JP6635856B2 - Thermal insulation structure of fuel cell module - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池モジュールの断熱構造に関する。   The present invention relates to a heat insulating structure for a fuel cell module.

燃料電池においては、燃料電池モジュールの性能が好適に発揮される高温域に当該燃料電池モジュールを維持するために、断熱構造を設けることが行われている。かかる断熱構造の例として、特許文献1には、燃料電池モジュールのうち、水素を含有する改質ガスを生成する改質部を有する反応器が外装容器に収容されており、反応器と外装容器との間の少なくとも一部に断熱材が充填されている水素生成装置が記載されている。また、特許文献2には、ケーシングの内側に、断熱性能の異なる3つのブロック断熱材からなる断熱層が設けられている断熱構造が記載されている。   2. Description of the Related Art In a fuel cell, a heat insulating structure is provided in order to maintain the fuel cell module in a high temperature region where the performance of the fuel cell module is suitably exhibited. As an example of such a heat insulating structure, Patent Literature 1 discloses a fuel cell module in which a reactor having a reforming unit that generates a reformed gas containing hydrogen is housed in an outer container. A hydrogen generator is described in which at least a part between the two is filled with a heat insulating material. Patent Literature 2 describes a heat insulating structure in which a heat insulating layer made of three block heat insulating materials having different heat insulating performances is provided inside a casing.

特開2008−16264号公報JP 2008-16264 A 特開2013−82603号公報JP 2013-82603 A

しかし、特許文献1に記載の技術では、単一の断熱材が外装容器内に設けられているだけであるため、より断熱性能の高い構造が望まれている。
また、特許文献2に記載の技術では、3つのブロック断熱材を重ね合わせてケーシング内に設けるため、ケーシングが大型化してしまう。
However, in the technology described in Patent Literature 1, since a single heat insulating material is merely provided in the outer container, a structure having higher heat insulating performance is desired.
Further, in the technique described in Patent Literature 2, three block heat insulating materials are superposed and provided in the casing, so that the casing becomes large.

そこで、本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、コンパクト化と好適な断熱性能を両立することが可能な燃料電池モジュールの断熱構造を提供することを課題とする。   Then, this invention was made in view of the said point, and makes it a subject to provide the heat insulation structure of the fuel cell module which can make compactness and suitable heat insulation performance compatible.

前記した課題を解決するために、本発明の燃料電池モジュールの断熱構造は、燃料電池スタックと周辺機器ユニットとを有する燃料電池モジュールの断熱構造であって、前記燃料電池モジュールを囲むように設けられている顆粒断熱材からなる内側断熱層と、前記内側断熱層の外側に設けられており、前記燃料電池モジュール及び前記内側断熱層が収容される筐体形状を呈する、ブロック断熱材からなる外側断熱層と、を備え、前記内側断熱層と前記外側断熱層との間には、空気による中間断熱層が構成されており、前記中間断熱層には、前記燃料電池スタックのカソード極に供給される酸化剤ガスが流通するガス流路が設けられており、前記周辺機器ユニットは、前記燃料電池スタックから排出される排ガスを燃焼させる排ガス燃焼器を備え、前記排ガス燃焼器のガスバーナーは、前記ガス流路内に延在していることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, a heat insulation structure of a fuel cell module of the present invention is a heat insulation structure of a fuel cell module having a fuel cell stack and a peripheral device unit, and is provided so as to surround the fuel cell module. An outer heat insulating layer made of a block heat insulating material which is provided outside the inner heat insulating layer and has a housing shape in which the fuel cell module and the inner heat insulating layer are accommodated. And an intermediate heat insulating layer formed by air is provided between the inner heat insulating layer and the outer heat insulating layer, and the intermediate heat insulating layer is supplied to a cathode of the fuel cell stack. A gas passage through which an oxidizing gas flows is provided, and the peripheral device unit includes an exhaust gas combustor for burning exhaust gas discharged from the fuel cell stack. The gas burner of the exhaust gas combustor is characterized by extending in the gas flow path.

かかる構成によると、3層の断熱構造によって好適な断熱性能を実現することができるとともに、中間に空気による中間断熱層が設けられているので、コンパクト化と好適な断熱性能を両立することができる。
また、かかる構成によると、酸化剤ガスが熱交換を行うことによって内側断熱層から外部へ排出された廃熱を回収するので、かかる廃熱を利用して酸化剤ガスを加熱することができる。
According to such a configuration, a suitable heat insulating performance can be realized by a three-layer heat insulating structure, and since an intermediate heat insulating layer made of air is provided in the middle, both compactness and a suitable heat insulating performance can be achieved. .
Further, according to this configuration, the oxidizing gas exchanges heat to recover the waste heat discharged from the inner heat insulating layer to the outside, so that the oxidizing gas can be heated using the waste heat.

燃料電池モジュールの断熱構造は、前記燃料電池モジュールが収容される内側筐体と、前記内側筐体が収容される外側筐体と、を備え、前記内側断熱層は、前記内側筐体内に充填されている前記顆粒断熱材によって構成されており、前記中間断熱層は、前記内側筐体と前記外側筐体との間に構成されており、筐体形状を呈する前記外側断熱層には、前記外側筐体が収容されている構成であってもよい。   The heat insulating structure of the fuel cell module includes an inner housing in which the fuel cell module is housed, and an outer housing in which the inner housing is housed, and the inner heat insulating layer is filled in the inner housing. The intermediate heat insulating layer is formed between the inner housing and the outer housing, and the outer heat insulating layer having a housing shape has the outer heat insulating layer. A configuration in which a housing is accommodated may be employed.

かかる構成によると、顆粒断熱材を内側筐体内に充填することによって内側断熱層を容易に形成するとともに、内側筐体と外側筐体との間に空気による中間断熱層を容易に形成することが可能である。   According to such a configuration, the inner heat-insulating layer can be easily formed by filling the inner heat-insulating material with the granular heat-insulating material, and the intermediate heat-insulating layer by air can be easily formed between the inner housing and the outer housing. It is possible.

本発明によると、燃料電池モジュールにおいてコンパクト化と好適な断熱性能を両立することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in a fuel cell module, both compactness and suitable heat insulation performance can be achieved.

燃料電池システムの基本的構成を説明するシステム図である。FIG. 1 is a system diagram illustrating a basic configuration of a fuel cell system. 実施形態に係る放熱回収用筐体と、その放熱回収用筐体に収容される燃料電池モジュールとを抽象的に図示した模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram that abstractly illustrates a heat recovery casing according to the embodiment and a fuel cell module housed in the heat recovery casing. 実施形態に係る放熱回収用筐体を前方であって左下側から斜視した斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the heat recovery casing according to the embodiment as viewed from the front and from the lower left side. 実施形態に係る放熱回収用筐体を後方であって右上側から斜視した斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the heat recovery casing according to the embodiment as viewed from the rear and upper right side.

まず、燃料電池システム1及び燃料電池モジュール10の基本的構成を説明し、その次に、本発明の実施形態に係る燃料電池放熱回収用筐体(以下、「放熱回収用筐体」と称する)40を説明する。   First, the basic configuration of the fuel cell system 1 and the fuel cell module 10 will be described, and then, the fuel cell heat recovery casing according to the embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as “radiation recovery casing”). 40 will be described.

図1に示すように、燃料電池システム1は、燃料電池モジュール(SOFC(固体酸化物型燃料電池:Solid Oxide Fuel Cell)モジュール)10を備え、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられる。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel cell module (SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) module) 10 and is used for various purposes such as stationary use and in-vehicle use. Used.

