JP7263190B2 - fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to fuel cell systems.

固体酸化物形燃料電池においては、起動の際、700℃を越える作動温度まで昇温が必要とされる。従来、固体酸化物形燃料電池の起動時の昇温手段として空気予熱ヒータ(電気式空気ヒータ)を備え、この空気予熱ヒータで昇温した空気をカソード側に供給し、予熱した空気で電池を昇温する燃料電池システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 A solid oxide fuel cell needs to be heated to an operating temperature of over 700° C. during start-up. Conventionally, an air preheater (electrical air heater) is provided as a means for raising the temperature at the start of a solid oxide fuel cell. A fuel cell system that raises temperature has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2004-119299号公報JP-A-2004-119299

上述した特許文献1のシステムにおいては、固体酸化物形燃料電池の起動の際、空気予熱ヒータを高出力化することで空気を短期間で昇温することができる。このような高出力化を単一の空気予熱ヒータで実現しようとすると、ヒータ本体の外形寸法が大きくなる。ヒータ本体の外形寸法の大型化を回避するために、低出力の空気予熱ヒータを複数備え、これらを直列に配置することで、空気予熱ヒータを高出力化することが考えられる。また、空気予熱ヒータを直列に配置して空気を流通させる場合には、局所的な高温部分を発生させることなく、空気予熱ヒータを適切に絶縁することが要求される。 In the system of Patent Literature 1 described above, the temperature of the air can be raised in a short period of time by increasing the output of the air preheater when starting the solid oxide fuel cell. If an attempt is made to achieve such a high output with a single air preheating heater, the outer dimensions of the heater main body become large. In order to avoid an increase in the outer dimensions of the heater main body, it is conceivable to provide a plurality of low-output air preheating heaters and arrange them in series to increase the output of the air preheating heaters. Also, when air preheaters are arranged in series and air is circulated, it is required to properly insulate the air preheaters without generating local high temperature areas.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数の空気予熱ヒータを直列に配置する場合において、局所的な高温部分を発生させることなく、空気予熱ヒータを適切に絶縁することができる燃料電池システムを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems. To provide a fuel cell system capable of appropriately insulating the

本発明の一態様の燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池と、燃料ガスを前記固体酸化物形燃料電池へ供給する燃料供給ラインと、空気を前記固体酸化物形燃料電池へ供給する空気供給ラインと、前記空気供給ラインに設けられ、前記固体酸化物形燃料電池の起動時に前記空気を加熱する複数の空気予熱ヒータと、前記空気供給ラインに設けられ、前記空気予熱ヒータを絶縁する複数の絶縁部材と、を有し、前記複数の空気予熱ヒータは、前記空気供給ライン内で直列に配置され、前記複数の絶縁部材のうち、隣り合う一対の絶縁部材が前記空気予熱ヒータを挟んで配置されると共に、それぞれの絶縁部材が前記空気供給ラインを流れる前記空気の流動方向に対して複数の孔が配列された多孔質部材で構成されることを特徴とする。 A fuel cell system according to one aspect of the present invention includes a solid oxide fuel cell, a fuel supply line for supplying fuel gas to the solid oxide fuel cell, and air for supplying air to the solid oxide fuel cell. a plurality of air preheating heaters provided in the air supply line for heating the air when the solid oxide fuel cell is started; and a plurality of air preheating heaters provided in the air supply line for insulating the air preheating heaters. wherein the plurality of air preheaters are arranged in series in the air supply line, and a pair of adjacent insulation members among the plurality of insulation members sandwich the air preheater. Each insulating member is composed of a porous member having a plurality of holes arranged in a flow direction of the air flowing through the air supply line.

本発明によれば、複数の空気予熱ヒータを直列に配置する場合において、局所的な高温部分を発生させることなく、空気予熱ヒータを適切に絶縁することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when arrange|positioning several air preheating heaters in series, an air preheating heater can be insulated appropriately, without generating a local high temperature part.

本実施の形態に係る燃料電池システムの概念図である。1 is a conceptual diagram of a fuel cell system according to an embodiment; FIG. 本実施の形態に係る燃料電池システムが有する空気供給ラインの一部を示す斜視図である。3 is a perspective view showing part of an air supply line of the fuel cell system according to this embodiment; FIG. 本実施の形態に係る空気供給ラインに収納される空気予熱ヒータ周辺の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view around an air preheater housed in the air supply line according to the present embodiment; 本実施の形態に係る空気供給ラインに収納される空気予熱ヒータ周辺の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram around an air preheater housed in an air supply line according to the present embodiment; 本実施の形態に係る空気予熱ヒータと共に使用される絶縁部材の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of an insulating member used together with the air preheater according to the present embodiment;

以下、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, fuel cell systems according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and can be modified in various ways within the spirit and scope of the invention.

図1は、本実施の形態に係る燃料電池システム1の概念図である。図1に示すように、燃料電池システム1は、固体酸化物形燃料電池(以下、適宜「SOFC」という)2と、SOFC2に対して燃料ガスを供給する燃料供給ラインL1と、SOFC2に対して空気を供給する空気供給ラインL2とを含んで構成される。 FIG. 1 is a conceptual diagram of a fuel cell system 1 according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") 2, a fuel supply line L1 for supplying fuel gas to the SOFC 2, and and an air supply line L2 for supplying air.

SOFC2は、空気極で生成された酸化物イオンが電解質を透過して燃料極に移動し、燃料極で酸化物イオンが水素又は一酸化炭素と反応することにより電気エネルギーを発生する発電メカニズムを有する。 SOFC2 has a power generation mechanism in which oxide ions generated at the air electrode permeate the electrolyte and move to the fuel electrode, where the oxide ions react with hydrogen or carbon monoxide to generate electrical energy. .

燃料供給ラインL1からSOFC2に供給される燃料ガスは、図示しない燃料供給ブロアやマスフローコントローラ等により流量調整される。例えば、燃料ガスは、都市ガスで構成される。SOFC2内で反応した燃料ガスは、排気ラインL3から排気される。空気供給ラインL2からSOFC2に供給される空気は、空気供給ブロア3により流量調整される。SOFC2内で反応した空気は、排気ラインL4から排気される。 The flow rate of the fuel gas supplied from the fuel supply line L1 to the SOFC 2 is adjusted by a fuel supply blower, a mass flow controller, or the like (not shown). For example, fuel gas is composed of city gas. The fuel gas that has reacted within the SOFC 2 is exhausted through the exhaust line L3. Air supplied to the SOFC 2 from the air supply line L2 is adjusted in flow rate by the air supply blower 3 . Air that has reacted within the SOFC 2 is exhausted through an exhaust line L4.

