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JP5140443B2 - FUEL CELL MODULE AND METHOD OF OPERATING FUEL CELL MODULE - Google Patents
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JP5140443B2 - FUEL CELL MODULE AND METHOD OF OPERATING FUEL CELL MODULE - Google Patents

FUEL CELL MODULE AND METHOD OF OPERATING FUEL CELL MODULE Download PDF

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Description

本発明は、水素リッチの改質ガスを利用して発電を行う燃料電池スタックを備えた燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの運転方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell module including a fuel cell stack that generates power using hydrogen-rich reformed gas, and a method for operating the fuel cell module.

固体酸化物電解質形燃料電池(Solid Oxide FuelCell:SOFC)モジュールは、通常、灯油や都市ガスなどの燃料を改質して得られる水素含有ガス(改質ガス)を発生させるための改質器と、改質ガス及び空気を電気化学的に発電反応させるためのセルスタックと、を備えている。セルスタックは、固体電解質を挟んで配置されたアノード電極層とカソード電極層とを備える。アノード電極層に改質ガスを流通させ、カソード電極層に空気を流通させて、セルスタックから電流を取り出すことにより発電反応が起きる。   A solid oxide electrolyte fuel cell (SOFC) module is a reformer for generating hydrogen-containing gas (reformed gas) obtained by reforming fuel such as kerosene and city gas. A cell stack for electrochemically generating a reaction between the reformed gas and air. The cell stack includes an anode electrode layer and a cathode electrode layer disposed with a solid electrolyte interposed therebetween. A power generation reaction occurs when a reformed gas is circulated through the anode electrode layer, air is circulated through the cathode electrode layer, and current is taken out from the cell stack.

この種の燃料電池モジュールでは、セルスタックの作動温度が550°C〜1000°Cと非常に高く、燃料電池モジュールの運転停止時には、セルスタックを早期に室温程度まで冷却することが望ましい。そこで、一般には、例えば、セルスタックのカソード電極層に大量の空気を供給するなどして冷却時間の短縮化を図っていた。   In this type of fuel cell module, the operating temperature of the cell stack is as high as 550 ° C. to 1000 ° C., and it is desirable to cool the cell stack to about room temperature at an early stage when the operation of the fuel cell module is stopped. Therefore, in general, for example, a large amount of air is supplied to the cathode electrode layer of the cell stack to shorten the cooling time.

また、セルスタックの温度が低下する際、アノード電極層の温度が酸化劣化点以上の状態で酸化性ガス雰囲気下におかれるとアノード電極層が酸化劣化する場合がある。そのため、特許文献1の停止方法では、アノード電極層の酸化劣化を防止できるように、改質ガスをアノード電極層に供給し続けたり、アノード電極層を不活性ガスでパージしたりしている。   Further, when the temperature of the cell stack is lowered, if the anode electrode layer is placed in an oxidizing gas atmosphere in a state where the temperature of the anode electrode layer is equal to or higher than the oxidation deterioration point, the anode electrode layer may be oxidized and deteriorated. Therefore, in the stopping method of Patent Document 1, the reformed gas is continuously supplied to the anode electrode layer or the anode electrode layer is purged with an inert gas so as to prevent oxidative deterioration of the anode electrode layer.

また、内部改質型の燃料電池モジュールを起動する場合には、セルスタックに供給する改質ガスを生成するために改質器を加熱する必要があり、改質器の加熱によって間接的にセルスタックも加熱される。セルスタックの昇温に伴い、酸化性ガス雰囲気下でアノード電極層の温度が酸化劣化点以上になると、上記同様にアノード電極層が酸化劣化する場合がある。そのため、特許文献2に記載の起動方法では、発電用の改質ガスとは別に還元性ガスや不活性ガスをアノード電極層に供給している。
特開2006−294508号公報 特開2005−293951号公報
In addition, when starting up an internal reforming fuel cell module, it is necessary to heat the reformer to generate reformed gas to be supplied to the cell stack. The stack is also heated. When the temperature of the anode electrode layer becomes higher than the oxidation deterioration point in an oxidizing gas atmosphere as the cell stack rises in temperature, the anode electrode layer may be oxidized and deteriorated as described above. Therefore, in the starting method described in Patent Document 2, a reducing gas or an inert gas is supplied to the anode electrode layer separately from the reformed gas for power generation.
JP 2006-294508 A JP 2005-293951 A

しかしながら、カソード電極層への大量の空気を供給してセルスタックを冷却する場合、カソード電極層までの空気流路および空気流路周囲の熱容量が大きく、カソード電極層に到達するまでに空気が加熱されるため、冷却に長時間を要する。そのため、ブロアなどの空気の昇圧装置の消費電力が大きく、セルスタックの冷却に必要なエネルギーが大きいという問題があった。   However, when a large amount of air is supplied to the cathode electrode layer to cool the cell stack, the air flow path to the cathode electrode layer and the heat capacity around the air flow path are large, and the air is heated before reaching the cathode electrode layer. Therefore, it takes a long time for cooling. For this reason, there is a problem that the power consumption of the air booster such as a blower is large and the energy required for cooling the cell stack is large.

さらに、停止時に、セルスタックの冷却に長時間を要するため、アノード酸化劣化防止のために供給する改質ガス供給量が多く、セルスタックの冷却に必要なエネルギーが大きいという問題があった。また、起動時に、改質器を加熱し、改質ガスを供給するまでの間、アノード電極層の酸化劣化防止のために供給する不活性ガスや還元性ガスの供給エネルギーが大きいという問題があった。   Further, since it takes a long time to cool the cell stack at the time of stoppage, there is a problem that a large amount of reformed gas is supplied to prevent anodic oxidation deterioration and a large amount of energy is required for cooling the cell stack. In addition, there is a problem that the supply energy of the inert gas and the reducing gas supplied to prevent the oxidative deterioration of the anode electrode layer is large until the reformer is heated and the reformed gas is supplied at startup. It was.