燃料電池モジュール10は、燃料ガス(水素ガスにメタン、一酸化炭素が混合した気体)と酸化剤ガス(空気)との電気化学反応により発電する装置である。
燃料電池システム1は、さらに原燃料供給装置(燃料ガスポンプを含む)2、酸化剤ガス供給装置(空気ポンプを含む)3、水供給装置(水ポンプを含む)4、脱硫器5及び制御装置6を備える。
The fuel cell module 10 is a device that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas (a gas in which methane and carbon monoxide are mixed with hydrogen gas) and an oxidant gas (air).
The fuel cell system 1 further includes a raw fuel supply device (including a fuel gas pump) 2, an oxidizing gas supply device (including an air pump) 3, a water supply device (including a water pump) 4, a desulfurizer 5, and a control device 6. Is provided.

原燃料供給装置2は、燃料電池モジュール10に燃料ガス(例えば、都市ガス)を供給する。酸化剤ガス供給装置3は、燃料電池モジュール10に酸化剤ガスを供給する。水供給装置4は、燃料電池モジュール10に水を供給する。脱硫器5は、原燃料中に含まれる硫黄化合物を除去する。制御装置6は、燃料電池モジュール10の発電量を制御する。
そのほか、燃料ガスの供給流路上及び酸化剤ガスの供給流路上には、流量調整弁7,8が設けられており、供給量が適宜調整される。
The raw fuel supply device 2 supplies a fuel gas (for example, city gas) to the fuel cell module 10. The oxidizing gas supply device 3 supplies an oxidizing gas to the fuel cell module 10. The water supply device 4 supplies water to the fuel cell module 10. The desulfurizer 5 removes a sulfur compound contained in the raw fuel. The control device 6 controls the power generation amount of the fuel cell module 10.
In addition, flow rate control valves 7 and 8 are provided on the fuel gas supply flow path and the oxidizing gas supply flow path, and the supply amount is appropriately adjusted.

燃料電池モジュール10は、複数の固体酸化物形の平板積層型燃料電池が、鉛直方向に積層される固体酸化物形の燃料電池スタック12を備える。なお、本実施形態において、燃料電池モジュール10内の複数の燃料電池は、鉛直方向に積層されているが、積層方向は特に限定されず、水平方向に積層されている構成であってよい。   The fuel cell module 10 includes a solid oxide fuel cell stack 12 in which a plurality of solid oxide flat plate fuel cells are stacked in the vertical direction. In the present embodiment, the plurality of fuel cells in the fuel cell module 10 are stacked in the vertical direction, but the stacking direction is not particularly limited, and the fuel cells may be stacked in the horizontal direction.

特に図示しないが、燃料電池は、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質の両面にカソード電極及びアノード電極が設けられた平板状の電解質・電極接合体(MEA)を備える。   Although not specifically shown, the fuel cell includes, for example, a flat electrolyte-electrode assembly (MEA) in which a cathode electrode and an anode electrode are provided on both surfaces of an electrolyte composed of an oxide ion conductor such as stabilized zirconia. Prepare.

電解質・電極接合体の両側には、平板状のカソード側セパレータと平板状のアノード側セパレータとが配設される。カソード側セパレータには、カソード電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路が形成される。アノード側セパレータには、アノード電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路が形成される。   A plate-shaped cathode-side separator and a plate-shaped anode-side separator are disposed on both sides of the electrolyte-electrode assembly. An oxidizing gas passage for supplying an oxidizing gas to the cathode electrode is formed in the cathode-side separator. A fuel gas flow path for supplying a fuel gas to the anode electrode is formed in the anode-side separator.

本実施形態の燃料電池の作動温度は、700℃と高温である。
燃料電池のアノード電極では、燃料ガス中のメタンが改質されて水素、COが得られ、この水素、COが電解質の前記アノード電極側に供給される。
The operating temperature of the fuel cell of this embodiment is as high as 700 ° C.
At the anode electrode of the fuel cell, methane in the fuel gas is reformed to obtain hydrogen and CO, and the hydrogen and CO are supplied to the anode side of the electrolyte.

燃料電池スタック12には、各酸化剤ガス流路の入口側に一体に連通する酸化剤ガス入口連通孔12a、及び酸化剤ガス流路の出口側に一体に連通する酸化剤排ガス出口連通孔12cが設けられる。
燃料電池スタック12には、さらに各燃料ガス流路の入口側に一体に連通する燃料ガス入口連通孔12b、及び燃料ガス流路の出口側に一体に連通する燃料排ガス出口連通孔12dが設けられる。
In the fuel cell stack 12, an oxidizing gas inlet communication hole 12a integrally communicating with an inlet side of each oxidizing gas flow path, and an oxidizing gas exhaust gas communication hole 12c integrally communicating with an outlet side of the oxidizing gas flow path. Is provided.
The fuel cell stack 12 is further provided with a fuel gas inlet communication hole 12b integrally communicating with the inlet side of each fuel gas flow path, and a fuel exhaust gas outlet communication hole 12d integrally communicating with the outlet side of the fuel gas flow path. .

燃料電池モジュール10は、燃料電池スタック12に供給する燃料ガスを改質し、かつ、燃料ガス・酸化剤ガスを昇温するため、蒸発器21、改質器22、第1熱交換器23、排ガス燃焼器24、起動用燃焼器25及び図示しない第2熱交換器を備える。
また、蒸発器21、改質器22、第1熱交換器23、排ガス燃焼器24、起動用燃焼器25及び第2熱交換器は、一体化(ユニット化)されている(図2参照)。
そのほか、蒸発器21、改質器22、第1熱交換器23、排ガス燃焼器24、起動用燃焼器25及び第2熱交換器を総称してBOP(Balance Of Plant)20と称する。BOP20は、燃料電池スタック12の周辺機器ユニットであり、燃料電池スタック12とともに燃料電池モジュール10を構成する。また、燃料電池モジュール10は、放熱回収用筐体30内に収容されている。
The fuel cell module 10 reforms the fuel gas supplied to the fuel cell stack 12 and raises the temperature of the fuel gas / oxidizing gas, so that the evaporator 21, the reformer 22, the first heat exchanger 23, An exhaust gas combustor 24, a starting combustor 25, and a second heat exchanger (not shown) are provided.
The evaporator 21, the reformer 22, the first heat exchanger 23, the exhaust gas combustor 24, the starting combustor 25, and the second heat exchanger are integrated (unitized) (see FIG. 2). .
In addition, the evaporator 21, the reformer 22, the first heat exchanger 23, the exhaust gas combustor 24, the starting combustor 25, and the second heat exchanger are collectively referred to as a BOP (Balance Of Plant) 20. The BOP 20 is a peripheral device unit of the fuel cell stack 12, and constitutes the fuel cell module 10 together with the fuel cell stack 12. Further, the fuel cell module 10 is housed in a heat recovery casing 30.

蒸発器21は、水を蒸発させる。また、蒸発器21に生成された水蒸気は、炭化水素を主体とする原燃料に混合され、混合ガスとして改質器22に供給される。
改質器22は、炭化水素を主体とする原燃料(例えば、都市ガス)と水蒸気との混合ガスを改質し、燃料電池スタック12に供給される燃料ガスを生成する。
そして、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔12bに接続する燃料ガス供給管13bを介して燃料電池スタック12の各燃料ガス流路に供給される。
The evaporator 21 evaporates water. Further, the steam generated in the evaporator 21 is mixed with a raw fuel mainly composed of hydrocarbons and supplied to the reformer 22 as a mixed gas.
The reformer 22 reforms a mixed gas of a raw fuel (eg, city gas) mainly composed of hydrocarbons and steam to generate a fuel gas to be supplied to the fuel cell stack 12.
The fuel gas is supplied to each fuel gas flow channel of the fuel cell stack 12 via a fuel gas supply pipe 13b connected to the fuel gas inlet communication hole 12b.