空気供給ラインL2は、第1の空気供給ラインL21と、第1の空気供給ラインL21から分岐する第2の空気供給ラインL22とを有している。第1の空気供給ラインL21には、主に起動時に利用される空気予熱ヒータ4が取り付けられている。空気予熱ヒータ4は、電気ヒータであることが好ましい。空気予熱ヒータ4は、複数(本実施の形態では3つ)の空気予熱ヒータ4(4a、4b、4c)に分割されている。以下では、説明の便宜上、これらの空気予熱ヒータ4a、4b、4cを、それぞれヒータエレメント4a、4b、4cと呼ぶ。これらのヒータエレメント4a、4b、4cは、個々に起動可能に制御される。すなわち、各ヒータエレメントを個別にON・OFF制御することができる。 The air supply line L2 has a first air supply line L21 and a second air supply line L22 branched from the first air supply line L21. The first air supply line L21 is attached with an air preheating heater 4 that is mainly used at startup. Air preheater 4 is preferably an electric heater. The air preheating heater 4 is divided into a plurality of (three in the present embodiment) air preheating heaters 4 (4a, 4b, 4c). For convenience of explanation, these air preheating heaters 4a, 4b and 4c are hereinafter referred to as heater elements 4a, 4b and 4c, respectively. These heater elements 4a, 4b, 4c are individually activatably controlled. That is, each heater element can be individually controlled ON/OFF.

限定されるものではないが、空気予熱ヒータ4の出力は、SOFC2の定格出力の1/5~2/3である。空気予熱ヒータ4の出力をxkWとすると、各ヒータエレメント4a、4b、4cの出力の合計が、xkWとなるように調整される。例えば、第1のヒータエレメント4aの出力は、x/6kWであり、第2のヒータエレメント4bの出力は、x/3kWであり、第3のヒータエレメント4cの出力は、x/2kWである。一例を示すと、空気予熱ヒータ4の合計出力は、24kWであり、第1のヒータエレメント4aの出力は、4kWであり、第2のヒータエレメント4bの出力は、8kWであり、第3のヒータエレメント4cの出力は、12kWである。なお、図1では、空気予熱ヒータ4を3分割したが、2分割であってもよいし、4分割以上であってもよい。 Although not limited, the output of the air preheater 4 is 1/5 to 2/3 of the SOFC 2 rated output. Assuming that the output of the air preheating heater 4 is x kW, the sum of the outputs of the heater elements 4a, 4b and 4c is adjusted to x kW. For example, the power of the first heater element 4a is x/6 kW, the power of the second heater element 4b is x/3 kW and the power of the third heater element 4c is x/2 kW. By way of example, the total power of the air preheating heater 4 is 24 kW, the power of the first heater element 4a is 4 kW, the power of the second heater element 4b is 8 kW, the power of the third heater The output of element 4c is 12 kW. Although the air preheating heater 4 is divided into three parts in FIG. 1, it may be divided into two parts or four parts or more.

第2の空気供給ラインL22には、再生熱交換器5が取り付けられている。再生熱交換器5は、排気ラインL4と第2の空気供給ラインL22との間に接続されている。SOFC2が稼働している場合において、再生熱交換器5は、排気ラインL4を流れる反応後の空気(酸化剤オフガス)と、第2の空気供給ラインL22を流れる空気との間の熱交換を行う。これにより、第2の空気供給ラインL22を流れる空気が温められ、SOFC2に供給される。 A regenerative heat exchanger 5 is attached to the second air supply line L22. The regenerative heat exchanger 5 is connected between the exhaust line L4 and the second air supply line L22. When the SOFC 2 is in operation, the regenerative heat exchanger 5 performs heat exchange between the post-reaction air (oxidant off-gas) flowing through the exhaust line L4 and the air flowing through the second air supply line L22. . Thereby, the air flowing through the second air supply line L22 is warmed and supplied to the SOFC2.

第1の空気供給ラインL21において、空気供給ブロア3と空気予熱ヒータ4との間には第1のバルブ6が設けられている。また、第2の空気供給ラインL22において、空気供給ブロア3と再生熱交換器5との間には第2のバルブ7が設けられている。これらの第1、第2のバルブ6、7は、SOFC2に対して供給される空気の供給経路を切り替える際に利用される。 A first valve 6 is provided between the air supply blower 3 and the air preheater 4 in the first air supply line L21. A second valve 7 is provided between the air supply blower 3 and the regenerative heat exchanger 5 in the second air supply line L22. These first and second valves 6 and 7 are used when switching the supply route of air supplied to the SOFC 2 .

空気供給ラインL2(第1の空気供給ラインL21)において、空気予熱ヒータ4の出口側には、第1の温度測定用熱電対8が設けられている。第1の温度測定用熱電対8は、空気予熱ヒータ4により加熱された空気の温度を測定する。また、SOFC2には、第2の温度測定用熱電対9が接続されている。第2の温度測定用熱電対9は、SOFC2内の温度を測定する。これらの第1、第2の温度測定用熱電対8、9で測定された温度は、燃料電池システム1を制御する制御部(不図示)に出力され、燃料電池システム1の制御(例えば、第1、第2のバルブ6、7の切替え制御や、空気予熱ヒータ4の駆動制御等)に利用される。 A first temperature-measuring thermocouple 8 is provided on the outlet side of the air preheater 4 in the air supply line L2 (first air supply line L21). A first temperature measuring thermocouple 8 measures the temperature of the air heated by the air preheater 4 . A second temperature-measuring thermocouple 9 is connected to the SOFC 2 . A second temperature-measuring thermocouple 9 measures the temperature inside the SOFC 2 . The temperatures measured by these first and second temperature-measuring thermocouples 8 and 9 are output to a control unit (not shown) that controls the fuel cell system 1 to control the fuel cell system 1 (for example, the 1, switching control of the second valves 6 and 7, driving control of the air preheating heater 4, etc.).

燃料供給ラインL1と排気ラインL3との間には、燃料再循環ラインL5が設けられている。燃料再循環ラインL5には、再循環ブロア10が設けられている。再循環ブロア10は、排気ラインL3を流れる反応後の燃料ガス(燃料オフガス)を燃料供給ラインL1に送り込む。燃料オフガスが燃料供給ラインL1に送り込まれることで、燃料オフガスに含まれる水蒸気で燃料ガスが改質される。 A fuel recirculation line L5 is provided between the fuel supply line L1 and the exhaust line L3. A recirculation blower 10 is provided in the fuel recirculation line L5. The recirculation blower 10 sends the reacted fuel gas (fuel off-gas) flowing through the exhaust line L3 to the fuel supply line L1. By feeding the fuel off-gas into the fuel supply line L1, the fuel gas is reformed by water vapor contained in the fuel off-gas.

このような構成を有する燃料電池システム1において、SOFC2の起動時には、第2のバルブ7を閉じ、第1のバルブ6を開けた状態とし、ヒータエレメント4a、4b、4cを適宜選択してオン状態に切り替えて、SOFC2に供給される空気の温度を段階的に上昇させる。このようにSOFC2に供給される空気の温度を段階的に上昇させることにより、急激な温度上昇に伴うSOFC2の破損を防止しつつ、SOFC2の温度を作動温度まで昇温させることができる。 In the fuel cell system 1 having such a configuration, when the SOFC 2 is started, the second valve 7 is closed, the first valve 6 is opened, and the heater elements 4a, 4b, 4c are appropriately selected and turned on. to stepwise increase the temperature of the air supplied to the SOFC 2. By gradually increasing the temperature of the air supplied to the SOFC 2 in this manner, the temperature of the SOFC 2 can be raised to the operating temperature while preventing damage to the SOFC 2 due to a sudden temperature rise.

