JP6752929B2 - Solid oxide fuel cell device - Google Patents

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Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電を行う複数の燃料電池セルを備えた固体酸化物形燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell apparatus including a plurality of fuel cell cells that generate electricity from a fuel gas and an oxidant gas.

固体酸化物形燃料電池装置(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」とも言う)は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤ガス(空気、酸素等)を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。 A solid oxide fuel cell (Solid Oxide Fuel Cell: also referred to as "SOFC") uses an oxide ion conductive solid electrolyte as an electrolyte, has electrodes on both sides, and supplies fuel gas to one side. , A fuel cell that operates at a relatively high temperature by supplying an oxidizing agent gas (air, oxygen, etc.) to the other side.

固体酸化物形燃料電池装置では、燃料電池セルが安定して発電できるように、燃料電池セルに供給される空気を予め昇温する必要がある。そこで、例えば、特許文献1に記載されているように、燃料電池セルが収容されるモジュール容器の内壁に沿って、燃料電池セルからのオフガスを燃焼させて生成された排ガスの流通する排気通路を設けるとともに、モジュール容器の外壁に空気通路を形成し、排ガスと空気の間で熱交換を行うように構成することが行われている。 In the solid oxide fuel cell apparatus, it is necessary to raise the temperature of the air supplied to the fuel cell in advance so that the fuel cell can generate electricity stably. Therefore, for example, as described in Patent Document 1, an exhaust passage through which exhaust gas generated by burning off-gas from the fuel cell is circulated is provided along the inner wall of the module container in which the fuel cell is housed. At the same time, an air passage is formed on the outer wall of the module container so as to exchange heat between the exhaust gas and the air.

特開2012−221659号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-221659

ここで、近年、モジュール容器の小型化が望まれている。モジュール容器を小型化すると、空気通路と排気通路との間での熱交換可能な距離が短くなってしまう。このため、図15に示すように、空気通路300と排気通路302をそれぞれモジュール容器304の側壁304Aから天面304Bにかけて沿うように形成し、これら空気通路300と排気通路302にそれぞれプレートフィンなどの板状の熱交換促進部材306、308を設けることが行われている。しかしながら、このような板状の熱交換促進部材306、308を設ける場合には、側壁304Aに沿う部分と天面304Bに沿う部分とを別々の部材として設けており、組付作業不良により熱交換促進部材306、308の配置がずれてしまうことがある。このような場合には、図中、A部やB部のように、熱交換促進部材306、308がモジュールケースの側壁304Aや、空気通路300を構成するケース310に付き合ったってしまう。このような場合には、空気通路300及び排気通路302の側面と天面との間の角部においてガス気流の乱れが生じ、圧損が高くなってしまう。このため、角部において排ガスと空気の熱交換性能が低下してしまう。 Here, in recent years, miniaturization of the module container has been desired. When the module container is miniaturized, the heat exchangeable distance between the air passage and the exhaust passage becomes shorter. Therefore, as shown in FIG. 15, the air passage 300 and the exhaust passage 302 are formed so as to extend from the side wall 304A to the top surface 304B of the module container 304, respectively, and plate fins or the like are formed in the air passage 300 and the exhaust passage 302, respectively. Plate-shaped heat exchange promoting members 306 and 308 are provided. However, when such plate-shaped heat exchange promoting members 306 and 308 are provided, the portion along the side wall 304A and the portion along the top surface 304B are provided as separate members, and heat exchange occurs due to poor assembly work. The arrangement of the accelerator members 306 and 308 may be misaligned. In such a case, the heat exchange promoting members 306 and 308 come into contact with the side wall 304A of the module case and the case 310 constituting the air passage 300, as in the parts A and B in the drawing. In such a case, the gas flow turbulence occurs at the corner between the side surface and the top surface of the air passage 300 and the exhaust passage 302, and the pressure loss becomes high. Therefore, the heat exchange performance between the exhaust gas and the air deteriorates at the corners.

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、空気通路や排気通路の側面と天面との間の角部においても熱交換性能が低下しないようにすることである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent the heat exchange performance from deteriorating even at the corners between the side surfaces of the air passage and the exhaust passage and the top surface.

本発明の固体酸化物形燃料電池装置は、原燃料ガスを改質して得られた燃料ガスと、発電用空気との反応により発電する固体酸化物形燃料電池装置であって、互いに電気的に接続され、燃料ガスと、発電用空気との反応により発電する燃料電池セルと、モジュール容器と、モジュール容器内に配置され、水蒸気改質により原燃料ガスから燃料ガスを生成する改質器と、燃料電池セルの発電に寄与しなかった燃料ガスを燃焼させ、発生した排ガスにより改質器を加熱する燃焼部と、モジュール容器の外面に沿って設けられ、燃料電池セルに発電用空気を供給する空気通路と、モジュール容器の内面に沿って設けられ、モジュール容器の排ガスの排気口まで排ガスが流通し、モジュール容器を挟んで空気通路内の空気と、内部を流れる排ガスとの間で熱交換が行われる排気通路と、を備え、空気通路及び排気通路は、モジュール容器の天面及び側壁面の上部に沿って形成されており、空気通路及び排気通路の少なくとも一方には、熱交換促進部材が設けられ、熱交換促進部材は、モジュール容器の側壁面に沿う第一の面と、モジュール容器の天面に沿う第二の面とからなり、第一の面と第二の面とは一部材として形成されている。 The solid oxide type fuel cell device of the present invention is a solid oxide type fuel cell device that generates power by reacting the fuel gas obtained by reforming the raw material fuel gas with the air for power generation, and is electrically connected to each other. A fuel cell that generates electricity by reacting the fuel gas with the air for power generation, a module container, and a reformer that is arranged in the module container and generates fuel gas from the raw fuel gas by steam reforming. , A combustion part that burns fuel gas that did not contribute to the power generation of the fuel cell and heats the reformer with the generated exhaust gas, and is provided along the outer surface of the module container to supply air for power generation to the fuel cell. Exhaust gas flows to the exhaust port of the exhaust gas of the module container, which is provided along the inner surface of the module container and the air passage, and heat is exchanged between the air in the air passage across the module container and the exhaust gas flowing inside. The air passage and the exhaust passage are formed along the upper part of the top surface and the side wall surface of the module container, and at least one of the air passage and the exhaust passage has a heat exchange promoting member. The heat exchange promoting member is composed of a first surface along the side wall surface of the module container and a second surface along the top surface of the module container, and the first surface and the second surface are one. It is formed as a member.

上記構成の本発明によれば、熱交換促進部材は、モジュール容器の側壁面に沿う第一の面と、モジュール容器の天面に沿う第二の面とが一部材として形成されているため、複数の熱交換促進部材の組付不良によりガス気流の乱れが生じることを防止し、側面と天面との間の角部において熱交換性能が低下するのを防止できる。また、熱交換促進部材が側面と天面との間の角部に沿って一体に形成されているため、仮に熱交換促進部材をモジュール容器に取り付ける溶接接合が外れてしまっても、熱交換促進部材が容器壁面に引っかかるため、熱交換促進部材の脱落を防止できる。また、第一の面と、第二の面とを一部材として形成したため、部材点数が減ったことによるコストダウンが図れ、また、熱交換促進部材の取付作業が容易になる。 According to the present invention having the above configuration, the heat exchange promoting member is formed as one member with a first surface along the side wall surface of the module container and a second surface along the top surface of the module container. It is possible to prevent the gas airflow from being disturbed due to improper assembly of the plurality of heat exchange promoting members, and to prevent the heat exchange performance from deteriorating at the corners between the side surface and the top surface. Further, since the heat exchange promoting member is integrally formed along the corner between the side surface and the top surface, even if the welding joint for attaching the heat exchange promoting member to the module container is removed, the heat exchange promoting member is promoted. Since the member is caught on the wall surface of the container, it is possible to prevent the heat exchange promoting member from falling off. Further, since the first surface and the second surface are formed as one member, the cost can be reduced by reducing the number of members, and the heat exchange promoting member can be easily attached.

本発明において、好ましくは、熱交換促進部材には、当該熱交換促進部材の内側と外側との間で排ガス又は空気が通過するための気体取り込み穴が形成されている。
モジュール容器の側壁面に沿う第一の面と、モジュール容器の天面に沿う第二の面とを一部材として形成すると、熱交換促進部材に対して熱交換を行うモジュール容器と反対側の空間内の排ガス又は空気は熱交換が行われにくくなってしまう。これに対して、上記構成の本発明によれば、気体取り込み穴を介して、モジュール容器側と反対側との間で排ガス又は空気が流通することができるため、全ての排ガス又は空気の熱交換が実現できる。
In the present invention, preferably, the heat exchange promoting member is formed with a gas intake hole for passing exhaust gas or air between the inside and the outside of the heat exchange promoting member.
When the first surface along the side wall surface of the module container and the second surface along the top surface of the module container are formed as one member, the space opposite to the module container that exchanges heat with the heat exchange promoting member. The exhaust gas or air inside is difficult to exchange heat. On the other hand, according to the present invention having the above configuration, since the exhaust gas or air can flow between the module container side and the opposite side through the gas intake hole, heat exchange of all the exhaust gas or air Can be realized.

本発明において、好ましくは、空気通路又は排気通路の一方に設けられた熱交換促進部材の、空気通路又は排気通路の他方に設けられた熱交換促進部材に形成された気体取り込み穴に、モジュール容器を挟んで対向する位置には、スポット溶接のための溶接しろが設けられている。 In the present invention, preferably, the module container is placed in the gas intake hole formed in the heat exchange promoting member provided on the other side of the air passage or the exhaust passage of the heat exchange promoting member provided on one of the air passage or the exhaust passage. Welding margins for spot welding are provided at positions facing each other across the.

熱交換促進部材はスポット溶接により取り付けるが、スポット溶接は接続する2部材を一対の電極で挟んだ状態で溶接を行うため、空気通路の熱交換促進部材と、モジュール容器と、排気通路の熱交換促進部材とが重なっているとスポット溶接を行うことができない。これに対して、上記構成の本発明によれば、気体取り込み穴に当たる箇所では、2部材が重なった状態となっているため、気体取り込み穴をスポット溶接のスペースとして利用することができ、所望の場所でスポット溶接を行うことができる。 The heat exchange promoting member is attached by spot welding, but since spot welding is performed with the two connecting members sandwiched between a pair of electrodes, the heat exchange promoting member of the air passage, the module container, and the exhaust passage are heat exchanged. Spot welding cannot be performed if the accelerator members overlap. On the other hand, according to the present invention having the above configuration, since the two members are in an overlapping state at the portion corresponding to the gas intake hole, the gas intake hole can be used as a space for spot welding, which is desired. Spot welding can be performed in place.