排ガス燃焼器24は、燃料電池スタック12から排出される燃料排ガスと酸化剤排ガスとを燃焼させて燃焼ガスを発生させるとともに、その燃焼ガスを第1熱交換器23に供給する。
なお、燃料排ガスと酸化剤排ガスは、燃料排ガス出口連通孔12dに接続する燃料排ガス排出管13dと、酸化剤排ガス出口連通孔12cに接続する酸化剤排ガス排出管13cとを介して排ガス燃焼器24に供給される。
The exhaust gas combustor 24 burns the fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell stack 12 to generate a combustion gas, and supplies the combustion gas to the first heat exchanger 23.
The fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas are supplied to the exhaust gas combustor 24 via a fuel exhaust gas discharge pipe 13d connected to the fuel exhaust gas outlet communication hole 12d and an oxidant exhaust gas discharge pipe 13c connected to the oxidant exhaust gas outlet communication hole 12c. Supplied to

第1熱交換器23は、燃焼ガスとの熱交換により酸化剤ガスを昇温させる。
そして、昇温した酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔12aに接続する酸化剤ガス供給管13aを介して燃料電池スタック12の各酸化剤ガス流路に供給される。
The first heat exchanger 23 raises the temperature of the oxidizing gas by heat exchange with the combustion gas.
The heated oxidizing gas is supplied to each oxidizing gas flow path of the fuel cell stack 12 via an oxidizing gas supply pipe 13a connected to the oxidizing gas inlet communication hole 12a.

起動用燃焼器25は、原燃料と酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼ガスを発生させるとともに、燃焼ガスを第2熱交換器に供給する。
第2熱交換器は、燃焼ガスとの熱交換により酸化剤ガスを昇温させる。そして、昇温した酸化剤ガスは、第1熱交換器23及び酸化剤ガス供給管13aを介して燃料電池スタック12の各酸化剤ガス流路に供給されて、燃料電池スタック12を暖機する。
The starting combustor 25 burns the raw fuel and the oxidizing gas to generate combustion gas, and supplies the combustion gas to the second heat exchanger.
The second heat exchanger raises the temperature of the oxidizing gas by heat exchange with the combustion gas. Then, the heated oxidizing gas is supplied to each oxidizing gas flow path of the fuel cell stack 12 via the first heat exchanger 23 and the oxidizing gas supply pipe 13a, and warms up the fuel cell stack 12. .

図2に示すように、燃料電池システム1は、さらに、燃料電池モジュール10を内部に収容する放熱回収用筐体30と、放熱回収用筐体30と燃料電池モジュール10とを結合する結合ブラケット40とを備える。
なお、放熱回収用筐体30内において、燃料電池スタック12の下方にBOP20が位置するように、燃料電池モジュール10が配置されている。
As shown in FIG. 2, the fuel cell system 1 further includes a heat recovery casing 30 that houses the fuel cell module 10 therein, and a coupling bracket 40 that connects the heat recovery collection casing 30 and the fuel cell module 10. And
The fuel cell module 10 is arranged so that the BOP 20 is located below the fuel cell stack 12 in the heat recovery casing 30.

放熱回収用筐体30は、燃料電池の放熱に対し耐熱性を有する金属、例えばステンレス鋼などで形成された筐体である。
放熱回収用筐体30は、底壁部31、前壁部32、後壁部33、左壁部34、右壁部35及び上壁部36を備える(図3、図4参照)。
このため、燃料電池スタック12の作動時、底壁部31、前壁部32、後壁部33、左壁部34、右壁部35及び上壁部36は、燃料電池モジュール10(特に燃料電池スタック12)の放熱エネルギーにより昇温する。
The heat recovery casing 30 is a casing formed of a metal having heat resistance to heat radiation of the fuel cell, for example, stainless steel.
The heat recovery casing 30 includes a bottom wall portion 31, a front wall portion 32, a rear wall portion 33, a left wall portion 34, a right wall portion 35, and an upper wall portion 36 (see FIGS. 3 and 4).
Therefore, when the fuel cell stack 12 operates, the bottom wall portion 31, the front wall portion 32, the rear wall portion 33, the left wall portion 34, the right wall portion 35, and the upper wall portion 36 are connected to the fuel cell module 10 (particularly, the fuel cell module 10). The temperature is raised by the heat radiation energy of the stack 12).

放熱回収用筐体30は、各壁部内に設けられたガス流路50と、底壁部31の下面に設けられたガス流入口52と、底壁部31の上面に設けられたガス流出口54とを備える。   The heat recovery casing 30 includes a gas flow path 50 provided in each wall, a gas inlet 52 provided on the lower surface of the bottom wall 31, and a gas outlet provided on the upper surface of the bottom wall 31. 54.

ガス流路50は、酸化剤ガス供給装置3から燃料電池モジュール10に供給される酸化剤ガスが流れる流路(空間)である。
ガス流入口52には、ガス流路50内に酸化剤ガスを流入させるための開口である。なお、本実施形態のガス流入口52は、流入ポート51が形成されている
ガス流出口54は、ガス流路50を通流した酸化剤ガスを流出させるための開口である。なお、本実施形態のガス流出口54には、接続管53が接続し、この接続管53を介して酸化剤ガスがBOP20に供給される。
The gas flow path 50 is a flow path (space) through which the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply device 3 to the fuel cell module 10 flows.
The gas inlet 52 is an opening through which the oxidizing gas flows into the gas passage 50. The gas inflow port 52 of the present embodiment has an inflow port 51 formed therein, and the gas outflow port 54 is an opening through which the oxidizing gas flowing through the gas flow path 50 flows out. A connecting pipe 53 is connected to the gas outlet 54 of the present embodiment, and an oxidizing gas is supplied to the BOP 20 via the connecting pipe 53.

以上、上記する放熱回収用筐体30によれば、ガス流路50を流れる酸化剤ガスは、壁部から熱エネルギーを吸収して昇温する(予熱される)。よって、BOP20には、予熱された酸化剤ガスが供給される。
なお、放熱回収用筐体30の具体的な構造については後述する。
As described above, according to the heat recovery casing 30, the oxidizing gas flowing through the gas flow path 50 absorbs thermal energy from the wall and is heated (preheated). Therefore, the preheated oxidizing gas is supplied to the BOP 20.
The specific structure of the heat recovery casing 30 will be described later.

また、結合ブラケット40は、燃料電池モジュール10を放熱回収用筐体30に対し、宙吊り状態で固定するためのものである。   Further, the coupling bracket 40 is for fixing the fuel cell module 10 to the heat recovery casing 30 in a suspended state.

結合ブラケット40は、左壁部34の内面及び右壁部35の内面に設けられた第1結合ブラケット41と、燃料電池スタック12の下部に結合する第2結合ブラケット42と、BOP20の上部に結合する第3結合ブラケット43と、を備える。
また、第1結合ブラケット41に対し、図示しない締結具により第2結合ブラケット42及び第3結合ブラケット43が結合し、燃料電池モジュール10が放熱回収用筐体30内に固定される。
The connection bracket 40 includes a first connection bracket 41 provided on an inner surface of the left wall portion 34 and an inner surface of the right wall portion 35, a second connection bracket 42 connected to a lower portion of the fuel cell stack 12, and a connection portion above the BOP 20. And a third coupling bracket 43 to be used.
Further, the second coupling bracket 42 and the third coupling bracket 43 are coupled to the first coupling bracket 41 by a fastener (not shown), and the fuel cell module 10 is fixed in the heat recovery casing 30.