本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、燃料電池スタックの冷却に必要となるエネルギーの低減を可能にする燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの運転方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a fuel cell module and a method for operating the fuel cell module that can reduce energy required for cooling the fuel cell stack. .

本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックの周囲に配置されると共に、冷却媒体の蒸発熱を利用して燃料電池スタックを冷却する冷却器と、を備えることを特徴とする。   A fuel cell module according to the present invention includes a fuel cell stack, and a cooler that is disposed around the fuel cell stack and that cools the fuel cell stack using the heat of evaporation of a cooling medium. To do.

本発明では、蒸発熱を利用して燃料電池スタックを冷却できるため、例えば、顕熱を利用した冷却に必要なブロワの消費電力に比べて少ない消費電力で燃料電池スタックを冷却でき、燃料電池スタックの冷却に必要となるエネルギーを低減できる。   In the present invention, since the fuel cell stack can be cooled using the heat of evaporation, for example, the fuel cell stack can be cooled with less power consumption than the power consumption of the blower required for cooling using sensible heat. The energy required for cooling can be reduced.

冷却器は、燃料電池スタックとの間に隙間を空けて配置されると共に、燃料電池スタックの輻射熱を受熱する受熱部を有すると好適である。冷却器と燃料電池スタックとの間に隙間が空いているため、燃料電池スタックから冷却器への漏電の虞を考慮する必要性が少なく、さらに、輻射熱を受熱する受熱部を有するため、顕熱を利用した冷却に比べて燃料電池スタックの冷却に必要となるエネルギーを低減できる。   It is preferable that the cooler is disposed with a gap between the cooler and the fuel cell stack and has a heat receiving portion that receives the radiant heat of the fuel cell stack. Since there is a gap between the cooler and the fuel cell stack, there is little need to consider the risk of electric leakage from the fuel cell stack to the cooler, and there is a heat receiving part that receives radiant heat. The energy required for cooling the fuel cell stack can be reduced as compared with the cooling using.

さらに、筐体内に配置されると共に、燃料電池スタックの発電に利用される改質ガスを生成する改質器を備え、燃料電池スタックは、改質器に対向する受熱領域と、受熱領域以外の放熱領域とを有し、冷却器は、放熱領域に沿って配置されていると好適である。燃料電池スタックの受熱領域ではなく、放熱領域に沿って冷却器を配置するため、筐体内の改質器の冷却を抑えながら、燃料電池スタックを選択的に冷却できる。   Further, the fuel cell stack includes a reformer that is disposed in the casing and generates a reformed gas used for power generation of the fuel cell stack. The fuel cell stack includes a heat receiving region facing the reformer, and a region other than the heat receiving region. It is preferable that the cooler is disposed along the heat dissipation area. Since the cooler is arranged not in the heat receiving area of the fuel cell stack but in the heat dissipation area, the fuel cell stack can be selectively cooled while suppressing the cooling of the reformer in the casing.

さらに、冷却器は、冷却媒体の液相と気相とが形成される冷却用通路と、メタネーション反応を促進するメタネーション触媒が収容されたメタン生成通路とを有し、メタン生成通路は、改質器からの改質ガスが供給される改質ガス流入部と、メタネーション反応によって改質ガスから生成されたメタン含有ガスを燃料電池スタックに供給するメタン流出部とを有すると好適である。メタネーション触媒でのメタネーション反応は、温度の低下に伴って促進される。冷却器で燃料電池スタックを冷却する際には、メタネーション触媒も冷却され、メタネーション反応の促進によってメタンリッチなガスが燃料電池スタックに供給される。その結果、燃料電池スタックのアノード電極層上では吸熱反応である改質反応が生じ、燃料電池スタックを冷却できる。特に、アノード電極層上での改質反応を利用して燃料電池スタック内部から冷却することで、燃料電池スタック全体をより均一に冷却することができる。   The cooler further includes a cooling passage in which a liquid phase and a gas phase of a cooling medium are formed, and a methane generation passage in which a methanation catalyst that promotes the methanation reaction is accommodated. It is preferable to have a reformed gas inflow portion to which the reformed gas from the reformer is supplied and a methane outflow portion to supply the methane-containing gas generated from the reformed gas by the methanation reaction to the fuel cell stack. . The methanation reaction with the methanation catalyst is promoted as the temperature decreases. When the fuel cell stack is cooled by the cooler, the methanation catalyst is also cooled, and methane-rich gas is supplied to the fuel cell stack by promoting the methanation reaction. As a result, a reforming reaction that is an endothermic reaction occurs on the anode electrode layer of the fuel cell stack, and the fuel cell stack can be cooled. In particular, by cooling from the inside of the fuel cell stack using the reforming reaction on the anode electrode layer, the entire fuel cell stack can be cooled more uniformly.

さらに、冷却器は、冷却媒体の液相と気相とが形成される冷却用通路と、燃料電池スタックに供給される酸素含有ガスを加熱する予熱通路とを有すると好適である。冷却器で燃料電池スタックを冷却する際には予熱通路を通過する酸素含有ガスも冷却される。その結果、カソード電極層をより効果的に冷却できる。   Further, the cooler preferably has a cooling passage in which a liquid phase and a gas phase of the cooling medium are formed, and a preheating passage for heating the oxygen-containing gas supplied to the fuel cell stack. When the fuel cell stack is cooled by the cooler, the oxygen-containing gas passing through the preheating passage is also cooled. As a result, the cathode electrode layer can be cooled more effectively.