本発明において、好ましくは、改質器の中央には排ガスが流通可能な流通孔が形成されており、排気通路に設けられた熱交換促進部材の気体取り込み穴は、モジュール容器の側壁面に沿って上昇した排ガスと、改質器の流通孔を通って上昇した排ガスとの合流領域に形成されている。 In the present invention, preferably, a flow hole through which exhaust gas can flow is formed in the center of the reformer, and the gas intake hole of the heat exchange promoting member provided in the exhaust passage is along the side wall surface of the module container. It is formed in the confluence region of the exhaust gas that has risen and the exhaust gas that has risen through the flow hole of the reformer.

上記構成の本発明によれば、モジュール容器の側壁面に沿って上昇した排ガスと、改質器の流通孔を通って上昇した排ガスとの合流領域に気体取り込み穴が設けられているため、排気通路のモジュール容器の壁面側に効率よく排ガスを誘導することができる。 According to the present invention having the above configuration, since the gas intake hole is provided in the confluence region of the exhaust gas rising along the side wall surface of the module container and the exhaust gas rising through the flow hole of the reformer, the exhaust gas is exhausted. Exhaust gas can be efficiently guided to the wall surface side of the module container in the passage.

本発明において、好ましくは、排気通路に設けられた熱交換促進部材は、第一の面及び第二の面に気体取り込み穴が設けられている。
上記構成の本発明によれば、第一の面、第二の面のどちらからでも排ガスを、熱交換が行われる排気通路のモジュール容器の壁面側へと送ることができる。
In the present invention, preferably, the heat exchange promoting member provided in the exhaust passage is provided with gas intake holes on the first surface and the second surface.
According to the present invention having the above configuration, exhaust gas can be sent from either the first surface or the second surface to the wall surface side of the module container of the exhaust passage where heat exchange is performed.

本発明において、好ましくは、空気通路及び排気通路に設けられた熱交換促進部材は、第一の面と第二の面との境界に気体取り込み穴が設けられている。
上記構成の本発明によれば、側面と天面との間の角部における圧力損失を一層緩和することができ、熱交換性能を向上することができる。また、一枚の板状の部材を折り曲げて熱交換促進部材を形成する場合には、容易に折り曲げ作業を行うことができる。このように容易に折り曲げ作業を行うことができるため、取付前までは熱交換促進部材を折り曲げずに積み重ねて保管しておくことができる。
In the present invention, preferably, the heat exchange promoting member provided in the air passage and the exhaust passage is provided with a gas intake hole at the boundary between the first surface and the second surface.
According to the present invention having the above configuration, the pressure loss at the corner between the side surface and the top surface can be further alleviated, and the heat exchange performance can be improved. Further, when a single plate-shaped member is bent to form a heat exchange promoting member, the bending operation can be easily performed. Since the bending operation can be easily performed in this way, the heat exchange promoting members can be stacked and stored without being bent until before mounting.

本発明によれば、空気通路や排気通路の側面と天面との間の角部においても熱交換性能が低下しないようにできる。 According to the present invention, the heat exchange performance can be prevented from deteriorating even at the corners between the side surface of the air passage or the exhaust passage and the top surface.

本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置(SOFC)を示す全体構成図である。It is an overall block diagram which shows the solid oxide fuel cell apparatus (SOFC) by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図である。It is a side sectional view which shows the fuel cell module of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 図2のIII-III線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the line III-III of FIG. 図2のIV-IV線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the IV-IV line of FIG. モジュールケース及び空気通路カバーの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of a module case and an air passage cover. (A),(B)は、異なる角度から見た空気通路カバーを取り外した状態のモジュールケースを示す斜視図である。(A) and (B) are perspective views showing a module case in a state where the air passage cover is removed when viewed from different angles. (A)は、空気通路の内部に設けられたプレートフィンを示す斜視図であり、(B)は、排気通路の内部に設けられたプレートフィンを示す斜視図である。(A) is a perspective view showing a plate fin provided inside an air passage, and (B) is a perspective view showing a plate fin provided inside an exhaust passage. 空気通路に設けられたプレートフィンの第二の面を拡大して示す斜視図である。It is an enlarged perspective view which shows the 2nd surface of the plate fin provided in the air passage. プレートフィンを折り曲げる様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state of bending a plate fin. プレートフィンをスパッタ溶接によりモジュールケースに取り付ける様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows how the plate fin is attached to a module case by sputter welding. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows the fuel cell unit of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 図2と同様の、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図である。FIG. 2 is a side sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention, similar to FIG. 2. 図3と同様の、図2のIII-III線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the line III-III of FIG. 2 similar to FIG. 図4と同様の図2のIV-IV線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the IV-IV line of FIG. 2 similar to FIG. 従来の固体酸化物形燃料電池装置の空気通路及び排気通路に設けられた熱交換促進部材を示す鉛直断面図である。It is a vertical cross-sectional view which shows the heat exchange promotion member provided in the air passage and the exhaust passage of the conventional solid oxide fuel cell apparatus.

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物形燃料電池装置を説明する。 Next, the solid oxide fuel cell apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

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

燃料電池モジュール2は、ハウジング6を備え、このハウジング6内部には、断熱材7を介して金属製のモジュールケース8が内蔵されている。この密閉空間であるモジュールケース8の下方部分である発電室10には、燃料ガスと酸化剤ガス(以下では適宜「発電用空気」又は「空気」と呼ぶ。)とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体12が収容置されている。この燃料電池セル集合体12は、複数の燃料電池セルユニット16(図6参照)が直列接続されて構成されている。この例では、燃料電池セル集合体12は、128本の燃料電池セルユニット16を有する。 The fuel cell module 2 includes a housing 6, and a metal module case 8 is built in the housing 6 via a heat insulating material 7. In the power generation chamber 10 which is a lower part of the module case 8 which is a closed space, a fuel cell which performs a power generation reaction with a fuel gas and an oxidant gas (hereinafter, appropriately referred to as "air for power generation" or "air") The cell assembly 12 is housed. The fuel cell assembly 12 is configured by connecting a plurality of fuel cell units 16 (see FIG. 6) in series. In this example, the fuel cell assembly 12 has 128 fuel cell units 16.

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

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

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

なお、本実施形態では、装置の起動時に改質器120内において、部分酸化改質反応(POX)のみが生じるPOX工程から、部分酸化改質反応(POX)と水蒸気改質反応(SR)が混在したオートサーマル改質反応(ATR)が生じるATR工程を経て、水蒸気改質反応のみが生じるSR工程が行われるように構成してもよいし、POX工程を省略してATR工程からSR工程に移行されるように構成してもよいし、POX工程及びATR工程を省略してSR工程のみが行われるように構成してもよい。なお、SR工程のみが行われる構成では、改質用空気流量調整ユニット44は不要である。 In this embodiment, the partial oxidation reforming reaction (POX) and the steam reforming reaction (SR) are carried out from the POX step in which only the partial oxidation reforming reaction (POX) occurs in the reformer 120 when the apparatus is started. It may be configured so that the SR step in which only the steam reforming reaction occurs is performed through the ATR step in which the mixed auto-thermal reforming reaction (ATR) occurs, or the POX step is omitted and the ATR process is changed to the SR process. It may be configured so as to be migrated, or it may be configured so that only the SR step is performed by omitting the POX step and the ATR step. In the configuration in which only the SR process is performed, the reforming air flow rate adjusting unit 44 is unnecessary.

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

次に、図2乃至図6を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの構造について説明する。図2は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図3は、図2のIII-III線に沿った断面図であり、図4は、図2のIV-IV線に沿った断面図であり、図5は、モジュールケース及び空気通路カバーの分解斜視図であり、図6(A),(B)は、異なる角度から見た空気通路カバーを取り外した状態のモジュールケースを示す斜視図である。 Next, the structure of the fuel cell module of the solid oxide fuel cell apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 6. FIG. 2 is a side sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG. 2, FIG. 5 is an exploded perspective view of the module case and the air passage cover, and FIGS. 6 (A) and 6 (B) are viewed from different angles. It is a perspective view which shows the module case in the state which removed the air passage cover.

図2及び図3に示すように、燃料電池モジュール2は、断熱材7で覆われたモジュールケース8の内部に設けられた燃料電池セル集合体12及び改質器120を有すると共に、モジュールケース8の外部で且つ断熱材7内に設けられた蒸発器140を有する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell module 2 has a fuel cell assembly 12 and a reformer 120 provided inside a module case 8 covered with a heat insulating material 7, and also has a module case 8. It has an evaporator 140 provided outside and inside the heat insulating material 7.

まず、モジュールケース8は、図5に示すように、略矩形の天板8a,底板8c,これらの長手方向(図2の左右方向)に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板8bからなる筒状体と、この筒状体の長手方向の両端部の2つの対向する開口部を塞ぎ、天板8a及び底板8cの幅方向(図3の左右方向)に延びる辺同士を連結する閉鎖側板8d,8eからなる。 First, as shown in FIG. 5, the module case 8 is composed of a substantially rectangular top plate 8a, a bottom plate 8c, and a pair of opposite side plates 8b connecting the sides extending in the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 2). A closing side plate that closes the tubular body and the two opposing openings at both ends of the tubular body in the longitudinal direction, and connects the sides extending in the width direction (left-right direction in FIG. 3) of the top plate 8a and the bottom plate 8c. It consists of 8d and 8e.

モジュールケース8は、空気通路カバー160によって天板8a及び側板8bが覆われている。空気通路カバー160は、天板160aと、対向する一対の側板160bとを有する。天板160aの略中央部分には、排気管171を貫通させるための開口部167と、発電用空気導入管74を貫通させるための開口部160cとが設けられている。天板160aと天板8aとの間、及び、側板160bと側板8bとの間は、所定の距離だけ離間した状態となっている。これにより、モジュールケース8の外側と断熱材7との間、具体的にはモジュールケース8の天板8a及び側板8bと、空気通路カバー160の天板160a及び側板160bとの間には、天板160a及び側板160bの外面に沿って、酸化剤ガス供給通路としての空気通路161a,161bが形成されている(図3参照)。 In the module case 8, the top plate 8a and the side plate 8b are covered with the air passage cover 160. The air passage cover 160 has a top plate 160a and a pair of side plates 160b facing each other. An opening 167 for penetrating the exhaust pipe 171 and an opening 160c for penetrating the power generation air introduction pipe 74 are provided in a substantially central portion of the top plate 160a. The top plate 160a and the top plate 8a, and the side plate 160b and the side plate 8b are separated by a predetermined distance. As a result, between the outside of the module case 8 and the heat insulating material 7, specifically, between the top plate 8a and the side plate 8b of the module case 8 and the top plate 160a and the side plate 160b of the air passage cover 160, the top plate Air passages 161a and 161b as oxidant gas supply passages are formed along the outer surfaces of the plate 160a and the side plates 160b (see FIG. 3).