また、本実施形態の結合ブラケット40は、高さ方向中間部に設けられている。
このため、燃料電池スタック12の頂部と上壁部36との間には、第1隙間S1が形成されている。
同様に、BOP20の底部と底壁部31との間には、第2隙間S2が形成されている。
以上から、燃料電池スタック12の作動時、燃料電池スタック12は、支持される第2結合ブラケット42を基準に上方に熱膨張し(図2の矢印A1参照)、第1隙間S1が狭くなる。
一方で、BOP20は第3結合ブラケット43を基準に下側に熱膨張し(図2の矢印A2参照)、第2隙間S2が狭くなる。
In addition, the coupling bracket 40 of the present embodiment is provided at an intermediate portion in the height direction.
Therefore, a first gap S1 is formed between the top of the fuel cell stack 12 and the upper wall 36.
Similarly, a second gap S2 is formed between the bottom of the BOP 20 and the bottom wall 31.
As described above, when the fuel cell stack 12 operates, the fuel cell stack 12 thermally expands upward with reference to the supported second coupling bracket 42 (see the arrow A1 in FIG. 2), and the first gap S1 becomes narrow.
On the other hand, the BOP 20 thermally expands downward with reference to the third coupling bracket 43 (see the arrow A2 in FIG. 2), and the second gap S2 becomes narrow.

ここで、放熱回収用筐体30に対する燃料電池モジュール10の固定方法に関し、例えば、燃料電池モジュール10の上端と下端とを放熱回収用筐体30に固定することが考えられる。しかしながら、当該固定方法によれば、燃料電池スタック12の作動時、燃料電池モジュール10は、放熱回収用筐体30よりも温度が高い。言い換えると、燃料電池モジュール10は、放熱回収用筐体30より熱膨張の量が大きいため、歪みが発生するおそれがある。よって、上記する固定方法によれば、熱膨張の量の違いを吸収でき、歪みの発生を回避できる。   Here, with respect to a method of fixing the fuel cell module 10 to the heat recovery casing 30, for example, it is conceivable to fix the upper end and the lower end of the fuel cell module 10 to the heat recovery casing 30. However, according to the fixing method, when the fuel cell stack 12 operates, the temperature of the fuel cell module 10 is higher than that of the heat recovery casing 30. In other words, since the fuel cell module 10 has a larger thermal expansion than the heat recovery casing 30, distortion may occur. Therefore, according to the fixing method described above, the difference in the amount of thermal expansion can be absorbed, and the occurrence of distortion can be avoided.

そのほか、排ガス燃焼器24の構成要素であるガスバーナー24aは、フランジ24bを介して右壁部35に固定されている。このため、ガスバーナー24aの熱エネルギーが右壁部35に伝熱し、他の壁部よりも右壁部35が高温になっている。この結果、酸化剤ガスが右壁部35のガス流路50を流れる場合、他の壁部のガス流路50よりも昇温し易い。   In addition, the gas burner 24a, which is a component of the exhaust gas combustor 24, is fixed to the right wall 35 via a flange 24b. Therefore, the heat energy of the gas burner 24a is transferred to the right wall 35, and the temperature of the right wall 35 is higher than that of the other walls. As a result, when the oxidizing gas flows through the gas flow path 50 of the right wall 35, the temperature tends to rise more easily than the gas flow path 50 of the other wall.

また、ガスバーナー24aは、BOP20の上部側に位置し、第3結合ブラケット43に近接している。このため、BOP20は第3結合ブラケット43を基準に下側に熱膨張したとしても、ガスバーナー24aに歪みが発生し難い。   Further, the gas burner 24 a is located on the upper side of the BOP 20 and is close to the third coupling bracket 43. For this reason, even if the BOP 20 thermally expands downward with respect to the third coupling bracket 43, the gas burner 24a is unlikely to be distorted.

つぎに、放熱回収用筐体30の具体的な構造について説明する。
図3、図4に示すように、放熱回収用筐体30は、上方に向って開口する有底矩形筒状の本体部60と、本体部60の開口を覆う平面視矩形状の蓋部80と、本体部60内及び蓋部80内に設けられてガス流路50を設定する仕切り部90とを備える。
Next, a specific structure of the heat recovery casing 30 will be described.
As shown in FIGS. 3 and 4, the heat recovery casing 30 includes a bottomed rectangular tubular main body 60 that opens upward and a rectangular lid 80 that covers the opening of the main body 60. And a partition section 90 provided in the main body section 60 and the lid section 80 to set the gas flow path 50.

本体部60は、底壁部31、前壁部32、後壁部33、左壁部34及び右壁部35を構成する部位である。
本体部60は、有底矩形筒状の内壁部61と、内壁部61と離間した状態で内壁部61の外側を囲む有底矩形筒状の外壁部62と、を備える2重構造になっている。
このため、本実施形態の底壁部31、前壁部32、後壁部33、左壁部34及び右壁部35のそれぞれには、酸化剤ガスが流入可能なガス空間が形成されている。
The main body part 60 is a part that forms the bottom wall part 31, the front wall part 32, the rear wall part 33, the left wall part 34, and the right wall part 35.
The main body section 60 has a double structure including a bottomed rectangular tubular inner wall section 61 and a bottomed rectangular tubular outer wall section 62 surrounding the outside of the inner wall section 61 in a state separated from the inner wall section 61. I have.
For this reason, the bottom wall portion 31, the front wall portion 32, the rear wall portion 33, the left wall portion 34, and the right wall portion 35 of the present embodiment each have a gas space into which an oxidizing gas can flow. .

なお、各壁部のガス空間を視認可能にするため、図3,図4において、外壁部62を切り欠いたり、二点鎖線で図示したりしている。
そのほか、説明の都合上、底壁部31内のガス空間を底壁ガス空間71と称する。
前壁部32内のガス空間を前壁ガス空間72と称する。
後壁部33内のガス空間を後壁ガス空間73と称する。
左壁部34内のガス空間を左壁ガス空間74と称する。
右壁部35内のガス空間を右壁ガス空間75と称する。
In addition, in order to make the gas space of each wall part visually recognizable, the outer wall part 62 is notched or shown by the two-dot chain line in FIGS.
In addition, the gas space in the bottom wall portion 31 is referred to as a bottom wall gas space 71 for convenience of description.
The gas space in the front wall portion 32 is referred to as a front wall gas space 72.
The gas space in the rear wall portion 33 is referred to as a rear wall gas space 73.
The gas space in the left wall portion 34 is referred to as a left wall gas space 74.
The gas space in the right wall portion 35 is referred to as a right wall gas space 75.

図4に示すように、底壁部31を構成する外壁部62には、上下方向に貫通するガス流入口52及び流入ポート51が形成されている。このガス流入口52は、前後方向中央部であって左寄りに位置している。   As shown in FIG. 4, a gas inlet 52 and an inflow port 51 that penetrate vertically are formed in an outer wall 62 that forms the bottom wall 31. The gas inlet 52 is located at the center in the front-rear direction and to the left.

底壁部31を構成する内壁部61には、上下方向に貫通するガス流出口54が形成されている。このガス流出口54は、左右方向中央部であって前寄りに形成されている。   A gas outlet 54 penetrating in the up-down direction is formed in the inner wall portion 61 constituting the bottom wall portion 31. The gas outlet 54 is formed at the center in the left-right direction and at the front.