SOFC2が発電可能な作動温度まで上昇した後、第1のバルブ6を閉じ、第2のバルブ7を開けた状態とする。これにより、空気は、第2の空気供給ラインL22からSOFC2に供給される。SOFC2では、燃料供給ラインL1から供給される燃料ガスと、第2の空気供給ラインL22から再生熱交換器5を介して供給される空気(酸化剤ガス)との電気化学反応により、SOFC2の発電が開始される。 After the SOFC 2 has risen to an operating temperature capable of generating electricity, the first valve 6 is closed and the second valve 7 is opened. Air is thereby supplied to the SOFC 2 from the second air supply line L22. In the SOFC 2, the electrochemical reaction between the fuel gas supplied from the fuel supply line L1 and the air (oxidant gas) supplied from the second air supply line L22 via the regenerative heat exchanger 5 causes power generation in the SOFC 2. is started.

ここで、本実施の形態に係る燃料電池システム1が有する空気予熱ヒータ4の周辺の構成について、図2~図4を参照して説明する。図2は、本実施の形態に係る燃料電池システム1が有する空気供給ラインL2の一部を示す斜視図である。図2においては、空気供給ラインL2における第1のバルブ6と第1の温度測定用熱電対8との間に配置される配管について示している。図3は、空気供給ラインL2に収納される空気予熱ヒータ4周辺の断面図である。図4は、空気供給ラインL2に収納される空気予熱ヒータ4周辺の模式図である。 Here, the configuration around the air preheater 4 included in the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. FIG. 2 is a perspective view showing part of the air supply line L2 of the fuel cell system 1 according to this embodiment. FIG. 2 shows piping arranged between the first valve 6 and the first thermocouple 8 for temperature measurement in the air supply line L2. FIG. 3 is a sectional view around the air preheater 4 housed in the air supply line L2. FIG. 4 is a schematic diagram around the air preheating heater 4 housed in the air supply line L2.

図2に示すように、空気供給ラインL2は、第1のバルブ6の下流側に配置される第1配管11と、第1の温度測定用熱電対8の上流側に配置され、第1配管11の後段に接続される第2配管12とを有している。例えば、これらの第1配管11、第2配管12は、ステンレスにて構成されるが、これに限定されない。 As shown in FIG. 2, the air supply line L2 is arranged downstream of the first pipe 11 downstream of the first valve 6 and upstream of the first thermocouple 8 for temperature measurement. 11 and a second pipe 12 connected to the latter stage of the pipe 11 . For example, the first pipe 11 and the second pipe 12 are made of stainless steel, but are not limited to this.

図2に示す配管において、空気は、第1配管11の入口開口11Aから流れ込み、第1配管11及び第2配管12内を進み、第2配管12の出口開口12Aから流れ出る。第1配管11の上流側の配管(不図示)は、入口開口11Aの周囲のフランジ部11Bにより接続される。また、第1配管11と第2配管12とは、それぞれのフランジ部11Cとフランジ部12Bとを接合することにより接続される。一方、第2配管12の下流側の配管(不図示)は、出口開口12Aの周囲のフランジ部12Cにより接続される。 In the piping shown in FIG. 2 , air flows in from the inlet opening 11 A of the first piping 11 , travels through the first piping 11 and the second piping 12 , and flows out from the outlet opening 12 A of the second piping 12 . A pipe (not shown) on the upstream side of the first pipe 11 is connected by a flange portion 11B around the inlet opening 11A. Also, the first pipe 11 and the second pipe 12 are connected by joining the respective flange portions 11C and 12B. On the other hand, a pipe (not shown) on the downstream side of the second pipe 12 is connected by a flange portion 12C around the outlet opening 12A.

第1配管11には、電源接続作業用配管13が設けられている。電源接続作業用配管13は、後述するように、第2配管12に収納される空気予熱ヒータ4(より具体的には、ヒータエレメント4a、4b、4c)に電源を接続する作業のための配管である。第2配管12に空気予熱ヒータ4を収納する作業者は、電源接続作業用配管13を介して空気予熱ヒータ4に対して電源供給ケーブルの接続作業を行う。電源接続作業用配管13は、当該作業の終了後、蓋部13Aにより閉塞される。 A power connection work pipe 13 is provided in the first pipe 11 . As will be described later, the power supply connection work pipe 13 is a pipe for the work of connecting the power supply to the air preheating heater 4 (more specifically, the heater elements 4a, 4b, 4c) housed in the second pipe 12. is. A worker who stores the air preheating heater 4 in the second pipe 12 connects the power supply cable to the air preheating heater 4 through the power connection work pipe 13 . The power connection work pipe 13 is closed by the lid portion 13A after the end of the work.

第2配管12は、概して円筒形状を有している。図3に示すように、第2配管12には、上述した空気予熱ヒータ4(ヒータエレメント4a、4b、4c)が収納される。限定されるものではないが、ヒータエレメント4a、4b、4cは、板面に対して微小な凹凸形状を有する長尺の金属薄板を、渦巻き状に重環させた抵抗加熱式のヒータで構成される。金属薄板を渦巻き状に重環させることにより、ヒータエレメント4a、4b、4cは、それぞれ円盤型の外形形状を有している(図4参照)。ヒータエレメント4a、4b、4cの外形形状の寸法は、第2配管12の内周面よりも僅かに小さく構成されている。また、金属薄板が凹凸形状を有することで、ヒータエレメント4a、4b、4cは、第2の空気供給ラインL21内の空気の流動方向に多数の孔を有した状態となっている。 The second pipe 12 has a generally cylindrical shape. As shown in FIG. 3, the second pipe 12 houses the air preheating heater 4 (heater elements 4a, 4b, 4c). Although not limited, the heater elements 4a, 4b, and 4c are composed of resistance heating heaters in which a long thin metal plate having minute unevenness on the plate surface is spirally overlapped. be. Heater elements 4a, 4b, and 4c each have a disk-shaped external shape by spirally overlapping thin metal plates (see FIG. 4). The dimensions of the outer shape of the heater elements 4 a , 4 b , 4 c are slightly smaller than the inner peripheral surface of the second pipe 12 . Further, since the thin metal plate has an uneven shape, the heater elements 4a, 4b, and 4c have a large number of holes in the direction of air flow in the second air supply line L21.