また、空気通路161a内には、空気分配部材180が配置されている。空気分配部材180は、平面視矩形状の天板180Aと、天板180Aの両縁部から下方に向かって延びる一対の側壁部180Bと、一対の側壁部180Bの下端の縁から水平方向外方に延びる基部180Cとを有する。天板180Aには、排気管171に対応する位置に排気管用開口180aが形成され、また、幅方向中央に発電用空気導入管74が接続される導入開口180bが形成されている。 Further, an air distribution member 180 is arranged in the air passage 161a. The air distribution member 180 includes a top plate 180A having a rectangular shape in a plan view, a pair of side wall portions 180B extending downward from both edges of the top plate 180A, and a pair of side wall portions 180B laterally outward in the horizontal direction from the lower end edges. It has a base 180C extending to. The top plate 180A is formed with an exhaust pipe opening 180a at a position corresponding to the exhaust pipe 171 and an introduction opening 180b to which the power generation air introduction pipe 74 is connected at the center in the width direction.

各側壁部180Bには、所定の間隔で複数の開口180cが形成されている。開口180cの開口面積はそれぞれ異なっており、発電用空気導入管74の空気供給口に接続される導入開口180bに近いほど、開口面積が小さく、導入開口180bから遠いほど、開口面積が大きくなっている。また、後に詳述するように、複数の開口180cは、プレートフィン162の本体部200(図7)よりも下方となるような位置に形成されている。 A plurality of openings 180c are formed in each side wall portion 180B at predetermined intervals. The opening area of the opening 180c is different, and the closer to the introduction opening 180b connected to the air supply port of the power generation air introduction pipe 74, the smaller the opening area, and the farther from the introduction opening 180b, the larger the opening area. There is. Further, as will be described in detail later, the plurality of openings 180c are formed at positions below the main body 200 (FIG. 7) of the plate fin 162.

空気分配部材180は、排気管用開口180aに排気管171を挿通させた状態で、基部180Cがモジュールケース8の天板8aの上面に当接するように配置される。また、空気分配部材180は、一対の側壁部180Bがモジュールケース8の一対の側板8bの側に位置し、開口180cがモジュールケース8の側板8bの側に向かって開口するように配置されている。これにより、モジュールケース8の天板8aと、天板8aと対向する空気分配部材180の天板180Aと、天板180Aと天板8aの間を結ぶ空気分配部材180の一対の側壁部180Bとにより囲まれた空気分配室182が画成される。空気分配部材180の天板180Aに形成された導入開口180bに発電用空気導入管74の空気供給口が接続される。発電用空気導入管74は第2ヒータ48から延びており、発電用空気導入管74の端部は、空気供給口が天板8aに対向するように上下方向に延びている。 The air distribution member 180 is arranged so that the base 180C comes into contact with the upper surface of the top plate 8a of the module case 8 in a state where the exhaust pipe 171 is inserted through the opening 180a for the exhaust pipe. Further, the air distribution member 180 is arranged so that the pair of side wall portions 180B are located on the side of the pair of side plates 8b of the module case 8 and the opening 180c opens toward the side plate 8b of the module case 8. .. As a result, the top plate 8a of the module case 8, the top plate 180A of the air distribution member 180 facing the top plate 8a, and the pair of side wall portions 180B of the air distribution member 180 connecting the top plate 180A and the top plate 8a The air distribution chamber 182 surrounded by is defined. The air supply port of the power generation air introduction pipe 74 is connected to the introduction opening 180b formed in the top plate 180A of the air distribution member 180. The power generation air introduction pipe 74 extends from the second heater 48, and the end portion of the power generation air introduction pipe 74 extends in the vertical direction so that the air supply port faces the top plate 8a.

モジュールケース8の側板8bの下部には、複数の貫通孔である吹出口8fが設けられている(図5参照)。発電用空気導入管74から導入開口180bに供給された発電用空気は、天板8a及び空気分配部材180により囲まれた空気分配室182に導入される。後に詳述するが、空気分配室182は導入された発電用空気を空気通路161a全体に広がるように、複数の開口180cを通して空気通路161aに分配する。すなわち、空気分配室182は、発電用空気を空気通路161a全体に広がるように分配する空気分配機構として機能する。
そして、発電用空気は、モジュールケース8の天板8a及び側板8bの外壁に沿って空気通路161a,161bを通って、吹出口8fから燃料電池セル集合体12に向けて発電室10内に噴射される(図3、図4参照)。
At the lower part of the side plate 8b of the module case 8, a plurality of through holes 8f are provided (see FIG. 5). The power generation air supplied from the power generation air introduction pipe 74 to the introduction opening 180b is introduced into the air distribution chamber 182 surrounded by the top plate 8a and the air distribution member 180. As will be described in detail later, the air distribution chamber 182 distributes the introduced power generation air to the air passage 161a through the plurality of openings 180c so as to spread over the entire air passage 161a. That is, the air distribution chamber 182 functions as an air distribution mechanism that distributes the power generation air so as to spread over the entire air passage 161a.
Then, the air for power generation is injected into the power generation chamber 10 from the outlet 8f toward the fuel cell assembly 12 through the air passages 161a and 161b along the outer walls of the top plate 8a and the side plate 8b of the module case 8. (See FIGS. 3 and 4).

次に、蒸発器140は、モジュールケース8の天板8a上で水平方向に延びるように固定されている。また、蒸発器140とモジュールケース8との間には、これらの隙間を埋めるように断熱材7の一部分7aが配置されている(図2及び図3参照)。 Next, the evaporator 140 is fixed so as to extend in the horizontal direction on the top plate 8a of the module case 8. Further, a part 7a of the heat insulating material 7 is arranged between the evaporator 140 and the module case 8 so as to fill these gaps (see FIGS. 2 and 3).

具体的には、蒸発器140は、長手方向(図2の左右方向)の一側端側に、水及び原燃料ガス(改質用空気を含めてもよい)を供給する燃料供給配管63と、排ガスを排出するための排ガス排出管82(図3参照)とが連結され、長手方向の他側端側に、排気管171の上端部が連結されている。排気管171は、空気通路カバー160の天板160aに形成された開口部167、及び、空気分配部材180の排気管用開口180aを貫通して下方へ延び、モジュールケース8の天板8a上に形成された排気口111に連結されている。排気口111は、モジュールケース8内の燃焼室18で生成された排ガスをモジュールケース8の外へ排出する開口部であり、モジュールケース8の上面視略矩形の天板8aのほぼ中央部に形成されている。 Specifically, the evaporator 140 has a fuel supply pipe 63 that supplies water and raw fuel gas (may include reforming air) to one side end side in the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 2). , An exhaust gas discharge pipe 82 (see FIG. 3) for discharging exhaust gas is connected, and an upper end portion of the exhaust pipe 171 is connected to the other end side in the longitudinal direction. The exhaust pipe 171 extends downward through the opening 167 formed in the top plate 160a of the air passage cover 160 and the exhaust pipe opening 180a of the air distribution member 180, and is formed on the top plate 8a of the module case 8. It is connected to the exhaust port 111. The exhaust port 111 is an opening for discharging the exhaust gas generated in the combustion chamber 18 in the module case 8 to the outside of the module case 8, and is formed at substantially the center of the top plate 8a having a substantially rectangular top view of the module case 8. Has been done.

また、蒸発器140は、図2及び図3に示すように、上面視で略矩形の蒸発器ケース141を有している。この蒸発器ケース141は、2つの高さの低い有底矩形筒状の上側ケース142と下側ケース143とを、これらの間に中間板144を挟んだ状態で接合して形成されている。 Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the evaporator 140 has a substantially rectangular evaporator case 141 when viewed from above. The evaporator case 141 is formed by joining two low-height bottomed rectangular tubular upper cases 142 and lower cases 143 with an intermediate plate 144 sandwiched between them.

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

蒸発部140B及び混合部140Cは、複数の連通孔(スリット)が設けられた仕切り板により蒸発器140を仕切った空間にて形成されている。また、蒸発部140B内には、アルミナボール(図示せず)が充填されている。 The evaporation section 140B and the mixing section 140C are formed in a space in which the evaporator 140 is partitioned by a partition plate provided with a plurality of communication holes (slits). Further, the evaporation portion 140B is filled with alumina balls (not shown).

また、排気通路部140Aは、同様に複数の連通孔を有する2つの仕切り板により排ガスの上流側から下流側にかけて3つの空間に仕切られている。そして、2番目の空間に燃焼触媒(図示せず)が充填されている。すなわち、本実施形態の蒸発器140は、燃焼触媒器を含んでいる。 Further, the exhaust passage portion 140A is similarly partitioned into three spaces from the upstream side to the downstream side of the exhaust gas by two partition plates having a plurality of communication holes. Then, the second space is filled with a combustion catalyst (not shown). That is, the evaporator 140 of the present embodiment includes a combustion catalyst.

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

更に、図2に示すように、混合部140Cには、改質器120に混合ガスを供給するための混合ガス供給管112が接続されている。この混合ガス供給管112は、排気管171の内部を通過するように配置されており、一端が中間板144に形成された開口144aに連結され、他端が改質器120の天面に形成された混合ガス供給口120aに連結されている。混合ガス供給管112は、排気通路部140A内,排気管171内を通過してモジュールケース8内まで鉛直下方に延び、そこで略90°屈曲されて天板8aに沿って水平方向に延びた後、下方へ略90°屈曲されて改質器120に連結されている。 Further, as shown in FIG. 2, a mixed gas supply pipe 112 for supplying the mixed gas to the reformer 120 is connected to the mixing unit 140C. The mixed gas supply pipe 112 is arranged so as to pass through the inside of the exhaust pipe 171 and has one end connected to the opening 144a formed in the intermediate plate 144 and the other end formed on the top surface of the reformer 120. It is connected to the mixed gas supply port 120a. The mixed gas supply pipe 112 passes through the exhaust passage portion 140A and the exhaust pipe 171 and extends vertically downward to the inside of the module case 8, where it is bent by approximately 90 ° and extends horizontally along the top plate 8a. , It is bent downward by approximately 90 ° and connected to the reformer 120.

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

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

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

混合ガス受入部120Aには、蒸発器140から混合ガス供給管112を介して供給された混合ガスが混合ガス供給口120aを通して噴出される。この混合ガスは、混合ガス受入部120A内で拡張されて噴出速度が低下し、仕切り板123aを通過して改質部120Bに供給される。 The mixed gas supplied from the evaporator 140 via the mixed gas supply pipe 112 is ejected to the mixed gas receiving unit 120A through the mixed gas supply port 120a. This mixed gas is expanded in the mixed gas receiving section 120A to reduce the ejection speed, passes through the partition plate 123a, and is supplied to the reforming section 120B.