また、本発明に係る燃料電池モジュールの運転方法は、燃料電池スタックと、冷却媒体の蒸発熱を利用して燃料電池スタックを冷却する冷却器と、を備えた燃料電池モジュールにおいて、燃料電池スタックを停止するときに、液体状の冷却媒体を冷却器へ供給すると共に、冷却器内で冷却媒体が液相と気相との二相を形成するように冷却媒体の供給量を制御することを特徴とする。   The fuel cell module operating method according to the present invention includes a fuel cell stack, and a cooler that cools the fuel cell stack using the heat of evaporation of the cooling medium. When stopping, a liquid cooling medium is supplied to the cooler, and the supply amount of the cooling medium is controlled so that the cooling medium forms two phases of a liquid phase and a gas phase in the cooler. And

本発明によれば、燃料電池スタックを停止するときに、冷却器内では冷却媒体が液相と気相との二相を形成するように維持されるため、冷却媒体の蒸発熱を利用して燃料電池スタックの冷却を行うことができる。その結果、例えば、顕熱を利用した冷却に必要なブロワの消費電力に比べて少ない消費電力で燃料電池スタックを冷却でき、燃料電池スタックの冷却に必要となるエネルギーを低減できる。   According to the present invention, when the fuel cell stack is stopped, the cooling medium is maintained in the cooler so as to form two phases of a liquid phase and a gas phase. The fuel cell stack can be cooled. As a result, for example, the fuel cell stack can be cooled with less power consumption than the power consumption of the blower necessary for cooling using sensible heat, and the energy required for cooling the fuel cell stack can be reduced.

また、本発明に係る燃料電池モジュールの運転方法は、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに供給される改質ガスを生成する改質器と、冷却媒体の蒸発熱を利用して燃料電池スタックを冷却する冷却器と、を備えた燃料電池モジュールにおいて、燃料電池スタックを起動するときに、改質器を加熱すると共に、液体状の冷却媒体を冷却器へ供給し、改質器で水素リッチな改質ガスが生成され、生成された改質ガスが燃料電池スタックに供給されると、冷却器への冷却媒体の供給を停止することを特徴とする。   The fuel cell module operating method according to the present invention includes a fuel cell stack, a reformer that generates reformed gas to be supplied to the fuel cell stack, and a fuel cell stack using heat of evaporation of a cooling medium. In a fuel cell module comprising a cooler for cooling, when the fuel cell stack is started, the reformer is heated and a liquid cooling medium is supplied to the cooler. When the reformed gas is generated and the generated reformed gas is supplied to the fuel cell stack, the supply of the cooling medium to the cooler is stopped.

改質ガスを生成するために改質器を加熱しても、燃料電池スタックは、冷却器内の冷却媒体の蒸発熱を利用して冷却されているため、例えば、顕熱を利用した冷却に比べて、消費電力を抑えながら燃料電池スタックの温度が酸化劣化点以上になるのを防止することができる。その結果、アノード電極層の酸化劣化防止のために供給する不活性ガスや還元性ガスの供給エネルギーを低減することができる。   Even if the reformer is heated to generate the reformed gas, the fuel cell stack is cooled by using the heat of evaporation of the cooling medium in the cooler. In comparison, it is possible to prevent the temperature of the fuel cell stack from exceeding the oxidation deterioration point while suppressing power consumption. As a result, it is possible to reduce the supply energy of the inert gas or reducing gas supplied to prevent the oxidative deterioration of the anode electrode layer.

本発明によれば、燃料電池スタックの冷却に必要となるエネルギーの低減を可能にする。   According to the present invention, the energy required for cooling the fuel cell stack can be reduced.

以下、本発明に係る燃料電池モジュールの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a fuel cell module according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池モジュールを備えるコジェネレーションシステムの一部を示す図である。図2は、燃料電池モジュールを示す図である。なお、図2では、鉛直方向を左右で示しており、図面の左側が上、右側が下になる。図2に示されるように、燃料電池モジュール3Aは、改質ガスと空気とを用いて発電を行う固体酸化物形燃料電池(SOFC)スタック5と、SOFCスタック5に供給するために、原燃料ガスから水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを生成する改質器7と、SOFCスタック5を冷却するための冷却器9とを備えており、SOFCスタック5、改質器7及び冷却器9はモジュール容器(筐体)11に収容されている。モジュール容器11は、ステンレス鋼(SUS)等の金属からなり、例えば周囲に断熱材が配置されている。   FIG. 1 is a diagram showing a part of a cogeneration system including a fuel cell module according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a fuel cell module. In FIG. 2, the vertical direction is shown on the left and right, and the left side of the drawing is the upper side and the right side is the lower side. As shown in FIG. 2, the fuel cell module 3 </ b> A includes a solid oxide fuel cell (SOFC) stack 5 that generates power using reformed gas and air, and a raw fuel for supply to the SOFC stack 5. A reformer 7 that generates a hydrogen-rich reformed gas from a gas by a steam reforming reaction and a cooler 9 for cooling the SOFC stack 5 are provided. The SOFC stack 5, the reformer 7, and the cooler 9 is accommodated in a module container (housing) 11. The module container 11 is made of a metal such as stainless steel (SUS), and for example, a heat insulating material is disposed around the module container 11.