ヒータエレメント4a、4b、4cは、空気供給ラインL2内の空気の流動方向に沿って上流側(図3に示す右方側)から下流側(図3に示す左方側)に並べて配置されている。第2配管12の上部には、これらのヒータエレメント4a、4b、4cの位置に対応して熱電対挿入部12Dが設けられている(図2、図3参照)。熱電対挿入部12Dには、ヒータエレメント4a、4b、4cの温度を測定するための温度測定用熱電対(不図示)が挿入される。この温度測定用熱電対は、ヒータエレメント4a、4b、4cにおける過度の昇温の検知に利用される。なお、図1においては、説明の便宜上、この温度測定用熱電対を省略している。 The heater elements 4a, 4b, 4c are arranged side by side from the upstream side (right side shown in FIG. 3) to the downstream side (left side shown in FIG. 3) along the air flow direction in the air supply line L2. there is Thermocouple insertion portions 12D are provided on the upper portion of the second pipe 12 corresponding to the positions of these heater elements 4a, 4b, and 4c (see FIGS. 2 and 3). A thermocouple for temperature measurement (not shown) for measuring the temperature of the heater elements 4a, 4b, and 4c is inserted into the thermocouple insertion portion 12D. The temperature-measuring thermocouples are used to detect excessive temperature increases in the heater elements 4a, 4b, and 4c. In addition, in FIG. 1, the thermocouple for temperature measurement is omitted for convenience of explanation.

各ヒータエレメント4a、4b、4cの上流側及び下流側には、複数の絶縁部材14(14a~14d)が配置されている(図3、図4参照)。複数の絶縁部材14(14a~14d)のうち、隣り合う一対の絶縁部材14は、各ヒータエレメント4a、4b、4cを挟んだ状態で配置されている。ヒータエレメント4aは、上流側に配置された絶縁部材14aと、下流側に配置された絶縁部材14bとによって挟まれた状態で配置されている。同様に、ヒータエレメント4bは、絶縁部材14b、14cによって挟まれ、ヒータエレメント4cは、絶縁部材14c、14dによって挟まれた状態で配置されている。 A plurality of insulating members 14 (14a to 14d) are arranged upstream and downstream of each heater element 4a, 4b, 4c (see FIGS. 3 and 4). A pair of adjacent insulating members 14 among the plurality of insulating members 14 (14a to 14d) are arranged with the heater elements 4a, 4b, 4c sandwiched therebetween. The heater element 4a is arranged in a state sandwiched between an insulating member 14a arranged on the upstream side and an insulating member 14b arranged on the downstream side. Similarly, the heater element 4b is sandwiched between insulating members 14b and 14c, and the heater element 4c is sandwiched between insulating members 14c and 14d.

絶縁部材14は、概して円盤型の外形形状を有している(図4参照)。絶縁部材14は、ヒータエレメント4a、4b、4cと同軸上に配置されている。絶縁部材14の外形形状の寸法は、ヒータエレメント4a、4b、4cの外形形状の寸法よりも僅かに大きく、第2配管12の内周面よりも僅かに小さく構成されている。なお、絶縁部材14の外形形状の寸法は、ヒータエレメント4a、4b、4cの外形形状の寸法と同等であってもよい。 The insulating member 14 has a generally disk-shaped outer shape (see FIG. 4). The insulating member 14 is arranged coaxially with the heater elements 4a, 4b, 4c. The dimensions of the outer shape of the insulating member 14 are slightly larger than the dimensions of the outer shape of the heater elements 4 a , 4 b , 4 c and slightly smaller than the inner peripheral surface of the second pipe 12 . The dimensions of the outer shape of the insulating member 14 may be the same as the dimensions of the outer shape of the heater elements 4a, 4b, and 4c.

絶縁部材14は、隣り合うヒータエレメント4a、4b、4cの側面(空気の流動方向の上流側面又は下流側面)に密着した状態で配置されている。例えば、絶縁部材14bは、上流側に配置されたヒータエレメント4aの下流側面に密着した状態で配置される一方、下流側に配置されたヒータエレメント4bの上流側面に密着した状態で配置されている。他の絶縁部材14a、14c、14dについても同様である。 The insulating member 14 is arranged in close contact with the side surfaces of the adjacent heater elements 4a, 4b, and 4c (the upstream side surface or the downstream side surface in the air flow direction). For example, the insulating member 14b is arranged in close contact with the downstream side surface of the heater element 4a arranged on the upstream side, and is arranged in close contact with the upstream side surface of the heater element 4b arranged on the downstream side. . The same applies to the other insulating members 14a, 14c and 14d.

上述したように、絶縁部材14の外形形状の寸法は、ヒータエレメント4a、4b、4cの外形形状の寸法よりも僅かに大きく構成されている。このため、絶縁部材14は、隣り合うヒータエレメント4a、4b、4cの側面(空気の流動方向の上流側面又は下流側面)の全体に対向して配置される。例えば、絶縁部材14bは、上流側に配置されたヒータエレメント4aの下流側面の全体に対向して配置される一方、下流側に配置されたヒータエレメント4bの上流側面の全体に対向して配置されている。他の絶縁部材14a、14c、14dについても同様である。 As described above, the dimension of the outer shape of the insulating member 14 is slightly larger than the dimension of the outer shape of the heater elements 4a, 4b, 4c. For this reason, the insulating member 14 is arranged so as to face the entire side surface (upstream side surface or downstream side surface in the air flow direction) of the adjacent heater elements 4a, 4b, and 4c. For example, the insulating member 14b is arranged to face the entire downstream side surface of the heater element 4a arranged on the upstream side, while the insulating member 14b is arranged to face the entire upstream side surface of the heater element 4b arranged on the downstream side. ing. The same applies to the other insulating members 14a, 14c and 14d.

ヒータエレメント4a、4b、4cと、これらを挟むように配置された絶縁部材14a~14dの外周には、一定の間隙Gが形成されている(図3参照)。この間隙Gには、図示しない絶縁材料が挿入されている。例えば、絶縁材料は、ブランケット状断熱材で構成される。ブランケット状断熱材とすることで、ヒータエレメント4a、4b、4cと配管との絶縁確保に加え、ヒータエレメント4a、4b、4cで温められた空気が配管から放熱されることも防止し、効率的に空気を昇温する。また、間隙Gは、ヒータエレメント4a、4b、4cの電源接続ケーブル(より具体的には、ヒータエレメント4a、4b、4cを構成する金属薄板の最外周部及び最内周部に接続された一対の電源接続ケーブル)を導出するスペースとしても利用される。 A certain gap G is formed between the outer circumferences of the heater elements 4a, 4b, 4c and the insulating members 14a to 14d sandwiching them (see FIG. 3). An insulating material (not shown) is inserted into the gap G. For example, the insulating material may consist of blanket-like insulation. By using a blanket-like heat insulating material, in addition to ensuring insulation between the heater elements 4a, 4b, 4c and the pipes, it is also possible to prevent the air warmed by the heater elements 4a, 4b, 4c from radiating from the pipes. to heat the air. In addition, the gap G is formed by a pair of cables connected to the power supply connection cables of the heater elements 4a, 4b, and 4c (more specifically, the outermost and innermost peripheral portions of the thin metal plates constituting the heater elements 4a, 4b, and 4c). It is also used as a space to lead out the power supply connection cable).