改質部120Bでは、低速で移動する混合ガスが改質触媒により燃料ガスに改質され、この燃料ガスが仕切り板123bを通過してガス排出部120Cに供給される。
ガス排出部120Cでは、燃料ガスが燃料ガス供給管64、及び、水添脱硫器用水素取出管65へ排出される。
In the reforming section 120B, the mixed gas moving at a low speed is reformed into a fuel gas by the reforming catalyst, and this fuel gas passes through the partition plate 123b and is supplied to the gas discharging section 120C.
In the gas discharge unit 120C, the fuel gas is discharged to the fuel gas supply pipe 64 and the hydrogen extraction pipe 65 for the hydrogenated desulfurizer.

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

排ガス誘導部材130は、改質器120と天板8aとの間でモジュールケース8の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置されている。排ガス誘導部材130は、上下方向に所定距離だけ離間された下部誘導板131及び上部誘導板132と、これらの長手方向の両端辺が取り付けられる連結板133,134とを備えている(図2,図3参照)。上部誘導板132は、幅方向の両端部が下方に向けて折り曲げられ、下部誘導板131に連結されている。連結板133,134は、上端部が天板8aに連結され、下端部が改質器120に連結されており、これにより、排ガス誘導部材130及び改質器120を天板8aに固定している。 The exhaust gas guiding member 130 is arranged between the reformer 120 and the top plate 8a so as to extend horizontally along the longitudinal direction of the module case 8. The exhaust gas guiding member 130 includes a lower guiding plate 131 and an upper guiding plate 132 separated by a predetermined distance in the vertical direction, and connecting plates 133 and 134 to which both ends in the longitudinal direction are attached (FIGS. 2 and 2). (See FIG. 3). Both ends of the upper guide plate 132 in the width direction are bent downward and connected to the lower guide plate 131. The upper end of the connecting plates 133 and 134 is connected to the top plate 8a, and the lower end is connected to the reformer 120, whereby the exhaust gas guiding member 130 and the reformer 120 are fixed to the top plate 8a. There is.

下部誘導板131は、幅方向(図3の左右方向)の中央部が下方に向けて突出する凸状段部131aが形成されている。一方、上部誘導板132は、下部誘導板131と同様に、幅方向の中央部が下方に向けて凹状となるように凹部132aが形成されている。凸状段部131aと凹部132aは、上下方向で並行して長手方向に延びている。混合ガス供給管112は、モジュールケース8内でこの凹部132a内を水平方向に延びた後、閉鎖側板8e付近で下方に向けて屈曲し、上部誘導板132及び下部誘導板131を貫通して、改質器120に連結されている。 The lower guide plate 131 is formed with a convex stepped portion 131a having a central portion in the width direction (left-right direction in FIG. 3) protruding downward. On the other hand, in the upper guide plate 132, like the lower guide plate 131, the concave portion 132a is formed so that the central portion in the width direction is concave downward. The convex step portion 131a and the concave portion 132a extend in the longitudinal direction in parallel in the vertical direction. The mixed gas supply pipe 112 extends horizontally in the recess 132a in the module case 8, then bends downward near the closing side plate 8e, penetrates the upper guide plate 132 and the lower guide plate 131, and penetrates the upper guide plate 132 and the lower guide plate 131. It is connected to the reformer 120.

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

上部誘導板132は、天板8aと所定の上下方向距離を隔てて配置されており、上部誘導板132の上面と天板8aとの間には、長手方向及び幅方向に沿って水平方向に延びる第1排気通路172aが形成されている。この第1排気通路172aは、モジュールケース8の天板8aを挟んで空気通路161aと並設されている。 The upper guide plate 132 is arranged at a predetermined vertical distance from the top plate 8a, and the upper surface of the upper guide plate 132 and the top plate 8a are arranged horizontally along the longitudinal direction and the width direction. An extending first exhaust passage 172a is formed. The first exhaust passage 172a is juxtaposed with the air passage 161a with the top plate 8a of the module case 8 interposed therebetween.

上部誘導板132は、上部誘導板132の側面と側板8bと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、上部誘導板132の側面と側板8bとの間には、長手方向及び上下方向に延びる第2排気通路172bが形成されている。第2排気通路172bは上部において第1排気通路172aと連通している。 The upper guide plate 132 is arranged at a predetermined horizontal distance from the side surface of the upper guide plate 132 and the side plate 8b, and is arranged in the longitudinal direction and the vertical direction between the side surface of the upper guide plate 132 and the side plate 8b. An extending second exhaust passage 172b is formed. The second exhaust passage 172b communicates with the first exhaust passage 172a at the upper part.

空気通路161a,161b及び第1及び第2排気通路172a、172bの内部には、第1及び第2排気通路172a、172b内の排ガスと空気通路161a,161b内の空気との間の熱交換を促進する熱交換促進部材としてのプレートフィン162、175がそれぞれ設けられている(図3参照)。図7(A)は、空気通路の内部に設けられたプレートフィンを示す斜視図であり、図7(B)は、排気通路の内部に設けられたプレートフィンを示す斜視図である。また、図8は、空気通路に設けられたプレートフィン162の第二の面162bを拡大して示す斜視図である。空気通路161a,161bに設けられたプレートフィン162は、モジュールケース8の側板8bと空気通路カバー160の側板160bとの間を垂直方向に延びる第一の面162aと、モジュールケース8の天板8aと空気通路カバー160の天板160aの間で水平方向に延びる第二の面162bとを備える。これら第一の面162aと、第二の面162bとは連続しており、一体の部材として構成されている。第一の面162aと第二の面162bとの角部には、角部に沿って延びる気体取り込み穴162cが間隔を開けて4つ形成されている。また、空気通路161a,161bに設けられたプレートフィン162の第二の面162bの、第1及び第2排気通路172a、172b内に設けられるプレートフィン175の第2及び第3の気体取り込み穴175d、175eにモジュールケース8を挟んで対向する領域162d、162eには、スポット溶接でモジュールケース8に結合される溶接しろとしての突出部162d1、162e1が設けられている。突出部162d1、162e1は、モジュールケース8側に向けて突出する部位である。プレートフィン162は、第一の面162aがモジュールケース8の側板8bに沿い、第二の面162bがモジュールケース8の天板8aに沿うように配置された状態で、スポット溶接によりモジュールケース8に取り付けられている。 Inside the air passages 161a and 161b and the first and second exhaust passages 172a and 172b, heat exchange between the exhaust gas in the first and second exhaust passages 172a and 172b and the air in the air passages 161a and 161b is performed. Plate fins 162 and 175 are provided as heat exchange promoting members to promote the heat exchange (see FIG. 3). FIG. 7A is a perspective view showing the plate fins provided inside the air passage, and FIG. 7B is a perspective view showing the plate fins provided inside the exhaust passage. Further, FIG. 8 is an enlarged perspective view showing a second surface 162b of the plate fin 162 provided in the air passage. The plate fins 162 provided in the air passages 161a and 161b have a first surface 162a extending in the vertical direction between the side plate 8b of the module case 8 and the side plate 160b of the air passage cover 160, and the top plate 8a of the module case 8. A second surface 162b extending in the horizontal direction is provided between the air passage cover 160 and the top plate 160a of the air passage cover 160. The first surface 162a and the second surface 162b are continuous and are configured as an integral member. At the corners of the first surface 162a and the second surface 162b, four gas intake holes 162c extending along the corners are formed at intervals. Further, the second and third gas intake holes 175d of the plate fins 175 provided in the first and second exhaust passages 172a and 172b of the second surface 162b of the plate fins 162 provided in the air passages 161a and 161b. The regions 162d and 162e facing the module case 8 with the module case 8 interposed therebetween are provided with protruding portions 162d1 and 162e1 as welding margins to be coupled to the module case 8 by spot welding. The protruding portions 162d1 and 162e1 are portions that protrude toward the module case 8 side. The plate fins 162 are spot-welded to the module case 8 in a state where the first surface 162a is arranged along the side plate 8b of the module case 8 and the second surface 162b is arranged along the top plate 8a of the module case 8. It is installed.

図8に示すように、プレートフィン162の第二の面162bは、板状の本体部200と、一方に突出する第1の突出部204と、他方に突出する第2の突出部202とを有する。 As shown in FIG. 8, the second surface 162b of the plate fin 162 has a plate-shaped main body portion 200, a first protruding portion 204 protruding from one side, and a second protruding portion 202 protruding from the other side. Have.

また、第1の突出部204は、それぞれ、図中斜め下方に向かって延びる一対の傾斜部204aと、一対の傾斜部204aの下端部の間を結ぶ連結部204bとにより構成される。そして、本体部200の第1の突出部204の上方に当たる位置に第1の通過穴204cが形成されている。第1の通過穴204cの下方には、第1の突出部204が形成されているため、第二の面162bの下方の空間から上方の空間へ第1の通過穴204cを通る空気の流れは妨げられ、第二の面162bの上方の空間から下方の空間へ第1の通過穴204cを通る空気の流れが引き起こされる。 Further, the first protruding portion 204 is composed of a pair of inclined portions 204a extending diagonally downward in the drawing and a connecting portion 204b connecting the lower ends of the pair of inclined portions 204a, respectively. A first passage hole 204c is formed at a position above the first protrusion 204 of the main body 200. Since the first protrusion 204 is formed below the first passage hole 204c, the air flow through the first passage hole 204c from the space below the second surface 162b to the space above the first passage hole 204c. It is impeded and causes a flow of air through the first passage hole 204c from the space above the second surface 162b to the space below.

第2の突出部202は、それぞれ、図中斜め上方に向かって延びる一対の傾斜部202aと、一対の傾斜部202aの上端部の間を結ぶ連結部202bとにより構成される。そして、本体部200の第2の突出部202の下方に当たる位置には、第2の通過穴202cが形成されている。第2の通過穴202cの上方に第2の突出部202が形成されているため、第二の面162bの上方の空間から下方の空間へ第2の通過穴202cを通る空気の流れは妨げられ、第二の面162bの下方の空間から上方の空間へ第2の通過穴202cを通る空気の流れが引き起こされる。 The second protruding portion 202 is composed of a pair of inclined portions 202a extending diagonally upward in the drawing and a connecting portion 202b connecting the upper ends of the pair of inclined portions 202a, respectively. A second passing hole 202c is formed at a position below the second protruding portion 202 of the main body portion 200. Since the second protrusion 202 is formed above the second passage hole 202c, the flow of air through the second passage hole 202c from the space above the second surface 162b to the space below is obstructed. , A flow of air through the second passage hole 202c is triggered from the space below the second surface 162b to the space above.