SOFCスタック5は、平板型の単セルスタックが複数積層されて柱体状を形成し、単セルスタックの積層体が1対のエンドプレートに挟まれて固定されている。単セルスタックは、アノード電極層(燃料極)と、カソード電極層(空気極)と、アノード電極層とカソード電極層との間に配置されたイットリア安定化ジルコニアなどからなる固体電解質と、アノード電極層及びカソード電極層の外側にそれぞれ配置されたセパレータとを有している。アノード電極層には、改質器7からの改質ガスが導入され、カソード電極層には、空気が導入される。SOFCスタック5より電流を取り出すことにより、各単セルスタックにおいて電気化学的な発電反応が行われることになる。SOFCスタック5の作動温度は、550°C〜1000°Cである。   In the SOFC stack 5, a plurality of flat single cell stacks are stacked to form a columnar shape, and the stacked body of single cell stacks is sandwiched and fixed between a pair of end plates. The single cell stack includes an anode electrode layer (fuel electrode), a cathode electrode layer (air electrode), a solid electrolyte made of yttria-stabilized zirconia disposed between the anode electrode layer and the cathode electrode layer, and an anode electrode. And a separator disposed on the outside of the cathode electrode layer. The reformed gas from the reformer 7 is introduced into the anode electrode layer, and air is introduced into the cathode electrode layer. By taking out the current from the SOFC stack 5, an electrochemical power generation reaction is performed in each single cell stack. The operating temperature of the SOFC stack 5 is 550 ° C to 1000 ° C.

改質器7は、気化した灯油や都市ガスなどの原燃料ガスと水蒸気とを改質触媒で水蒸気改質反応させて、水素及び一酸化炭素を含有する改質ガスを生成する。水蒸気改質反応は非常に大きな吸熱反応であり、反応温度が550〜750℃程度と比較的高いため、高温の熱源が必要となる。このため、改質器7は、熱源であるSOFCスタック5近傍に配置されたり、電気ヒータやバーナなどの熱源が設けられたりしている。改質器7には、SOFCスタック5に接続された改質ガス供給配管が接続されている。   The reformer 7 performs a steam reforming reaction of vaporized raw fuel gas such as kerosene or city gas and steam with a reforming catalyst to generate a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide. The steam reforming reaction is a very large endothermic reaction, and since the reaction temperature is relatively high at about 550 to 750 ° C., a high-temperature heat source is required. For this reason, the reformer 7 is disposed in the vicinity of the SOFC stack 5 as a heat source, or a heat source such as an electric heater or a burner is provided. A reformed gas supply pipe connected to the SOFC stack 5 is connected to the reformer 7.

SOFCスタック5は柱体状である。改質器7は、SOFCスタック5の一方の端面5aに隣接して配置されている。SOFCスタック5の端面5aは、改質器7に対向しており、改質器7からの熱を受熱する受熱領域13を形成する。改質器7からの輻射熱によってSOFCスタック5は加熱される。SOFCスタック5の端面5a以外の領域、すなわち、SOFCスタック5の側面5b及び他方の端面5cは、放熱領域15を形成する。   The SOFC stack 5 is columnar. The reformer 7 is disposed adjacent to one end face 5 a of the SOFC stack 5. The end surface 5 a of the SOFC stack 5 faces the reformer 7 and forms a heat receiving region 13 that receives heat from the reformer 7. The SOFC stack 5 is heated by the radiant heat from the reformer 7. A region other than the end surface 5 a of the SOFC stack 5, that is, the side surface 5 b and the other end surface 5 c of the SOFC stack 5 form a heat dissipation region 15.

図3は、冷却器9の側断面図である。なお、図3では、左側が上、右側が下になるように示している。図3に示されるように、冷却器9は、SOFCスタック5の側面5bに隙間S1を空けて隣接し、側面5bに沿って延在するケーシング部17を備える。ケーシング部17は、ステンレス鋼(SUS)などの金属からなり、左右端が閉じている断面矩形の筒状体である。ケーシング部17の左端下部には、冷却媒体となる水が供給される流入部19が設けられ、右端上部には、ケーシング部17内で気化した水蒸気が流出する流出部21が設けられている。流入部19は、SOFCスタック5から遠い側の縁に設けられており、流出部21は、SOFCスタック5に近い側の縁に設けられている。   FIG. 3 is a side sectional view of the cooler 9. In FIG. 3, the left side is shown as being up and the right side is shown as being down. As shown in FIG. 3, the cooler 9 includes a casing portion 17 that is adjacent to the side surface 5b of the SOFC stack 5 with a gap S1 and extends along the side surface 5b. The casing part 17 is made of a metal such as stainless steel (SUS), and is a cylindrical body having a rectangular cross section whose left and right ends are closed. An inflow portion 19 to which water serving as a cooling medium is supplied is provided at the lower left end of the casing portion 17, and an outflow portion 21 through which water vapor evaporated in the casing portion 17 flows out is provided at the upper right end. The inflow portion 19 is provided at an edge far from the SOFC stack 5, and the outflow portion 21 is provided at an edge near the SOFC stack 5.