図3に示すように、蓋部80は、上壁部36を構成する部位である。
蓋部80は、本体部60の開口を閉塞する平板状の底板81と、底板81の周端に沿って延びる環状の側壁82と、側壁82の上方を閉塞する図示しない上板を備える。これにより、上壁部36内には、上壁ガス空間76が形成されている。
そのほか、蓋部80は、本体部60のガス空間の上方(内壁部61と外壁部62との間の上方)を閉塞している。
As shown in FIG. 3, the lid 80 is a part that forms the upper wall 36.
The lid 80 includes a flat bottom plate 81 for closing the opening of the main body 60, an annular side wall 82 extending along the peripheral edge of the bottom plate 81, and an upper plate (not shown) for closing the upper side of the side wall 82. Thereby, an upper wall gas space 76 is formed in the upper wall portion 36.
In addition, the lid 80 blocks the upper part of the gas space of the main body 60 (the upper part between the inner wall 61 and the outer wall 62).

仕切り部90は、本体部60や蓋部80内のガス空間を仕切り、ガスが流れる流路(ガス流路50)を設定するためのものであり、第1仕切り部材91〜第7仕切り部材97を備える。   The partition section 90 is for partitioning a gas space in the main body section 60 and the lid section 80 and setting a flow path (gas flow path 50) through which gas flows, and includes a first partition member 91 to a seventh partition member 97. Is provided.

図3、図4に示すように、第1仕切り部材91及び第2仕切り部材92は、底壁ガス空間71内に配置され、互いに左右に離間しながら前後方向に延びている。   As shown in FIGS. 3 and 4, the first partition member 91 and the second partition member 92 are arranged in the bottom wall gas space 71 and extend in the front-rear direction while being separated from each other left and right.

第1仕切り部材91は、ガス流入口52とガス流出口54との間に位置している。このため、底壁ガス空間71は、ガス流入口52と連続する流入部ガス空間71Aと、ガス流出口54と連続する流出部ガス空間71Bとに区分けされている。   The first partition member 91 is located between the gas inlet 52 and the gas outlet 54. For this reason, the bottom wall gas space 71 is divided into an inflow gas space 71A continuous with the gas inlet 52 and an outflow gas space 71B continuous with the gas outlet 54.

第2仕切り部材92は、ガス流出口54よりも右側に位置している。このため、流出部ガス空間71Bと右壁ガス空間75とは、第2仕切り部材92により仕切られ、連続していない(図3参照)。   The second partition member 92 is located on the right side of the gas outlet 54. For this reason, the outlet gas space 71B and the right wall gas space 75 are separated by the second partition member 92 and are not continuous (see FIG. 3).

第3仕切り部材93は、底壁ガス空間71内に配置され第1仕切り部材91及び第2仕切り部材92の前方で水平に延びる水平部93aと、水平部93aの左端部から上方に延びて左壁ガス空間74内に配置される鉛直部93bと、を備えるL字状の部材である。   The third partition member 93 is disposed in the bottom wall gas space 71 and extends horizontally in front of the first partition member 91 and the second partition member 92, and extends upward from the left end of the horizontal portion 93a to the left. And a vertical portion 93b disposed in the wall gas space 74.

水平部93aは、第2仕切り部材92の前端部92aから左方に延びている。
そして、水平部93aには、第1仕切り部材91の前端部91a及び第2仕切り部材92の前端部92aが当接している。
このため、流出部ガス空間71Bと前壁ガス空間72とは、水平部93aに仕切られ、連続していない。同様に、流入部ガス空間71Aと前壁ガス空間72とは、水平部93aにより仕切られ、連続していない。
The horizontal portion 93a extends leftward from the front end 92a of the second partition member 92.
The front end 91a of the first partition member 91 and the front end 92a of the second partition member 92 are in contact with the horizontal portion 93a.
Therefore, the outlet gas space 71B and the front wall gas space 72 are partitioned by the horizontal portion 93a and are not continuous. Similarly, the inflow gas space 71A and the front wall gas space 72 are separated by a horizontal portion 93a and are not continuous.

鉛直部93bの上端は、左壁ガス空間74の上方を閉塞する蓋部80の近傍までのびているものの、蓋部80に当接していない。このため、鉛直部93bの上方には、前壁ガス空間72と左壁ガス空間74とを連通させる第1連通口101が形成されている。   The upper end of the vertical portion 93b extends to the vicinity of the lid 80 that closes the upper part of the left wall gas space 74, but does not abut the lid 80. Therefore, a first communication port 101 that connects the front wall gas space 72 and the left wall gas space 74 is formed above the vertical portion 93b.

第4仕切り部材94は、第1仕切り部材91の後端部91bから左方に延びる水平部94aと、水平部94aの左端部から上方に延びる鉛直部94bと、を備えるL字状の部材である。   The fourth partition member 94 is an L-shaped member including a horizontal portion 94a extending leftward from a rear end portion 91b of the first partition member 91, and a vertical portion 94b extending upward from the left end portion of the horizontal portion 94a. is there.

図3に示すように、水平部94aの右端部は、第1仕切り部材91の後端部91bに当接している。このため、流入部ガス空間71Aと後壁ガス空間73とは、水平部94aにより仕切られ、連続していない。
一方で、水平部94aは、第1仕切り部材91と第2仕切り部材92との間を延在していないため、流出部ガス空間71Bと後壁ガス空間73とは連続している。
As shown in FIG. 3, the right end of the horizontal portion 94a is in contact with the rear end 91b of the first partition member 91. Therefore, the inlet gas space 71A and the rear wall gas space 73 are separated by the horizontal portion 94a and are not continuous.
On the other hand, since the horizontal portion 94a does not extend between the first partition member 91 and the second partition member 92, the outlet gas space 71B and the rear wall gas space 73 are continuous.

鉛直部94bの上端は、左壁ガス空間74の上方を閉塞する蓋部80に当接している。このため、左壁ガス空間74と後壁ガス空間73とは、鉛直部94bにより仕切られ、連続していない。   The upper end of the vertical portion 94b is in contact with the lid 80 that closes the upper part of the left wall gas space 74. Therefore, the left wall gas space 74 and the rear wall gas space 73 are separated by the vertical portion 94b and are not continuous.

第5仕切り部材95は、右壁ガス空間75内に配置され、上下方向に延びている。
第5仕切り部材95の上端95aは、内壁部61の右鍔部61aに当接している。
また、第5仕切り部材95の下部側が切り欠かれている。このため、前壁ガス空間72と右壁ガス空間75とを連通させる第2連通口102が形成されている。
The fifth partition member 95 is disposed in the right wall gas space 75 and extends in the up-down direction.
The upper end 95a of the fifth partition member 95 is in contact with the right flange 61a of the inner wall 61.
In addition, the lower side of the fifth partition member 95 is notched. For this reason, the second communication port 102 that connects the front wall gas space 72 and the right wall gas space 75 is formed.

なお、右壁ガス空間75の上部側には、内壁部61の右鍔部61aの後部が延在している。そして、この右鍔部61aの後部に、第1切り欠き106が形成されている。
また、蓋部80において、底板81の右縁部の後側には、第3連通口103が形成されている。このため、右壁ガス空間75と上壁ガス空間76とは、第3連通口103を介して連続している。
Note that the rear part of the right flange 61 a of the inner wall 61 extends above the right wall gas space 75. A first notch 106 is formed at the rear of the right flange 61a.
In the lid 80, a third communication port 103 is formed behind the right edge of the bottom plate 81. For this reason, the right wall gas space 75 and the upper wall gas space 76 are continuous via the third communication port 103.