最下流側に配置される絶縁部材14dの下流側には、ストッパ12Eが設けられている。また、最上流側に配置される絶縁部材14aの上流側には、ストッパ12Fが設けられている。これらのストッパ12E、12Fは、第2配管12の内周面に溶接等により接合される。これらのストッパ12E、12Fは、絶縁部材14d、14aの位置決めに利用される。これらのストッパ12E、12Fで絶縁部材14d、14aの位置決めを行うことで、ヒータエレメント4a~4c及び絶縁部材14a~14dからなるユニット(以下、適宜「空気予熱ヒータユニット」という)が位置決めされる。 A stopper 12E is provided on the downstream side of the insulating member 14d arranged on the most downstream side. A stopper 12F is provided on the upstream side of the insulating member 14a arranged on the most upstream side. These stoppers 12E and 12F are joined to the inner peripheral surface of the second pipe 12 by welding or the like. These stoppers 12E and 12F are used for positioning the insulating members 14d and 14a. By positioning the insulating members 14d and 14a with these stoppers 12E and 12F, a unit (hereinafter referred to as an "air preheating heater unit") consisting of the heater elements 4a to 4c and the insulating members 14a to 14d is positioned.

空気予熱ヒータユニットを第2配管12に収納する際は、絶縁部材14dの側面(下流側面)の外縁部がストッパ12Eに当接するように絶縁部材14dを第2配管12内に収容する。そして、絶縁部材14dの側面(上流側面)にヒータエレメント4cの側面(下流側面)が当接するようにヒータエレメント4cを第2配管12内に収容する。次に、絶縁部材14cの側面(下流側面)がヒータエレメント4cの側面(上流側面)に当接するように絶縁部材14cを第2配管12内に収容する。これ以降、ヒータエレメント4c及び絶縁部材14cと同様に、ヒータエレメント4b、絶縁部材14b、ヒータエレメント4a及び絶縁部材14aの順に第2配管12に収容する。最後に、絶縁部材14aの側面(上流側面)の外縁部にストッパ12Fが当接するように配置した後、ストッパ12Fを第2配管12の内周面に溶接する。これにより、一対のストッパ12E、12Fの間に空気予熱ヒータユニットが挟まれた状態で配置される。 When housing the air preheating heater unit in the second pipe 12, the insulating member 14d is housed in the second pipe 12 so that the outer edge of the side surface (downstream side) of the insulating member 14d contacts the stopper 12E. Then, the heater element 4c is housed in the second pipe 12 so that the side surface (downstream side surface) of the heater element 4c contacts the side surface (upstream side surface) of the insulating member 14d. Next, the insulating member 14c is accommodated in the second pipe 12 so that the side surface (downstream side surface) of the insulating member 14c contacts the side surface (upstream side surface) of the heater element 4c. Thereafter, similarly to the heater element 4c and the insulating member 14c, the heater element 4b, the insulating member 14b, the heater element 4a and the insulating member 14a are accommodated in the second pipe 12 in this order. Finally, after the stopper 12F is placed in contact with the outer edge of the side surface (upstream side surface) of the insulating member 14a, the stopper 12F is welded to the inner peripheral surface of the second pipe 12. As shown in FIG. As a result, the air preheater unit is sandwiched between the pair of stoppers 12E and 12F.

ここで、本実施の形態に係る空気予熱ヒータ4(ヒータエレメント4a、4b、4c)と共に使用される絶縁部材14の構成について説明する。図5は、本実施の形態に係る空気予熱ヒータ4(ヒータエレメント4a、4b、4c)と共に使用される絶縁部材14の模式図である。絶縁部材14a~14dは、共通の構成を有するため、以下では、特別に言及する場合を除き、絶縁部材14として説明する。 Here, the configuration of the insulating member 14 used together with the air preheating heater 4 (heater elements 4a, 4b, 4c) according to the present embodiment will be described. FIG. 5 is a schematic diagram of the insulating member 14 used together with the air preheating heater 4 (heater elements 4a, 4b, 4c) according to this embodiment. Since the insulating members 14a to 14d have a common configuration, they will be referred to as the insulating member 14 unless otherwise specified.

図5に示すように、絶縁部材14は、概して円盤形状を有している。限定されるものではないが、絶縁部材14は、セラミック材料で構成される。例えば、絶縁部材14は、空気供給ラインL2を流動する空気の流動方向に対して複数の孔(開口部)が配列された多孔質部材で構成される。本実施の形態において、絶縁部材14には、絶縁部材14の軸方向に平行に配置される複数の孔(開口部)141が形成されている。各孔141は、絶縁部材14の外縁部に配置されるものを除き、正六角形を有している。絶縁部材14は、これらの孔141が隙間なく配置されたハニカム構造を有している。すなわち、絶縁部材14には、外縁部を除き、同一の開口面積を有する孔141が貫通して形成されている。 As shown in FIG. 5, the insulating member 14 has a generally disk shape. Without limitation, the insulating member 14 is constructed of a ceramic material. For example, the insulating member 14 is composed of a porous member having a plurality of holes (openings) arranged in the flow direction of the air flowing through the air supply line L2. In the present embodiment, the insulating member 14 is formed with a plurality of holes (openings) 141 arranged in parallel with the axial direction of the insulating member 14 . Each hole 141 has a regular hexagonal shape, except for those located at the outer edge of the insulating member 14 . The insulating member 14 has a honeycomb structure in which these holes 141 are arranged without gaps. That is, holes 141 having the same opening area are formed through the insulating member 14 except for the outer edge.

なお、図示は省略しているが、絶縁部材14の一部には、隣接する空気予熱ヒータ4(ヒータエレメント4a、4b、4c)に接続される電源供給ケーブルを通す切り欠き部又は溝部が形成されている。電源供給ケーブルは、この切欠き部又は溝部を介して空気予熱ヒータユニットの外周側の間隙Gに導出され、この間隙Gを介して電源接続作業用配管13に導出される。 Although not shown, the insulating member 14 is partially formed with a notch or groove through which a power supply cable connected to the adjacent air preheating heater 4 (heater elements 4a, 4b, 4c) passes. It is The power supply cable is guided through this notch or groove to the gap G on the outer peripheral side of the air preheating heater unit, and through this gap G to the power connection work pipe 13 .

以下、燃料電池システム1の起動時において、第1の空気供給ラインL21を流れる空気の態様について図1~図3を参照して説明する。なお、ここでは、空気予熱ヒータ4を構成するヒータエレメント4a、4b、4cの全てがオン状態に切り替えられているものとする。 Hereinafter, the mode of air flowing through the first air supply line L21 when the fuel cell system 1 is started will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. Here, it is assumed that all the heater elements 4a, 4b, 4c constituting the air preheating heater 4 are switched to the ON state.

空気供給ブロア3により第1の空気供給ラインL21に送り込まれた空気は、第1配管11を介して第2配管12に流入する(図1及び図2参照)。第2配管12に流入した空気は、空気予熱ヒータユニットを構成する絶縁部材14のうち、最も上流側に配置された絶縁部材14a内の孔141に流入する。絶縁部材14aにおいて、孔141は、同一の開口面積を有し、均等に配列されている。このため、空気は、均等に整流された状態で絶縁部材14a内に流入する。 The air sent into the first air supply line L21 by the air supply blower 3 flows through the first pipe 11 into the second pipe 12 (see FIGS. 1 and 2). The air that has flowed into the second pipe 12 flows into the hole 141 in the insulating member 14a arranged on the most upstream side among the insulating members 14 that constitute the air preheating heater unit. In the insulating member 14a, the holes 141 have the same opening area and are evenly arranged. Therefore, the air flows into the insulating member 14a in a uniformly rectified state.