なお、図8を参照してプレートフィン162の第二の面162bの構成について説明したが、プレートフィン162の第一の面162aや、第1及び第2排気通路172a、172b内に設けられたプレートフィン175の第一の面175a及び第二の面175bも、プレートフィン162の第二の面162bと同様の構成である。 Although the configuration of the second surface 162b of the plate fin 162 has been described with reference to FIG. 8, it is provided in the first surface 162a of the plate fin 162 and in the first and second exhaust passages 172a and 172b. The first surface 175a and the second surface 175b of the plate fin 175 have the same configuration as the second surface 162b of the plate fin 162.

第1及び第2排気通路172a、172b内に設けられたプレートフィン175は、モジュールケース8の側板8bの内壁面に沿って垂直方向に延びる第一の面175aと、モジュールケース8の天板8aに沿って水平方向に延びる第二の面175bとを備える。これら第一の面175aと、第二の面175bとは連続しており、一体の部材として構成されている。第一の面175aと第二の面175bとの角部には、角部に沿って延びる第1の気体取り込み穴175cが幅方向に間隔を開けて4つ形成されている。また、プレートフィン175の第一の面175aには所定の高さ位置に幅方向に延びる第2の気体取り込み穴175dが、間隔を開けて2つ形成されている。この第2の気体取り込み穴175dの高さ位置は、プレートフィン175をモジュールケース8内に取り付けた際に、排気集中部176に相当する高さに位置するように決定されている。また、プレートフィン175の第二の面175bには、角部近傍に第3の気体取り込み穴175eが、間隔をあけて4つ形成されている。 The plate fins 175 provided in the first and second exhaust passages 172a and 172b have a first surface 175a extending in the vertical direction along the inner wall surface of the side plate 8b of the module case 8 and a top plate 8a of the module case 8. It is provided with a second surface 175b extending horizontally along the above. The first surface 175a and the second surface 175b are continuous and are configured as an integral member. At the corners of the first surface 175a and the second surface 175b, four first gas intake holes 175c extending along the corners are formed at intervals in the width direction. Further, on the first surface 175a of the plate fin 175, two second gas intake holes 175d extending in the width direction at a predetermined height position are formed at intervals. The height position of the second gas intake hole 175d is determined so as to be located at a height corresponding to the exhaust concentration portion 176 when the plate fin 175 is mounted in the module case 8. Further, on the second surface 175b of the plate fin 175, four third gas uptake holes 175e are formed in the vicinity of the corners at intervals.

プレートフィン175は、第1の面175bがモジュールケース8の側板8bに沿い、第二の面175bがモジュールケース8の天板8aに沿うように配置された状態で、スポット溶接によりモジュールケース8に取り付けられている。 The plate fins 175 are spot-welded to the module case 8 with the first surface 175b arranged along the side plate 8b of the module case 8 and the second surface 175b arranged along the top plate 8a of the module case 8. It is installed.

空気通路161a、161bのプレートフィン162が設けられた部分と、第1及び第2排気通路172a、172bのプレートフィン175が設けられた部分において、空気通路161a、161bを流れる発電用空気と第1及び第2排気通路172a、172bを流れる排ガスとの間で効率的な熱交換が行われて、排ガスの熱により発電用空気が昇温されることとなる。 In the portion where the plate fins 162 of the air passages 161a and 161b are provided and the portion where the plate fins 175 of the first and second exhaust passages 172a and 172b are provided, the power generation air flowing through the air passages 161a and 161b and the first Efficient heat exchange is performed with the exhaust gas flowing through the second exhaust passages 172a and 172b, and the heat of the exhaust gas raises the temperature of the power generation air.

なお、これらプレートフィン162、175は以下のようにしてモジュールケース8に取り付けることができる。図9は、プレートフィンを折り曲げる様子を示す斜視図であり、図10はプレートフィンをスパッタ溶接によりモジュールケースに取り付ける様子を示す模式図である。 The plate fins 162 and 175 can be attached to the module case 8 as follows. FIG. 9 is a perspective view showing how the plate fins are bent, and FIG. 10 is a schematic view showing how the plate fins are attached to the module case by sputter welding.

プレートフィン162、175は、固体酸化物形燃料電池装置1の組立前には第一の面162a、175aと、第二の面162b、175bとが平坦面となった状態で保管されている。そして、組立時に図9に示すように、平坦なプレートフィン162、175を空気取り込み穴162c、175cに沿って折り曲げる。この際、空気取り込み穴162c、175cが形成されているため、人力で容易に折り曲げることができる。 The plate fins 162 and 175 are stored in a state where the first surfaces 162a and 175a and the second surfaces 162b and 175b are flat surfaces before the assembly of the solid oxide fuel cell device 1. Then, at the time of assembly, as shown in FIG. 9, the flat plate fins 162 and 175 are bent along the air intake holes 162c and 175c. At this time, since the air intake holes 162c and 175c are formed, it can be easily bent by human power.

次に、第1及び第2排気通路172a、172b内に配置されるプレートフィン175を、第一及び第二の面175a、175bがモジュールケース8の側板8b及び天板8aに沿うように配置する。そして、図10(A)に示すように、モジュールケース8の外側面とプレートフィン175の内側面にそれぞれ電極210を取り付けてスパッタ溶接を行う。これにより、プレートフィン175がモジュールケース8内に取り付けられる。 Next, the plate fins 175 arranged in the first and second exhaust passages 172a and 172b are arranged so that the first and second surfaces 175a and 175b are along the side plates 8b and the top plate 8a of the module case 8. .. Then, as shown in FIG. 10A, electrodes 210 are attached to the outer surface of the module case 8 and the inner surface of the plate fin 175, respectively, and sputter welding is performed. As a result, the plate fins 175 are mounted in the module case 8.

次に、空気通路161a,161bに配置されるプレートフィン162を、第一及び第二の面175a、175bがモジュールケース8の側板8b及び天板8aに沿うように配置する。そして、図10(B)に示すように、プレートフィン162の外面と、モジュールケース8の側板8bの内面にそれぞれ電極210を取り付け、プレートフィン162の第一の面162aとモジュールケース8の側板8bとをスパッタ溶接を行う。なお、この際、プレートフィン175の、プレートフィン162の溶接しろとしての突出部162d1が設けられた領域に対応する位置に第2の気体取り込み穴175dが形成されているため、モジュールケース8の側板8bの内面に電極210を取り付けることができる。また、これと同様に、プレートフィン175の第3の気体取り込み穴175eを通してモジュールケース8の天板8aに一方の電極を取り付け、プレートフィン162の溶接しろとしての突出部162e1に他方の電極を取り付け、スパッタ溶接を行う。これにより、プレートフィン162の第二の面162bをモジュールケース8の天板8aに取り付けることができる。
なお、本実施形態では、第1及び第2排気通路172a、172b内に配置されるプレートフィン175の第一及び第二の面175a、175bに第2の気体取り込み穴175d及び第3の気体取り込み穴175eを設け、これら第2の気体取り込み穴175d及び第3の気体取り込み穴175eを通じて、プレートフィン162の溶接しろとしての突出部162d1、162e1をモジュールケース8にスポット溶接したが本発明はこれに限られない。空気通路161a,161bに配置されるプレートフィン162の第一及び第二の面162a、162bに気体取り込み穴を設け、第1及び第2排気通路172a、172b内に配置されるプレートフィン175に溶接しろを設けておき、プレートフィン162の気体取り込み穴を利用して、プレートフィン175をモジュールケース8にスポット溶接してもよい。
Next, the plate fins 162 arranged in the air passages 161a and 161b are arranged so that the first and second surfaces 175a and 175b are along the side plates 8b and the top plate 8a of the module case 8. Then, as shown in FIG. 10B, electrodes 210 are attached to the outer surface of the plate fin 162 and the inner surface of the side plate 8b of the module case 8, respectively, and the first surface 162a of the plate fin 162 and the side plate 8b of the module case 8 are attached. And sputter welding. At this time, since the second gas intake hole 175d is formed at a position corresponding to the region of the plate fin 175 where the protruding portion 162d1 as the welding margin of the plate fin 162 is provided, the side plate of the module case 8 is formed. The electrode 210 can be attached to the inner surface of 8b. Similarly, one electrode is attached to the top plate 8a of the module case 8 through the third gas intake hole 175e of the plate fin 175, and the other electrode is attached to the protruding portion 162e1 as a welding margin of the plate fin 162. , Perform spatter welding. As a result, the second surface 162b of the plate fin 162 can be attached to the top plate 8a of the module case 8.
In the present embodiment, the second gas uptake holes 175d and the third gas uptake are formed in the first and second surfaces 175a and 175b of the plate fins 175 arranged in the first and second exhaust passages 172a and 172b. Holes 175e are provided, and the protruding portions 162d1 and 162e1 as welding margins of the plate fins 162 are spot-welded to the module case 8 through the second gas intake holes 175d and the third gas intake holes 175e. Not limited. Gas intake holes are provided in the first and second surfaces 162a and 162b of the plate fins 162 arranged in the air passages 161a and 161b, and welded to the plate fins 175 arranged in the first and second exhaust passages 172a and 172b. The plate fin 175 may be spot-welded to the module case 8 by providing a margin and utilizing the gas intake hole of the plate fin 162.

また、改質器120は、モジュールケース8の側板8bと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、改質器120と側板8bとの間には、排ガスを下方から上方へ通過させる第3排気通路173が形成されている。 Further, the reformer 120 is arranged at a predetermined horizontal distance from the side plate 8b of the module case 8, and the exhaust gas is passed between the reformer 120 and the side plate 8b from the lower side to the upper side. 3 Exhaust passages 173 are formed.

さらに、下部誘導板131は、改質器120の上側ケース121の天面から所定の上下方向距離を隔てて配置されており、下部誘導板131と上側ケース121との間、及び、改質器120の貫通孔120bは、貫通孔120bを下方から上方へ向けて通過した排ガスを通過させる第4排気通路174を形成している。この第4排気通路174は、改質器120の上方、かつ、側板8bの近傍で第3排気通路173と合流し、排ガスが集中する排気集中部176が形成される。 Further, the lower guide plate 131 is arranged at a predetermined vertical distance from the top surface of the upper case 121 of the reformer 120, and is located between the lower guide plate 131 and the upper case 121 and the reformer. The through hole 120b of 120 forms a fourth exhaust passage 174 through which the exhaust gas that has passed through the through hole 120b from below to above passes. The fourth exhaust passage 174 merges with the third exhaust passage 173 above the reformer 120 and in the vicinity of the side plate 8b, and an exhaust concentration portion 176 in which the exhaust gas is concentrated is formed.