第6仕切り部材96は、後壁ガス空間73内に配置され、上下方向に延びている。
第6仕切り部材96の上端96aは、内壁部61の後鍔部61bに当接している。
第6仕切り部材96の下端96bは、第2仕切り部材92の後端92bに当接している。このため、後壁ガス空間73と右壁ガス空間75とは、第6仕切り部材96により仕切られ、連続していない。
The sixth partition member 96 is disposed in the rear wall gas space 73 and extends in the up-down direction.
The upper end 96 a of the sixth partition member 96 is in contact with the rear flange 61 b of the inner wall 61.
The lower end 96 b of the sixth partition member 96 is in contact with the rear end 92 b of the second partition member 92. Therefore, the rear wall gas space 73 and the right wall gas space 75 are partitioned by the sixth partition member 96 and are not continuous.

なお、内壁部61の後鍔部61bの左部には、第2切り欠き107が形成されている。
また、蓋部80において、底板81の後縁側には、第4連通口104が形成されている。このため、上壁ガス空間76と後壁ガス空間73とは、第4連通口104を介して連続している。
In addition, a second notch 107 is formed on the left portion of the rear flange portion 61b of the inner wall portion 61.
In the lid 80, a fourth communication port 104 is formed on the rear edge side of the bottom plate 81. Therefore, the upper wall gas space 76 and the rear wall gas space 73 are continuous via the fourth communication port 104.

第7仕切り部材97は、上壁ガス空間76内の左右方向中央部に配置され、前後方向に延びている。
第7仕切り部材97の前端は、側壁82に当接していない。
第7仕切り部材97の後端は、側壁82に当接している。
このため、上壁ガス空間76は、第3連通路から103から第4連通口104に向って略U字状の径路になっている。
The seventh partition member 97 is disposed at the center in the left-right direction in the upper wall gas space 76 and extends in the front-rear direction.
The front end of the seventh partition member 97 is not in contact with the side wall 82.
The rear end of the seventh partition member 97 is in contact with the side wall 82.
Therefore, the upper wall gas space 76 has a substantially U-shaped path from the third communication path 103 to the fourth communication port 104.

つぎに、放熱回収用筐体30のガス流路50の径路について説明する。
図4に示すように、まず、酸化剤ガスは、流入ポート51を介して流入部ガス空間71A内に入り込み、左壁ガス空間74の下部側に流れる(矢印B1参照)。
つぎに酸化剤ガスは、左壁ガス空間74の下部から上方へ向って流れ(矢印B2参照)、第1連通口101を通過して前壁ガス空間72内に入る(矢印B3参照)。
Next, the path of the gas flow path 50 of the heat recovery casing 30 will be described.
As shown in FIG. 4, first, the oxidizing gas enters the inflow gas space 71A through the inflow port 51 and flows to the lower side of the left wall gas space 74 (see arrow B1).
Next, the oxidant gas flows upward from the lower portion of the left wall gas space 74 (see arrow B2), passes through the first communication port 101, and enters the front wall gas space 72 (see arrow B3).

つぎに、酸化剤ガスは、前壁ガス空間72の左上部から右下部に向って斜めに流れ(矢印B4参照)、第2連通口102を通過して右壁ガス空間75内に流れる(矢印B5参照)。   Next, the oxidizing gas flows obliquely from the upper left to the lower right of the front wall gas space 72 (see arrow B4), passes through the second communication port 102, and flows into the right wall gas space 75 (arrow). B5).

つぎに、図3に示すように、酸化剤ガスは、右壁ガス空間75の前側下部から後側上部に向って斜めに流れ(矢印B6参照)、第3連通口103を通過して上壁ガス空間76内に入り込む(矢印B7参照)。   Next, as shown in FIG. 3, the oxidizing gas flows obliquely from the front lower part to the rear upper part of the right wall gas space 75 (see arrow B <b> 6), passes through the third communication port 103, and passes through the upper wall. The gas enters the gas space 76 (see arrow B7).

つぎに、酸化剤ガスは、上壁ガス空間76内をU字状に移動し(矢印B8参照)、第4連通口104を通過して後壁ガス空間73内に流れる(矢印B9参照)。   Next, the oxidizing gas moves in a U-shape in the upper wall gas space 76 (see arrow B8), and flows through the fourth communication port 104 into the rear wall gas space 73 (see arrow B9).

つぎに、酸化剤ガスは、後壁ガス空間73の上部から下部に向って流れ(矢印B10参照)、後壁ガス空間73の下部から流出部ガス空間71Bの後部に流れる(矢印B11参照)。   Next, the oxidizing gas flows from the upper part to the lower part of the rear wall gas space 73 (see arrow B10), and flows from the lower part of the rear wall gas space 73 to the rear part of the outlet gas space 71B (see arrow B11).

そして、図4に示すように、流出部ガス空間71Bの後部から前部に向って流れた酸化剤ガスは、ガス流出口54を介して、放熱回収用筐体30内に流れ(矢印B12参照)、燃料電池モジュール10のBOP20に供給される。   Then, as shown in FIG. 4, the oxidizing gas that has flowed from the rear to the front of the outflow gas space 71B flows through the gas outlet 54 into the heat recovery casing 30 (see arrow B12). ), And is supplied to the BOP 20 of the fuel cell module 10.

<燃料電池モジュールの断熱構造>
続いて、本発明の実施形態に係る燃料電池モジュール10の断熱構造について、図2を参照して説明する。
<Heat insulation structure of fuel cell module>
Subsequently, a heat insulating structure of the fuel cell module 10 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図2に示すように、放熱回収用筐体30は、前記した本体部60及び蓋部80によって構成されており、内側筐体30Aと、外側筐体30Bと、を備える。内側筐体30Aは、内側の底壁部31、前壁部32、後壁部33、左壁部34、右壁部35及び上壁部36によって構成されている金属製(例えば、SUS製)の缶体である。外側筐体30Bは、外側の底壁部31、前壁部32、後壁部33、左壁部34、右壁部35及び上壁部36によって構成されている、内側筐体30Aよりも大きい金属製(例えば、SUS製)の缶体である。内側筐体30Aには、燃料電池モジュール10が収容されている。また、外側筐体30Bには、内側筐体30Aが収容されている。   As shown in FIG. 2, the heat recovery casing 30 includes the main body 60 and the lid 80, and includes an inner housing 30 </ b> A and an outer housing 30 </ b> B. The inner housing 30A is made of metal (for example, SUS) formed of an inner bottom wall portion 31, a front wall portion 32, a rear wall portion 33, a left wall portion 34, a right wall portion 35, and an upper wall portion 36. It is a can body. The outer housing 30B is larger than the inner housing 30A, which includes an outer bottom wall 31, a front wall 32, a rear wall 33, a left wall 34, a right wall 35, and an upper wall 36. It is a metal (for example, SUS) can body. The fuel cell module 10 is housed in the inner housing 30A. The outer housing 30B houses the inner housing 30A.

燃料電池モジュール10の断熱構造は、内側断熱層111と、中間断熱層112と、外側断熱層112と、を備える。   The heat insulating structure of the fuel cell module 10 includes an inner heat insulating layer 111, an intermediate heat insulating layer 112, and an outer heat insulating layer 112.

≪内側断熱層≫
内側断熱層111は、高温域における断熱層であって、燃料電池モジュール10を囲むように設けられている顆粒断熱材からなる。本実施形態において、内側断熱層111は、内側筐体30A内に充填されている顆粒断熱材によって構成されている。顆粒断熱材としては、顆粒状マイクロサーム等が好適に利用可能である。
≪Insulation layer inside≪
The inner heat insulating layer 111 is a heat insulating layer in a high temperature range, and is made of a granular heat insulating material provided so as to surround the fuel cell module 10. In the present embodiment, the inner heat-insulating layer 111 is made of a granular heat-insulating material filled in the inner housing 30A. As the granular heat insulating material, a granular microtherm or the like can be suitably used.