ケーシング部17は冷却用通路を構成し、内部には、水の蛇行流路24を形成するために、通路壁23が左右に設けられている。流入部19から流入した水は、通路壁23に沿って左右に蛇行しながら移動する。ケーシング部17は、外周面(受熱部)18でSOFCスタック5の輻射熱を受熱するが、その外周面18のうち、SOFCスタック5に対向する側の周面18aで最も多くの輻射熱を受熱する。ケーシング部17内に形成される水の蛇行流路24のうち、流出部21に連絡する最下流領域24aは、周面18aを形成する外壁に接している。流入部19から流入した水の状態は、上流側から順に液単相DP、気液混相(蒸気が発生している状態)、気単相GPを形成しており、最下流領域24aの水蒸気は、流出部21に接続された水蒸気用配管22から排出される。冷却器9は、ケーシング部17内に供給された水の蒸発熱を利用してSOFCスタック5を冷却する。なお、蒸発熱を利用した冷却を行うためには、ケーシング部17内に気液混相、すなわち蒸気が発生している状態を形成していれば足りるため、気液混相状態の水が水蒸気用配管22から排出されるようにしてもよい。   The casing portion 17 constitutes a cooling passage, and passage walls 23 are provided on the left and right in order to form a meandering flow path 24 of water. The water flowing in from the inflow portion 19 moves along the passage wall 23 while meandering left and right. The casing portion 17 receives the radiant heat of the SOFC stack 5 at the outer peripheral surface (heat receiving portion) 18, and receives the most radiant heat at the peripheral surface 18 a on the side facing the SOFC stack 5 in the outer peripheral surface 18. Of the meandering flow path 24 of water formed in the casing part 17, the most downstream region 24a communicating with the outflow part 21 is in contact with the outer wall forming the peripheral surface 18a. The state of the water flowing in from the inflow part 19 forms a liquid single-phase DP, a gas-liquid mixed phase (a state where steam is generated), and a gas single-phase GP in order from the upstream side, and the water vapor in the most downstream region 24a is The water is discharged from the water vapor pipe 22 connected to the outflow portion 21. The cooler 9 cools the SOFC stack 5 using the heat of evaporation of water supplied into the casing portion 17. In order to perform the cooling using the heat of evaporation, it is sufficient to form a gas-liquid mixed phase, that is, a state where steam is generated in the casing portion 17, so that the water in the gas-liquid mixed phase is supplied to the steam pipe. 22 may be discharged.

ケーシング部17内の流出部21付近の温度はSOFCスタック5に近いために高く、他方、流入部19付近の温度はSOFCスタック5から遠いために比較的低温である。したがって、流入部19に供給された水の急激な加熱による突沸を抑え、蒸発振動を抑制することができる。   The temperature near the outflow portion 21 in the casing portion 17 is high because it is close to the SOFC stack 5, while the temperature near the inflow portion 19 is relatively low because it is far from the SOFC stack 5. Therefore, bumping due to rapid heating of the water supplied to the inflow portion 19 can be suppressed, and evaporation vibration can be suppressed.

SOFCスタック5には第1の温度センサ25(図2参照)が設けられており、冷却器9の流出部21の近傍には、第2の温度センサ27が設けられている。また、冷却器9の流入部19には、水を供給するための水供給用配管29が接続されており、水供給用配管29上には、水を昇圧するポンプ31が設けられている。第1の温度センサ25、第2の温度センサ27及びポンプ31は、信号が送受信できるよう制御ユニット33に接続されている。   The SOFC stack 5 is provided with a first temperature sensor 25 (see FIG. 2), and a second temperature sensor 27 is provided in the vicinity of the outflow portion 21 of the cooler 9. Further, a water supply pipe 29 for supplying water is connected to the inflow portion 19 of the cooler 9, and a pump 31 for boosting the water is provided on the water supply pipe 29. The first temperature sensor 25, the second temperature sensor 27, and the pump 31 are connected to the control unit 33 so that signals can be transmitted and received.

制御ユニット33は、具体的にはPLC(Programmable LogicController)等が相当し、CPU(Central Processing Unit)やメモリ等のハードウェアによって構成される。制御ユニット33は、第1の温度センサ25や第2の温度センサ27によって検出された温度に基づいてポンプ31の駆動を制御し、冷却器9へ供給する水の流量制御を行う。さらに、制御ユニット33は、SOFCスタック5から取り出す出力電流を監視しており、適宜、SOFCスタック5からの出力電流を制御する。さらに、制御ユニット33は、改質器7へ供給する原燃料ガスの流量制御や、SOFCスタックのカソード電極層へ供給する酸素含有ガスの流量制御を行う。   Specifically, the control unit 33 corresponds to a PLC (Programmable Logic Controller) or the like, and is configured by hardware such as a CPU (Central Processing Unit) or a memory. The control unit 33 controls the flow of the water supplied to the cooler 9 by controlling the driving of the pump 31 based on the temperatures detected by the first temperature sensor 25 and the second temperature sensor 27. Further, the control unit 33 monitors the output current extracted from the SOFC stack 5, and appropriately controls the output current from the SOFC stack 5. Further, the control unit 33 controls the flow rate of the raw fuel gas supplied to the reformer 7 and the flow rate control of the oxygen-containing gas supplied to the cathode electrode layer of the SOFC stack.

図1に示されるように、燃料電池モジュール3Aは、コジェネレーションシステム1に組み込まれている。コジェネレーションシステム1は、燃料電池モジュール3Aから出力されたDC電力をAC電力に変換するインバータ35を備える。また、コジェネレーションシステム1は、燃料電池モジュール3Aの冷却器9に接続された貯湯槽37を備える。   As shown in FIG. 1, the fuel cell module 3 </ b> A is incorporated in the cogeneration system 1. The cogeneration system 1 includes an inverter 35 that converts DC power output from the fuel cell module 3A into AC power. The cogeneration system 1 also includes a hot water tank 37 connected to the cooler 9 of the fuel cell module 3A.

貯湯槽37は、冷却器9に水を供給するための水供給用配管29及び冷却器9からの水蒸気が通過する水蒸気用配管22に接続されている。水蒸気用配管22を通過する水蒸気は、燃料電池モジュール3A外部で冷却されて液体となり、そのまま熱湯として貯湯槽37に流入する。貯湯槽37には、図示しない給湯器などが接続されており、冷却器9で回収された熱が貯湯槽37を介して有効利用される。   The hot water storage tank 37 is connected to a water supply pipe 29 for supplying water to the cooler 9 and a water vapor pipe 22 through which water vapor from the cooler 9 passes. The water vapor passing through the water vapor pipe 22 is cooled outside the fuel cell module 3A to become a liquid, and flows into the hot water storage tank 37 as hot water as it is. A hot water heater (not shown) or the like is connected to the hot water storage tank 37, and the heat recovered by the cooler 9 is effectively used via the hot water storage tank 37.