次に、図11を参照して、燃料電池セルユニット16について説明する。図11は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。 Next, the fuel cell unit 16 will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing a fuel cell unit of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention.

図11に示すように、燃料電池セルユニット16は、燃料電池セル84と、この燃料電池セル84の両端部にそれぞれ接続されたキャップである内側電極端子86とを備えている。 As shown in FIG. 11, the fuel cell unit 16 includes a fuel cell 84 and inner electrode terminals 86 which are caps connected to both ends of the fuel cell 84.

燃料電池セル84は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路88を形成する円筒形の内側電極層90と、円筒形の外側電極層92と、内側電極層90と外側電極層92との間にある電解質層94とを備えている。この内側電極層90は、燃料ガスが通過する燃料極であり、(−)極となり、一方、外側電極層92は、空気と接触する空気極であり、(+)極となっている。 The fuel cell 84 is a tubular structure extending in the vertical direction, and has a cylindrical inner electrode layer 90 forming a fuel gas flow path 88 inside, a cylindrical outer electrode layer 92, an inner electrode layer 90, and an outer side. It includes an electrolyte layer 94 between the electrode layer 92 and the electrode layer 92. The inner electrode layer 90 is a fuel electrode through which the fuel gas passes and has a (−) pole, while the outer electrode layer 92 is an air electrode in contact with air and has a (+) pole.

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

この燃料ガス流路細管98は、内側電極端子86の中心から燃料電池セル84の軸線方向に延びるように設けられた細長い細管である。このため、マニホールド66(図2参照)から、下側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98を通って燃料ガス流路88に流入する燃料ガスの流れには、所定の圧力損失が発生する。従って、下側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98は、流入側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。また、燃料ガス流路88から、上側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98を通って燃焼室18(図2参照)に流出する燃料ガスの流れにも所定の圧力損失が発生する。従って、上側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98は、流出側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。 The fuel gas flow path thin tube 98 is an elongated thin tube provided so as to extend in the axial direction of the fuel cell 84 from the center of the inner electrode terminal 86. Therefore, a predetermined pressure loss occurs in the flow of fuel gas flowing from the manifold 66 (see FIG. 2) into the fuel gas flow path 88 through the fuel gas flow path thin tube 98 of the lower inner electrode terminal 86. To do. Therefore, the fuel gas flow path thin tube 98 of the lower inner electrode terminal 86 acts as an inflow side flow path resistance portion, and the flow path resistance is set to a predetermined value. Further, a predetermined pressure loss also occurs in the flow of the fuel gas flowing out from the fuel gas flow path 88 through the fuel gas flow path thin tube 98 of the upper inner electrode terminal 86 to the combustion chamber 18 (see FIG. 2). Therefore, the fuel gas flow path thin tube 98 of the upper inner electrode terminal 86 acts as an outflow side flow path resistance portion, and the flow path resistance is set to a predetermined value.

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

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

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

燃料電池セル集合体12は、各燃料電池セルユニット16の燃料極である内側電極層90に取り付けられた内側電極端子86が、他の燃料電池セルユニット16の空気極である外側電極層92の外周面に電気的に接続されることにより、128本の燃料電池セルユニット16の全てが直列接続されて構成される。 In the fuel cell assembly 12, the inner electrode terminal 86 attached to the inner electrode layer 90 which is the fuel electrode of each fuel cell unit 16 is the outer electrode layer 92 which is the air electrode of another fuel cell unit 16. By being electrically connected to the outer peripheral surface, all 128 fuel cell units 16 are connected in series.

次に、図12乃至図14を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュール内のガスの流れについて説明する。図12は、図2と同様の、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図13は、図3と同様の、図2のIII-III線に沿った断面図であり、図14は、図4と同様の図2のIV-IV線に沿った断面図である。図中、実線矢印は燃料ガスの流れ、破線矢印は発電用空気の流れ、一点鎖線矢印は排ガスの流れを示す。 Next, with reference to FIGS. 12 to 14, the flow of gas in the fuel cell module of the solid oxide fuel cell apparatus according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a side sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell apparatus according to an embodiment of the present invention similar to FIG. 2, and FIG. 13 is a side sectional view of FIG. 2 III, which is similar to FIG. -A cross-sectional view taken along line III, FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 2 similar to FIG. In the figure, the solid line arrow indicates the fuel gas flow, the broken line arrow indicates the power generation air flow, and the alternate long and short dash line arrow indicates the exhaust gas flow.

図12に示すように、水及び原燃料ガス(燃料ガス)は、蒸発器140の長手方向の一端側に連結された燃料供給配管63から蒸発器140の上層に設けられた蒸発部140B内に供給される。蒸発部140Bに供給された水は、蒸発器140の下層に設けられた排気通路部140Aを流れる排ガスにより加熱され水蒸気となる。この水蒸気と、燃料供給配管63から供給された原燃料ガスとが、蒸発部140B内を下流方向に流れて行き、混合部140C内で混合される。混合部140C内の混合ガスは、下層の排気通路部140Aを流れる排ガスにより加熱される。 As shown in FIG. 12, water and raw fuel gas (fuel gas) are placed in an evaporator 140B provided on the upper layer of the evaporator 140 from a fuel supply pipe 63 connected to one end side in the longitudinal direction of the evaporator 140. Be supplied. The water supplied to the evaporation section 140B is heated by the exhaust gas flowing through the exhaust passage section 140A provided in the lower layer of the evaporator 140 to become steam. The steam and the raw fuel gas supplied from the fuel supply pipe 63 flow in the downstream direction in the evaporation section 140B and are mixed in the mixing section 140C. The mixed gas in the mixing portion 140C is heated by the exhaust gas flowing through the lower exhaust passage portion 140A.

混合部140C内で形成された混合ガス(燃料ガス)は、混合ガス供給管112を通って、モジュールケース8内の改質器120に供給される。混合ガス供給管112は、排気通路部140A,排気管171,及び第1排気通路172aを順に通過しているため、これらの通路を流れる排ガスにより、混合ガス供給管112内の混合ガスは更に加熱される。 The mixed gas (fuel gas) formed in the mixing unit 140C is supplied to the reformer 120 in the module case 8 through the mixed gas supply pipe 112. Since the mixed gas supply pipe 112 passes through the exhaust passage portion 140A, the exhaust pipe 171 and the first exhaust passage 172a in this order, the mixed gas in the mixed gas supply pipe 112 is further heated by the exhaust gas flowing through these passages. Will be done.

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

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

また、図12及び図13に示すように、発電用空気は、発電用空気導入管74からモジュールケース8の天板8aに向けて下方に空気分配室182に吹き込まれる。空気分配室182に吹き込まれた発電用空気は、空気分配部材180の開口180cを通じて空気通路161aへと導入される。この際、開口180cの開口面積は、発電用空気導入管74の空気供給口に近いほど、開口面積が小さく、空気供給口から遠いほど、開口面積が大きくなっている。このため、各開口180cからは略同量の発電用空気が空気通路161aへと導入される。空気通路161aに導入された発電用空気は、モジュールケース8の天板8aに沿って一対の側板8bの上縁に向かって流れる。この際、プレートフィン162の外側を通る発電用空気は、内側を通る発電用空気に比べて排ガスから受ける熱量が少ない。しかしながら、プレートフィン162の角部に気体取り込み穴162cが設けられているため、空気通路161aの縁まで到達した発電用空気は気体取り込み穴162cを通して、プレートフィン162の内外で流通する。これにより、発電用空気を均一に加熱することができる。空気通路161aの縁まで到達した発電用空気は、空気通路161bに導入される。そして、空気通路161b内をモジュールケース8の側板8bに沿って下方に向かって流れる。 Further, as shown in FIGS. 12 and 13, the air for power generation is blown downward from the air introduction pipe 74 for power generation toward the top plate 8a of the module case 8 into the air distribution chamber 182. The power generation air blown into the air distribution chamber 182 is introduced into the air passage 161a through the opening 180c of the air distribution member 180. At this time, the opening area of the opening 180c is smaller as it is closer to the air supply port of the power generation air introduction pipe 74, and is larger as it is farther from the air supply port. Therefore, substantially the same amount of power generation air is introduced into the air passage 161a from each opening 180c. The power generation air introduced into the air passage 161a flows along the top plate 8a of the module case 8 toward the upper edge of the pair of side plates 8b. At this time, the power generation air passing through the outside of the plate fin 162 receives less heat from the exhaust gas than the power generation air passing through the inside. However, since the gas intake hole 162c is provided at the corner of the plate fin 162, the power generation air that has reached the edge of the air passage 161a flows through the gas intake hole 162c inside and outside the plate fin 162. As a result, the air for power generation can be heated uniformly. The power generation air that has reached the edge of the air passage 161a is introduced into the air passage 161b. Then, it flows downward along the side plate 8b of the module case 8 in the air passage 161b.

発電用空気は、空気通路161a,161b内において、プレートフィン162を通過する際に、これらプレートフィン162の下部のモジュールケース8内に形成された第1及び第2排気通路172,173を通過する排ガスとの間で効率的な熱交換を行い、加熱されることとなる。この後、発電用空気は、モジュールケース8の側板8bの下部に設けられた複数の吹出口8fから燃料電池セル集合体12に向けて発電室10内に噴射される。 When the air for power generation passes through the plate fins 162 in the air passages 161a and 161b, it passes through the first and second exhaust passages 172 and 173 formed in the module case 8 below the plate fins 162. Efficient heat exchange with the exhaust gas will result in heating. After that, the power generation air is injected into the power generation chamber 10 from the plurality of outlets 8f provided in the lower part of the side plate 8b of the module case 8 toward the fuel cell assembly 12.