絶縁部材14aで整流された空気は、ヒータエレメント4aに流入する。上述したように、ヒータエレメント4aは、空気の流動方向に沿って流路を構成する多数の孔を有している。また、ヒータエレメント4aは、絶縁部材14aに密着した状態で配置されている。このため、ヒータエレメント4aに形成される多数の孔は、絶縁部材14aの孔141の一部又は全部と連通して配置される。したがって、絶縁部材14aで整流された空気は、整流された状態を維持しながらヒータエレメント4aを流れる。ヒータエレメント4a内の孔141を通過する過程において、空気は、ヒータエレメント4aの発熱により加熱される。 The air rectified by the insulating member 14a flows into the heater element 4a. As described above, the heater element 4a has a large number of holes forming flow paths along the direction of air flow. Further, the heater element 4a is arranged in close contact with the insulating member 14a. Therefore, a large number of holes formed in the heater element 4a are arranged to communicate with some or all of the holes 141 of the insulating member 14a. Therefore, the air rectified by the insulating member 14a flows through the heater element 4a while maintaining the rectified state. In the process of passing through the holes 141 in the heater element 4a, the air is heated by the heat generated by the heater element 4a.

ヒータエレメント4aにより加熱された空気がヒータエレメント4aの下流側に配置された絶縁部材14b内に流入する。絶縁部材14bは、ヒータエレメント4aに密着した状態で配置されている。このため、ヒータエレメント4aに形成される多数の孔は、絶縁部材14bの孔141の一部又は全部と連通して配置される。このため、ヒータエレメント4aにより加熱された空気は、絶縁部材14bの孔に流入することで更に整流された状態で流通する。 The air heated by the heater element 4a flows into the insulating member 14b arranged downstream of the heater element 4a. The insulating member 14b is arranged in close contact with the heater element 4a. Therefore, a large number of holes formed in the heater element 4a are arranged to communicate with some or all of the holes 141 of the insulating member 14b. Therefore, the air heated by the heater element 4a flows into the holes of the insulating member 14b and is further rectified.

これ以降、同様に、絶縁部材14bで整流された空気は、整流された状態を維持しながらヒータエレメント4bを流れる。ヒータエレメント4bを通過する過程において、空気は、ヒータエレメント4bの発熱により更に加熱され、絶縁部材14c内に流入する。ヒータエレメント4bにより加熱された空気は、絶縁部材14cの孔に流入することで更に整流された状態で流通する。そして、絶縁部材14cで整流された空気は、整流された状態を維持しながらヒータエレメント4cを流れる。ヒータエレメント4cを通過する過程において、空気は、ヒータエレメント4cの発熱により更に加熱され、絶縁部材14d内に流入する。ヒータエレメント4cにより加熱された空気は、絶縁部材14dの孔に流入することで更に整流された状態で空気予熱ヒータユニット外に流出する。空気予熱ヒータユニット外に流出した空気は、第2配管12を流れ、出口開口12Aを介してSOFC2に供給される。 Thereafter, similarly, the air rectified by the insulating member 14b flows through the heater element 4b while maintaining the rectified state. In the process of passing through the heater element 4b, the air is further heated by the heat generated by the heater element 4b and flows into the insulating member 14c. The air heated by the heater element 4b flows into the holes of the insulating member 14c and is further rectified. The air rectified by the insulating member 14c flows through the heater element 4c while maintaining the rectified state. In the process of passing through the heater element 4c, the air is further heated by the heat generated by the heater element 4c and flows into the insulating member 14d. The air heated by the heater element 4c flows into the holes of the insulating member 14d and is further rectified before flowing out of the air preheating heater unit. The air that has flowed out of the air preheating heater unit flows through the second pipe 12 and is supplied to the SOFC 2 through the outlet opening 12A.

以上説明したように、本実施の形態に係る燃料電池システム1においては、空気供給ラインL2に設けられ、SOFC2の起動時に空気を加熱する複数の空気予熱ヒータ4(ヒータエレメント4a~4c)と、これらの空気予熱ヒータ4を絶縁する複数の絶縁部材14(14a~14d)とを有している。そして、複数の絶縁部材14のうち、隣り合う一対の絶縁部材(例えば、絶縁部材14a、14b)が空気予熱ヒータ4(例えば、ヒータエレメント4a)を挟んで配置されると共に、それぞれの絶縁部材14が空気供給ラインL2を流れる空気の流動方向に対して複数の孔141が配列された多孔質部材で構成されている(図4参照)。 As described above, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, a plurality of air preheating heaters 4 (heater elements 4a to 4c) are provided in the air supply line L2 and heat the air when the SOFC 2 is started, A plurality of insulating members 14 (14a to 14d) for insulating these air preheating heaters 4 are provided. A pair of adjacent insulating members (for example, insulating members 14a and 14b) among the plurality of insulating members 14 are arranged with the air preheater 4 (for example, heater element 4a) sandwiched therebetween, and each insulating member 14 is composed of a porous member in which a plurality of holes 141 are arranged in the flow direction of the air flowing through the air supply line L2 (see FIG. 4).

この構成によれば、空気予熱ヒータ4を絶縁する絶縁部材14が多孔質部材で構成されると共に、多孔質部材からなる絶縁部材14により空気予熱ヒータ4が挟まれることから、空気予熱ヒータ4間に配置される絶縁部材14による空気抵抗を均一化することができるので、空気予熱ヒータ4に局所的に高温部分が発生する事態を抑制することができる。また、一対の絶縁部材14により空気予熱ヒータ4が挟まれることから、隣り合う空気予熱ヒータ4が接触する事態を回避できるので、空気予熱ヒータ4を適切に絶縁することができる。これらにより、複数の空気予熱ヒータ4を直列に配置する場合において、空気予熱ヒータ4に局所的な高温部分を発生させることなく、空気予熱ヒータ4を適切に絶縁することができる。この結果、空気予熱ヒータ4(ヒータエレメント4a~4c)の焼損や絶縁抵抗の低下を回避することができ、燃料電池システム1全体の信頼性を向上することができる。 According to this configuration, the insulating member 14 for insulating the air preheating heater 4 is made of a porous member, and the air preheating heater 4 is sandwiched between the insulating members 14 made of the porous member. Since the air resistance can be made uniform by the insulating member 14 arranged in the air preheater 4, it is possible to suppress the situation where the air preheater 4 is locally heated. Moreover, since the air preheater 4 is sandwiched between the pair of insulating members 14, the adjacent air preheaters 4 can be prevented from coming into contact with each other, so that the air preheater 4 can be appropriately insulated. As a result, when a plurality of air preheating heaters 4 are arranged in series, the air preheating heaters 4 can be appropriately insulated without generating local high temperature portions in the air preheating heaters 4 . As a result, the air preheating heater 4 (heater elements 4a to 4c) can be prevented from being burnt out and the insulation resistance can be prevented from decreasing, and the reliability of the fuel cell system 1 as a whole can be improved.