≪中間断熱層≫
中間断熱層112は、中温域における断熱層であって、内側断熱層111と外側断熱層113との間に形成されている空気による断熱層である。本実施形態において、中間断熱層112は、内側筐体30Aと外側筐体30Bとの間に構成されている。
≪Intermediate insulation layer≫
The intermediate heat insulating layer 112 is a heat insulating layer in a medium temperature range, and is a heat insulating layer formed by air formed between the inner heat insulating layer 111 and the outer heat insulating layer 113. In the present embodiment, the intermediate heat insulating layer 112 is configured between the inner housing 30A and the outer housing 30B.

中間断熱層112には、燃料電池スタック12内において積層されている複数の燃料電池セルのカソード極に対して、BOP20を介して供給される酸化剤ガス(空気)が流通するガス流路50が設けられている。   The intermediate heat insulating layer 112 has a gas flow path 50 through which an oxidizing gas (air) supplied through the BOP 20 flows to the cathodes of the plurality of fuel cells stacked in the fuel cell stack 12. Is provided.

≪外側断熱層≫
外側断熱層113は、低温域における断熱層であって、ブロック断熱材によって形成されており、筐体形状を呈する断熱層である。外側断熱層113内には、内側断熱層111及び中間断熱層112の外側に設けられており、燃料電池モジュール10及び内側断熱層111が収容されている。本実施形態において、外側断熱層113には、外側筐体30Bが収容されている。外側断熱層113の内部空間は、外側筐体30Bの外形と同一形状を呈しており、外側断熱層113の内側面は、外側筐体30Bの外側面と当接している。ブロック断熱材すなわち外側断熱層113としては、温度域、放熱量、コスト等に鑑みて、樹脂製断熱材、ケイ酸カルシウム製断熱材、ヒュームドSiOナノ断熱材等を使い分けることが可能である。
≪Outer insulation layer≫
The outer heat-insulating layer 113 is a heat-insulating layer in a low-temperature region, is formed of a block heat-insulating material, and is a heat-insulating layer having a housing shape. The outer heat insulating layer 113 is provided outside the inner heat insulating layer 111 and the intermediate heat insulating layer 112, and houses the fuel cell module 10 and the inner heat insulating layer 111. In the present embodiment, the outer heat insulating layer 113 contains the outer housing 30B. The inner space of the outer heat insulating layer 113 has the same shape as the outer shape of the outer housing 30B, and the inner surface of the outer heat insulating layer 113 is in contact with the outer surface of the outer housing 30B. As the block heat insulating material, that is, the outer heat insulating layer 113, a resin heat insulating material, a calcium silicate heat insulating material, a fumed SiO 2 nano heat insulating material, or the like can be selectively used in consideration of a temperature range, a heat radiation amount, a cost, and the like.

かかる外側断熱層113には、流入ポート51、ガスバーナー24a等に対応する部位に、これらを挿通させるための孔部が形成されている。   In the outer heat-insulating layer 113, holes are formed in portions corresponding to the inflow port 51, the gas burner 24a, and the like to allow these to pass therethrough.

本発明の実施形態に係る燃料電池モジュール10の断熱構造は、3層の断熱構造によって好適な断熱性能を実現することができるとともに、中間に空気による中間断熱層112が設けられているので、コンパクト化と好適な断熱性能を両立することができる。
また、燃料電池モジュール10の断熱構造は、顆粒断熱材を燃料電池モジュール10の燃料電池スタック12及び周辺機器(BOP20)複雑形状部の細部まで設けることができるので、断熱性能を向上することができる。
また、燃料電池モジュール10の断熱構造は、内側断熱層111が顆粒断熱材によって構成されているので、当該内側断熱層111がブロック断熱材によって構成されている場合と比較して、複雑形状部に対応するための加工が不要であり、低コストを実現することができる。
また、燃料電池モジュール10の断熱構造は、内側断熱層111が設けられているので、外側断熱層113が比較的低温域における断熱性能を有していればよくなり、低コストなブロック断熱材を採用することが可能である。
The heat insulating structure of the fuel cell module 10 according to the embodiment of the present invention can realize a suitable heat insulating performance by a three-layer heat insulating structure, and is compact because the intermediate heat insulating layer 112 made of air is provided in the middle. And heat insulation performance can be compatible.
In addition, the heat insulating structure of the fuel cell module 10 can improve the heat insulating performance because the granular heat insulating material can be provided to the details of the complicated shape of the fuel cell stack 12 and the peripheral device (BOP 20) of the fuel cell module 10. .
Further, in the heat insulating structure of the fuel cell module 10, since the inner heat insulating layer 111 is made of the granular heat insulating material, the heat insulating structure of the fuel cell module 10 has a complicated shape compared to the case where the inner heat insulating layer 111 is made of the block heat insulating material. No processing is required to cope with this, and low cost can be realized.
Further, since the heat insulating structure of the fuel cell module 10 includes the inner heat insulating layer 111, the outer heat insulating layer 113 only needs to have heat insulating performance in a relatively low temperature range. It is possible to adopt.

また、燃料電池モジュール10の断熱構造は、内側筐体30A及び外側筐体30Bからなる二重構造の放熱回収用筐体30が設けられているので、顆粒断熱材を内側筐体30A内に充填することによって内側断熱層111を容易に形成するとともに、内側筐体30Aと外側筐体30Bとの間に空気による中間断熱層112を容易に形成することが可能である。   Further, the heat insulation structure of the fuel cell module 10 is provided with the heat dissipation recovery housing 30 having a double structure including the inner housing 30A and the outer housing 30B, so that the inner housing 30A is filled with the granular heat insulating material. By doing so, the inner heat insulating layer 111 can be easily formed, and the intermediate heat insulating layer 112 made of air can be easily formed between the inner housing 30A and the outer housing 30B.

また、燃料電池モジュール10の断熱構造は、中間断熱層112にガス流路50が設けられているので、酸化剤ガスが熱交換を行うことによって内側断熱層111から外部へ排出された廃熱を回収するので、かかる廃熱を利用して酸化剤ガスを加熱することができる。   Further, in the heat insulating structure of the fuel cell module 10, since the gas flow path 50 is provided in the intermediate heat insulating layer 112, the oxidizing gas performs heat exchange to reduce waste heat discharged from the inner heat insulating layer 111 to the outside. Since the waste gas is recovered, the oxidizing gas can be heated using the waste heat.

また、上記する放熱回収用筐体30によれば、酸化剤ガスは、底壁ガス空間71〜上壁ガス空間76で構成されるガス流路50を通流して昇温する。言い換えると、酸化剤ガスは、放熱回収用筐体30を構成する全ての壁部から放熱エネルギーを回収している。   In addition, according to the above-described heat recovery casing 30, the oxidizing gas flows through the gas flow path 50 including the bottom wall gas space 71 to the top wall gas space 76 and is heated. In other words, the oxidizing gas recovers the heat radiation energy from all the walls constituting the heat recovery casing 30.

また、前壁ガス空間72と右壁ガス空間75と上壁ガス空間76においては、酸化剤ガスが斜めに移動したり又はU字状に移動したりして、酸化剤ガスの径路が比較的長くなっている(矢印B4,B6,B8参照)。このため、酸化剤ガスは、より多くの放熱エネルギーを回収している。   Further, in the front wall gas space 72, the right wall gas space 75, and the upper wall gas space 76, the oxidant gas moves obliquely or in a U-shape, so that the path of the oxidant gas is relatively small. It is longer (see arrows B4, B6, B8). For this reason, the oxidizing gas recovers more heat radiation energy.