また、発電室10内で発電に利用されなかった燃料ガスは、図13に示すように、燃焼室18で燃焼されて排ガス(燃焼ガス)となり、モジュールケース8内を上昇していく。具体的には、排ガスは、第3排気通路173と第4排気通路174とに分岐して、改質器120の外側面とモジュールケース8の側板8bとの間、及び、改質器120の貫通孔120bから改質器120と排ガス誘導部材130との間をそれぞれ通過する。このとき、第4排気通路174を通過する排ガスは、改質器120の貫通孔120bの上方に配置された凸状段部131aによって幅方向に二分され、排ガス誘導部材130の下部に留まることなく第3排気通路173に向けて誘導され、排気集中部176において第3排気通路173を流れる排ガスに合流する。ここで、プレートフィン175の第一の面175aには、排気集中部176に相当する高さ位置に第2の気体取り込み穴175dが形成されているため、第2排気通路172bのモジュールケース8側に効率良く排ガスを送り込むことができる。 Further, as shown in FIG. 13, the fuel gas that is not used for power generation in the power generation chamber 10 is burned in the combustion chamber 18 to become exhaust gas (combustion gas), and rises in the module case 8. Specifically, the exhaust gas branches into the third exhaust passage 173 and the fourth exhaust passage 174, and is between the outer surface of the reformer 120 and the side plate 8b of the module case 8 and the reformer 120. The through hole 120b passes between the reformer 120 and the exhaust gas guiding member 130, respectively. At this time, the exhaust gas passing through the fourth exhaust passage 174 is divided in the width direction by the convex step portion 131a arranged above the through hole 120b of the reformer 120, and does not stay at the lower part of the exhaust gas guiding member 130. It is guided toward the third exhaust passage 173 and joins the exhaust gas flowing through the third exhaust passage 173 at the exhaust concentration portion 176. Here, since the second gas intake hole 175d is formed on the first surface 175a of the plate fin 175 at a height position corresponding to the exhaust concentration portion 176, the module case 8 side of the second exhaust passage 172b is formed. Exhaust gas can be efficiently sent to.

その後、第2排気通路172bに導入された排ガスは、第2排気通路172bを通過する。この際、プレートフィン175の内側を通る排ガスの熱は、外側を通る発電用空気に比べて空気に伝わりにくい。しかしながら、プレートフィン175の角部に気体取り込み穴175cが設けられているため、第2排気通路172bの上端まで到達した排ガスは気体取り込み穴175cを通して、プレートフィン175の内外で流通する。これにより、排ガスの熱を効率良く発電用空気に伝えることができる。そして、第2排気通路172bの上端まで到達した排ガスは、モジュールケース8の一対の側板8bの上縁近傍から第1排気通路172aに導入される。第1排気通路172aを通過した排ガスは、排気口111へと導入される。 After that, the exhaust gas introduced into the second exhaust passage 172b passes through the second exhaust passage 172b. At this time, the heat of the exhaust gas passing through the inside of the plate fin 175 is less likely to be transmitted to the air than the air for power generation passing through the outside. However, since the gas intake hole 175c is provided at the corner of the plate fin 175, the exhaust gas that has reached the upper end of the second exhaust passage 172b flows through the gas intake hole 175c inside and outside the plate fin 175. As a result, the heat of the exhaust gas can be efficiently transferred to the air for power generation. Then, the exhaust gas that has reached the upper end of the second exhaust passage 172b is introduced into the first exhaust passage 172a from the vicinity of the upper edge of the pair of side plates 8b of the module case 8. The exhaust gas that has passed through the first exhaust passage 172a is introduced into the exhaust port 111.

このように、排ガスが第2排気通路172b及び第1排気通路172aを流れていく際に、第2及び第1排気通路172b、172a内に設けられたプレートフィン175と、空気通路161a、161b内のプレートフィン175に対応する部分に設けられたプレートフィン162とを介して、発電用空気と排ガスとの間で効率的な熱交換が行われる。このようにして、排ガスの熱により発電用空気が昇温される。 In this way, when the exhaust gas flows through the second exhaust passage 172b and the first exhaust passage 172a, the plate fins 175 provided in the second and first exhaust passages 172b and 172a and the air passages 161a and 161b are included. Efficient heat exchange is performed between the power generation air and the exhaust gas via the plate fins 162 provided in the portion corresponding to the plate fins 175 of the above. In this way, the heat of the exhaust gas raises the temperature of the power generation air.

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

上記実施形態によれば、プレートフィン162、175は、モジュールケース8の側板8bに沿う第一の面162a、175aと、モジュールケース8の天板8aに沿う第二の面162b、175bとが一部材として形成されているため、複数のプレートフィンの組付不良によりガス気流の乱れが生じることを防止し、側板8bと天板8aとの間の角部において熱交換性能が低下するのを防止できる。また、プレートフィン162、175が側板8bと天板8aとの間の角部に沿って一体に形成されているため、仮にプレートフィン162、175をモジュールケース8に取り付ける溶接接合が外れてしまっても、プレートフィン162、175がモジュールケース8の壁面に引っかかるため、プレートフィン162、175の脱落を防止できる。また、第一の面162a、175aと、第二の面162b、175bとを一部材として形成したため、部材点数が減ったことによるコストダウンが図れ、また、プレートフィン162、175の取付作業が容易になる。 According to the above embodiment, the plate fins 162 and 175 include a first surface 162a and 175a along the side plate 8b of the module case 8 and a second surface 162b and 175b along the top plate 8a of the module case 8. Since it is formed as a member, it prevents the gas airflow from being disturbed due to improper assembly of a plurality of plate fins, and prevents the heat exchange performance from deteriorating at the corner between the side plate 8b and the top plate 8a. it can. Further, since the plate fins 162 and 175 are integrally formed along the corners between the side plate 8b and the top plate 8a, the welded joint for attaching the plate fins 162 and 175 to the module case 8 is temporarily removed. Also, since the plate fins 162 and 175 are caught on the wall surface of the module case 8, the plate fins 162 and 175 can be prevented from falling off. Further, since the first surfaces 162a and 175a and the second surfaces 162b and 175b are formed as one member, the cost can be reduced by reducing the number of members, and the plate fins 162 and 175 can be easily attached. become.

モジュールケース8の側板8bに沿う第一の面162a、175aと、モジュールケース8の天板8aに沿う第二の面162b、175bとを一部材として形成すると、プレートフィン162、175に対して熱交換を行うモジュールケース8と反対側の空間内の排ガス又は空気は熱交換が行われにくくなってしまう。これに対して、上記実施形態によれば、気体取り込み穴162c、175c、175d、175eを介して、モジュールケース8側の空間と反対側の空間との間で排ガス又は空気が流通することができるため、全ての排ガス又は空気の熱交換が実現できる。 When the first surface 162a and 175a along the side plate 8b of the module case 8 and the second surface 162b and 175b along the top plate 8a of the module case 8 are formed as one member, heat is generated with respect to the plate fins 162 and 175. The exhaust gas or air in the space opposite to the module case 8 to be replaced becomes difficult to perform heat exchange. On the other hand, according to the above embodiment, exhaust gas or air can flow between the space on the module case 8 side and the space on the opposite side through the gas intake holes 162c, 175c, 175d, and 175e. Therefore, heat exchange of all exhaust gas or air can be realized.

また、本実施形態によれば、空気通路161a,161bに設けられたプレートフィン162の、第1及び第2排気通路172a、172bに設けられたプレートフィン175に形成された第2及び第3の気体取り込み穴175d、175eに、モジュールケース8を挟んで対向する位置には、スポット溶接のための溶接しろとしての突出部162d1、162e1が設けられている。 Further, according to the present embodiment, the second and third plate fins 162 provided in the air passages 161a and 161b are formed in the plate fins 175 provided in the first and second exhaust passages 172a and 172b. Protruding portions 162d1 and 162e1 as welding margins for spot welding are provided at positions facing the gas intake holes 175d and 175e with the module case 8 interposed therebetween.

プレートフィン162はスポット溶接により取り付けるが、スポット溶接は接続する2部材を一対の電極で挟んだ状態で溶接を行うため、空気通路161a,161bのプレートフィン162と、モジュールケース8と、第1及び第2排気通路172a、172bのプレートフィン175とが重なっているとスポット溶接を行うことができない。これに対して、上記実施形態によれば、第2及び第3の気体取り込み穴175d、175eに当たる箇所では、2部材が重なった状態となっているため、第2及び第3の気体取り込み穴175d、175eをスポット溶接のスペースとして利用することができ、所望の場所でスポット溶接を行うことができる。 The plate fins 162 are attached by spot welding, but since spot welding is performed with the two members to be connected sandwiched between a pair of electrodes, the plate fins 162 of the air passages 161a and 161b, the module case 8, the first and the like If the plate fins 175 of the second exhaust passages 172a and 172b overlap, spot welding cannot be performed. On the other hand, according to the above embodiment, since the two members are in an overlapping state at the positions corresponding to the second and third gas intake holes 175d and 175e, the second and third gas intake holes 175d 175e can be used as a space for spot welding, and spot welding can be performed at a desired location.

また、本実施形態によれば、改質器120の中央には排ガスが流通可能な貫通孔120bが形成されており、第1及び第2排気通路172a、172bのプレートフィン175の第2の気体取り込み穴175dは、モジュールケース8の側板8bに沿って上昇した排ガスと、改質器120の貫通孔120bを通って上昇した排ガスとの排気集中部176に形成されている。これにより、排気通路172bのモジュールケース8の側板8b側に効率よく排ガスを誘導することができる。 Further, according to the present embodiment, a through hole 120b through which exhaust gas can flow is formed in the center of the reformer 120, and the second gas of the plate fins 175 of the first and second exhaust passages 172a and 172b. The intake hole 175d is formed in the exhaust concentration portion 176 of the exhaust gas rising along the side plate 8b of the module case 8 and the exhaust gas rising through the through hole 120b of the reformer 120. As a result, the exhaust gas can be efficiently guided to the side plate 8b side of the module case 8 of the exhaust passage 172b.

また、本実施形態によれば、第1及び第2排気通路172a、172bに設けられたプレートフィン175は、第一の面175a及び第二の面175bに第2及び第3の気体取り込み穴175d、175eが設けられている。これにより、第一の面175a及び第二の面175bのどちらからでも排ガスを、熱交換が行われる排気通路172bのモジュールケース8の側板8b側へと送ることができる。 Further, according to the present embodiment, the plate fins 175 provided in the first and second exhaust passages 172a and 172b have the second and third gas intake holes 175d in the first surface 175a and the second surface 175b. 175e is provided. As a result, exhaust gas can be sent from either the first surface 175a or the second surface 175b to the side plate 8b side of the module case 8 of the exhaust passage 172b where heat exchange is performed.

また、本実施形態によれば、空気通路161a,161b及び排気通路172a、172bに設けられたプレートフィン162、175は、第一の面162a、175aと第二の面162b、175bとの境界に気体取り込み穴162c、175cが設けられている。これにより、側面と天面との間の角部における圧力損失を一層緩和することができ、熱交換性能を向上することができる。また、一枚の板状の部材を折り曲げてプレートフィン162、175を形成する場合には、容易に折り曲げ作業を行うことができる。このように容易に折り曲げ作業を行うことができるため、取付前まではプレートフィン162、175を折り曲げずに積み重ねて保管しておくことができる。 Further, according to the present embodiment, the plate fins 162 and 175 provided in the air passages 161a and 161b and the exhaust passages 172a and 172b are located at the boundary between the first surface 162a and 175a and the second surface 162b and 175b. Gas intake holes 162c and 175c are provided. As a result, the pressure loss at the corner between the side surface and the top surface can be further alleviated, and the heat exchange performance can be improved. Further, when the plate fins 162 and 175 are formed by bending one plate-shaped member, the bending operation can be easily performed. Since the bending operation can be easily performed in this way, the plate fins 162 and 175 can be stacked and stored without being bent until before mounting.