(停止処理)
次に、燃料電池モジュール3Aの運転方法におけるSOFCスタック5の停止処理について説明する。図4は、SOFCスタック5の停止処理の動作手順を示すフローチャートである。
(Stop processing)
Next, stop processing of the SOFC stack 5 in the operation method of the fuel cell module 3A will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the operation procedure of the stop process of the SOFC stack 5.

SOFCスタック5の停止処理を開始すると、制御ユニット33はSOFCスタック5から取り出す出力電流を低下させ(ステップS1)、改質器7に供給する原燃料ガスの供給量を減少させる(ステップS2)。   When the stop process of the SOFC stack 5 is started, the control unit 33 decreases the output current taken out from the SOFC stack 5 (step S1), and decreases the supply amount of the raw fuel gas supplied to the reformer 7 (step S2).

SOFCスタック5は、550°C〜1000°Cという非常に高い温度で作動しており、停止する際には、できるだけ早く室温程度まで下げる必要がある。そこで、制御ユニット33は、SOFCスタック5から取り出される出力電流を監視しており(ステップS3)、出力電流が“0”になると、ポンプ31の駆動を開始し、冷却媒体としての水を貯湯槽37から冷却器9へ供給する(ステップS4)。   The SOFC stack 5 operates at a very high temperature of 550 ° C. to 1000 ° C., and when it stops, it needs to be lowered to about room temperature as soon as possible. Therefore, the control unit 33 monitors the output current taken out from the SOFC stack 5 (step S3). When the output current becomes “0”, the control unit 33 starts driving the pump 31 and stores water as a cooling medium in the hot water storage tank. It supplies to the cooler 9 from 37 (step S4).

冷却器9に供給された水が例えば100°Cで蒸発する場合には、蒸発熱として40.8kJ/molの熱量を奪って気化する。冷却器9内で気化した水は、水蒸気用配管22を通って排出され、貯湯槽37に戻される。その結果、水の蒸発熱を利用したSOFCスタック5の冷却が可能になり、SOFCスタック5から回収した熱の有効利用が可能になる。   When the water supplied to the cooler 9 evaporates at, for example, 100 ° C., it vaporizes by taking a heat amount of 40.8 kJ / mol as the heat of evaporation. The water vaporized in the cooler 9 is discharged through the steam pipe 22 and returned to the hot water storage tank 37. As a result, the SOFC stack 5 can be cooled using the heat of water evaporation, and the heat recovered from the SOFC stack 5 can be effectively used.

制御ユニット33は、継続的な冷却を可能にするために、冷却器9内に液相と気相の二相が形成されるようにポンプ31の駆動を制御する。例えば、制御ユニット33は、第2の温度センサ27によって検出された温度を監視している。第2の温度センサ27は冷却器9の流出部21近傍に配置されており、第2の温度センサ27での検出温度が、100°C未満であれば、冷却器9から液相の冷却媒体が排出されることになる。この場合、制御ユニット33は、ポンプ31による水の供給量が少なくなるようにポンプ31の駆動制御を行い、第2の温度センサ27での検出温度が、100°C以上となり、気相の冷却媒体が排出されるようにする。   The control unit 33 controls the driving of the pump 31 so that a liquid phase and a gas phase are formed in the cooler 9 in order to enable continuous cooling. For example, the control unit 33 monitors the temperature detected by the second temperature sensor 27. The second temperature sensor 27 is disposed in the vicinity of the outflow portion 21 of the cooler 9, and if the temperature detected by the second temperature sensor 27 is less than 100 ° C., the cooler 9 supplies a liquid phase cooling medium. Will be discharged. In this case, the control unit 33 controls the drive of the pump 31 so that the amount of water supplied by the pump 31 is reduced, the temperature detected by the second temperature sensor 27 is 100 ° C. or higher, and the cooling of the gas phase Allow the media to be ejected.

制御ユニット33は、SOFCスタック5に配置された第1の温度センサ25も監視している。そして、アノード電極層の酸化劣化点が例えば400°Cである場合、第1の温度センサ25での検出温度が、例えば“390°C”まで低下した場合(ステップS5)には、原燃料ガスの供給を停止する(ステップS6)。その後、第1の温度センサ25での検出温度が、例えば、“110°C”まで低下した場合(ステップS7)には、ポンプ31の駆動を停止させ(ステップS8)、貯湯槽37から冷却器9への水の供給を停止して停止処理を終了する。   The control unit 33 also monitors the first temperature sensor 25 arranged in the SOFC stack 5. When the oxidative deterioration point of the anode electrode layer is, for example, 400 ° C., when the temperature detected by the first temperature sensor 25 is reduced to, for example, “390 ° C.” (step S5), the raw fuel gas Is stopped (step S6). Thereafter, when the temperature detected by the first temperature sensor 25 has decreased to, for example, “110 ° C.” (step S7), the driving of the pump 31 is stopped (step S8), and the cooler from the hot water storage tank 37 is cooled. The supply of water to 9 is stopped and the stop process is terminated.

(起動処理)
次に、燃料電池モジュール3Aの運転方法におけるSOFCスタック5の起動処理について説明する。図5は、SOFCスタック5の起動処理の動作手順を示すフローチャートである。
(Start process)
Next, the startup process of the SOFC stack 5 in the operation method of the fuel cell module 3A will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the operation procedure of the startup process of the SOFC stack 5.

燃料電池モジュール3Aを起動する際、制御ユニット33は、ポンプ31を駆動させ、冷却媒体としての水を貯湯槽37から冷却器9へ供給する(ステップS11)。さらに、制御ユニット33は、改質器7の加熱を開始する(ステップS12)。改質器7の温度が上昇すると、改質器7からの輻射熱によってSOFCスタック5も加熱される。   When starting the fuel cell module 3A, the control unit 33 drives the pump 31 to supply water as a cooling medium from the hot water storage tank 37 to the cooler 9 (step S11). Further, the control unit 33 starts heating the reformer 7 (step S12). When the temperature of the reformer 7 rises, the SOFC stack 5 is also heated by the radiant heat from the reformer 7.