特に、本実施の形態に係る燃料電池システム1において、絶縁部材14は、隣り合う空気予熱ヒータ4の側面(上流側面及び下流側面)に密着した状態で配置される。例えば、絶縁部材14bは、上流側に配置された空気予熱ヒータ4aの下流側面に密着した状態で配置される一方、下流側に配置された空気予熱ヒータ4bの上流側面に密着した状態で配置される。これにより、絶縁部材14に配列された複数の孔141で整流された空気を、整流状態を維持したまま空気予熱ヒータ4に流入させることができるので、空気予熱ヒータ4に流入した空気を効率的に加熱することができる。 In particular, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the insulating member 14 is arranged in close contact with the side surfaces (upstream side surface and downstream side surface) of the adjacent air preheating heaters 4 . For example, the insulating member 14b is arranged in close contact with the downstream side surface of the air preheating heater 4a arranged on the upstream side, and is arranged in close contact with the upstream side surface of the air preheating heater 4b arranged in the downstream side. be. As a result, the air rectified by the plurality of holes 141 arranged in the insulating member 14 can be flowed into the air preheating heater 4 while maintaining the rectified state. can be heated to

また、本実施の形態に係る燃料電池システム1においては、空気供給ラインL2を流れる空気の流動方向に沿って絶縁部材14と空気予熱ヒータ4とが交互に配置されている。例えば、上述した空気予熱ヒータユニットにおいては、絶縁部材14a、ヒータエレメント4a、絶縁部材14b、ヒータエレメント4b、絶縁部材14c、ヒータエレメント4c、絶縁部材14dと絶縁部材14と空気予熱ヒータ4とが交互に配置されている。これにより、空気に対する整流と空気に対する加熱を連続的に繰り返すことができるので、空気予熱ヒータ4に流入した空気をより効率的に加熱することができる。 Further, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the insulating members 14 and the air preheating heaters 4 are alternately arranged along the flow direction of the air flowing through the air supply line L2. For example, in the air preheating heater unit described above, the insulating member 14a, the heater element 4a, the insulating member 14b, the heater element 4b, the insulating member 14c, the heater element 4c, the insulating member 14d and the insulating member 14 and the air preheating heater 4 are alternately arranged. are placed in As a result, the rectification of the air and the heating of the air can be continuously repeated, so that the air that has flowed into the air preheater 4 can be heated more efficiently.

さらに、本実施の形態に係る燃料電池システム1において、絶縁部材14は、隣り合う空気予熱ヒータ4の側面の全体に対向して配置される。例えば、絶縁部材14bは、上流側に配置された空気予熱ヒータ4aの下流側面の全体(全面)に対向して配置されている。これにより、空気予熱ヒータ4で加熱された空気が絶縁部材14の外部へ漏れ出るのを防止できるので、空気予熱ヒータ4で加熱された空気の全体の流れを整流することができる。 Furthermore, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the insulating member 14 is arranged so as to face the entire side surface of the adjacent air preheater 4 . For example, the insulating member 14b is arranged to face the entire downstream side (entire surface) of the air preheater 4a arranged on the upstream side. As a result, the air heated by the air preheater 4 can be prevented from leaking out of the insulating member 14, so that the entire flow of the air heated by the air preheater 4 can be rectified.

さらに、本実施の形態に係る燃料電池システム1において、絶縁部材14は、それぞれ正六角形状を有する複数の孔141を備え、これらの孔141が隙間なく配置されたハニカム構造を有している(図5参照)。このように絶縁部材14がハニカム構造を有することから、絶縁部材14に流入した空気を効果的に整流することができるので、空気予熱ヒータ4に対して流入する空気を均一化でき、空気予熱ヒータ4内の温度分布を低減することができる。ここで、絶縁部材14が有する複数の孔141は、正六角形状でなくても良く、正方形や正三角形、正五角形、正五角形と正六角形の複合などの他の形状でも良い。 Furthermore, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the insulating member 14 has a plurality of holes 141 each having a regular hexagonal shape, and has a honeycomb structure in which these holes 141 are arranged without gaps ( See Figure 5). Since the insulating member 14 has a honeycomb structure in this manner, the air flowing into the insulating member 14 can be effectively rectified. The temperature distribution within 4 can be reduced. Here, the plurality of holes 141 of the insulating member 14 may not have a regular hexagonal shape, and may have another shape such as a square, an equilateral triangle, a regular pentagon, or a combination of a regular pentagon and a regular hexagon.

なお、本実施の形態を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。例えば、上記実施の形態に係る燃料電池システム1では、複数の空気予熱ヒータ4(ヒータエレメント4a、4b、4c)を備える場合について説明しているが、空気予熱ヒータ4の数は単一であっても良い。単一の空気予熱ヒータ4を備える場合においても、上記実施の形態と同様の構成を有する一対の絶縁部材14(多孔質部材)により空気予熱ヒータ4が挟まれている。この場合には、空気予熱ヒータ4を挟んで配置される絶縁部材14が有する孔141(図5参照)により空気が整流されることから、空気予熱ヒータ4に局所的な高温部分が発生する事態を防止することができる。この結果、空気予熱ヒータ4における焼損の発生を防止でき、燃料電池システム1全体の信頼性を向上することができる。 Although the present embodiment has been described, another embodiment of the present invention may be a combination of the above embodiments and modifications in whole or in part. For example, in the fuel cell system 1 according to the above embodiment, a case is described in which a plurality of air preheating heaters 4 (heater elements 4a, 4b, 4c) are provided. can be Even when a single air preheater 4 is provided, the air preheater 4 is sandwiched between a pair of insulating members 14 (porous members) having the same configuration as in the above embodiment. In this case, since the air is rectified by the holes 141 (see FIG. 5) provided in the insulating member 14 sandwiching the air preheating heater 4, the air preheating heater 4 is locally heated. can be prevented. As a result, it is possible to prevent the air preheating heater 4 from being burnt out and improve the reliability of the fuel cell system 1 as a whole.

また、本発明の実施の形態は、上記の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。更には、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。 Moreover, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and may be variously changed, replaced, and modified without departing from the spirit of the technical idea of the present invention. Furthermore, if the technical idea of the present invention can be realized in another way due to advances in technology or another derived technology, that method may be used. Therefore, the claims cover all embodiments that can be included within the scope of the technical concept of the present invention.