1 固体酸化物形燃料電池装置
2 燃料電池モジュール
4 補機ユニット
6 ハウジング
7 断熱材
8 モジュールケース
8a 天板
8b 側板
8c 底板
8d 閉鎖側板
8e 閉鎖側板
8f 吹出口
10 発電室
2 燃料電池セル集合体
16 燃料電池セルユニット
18 燃焼室
24 水供給源
26 純水タンク
28 水流量調整ユニット
30 燃料供給源
32 ガス遮断弁
36 脱硫器
38 燃料流量調整ユニット
39 バルブ
40 空気供給源
42 電磁弁
44 改質用空気流量調整ユニット
45 発電用空気流量調整ユニット
50 温水製造装置
52 制御ボックス
54 インバータ
63 燃料供給配管
64 燃料ガス供給管
64a 水平部
64b 燃料供給孔
65 水添脱硫器用水素取出管
66 マニホールド
68 下支持板
74 発電用空気導入管
82 排ガス排出管
83 点火装置
84 燃料電池セル
86 内側電極端子
88 燃料ガス流路
90 内側電極層
90a 上部
90b 外周面
90c 上端面
92 外側電極層
94 電解質層
96 シール材
98 燃料ガス流路細管
111 排気口
112 混合ガス供給管
120 改質器
120A 混合ガス受入部
120B 改質部
120C ガス排出部
120a 混合ガス供給口
120b 貫通孔
121 上側ケース
122 下側ケース
123a 仕切り板
123b 仕切り板
130 排ガス誘導部材
131 下部誘導板
131a 凸状段部
132 上部誘導板
132a 凹部
133 連結板
135 ガス溜
140 蒸発器
140A 排気通路部
140B 蒸発部
140C 混合部
141 蒸発器ケース
142 上側ケース
143 下側ケース
144 中間板
144a 開口
160 空気通路カバー
160a 天板
160b 側板
160c 開口部
161a 空気通路
161b 空気通路
162 プレートフィン
162a 第1の面
162b 第2の面
162c 気体取り込み穴
167 開口部
171 排気管
172a 第1排気通路
172b 第2排気通路
175 プレートフィン
175a 第1の面
175b 第2の面
175c 第1の気体取り込み穴
175d 第2の気体取り込み穴
175e 第3の気体取り込み穴
176 排気集中部
180 空気分配部材
180A 天板
180B 側壁部
180C 基部
180a 排気管用開口
180b 導入開口
180c 開口
182 空気分配室
200 本体部
202 突出部
202a 傾斜部
202b 連結部
202c 通過穴
204 突出部
204a 傾斜部
204b 連結部
204c 通過穴
210 電極
300 空気通路
302 排気通路
304 モジュール容器
304A 側壁
304B 天面
306 熱交換促進部材
310 ケース
1 Solid oxide type fuel cell device 2 Fuel cell module 4 Auxiliary unit 6 Housing 7 Insulation material 8 Module case 8a Top plate 8b Side plate 8c Bottom plate 8d Closed side plate 8e Closed side plate 8f Outlet 10 Power generation chamber 2 Fuel cell assembly 16 Fuel cell cell unit 18 Combustion chamber 24 Water supply source 26 Pure water tank 28 Water flow rate adjustment unit 30 Fuel supply source 32 Gas shutoff valve 36 Desmelter 38 Fuel flow rate adjustment unit 39 Valve 40 Air supply source 42 Electromagnetic valve 44 Reforming air Flow adjustment unit 45 Air flow adjustment unit for power generation 50 Hot water production equipment 52 Control box 54 Inverter 63 Fuel supply pipe 64 Fuel gas supply pipe 64a Horizontal part 64b Fuel supply hole 65 Hydrogen extraction pipe for watering desulfurizer 66 Manifold 68 Lower support plate 74 Air introduction pipe for power generation 82 Exhaust exhaust pipe 83 Ignition device 84 Fuel cell cell 86 Inner electrode terminal 88 Fuel gas flow path 90 Inner electrode layer 90a Upper 90b Outer surface 90c Upper end surface 92 Outer electrode layer 94 Electrolyte layer 96 Sealing material 98 Fuel gas Flow path thin tube 111 Exhaust port 112 Mixed gas supply pipe 120 Reformer 120A Mixed gas receiving part 120B Reforming part 120C Gas discharge part 120a Mixed gas supply port 120b Through hole 121 Upper case 122 Lower case 123a Partition plate 123b Partition plate 130 Exhaust gas guiding member 131 Lower guiding plate 131a Convex stepped portion 132 Upper guiding plate 132a Recessed 133 Connecting plate 135 Gas reservoir 140 Evaporator 140A Exhaust passage 140B Evaporating part 140C Mixing part 141 Evaporator case 142 Upper case 143 Lower case 144 Intermediate Plate 144a Opening 160 Air passage cover 160a Top plate 160b Side plate 160c Opening 161a Air passage 161b Air passage 162 Plate fin 162a First surface 162b Second surface 162c Gas intake hole 167 Opening 171 Exhaust pipe 172a First exhaust passage 172b Second exhaust passage 175 Plate fin 175a First surface 175b Second surface 175c First gas intake hole 175d Second gas intake hole 175e Third gas intake hole 176 Exhaust concentration part 180 Air distribution member 180A Top plate 180B Side wall 180C Base 180a Exhaust pipe opening 180b Introduction opening 180c Open 182 Air distribution chamber 200 Main body 202 Protruding 202a Inclined 202b Connecting 202c Passing hole 204 Protruding part 204a Inclined part 204b Connecting part 204c Passing hole 210 Electrode 300 Air passage 302 Exhaust passage 304 Module container 304A Side wall 304B Top surface 306 Heat exchange promoting member 310 Case

Claims (6)

原燃料ガスを改質して得られた燃料ガスと、発電用空気との反応により発電する固体酸化物形燃料電池装置であって、
互いに電気的に接続され、前記燃料ガスと、前記発電用空気との反応により発電する燃料電池セルと、
モジュール容器と、
前記モジュール容器内に配置され、水蒸気改質により前記原燃料ガスから前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池セルの発電に寄与しなかった燃料ガスを燃焼させ、発生した排ガスにより前記改質器を加熱する燃焼部と、
前記モジュール容器の外面に沿って設けられ、前記燃料電池セルに前記発電用空気を供給する空気通路と、
前記モジュール容器の内面に沿って設けられ、前記モジュール容器の排ガスの排気口まで前記排ガスが流通し、前記モジュール容器を挟んで前記空気通路内の空気と、内部を流れる排ガスとの間で熱交換が行われる排気通路と、を備え、
前記空気通路及び前記排気通路は、前記モジュール容器の天面及び側壁面の上部に沿って形成されており、
前記空気通路及び前記排気通路の少なくとも一方には、熱交換促進部材が設けられ、
前記熱交換促進部材は、前記モジュール容器の前記側壁面に沿う第一の面と、前記モジュール容器の前記天面に沿う第二の面とからなり、前記第一の面と前記第二の面とは一部材として形成されている、固体酸化物形燃料電池装置。
A solid oxide fuel cell device that generates electricity by reacting fuel gas obtained by reforming raw fuel gas with air for power generation.
A fuel cell that is electrically connected to each other and generates electricity by the reaction of the fuel gas and the air for power generation.
Module container and
A reformer arranged in the module container and generating the fuel gas from the raw material fuel gas by steam reforming,
A combustion unit that burns fuel gas that did not contribute to the power generation of the fuel cell and heats the reformer with the generated exhaust gas.
An air passage provided along the outer surface of the module container to supply the power generation air to the fuel cell, and
The exhaust gas is provided along the inner surface of the module container, and the exhaust gas flows to the exhaust port of the exhaust gas of the module container, and heat exchange between the air in the air passage and the exhaust gas flowing inside the module container. Is equipped with an exhaust passage,
The air passage and the exhaust passage are formed along the upper portions of the top surface and the side wall surface of the module container.
A heat exchange promoting member is provided in at least one of the air passage and the exhaust passage.
The heat exchange promoting member includes a first surface along the side wall surface of the module container and a second surface along the top surface of the module container, and the first surface and the second surface. Is a solid oxide fuel cell device formed as one member.
前記熱交換促進部材には、当該熱交換促進部材の内側と外側との間で排ガス又は空気が通過するための気体取り込み穴が形成されている、
請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
The heat exchange promoting member is formed with gas intake holes for passing exhaust gas or air between the inside and the outside of the heat exchange promoting member.
The solid oxide fuel cell device according to claim 1.
前記空気通路又は前記排気通路の一方に設けられた熱交換促進部材の、前記空気通路又は前記排気通路の他方に設けられた熱交換促進部材に形成された気体取り込み穴に、前記モジュール容器を挟んで対向する位置には、スポット溶接のための溶接しろが設けられている、
請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
The module container is sandwiched between gas intake holes formed in the air passage or the heat exchange promoting member provided on the other side of the exhaust passage of the heat exchange promoting member provided on one of the air passage or the exhaust passage. Welding margins for spot welding are provided at the positions facing each other.
The solid oxide fuel cell device according to claim 2.
前記改質器の中央には前記排ガスが流通可能な流通孔が形成されており、
前記排気通路に設けられた熱交換促進部材の前記気体取り込み穴は、前記モジュール容器の前記側壁面に沿って上昇した排ガスと、前記改質器の前記流通孔を通って上昇した排ガスとの合流領域に形成されている、
請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
A distribution hole through which the exhaust gas can flow is formed in the center of the reformer.
The gas intake hole of the heat exchange promoting member provided in the exhaust passage is a confluence of the exhaust gas rising along the side wall surface of the module container and the exhaust gas rising through the flow hole of the reformer. Formed in the area,
The solid oxide fuel cell device according to claim 3.
前記排気通路に設けられた熱交換促進部材は、前記第一の面及び前記第二の面に気体取り込み穴が設けられている、請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池装置。 The solid oxide fuel cell device according to claim 4, wherein the heat exchange promoting member provided in the exhaust passage is provided with gas intake holes on the first surface and the second surface. 前記空気通路及び前記排気通路に設けられた熱交換促進部材は、前記第一の面と前記第二の面との境界に気体取り込み穴が設けられている、請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池装置。 The solid oxide according to claim 4, wherein the heat exchange promoting member provided in the air passage and the exhaust passage is provided with a gas intake hole at the boundary between the first surface and the second surface. Type fuel cell device.
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