SOFCスタック5の温度が上昇し、アノード電極層の温度が酸化劣化点以上に上昇し、さらに、アノード電極層が例えば空気や水蒸気などの酸化性ガス雰囲気下にあった場合には、アノードが酸化劣化する場合がある。しかしながら、SOFCスタック5は冷却器9によって冷却されているため、SOFCスタック5の温度を酸化劣化点以上になるのを防止することができる。   When the temperature of the SOFC stack 5 rises, the temperature of the anode electrode layer rises above the oxidation deterioration point, and when the anode electrode layer is in an oxidizing gas atmosphere such as air or water vapor, the anode is oxidized. May deteriorate. However, since the SOFC stack 5 is cooled by the cooler 9, the temperature of the SOFC stack 5 can be prevented from becoming higher than the oxidation deterioration point.

特に、冷却器9は、改質器7と対向しないよう、SOFCスタック5の放熱領域15に沿って配置されているため、改質器7の冷却を抑えながらSOFCスタック5を選択的に冷却できる。   In particular, since the cooler 9 is disposed along the heat radiation area 15 of the SOFC stack 5 so as not to face the reformer 7, the SOFC stack 5 can be selectively cooled while suppressing the cooling of the reformer 7. .

制御ユニット33は、改質器7の温度を監視しており(ステップS13)、改質器7が水蒸気改質可能な温度に到達すると、原燃料ガスを改質器7に供給する(ステップS14)。すると、改質器7から改質ガスが生成され、その改質ガスがSOFCスタック5のアノード電極層に供給される。すると、改質ガスの還元作用によってアノード電極層の酸化劣化が防止されるため、制御ユニット33は、ポンプ31の駆動を停止させ(ステップS15)、貯湯槽37から冷却器9への水の供給を停止して起動処理を終了する。   The control unit 33 monitors the temperature of the reformer 7 (step S13), and when the reformer 7 reaches a temperature at which steam reforming is possible, the raw fuel gas is supplied to the reformer 7 (step S14). ). Then, reformed gas is generated from the reformer 7 and the reformed gas is supplied to the anode electrode layer of the SOFC stack 5. Then, since the oxidative deterioration of the anode electrode layer is prevented by the reducing action of the reformed gas, the control unit 33 stops driving the pump 31 (step S15), and supplies water from the hot water storage tank 37 to the cooler 9. To stop the startup process.

以上、本実施形態に係る燃料電池モジュール3Aでは、水の蒸発熱を利用してSOFCスタック5を冷却する。すなわち、冷却器9内での水の蒸発部は沸点に保持され、SOFCスタック5との間に大きな温度差が得られ、素早くSOFCスタック5から熱を奪うことができる。水の蒸発熱を利用した冷却に必要なポンプ31の消費電力は、例えば、顕熱を利用した冷却に必要なブロワの消費電力に比べて少ない。従って、顕熱を利用した冷却に比べて、SOFCスタック5の冷却に必要となるエネルギーの低減が可能になる。さらに、冷却器9は、例えば、SOFCスタック5を構成する単セルスタック同士の間に挟まれるように配置されているのではなく、SOFCスタック5の周囲に配置されている。冷却器9を単セルスタック同士の間に配置すると、SOFCスタック5内の温度差が大きくなり、熱応力によりセルが破損する虞があるが、冷却器9をSOFCスタック5の周囲に配置することで、熱応力による破損の虞を低減できる。   As described above, in the fuel cell module 3 </ b> A according to the present embodiment, the SOFC stack 5 is cooled using the evaporation heat of water. That is, the water evaporation part in the cooler 9 is kept at the boiling point, a large temperature difference is obtained from the SOFC stack 5, and heat can be quickly taken from the SOFC stack 5. The power consumption of the pump 31 required for cooling using the evaporation heat of water is smaller than the power consumption of the blower required for cooling using sensible heat, for example. Therefore, energy required for cooling the SOFC stack 5 can be reduced as compared with cooling using sensible heat. Furthermore, the cooler 9 is not disposed so as to be sandwiched between the single cell stacks constituting the SOFC stack 5, but is disposed around the SOFC stack 5, for example. If the cooler 9 is disposed between the single cell stacks, the temperature difference in the SOFC stack 5 increases, and the cell may be damaged by thermal stress. However, the cooler 9 is disposed around the SOFC stack 5. Thus, the risk of breakage due to thermal stress can be reduced.

さらに、本実施形態では、冷却器9は、SOFCスタック5との間に隙間S1を空けて配置されるため、SOFC電池スタック5から冷却器9への漏電の虞を考慮する必要性が少ない。さらに、冷却器9は、SOFCスタック5の輻射熱を受熱する外側面(受熱部)18を有するため、顕熱を利用した冷却に比べて高温のSOFCスタック5の冷却に要するエネルギーの低減が可能になる。   Further, in the present embodiment, the cooler 9 is disposed with a gap S1 between the SOFC stack 5 and therefore there is little need to consider the possibility of electric leakage from the SOFC battery stack 5 to the cooler 9. Furthermore, since the cooler 9 has an outer surface (heat receiving portion) 18 that receives the radiant heat of the SOFC stack 5, it is possible to reduce energy required for cooling the SOFC stack 5 at a higher temperature than cooling using sensible heat. Become.