さらに、左壁部34を構成する内壁部61にはガスバーナー24aのフランジ24bが固定されるとともに、左壁ガス空間74内にガスバーナー24aが延在している。このため、左壁ガス空間74を流れる酸化剤ガスは、内壁部61及びガスバーナー24aから多くの熱エネルギーを回収している。
以上から、BOP20には、高温に昇温した酸化剤ガスが供給されるようになる。
Further, the flange 24b of the gas burner 24a is fixed to the inner wall 61 constituting the left wall 34, and the gas burner 24a extends into the left wall gas space 74. Therefore, the oxidant gas flowing through the left wall gas space 74 recovers a large amount of thermal energy from the inner wall portion 61 and the gas burner 24a.
As described above, the oxidizing gas heated to a high temperature is supplied to the BOP 20.

そのほか、放熱回収用筐体30によれば、酸化剤ガスが各壁部の熱エネルギーを回収するため、放熱回収用筐体30の外部空間に熱エネルギーが伝わり難い。言い換えると、放熱回収用筐体30を建物の外壁近傍やマンションの限られたスペースに設置しても、建物の外壁等に熱エネルギーが伝わり難い。以上から、放熱回収用筐体30を建物の外壁等に寄せて設置することが可能となり、設置スペースの狭小化を図れる。   In addition, according to the heat recovery casing 30, since the oxidizing gas recovers the heat energy of each wall portion, it is difficult for the heat energy to be transmitted to the external space of the heat recovery casing 30. In other words, even if the heat recovery casing 30 is installed near the outer wall of a building or in a limited space in a condominium, it is difficult for heat energy to be transmitted to the outer wall of the building. As described above, the heat recovery casing 30 can be installed close to the outer wall of the building, and the installation space can be reduced.

以上、実施形態に係る放熱回収用筐体30について説明したが、本発明は、実施形態で説明した例に限定されない。
例えば、前記実施形態では、中間断熱層112全体がガス流路50として機能しているが、中間断熱層112内に、パイプ等からなるガス流路50を設け、中間断熱層112としての空気層と酸化剤ガスとを別とする構成であってもよい。
また、外側断熱層113の内部空間は、外側筐体30Bよりも大きく設定されており、外側断熱層113と外側筐体30Bとの間(互いの上壁部間、側壁部間等)に隙間が形成されている構成であってもよい。
また、本実施形態では、排ガス燃焼器24のガスバーナー24aのみが放熱回収用筐体30に支持されるようになっているが、起動用燃焼器25のガスバーナー(不図示)も放熱回収用筐体30に支持されるように構成してもよい。
さらに、放熱回収用筐体30に収容されたBOP20は、水蒸気改質型であったが、部分酸化型や、水蒸気改質型と部分酸化型との両方を備えたものであってもよく、特に限定されない。
As described above, the heat recovery casing 30 according to the embodiment has been described, but the present invention is not limited to the example described in the embodiment.
For example, in the above-described embodiment, the entire intermediate heat insulating layer 112 functions as the gas flow path 50. However, the gas flow path 50 made of a pipe or the like is provided in the intermediate heat insulating layer 112, and the air layer serving as the intermediate heat insulating layer 112 is provided. The oxidizing gas may be different from the oxidizing gas.
The inner space of the outer heat insulating layer 113 is set to be larger than that of the outer housing 30B, and a gap is provided between the outer heat insulating layer 113 and the outer housing 30B (between upper wall portions, between side wall portions, and the like). May be formed.
In the present embodiment, only the gas burner 24a of the exhaust gas combustor 24 is supported by the heat recovery casing 30, but the gas burner (not shown) of the startup combustor 25 is also used for heat recovery. You may comprise so that it may be supported by the housing | casing 30.
Further, the BOP 20 housed in the heat recovery casing 30 is a steam reforming type, but may be a partially oxidizing type or a type having both a steam reforming type and a partial oxidizing type. There is no particular limitation.

1 燃料電池システム
10 燃料電池モジュール
12 燃料電池スタック
20 BOP(Balance Of Plant、周辺機器ユニット)
24 排ガス燃焼器
24a ガスバーナー
24b フランジ
30 放熱回収用筐体(燃料電池放熱回収用筐体)
30A 内側筐体
30B 外側筐体
40 結合ブラケット(結合部品)
50 ガス流路
52 ガス流入口
54 ガス流出口
60 本体部
80 蓋部
90 仕切り部
111 内側断熱層(顆粒断熱材)
112 中間断熱層(空気)
113 外側断熱層(ブロック断熱材)
S1 第1隙間
S2 第2隙間
Reference Signs List 1 fuel cell system 10 fuel cell module 12 fuel cell stack 20 BOP (Balance Of Plant, peripheral equipment unit)
24 Exhaust gas combustor 24a Gas burner 24b Flange 30 Heat dissipation recovery housing (fuel cell heat dissipation recovery housing)
30A Inner case 30B Outer case 40 Coupling bracket (coupling part)
Reference Signs List 50 gas flow path 52 gas inflow port 54 gas outflow port 60 main body section 80 lid section 90 partition section 111 inner heat insulating layer (granular heat insulating material)
112 Intermediate insulation layer (air)
113 Outer insulation layer (block insulation material)
S1 First gap S2 Second gap

Claims (2)

燃料電池スタックと周辺機器ユニットとを有する燃料電池モジュールの断熱構造であって、
前記燃料電池モジュールを囲むように設けられている顆粒断熱材からなる内側断熱層と、
前記内側断熱層の外側に設けられており、前記燃料電池モジュール及び前記内側断熱層が収容される筐体形状を呈する、ブロック断熱材からなる外側断熱層と、
を備え、
前記内側断熱層と前記外側断熱層との間には、空気による中間断熱層が構成されており、
前記中間断熱層には、前記燃料電池スタックのカソード極に供給される酸化剤ガスが流通するガス流路が設けられており、
前記周辺機器ユニットは、前記燃料電池スタックから排出される排ガスを燃焼させる排ガス燃焼器を備え、
前記排ガス燃焼器のガスバーナーは、前記ガス流路内に延在している
ことを特徴とする燃料電池モジュールの断熱構造。
A heat insulating structure for a fuel cell module having a fuel cell stack and a peripheral device unit,
An inner heat insulating layer made of a granular heat insulating material provided so as to surround the fuel cell module,
An outer heat-insulating layer, which is provided outside the inner heat-insulating layer and has a housing shape in which the fuel cell module and the inner heat-insulating layer are housed, is made of a block heat-insulating material;
With
An intermediate heat insulating layer by air is configured between the inner heat insulating layer and the outer heat insulating layer ,
The intermediate heat insulating layer is provided with a gas flow path through which an oxidizing gas supplied to the cathode of the fuel cell stack flows,
The peripheral device unit includes an exhaust gas combustor that burns exhaust gas discharged from the fuel cell stack,
A heat insulation structure for a fuel cell module , wherein a gas burner of the exhaust gas combustor extends into the gas flow path .
前記燃料電池モジュールが収容される内側筐体と、
前記内側筐体が収容される外側筐体と、
を備え、
前記内側断熱層は、前記内側筐体内に充填されている前記顆粒断熱材によって構成されており、
前記中間断熱層は、前記内側筐体と前記外側筐体との間に構成されており、
筐体形状を呈する前記外側断熱層には、前記外側筐体が収容されている
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池モジュールの断熱構造。
An inner housing in which the fuel cell module is housed,
An outer housing in which the inner housing is housed,
With
The inner heat insulating layer is constituted by the granular heat insulating material filled in the inner housing,
The intermediate heat insulating layer is configured between the inner housing and the outer housing,
The heat insulating structure for a fuel cell module according to claim 1, wherein the outer housing is housed in the outer heat insulating layer having a housing shape.
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