下記に、上記実施の形態における特徴点を整理する。
上記実施の形態に記載の燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池と、燃料ガスを前記固体酸化物形燃料電池へ供給する燃料供給ラインと、空気を前記固体酸化物形燃料電池へ供給する空気供給ラインと、前記空気供給ラインに設けられ、前記固体酸化物形燃料電池の起動時に前記空気を加熱する複数の空気予熱ヒータと、前記空気供給ラインに設けられ、前記空気予熱ヒータを絶縁する複数の絶縁部材と、を有し、前記複数の空気予熱ヒータは、前記空気供給ライン内で直列に配置され、前記複数の絶縁部材のうち、隣り合う一対の絶縁部材が前記空気予熱ヒータを挟んで配置されると共に、それぞれの絶縁部材が前記空気供給ラインを流れる前記空気の流動方向に対して複数の孔が配列された多孔質部材で構成されることを特徴とする。
Characteristic points in the above embodiment are summarized below.
The fuel cell system described in the above embodiment includes a solid oxide fuel cell, a fuel supply line that supplies fuel gas to the solid oxide fuel cell, and air that supplies air to the solid oxide fuel cell. an air supply line, a plurality of air preheaters provided in the air supply line for heating the air when the solid oxide fuel cell is started, and an air preheater provided in the air supply line for insulating the air preheater. and a plurality of insulating members, wherein the plurality of air preheaters are arranged in series in the air supply line, and a pair of adjacent insulating members among the plurality of insulating members sandwich the air preheater. and each insulating member is composed of a porous member having a plurality of holes arranged in a flow direction of the air flowing through the air supply line.

また、上記実施の形態に記載の燃料電池システムにおいて、前記絶縁部材は、隣り合う前記空気予熱ヒータの側面に密着した状態で配置されることを特徴とする。 Further, in the fuel cell system according to the above embodiment, the insulating member is arranged in close contact with the side surfaces of the adjacent air preheating heaters.

さらに、上記実施の形態に記載の燃料電池システムにおいては、前記空気供給ラインを流れる前記空気の流動方向に沿って前記絶縁部材と前記空気予熱ヒータとが交互に配置されることを特徴とする。 Furthermore, in the fuel cell system according to the above embodiment, the insulating members and the air preheating heaters are alternately arranged along the flow direction of the air flowing through the air supply line.

さらに、上記実施の形態に記載の燃料電池システムにおいて、前記絶縁部材は、隣り合う前記空気予熱ヒータの側面の全体に対向して配置されることを特徴とする。 Furthermore, in the fuel cell system according to the above embodiment, the insulating member is arranged to face the entire side surface of the adjacent air preheater.

さらに、上記実施の形態に記載の燃料電池システムにおいて、前記絶縁部材は、それぞれ正六角形状を有する前記複数の孔を備え、当該複数の孔が隙間なく配置されたハニカム構造を有することを特徴とする。 Furthermore, in the fuel cell system according to the above embodiment, the insulating member has a plurality of holes each having a regular hexagonal shape, and has a honeycomb structure in which the plurality of holes are arranged without gaps. do.

以上説明したように、本発明は、複数の空気予熱ヒータを直列に配置する場合において、局所的な高温部分を発生させることなく、空気予熱ヒータを適切に絶縁することができるという効果を有し、特に、固体酸化物形燃料電池モジュールを備えた燃料電池システムに有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention has the effect of being able to properly insulate the air preheaters without generating local high temperature areas when a plurality of air preheaters are arranged in series. It is particularly useful for fuel cell systems with solid oxide fuel cell modules.

1 :燃料電池システム
3 :空気供給ブロア
4 :空気予熱ヒータ
4a~4c:ヒータエレメント
5 :再生熱交換器
6 :第1のバルブ
7 :第2のバルブ
8 :第1の温度測定用熱電対
9 :第2の温度測定用熱電対
10 :再循環ブロア
11 :第1配管
12 :第2配管
12E、12F:ストッパ
13 :電源接続作業用配管
14 :絶縁部材
14a~14d:絶縁部材
141 :孔
G :間隙
L1 :燃料供給ライン
L2 :空気供給ライン
L21 :第1の空気供給ライン
L22 :第2の空気供給ライン
L3 :排気ライン
L4 :排気ライン
L5 :燃料再循環ライン
Reference Signs List 1: fuel cell system 3: air supply blower 4: air preheating heaters 4a to 4c: heater element 5: regenerative heat exchanger 6: first valve 7: second valve 8: first thermocouple 9 for temperature measurement : Second thermocouple for temperature measurement 10 : Recirculation blower 11 : First pipe 12 : Second pipe 12E, 12F : Stopper 13 : Power connection work pipe 14 : Insulating members 14a to 14d : Insulating member 141 : Hole G : Gap L1 : Fuel supply line L2 : Air supply line L21 : First air supply line L22 : Second air supply line L3 : Exhaust line L4 : Exhaust line L5 : Fuel recirculation line

Claims (5)

固体酸化物形燃料電池と、
燃料ガスを前記固体酸化物形燃料電池へ供給する燃料供給ラインと、
空気を前記固体酸化物形燃料電池へ供給する空気供給ラインと、
前記空気供給ラインに設けられ、前記固体酸化物形燃料電池の起動時に前記空気を加熱する複数の空気予熱ヒータと、
前記空気供給ラインに設けられ、前記空気予熱ヒータを絶縁する複数の絶縁部材と、を有し、
前記複数の空気予熱ヒータは、前記空気供給ライン内で直列に配置され、
前記複数の絶縁部材のうち、隣り合う一対の絶縁部材が前記空気予熱ヒータを挟んで配置されると共に、それぞれの絶縁部材が前記空気供給ラインを流れる前記空気の流動方向に対して複数の孔が配列された多孔質部材で構成されることを特徴とする燃料電池システム。
a solid oxide fuel cell;
a fuel supply line for supplying fuel gas to the solid oxide fuel cell;
an air supply line for supplying air to the solid oxide fuel cell;
a plurality of air preheating heaters provided in the air supply line for heating the air when the solid oxide fuel cell is started;
a plurality of insulating members provided in the air supply line and insulating the air preheater;
The plurality of air preheaters are arranged in series within the air supply line,
A pair of adjacent insulating members among the plurality of insulating members are arranged with the air preheater interposed therebetween, and each insulating member has a plurality of holes in a flow direction of the air flowing through the air supply line. A fuel cell system comprising an array of porous members.
前記絶縁部材は、隣り合う前記空気予熱ヒータの側面に密着した状態で配置されることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the insulating member is arranged in close contact with side surfaces of the adjacent air preheaters. 前記空気供給ラインを流れる前記空気の流動方向に沿って前記絶縁部材と前記空気予熱ヒータとが交互に配置されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。 3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the insulating members and the air preheaters are alternately arranged along the flow direction of the air flowing through the air supply line. 前記絶縁部材は、隣り合う前記空気予熱ヒータの側面の全体に対向して配置されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の燃料電池システム。 4. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulating member is arranged to face the entire side surfaces of the adjacent air preheaters. 前記絶縁部材は、それぞれ正六角形状を有する前記複数の孔を備え、当該複数の孔が隙間なく配置されたハニカム構造を有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の燃料電池システム。 5. The insulating member according to any one of claims 1 to 4, wherein the insulating member has the plurality of holes each having a regular hexagonal shape, and has a honeycomb structure in which the plurality of holes are arranged without gaps. fuel cell system.
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