マニホールド部に近い位置から遠い位置まで並んで配置されており、前記燃焼ガスは、前記マニホールドに近い交差路から、前記マニホールドから遠い交差路へと順に流れながら、前記被加熱流路を流れる空気との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項に記載の燃料電池ホットモジュール。 In the heat exchange section, the combustion gas flow path has a plurality of cross paths that are flow paths that intersect the heated flow path, and the plurality of cross paths are arranged from a position close to the manifold section to a position far from the manifold section. in is disposed, the combustion gases from crossing close to the manifold, while in this order to the distant intersection from the manifold, to perform heat exchange with the air flowing through the heated flow channel The fuel cell hot module according to claim 2 . アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される空気を用いて発電を行う燃料電池を複数積層したセルスタックと、  A cell stack in which a plurality of fuel cells that generate power using fuel gas supplied to the anode and air supplied to the cathode are stacked;
前記セルスタックの前記アノードから排出される燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、  A combustor for burning fuel gas discharged from the anode of the cell stack;
前記燃焼器において前記燃料ガスが燃焼されて生成した燃焼ガスを流通させる燃焼ガス流路と、  A combustion gas flow path for circulating a combustion gas generated by burning the fuel gas in the combustor;
空気熱交換器と、を有し、  An air heat exchanger,
前記空気熱交換器は、  The air heat exchanger is
前記カソードに空気を供給するマニホールド部と、  A manifold section for supplying air to the cathode;
前記マニホールド部に空気を供給する空気流路を備えるとともに、前記燃焼ガス流路を引き込まれ、前記空気流路を流れる空気と前記燃焼ガス流路を流れる前記燃焼ガスとの間で熱交換を行う熱交換部と、を一体に有し、  An air flow path for supplying air to the manifold portion is provided, and the combustion gas flow path is drawn in, and heat exchange is performed between the air flowing through the air flow path and the combustion gas flowing through the combustion gas flow path. A heat exchanging part integrally,
前記セルスタックに接触して配置されており、  Arranged in contact with the cell stack,
前記熱交換部において、前記燃焼ガス流路は、前記空気流路と交差する流路である交差路を複数有し、前記複数の交差路は、前記マニホールド部に近い位置から遠い位置まで並んで配置されており、前記燃焼ガスは、前記マニホールド部に近い交差路から、前記マニホールド部から遠い交差路へと順に流れながら、前記空気流路を流れる空気との間で熱交換を行い、  In the heat exchange part, the combustion gas flow path has a plurality of cross roads that are flow paths that cross the air flow path, and the plurality of cross roads are arranged from a position close to the manifold section to a position far from the manifold section. The combustion gas exchanges heat with the air flowing through the air flow path while sequentially flowing from the intersection near the manifold part to the intersection far from the manifold part.
前記空気流路を流れる空気は、前記マニホールド部に向かって下流側へと流れるほど、前記燃焼ガス流路の上流側を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を受けることを特徴とする燃料電池ホットモジュール。  The fuel cell hot is characterized in that the air flowing through the air flow path undergoes heat exchange with the combustion gas flowing upstream of the combustion gas flow path as the air flows toward the downstream side toward the manifold portion. module.
前記空気熱交換器は、前記マニホールド部が設けられた部位において、前記セルスタックに接触していることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の燃料電池ホットモジュール。 The fuel cell hot module according to any one of claims 1 to 4, wherein the air heat exchanger is in contact with the cell stack at a portion where the manifold portion is provided. 前記熱交換部において、前記空気流路と前記燃焼ガス流路は、直交流型のプレートフィン構造をとっていることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の燃料電池ホットモジュール。 In the heat exchange unit, said combustion gas flow path and the air flow path, the fuel cell hot according to any one of claims 1 5, characterized in that taking the plate fin structure crossflow module.
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