また、本実施形態に係る燃料電池モジュールの運転方法では、SOFCスタック5を停止するときに、液体状の水を冷却器9へ供給すると共に、冷却器9内で水が液相と気相との二相を形成するように水の供給量が制御されている。SOFCスタック5を停止するときに、冷却器9内の水を液相と気相との二相を形成するよう維持することで、水の蒸発熱を利用した冷却が可能となる。水の蒸発熱を利用した冷却に必要なポンプ31の消費電力は、例えば、顕熱を利用した冷却に必要なブロワの消費電力に比べて少ない電力で足り、エネルギーの低減が可能になる。また、水の蒸発熱を利用した冷却によって冷却時間の短縮が可能になる。冷却時間を短縮できれば、アノード電極層の酸化劣化防止のための改質ガスの供給量を低減できる。その結果、燃料電池スタックの冷却に必要となるエネルギーの低減が可能になる。   Further, in the operation method of the fuel cell module according to the present embodiment, when the SOFC stack 5 is stopped, liquid water is supplied to the cooler 9, and the water is converted into a liquid phase and a gas phase in the cooler 9. The supply amount of water is controlled so as to form two phases. When the SOFC stack 5 is stopped, the water in the cooler 9 is maintained so as to form two phases of a liquid phase and a gas phase, thereby enabling cooling using the heat of evaporation of water. The power consumption of the pump 31 necessary for cooling using the heat of evaporation of water is, for example, less than the power consumption of the blower necessary for cooling using sensible heat, and energy can be reduced. In addition, the cooling time can be shortened by cooling using the evaporation heat of water. If the cooling time can be shortened, the supply amount of the reformed gas for preventing the oxidative deterioration of the anode electrode layer can be reduced. As a result, energy required for cooling the fuel cell stack can be reduced.

また、本実施形態に係る燃料電池モジュールの運転方法では、SOFCスタック5を起動するときに、改質器7を加熱すると共に、液体状の水を冷却器9へ供給し、改質器7から水素リッチな改質ガスが生成されると冷却器9への水の供給を停止している。   In the fuel cell module operating method according to the present embodiment, when the SOFC stack 5 is started, the reformer 7 is heated and liquid water is supplied to the cooler 9. When hydrogen-rich reformed gas is generated, the supply of water to the cooler 9 is stopped.

改質ガスを生成するために改質器7を加熱しても、SOFCスタック5は、冷却器9内の水の蒸発熱によって熱を奪われるため、例えば、顕熱を利用した冷却に比べて、消費電力を抑えながら燃料電池スタックの温度が酸化劣化点以上になるのを防止することができる。その結果、アノード電極層の酸化劣化防止のために供給する不活性ガスや還元性ガスの供給エネルギーを低減することができる。   Even if the reformer 7 is heated to generate the reformed gas, the SOFC stack 5 is deprived of heat by the evaporation heat of the water in the cooler 9, so that, for example, compared with cooling using sensible heat. Further, it is possible to prevent the temperature of the fuel cell stack from becoming higher than the oxidation deterioration point while suppressing power consumption. As a result, it is possible to reduce the supply energy of the inert gas or reducing gas supplied to prevent the oxidative deterioration of the anode electrode layer.

(第2実施形態)
図6を参照して第2実施形態に係る燃料電池モジュール3Bについて説明する。図6は、第2実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。燃料電池モジュール3Bは、第1実施形態に係る燃料電池システム3Aとの相違点を中心に説明し、同一または同等の要素や部材については図面中で燃料電池システム3Aと同一の符号を記して説明を省略する。
(Second Embodiment)
A fuel cell module 3B according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a view showing a fuel cell module according to the second embodiment. The fuel cell module 3B will be described with a focus on differences from the fuel cell system 3A according to the first embodiment, and the same or equivalent elements and members will be described with the same reference numerals as the fuel cell system 3A in the drawings. Is omitted.

冷却器41は、SOFCスタック5の側面5bに沿って、側面5bを螺旋状に巻くように配置された螺旋配管部(冷却用通路)43を備える。螺旋配管部43と側面5bとの間には隙間S2が空いており、SOFCスタック5からの輻射熱は、螺旋配管部43の表面43aで受熱される。螺旋配管部43の下端は水供給用配管29に接続され、螺旋配管部43の上端は水蒸気用配管22に接続されている。第1の温度センサ45は、SOFCスタック5に配置されており、第2の温度センサ47は、螺旋配管部43の上端近傍に配置されている。   The cooler 41 includes a spiral pipe part (cooling passage) 43 arranged so as to spirally wind the side surface 5b along the side surface 5b of the SOFC stack 5. There is a gap S <b> 2 between the spiral piping portion 43 and the side surface 5 b, and the radiant heat from the SOFC stack 5 is received by the surface 43 a of the spiral piping portion 43. The lower end of the spiral pipe 43 is connected to the water supply pipe 29, and the upper end of the spiral pipe 43 is connected to the water vapor pipe 22. The first temperature sensor 45 is disposed in the SOFC stack 5, and the second temperature sensor 47 is disposed in the vicinity of the upper end of the spiral piping unit 43.

制御ユニット33は、第1の温度センサ45及び第2の温度センサ47の検出温度を監視しており、SOFCスタック5の停止時や起動時にSOFCスタック5を冷却する際には、螺旋配管部43内で水の液相と気相との二相が形成されるように、ポンプ31を駆動制御する。   The control unit 33 monitors the detected temperatures of the first temperature sensor 45 and the second temperature sensor 47. When the SOFC stack 5 is cooled when the SOFC stack 5 is stopped or started, the spiral piping section 43 is used. The pump 31 is driven and controlled so that two phases of a liquid phase and a gas phase of water are formed.

本実施形態に係る燃料電池モジュール3Bによれば、燃料電池モジュール3Aと同様に、水の蒸発熱を利用してSOFCスタック5を冷却できるため、顕熱などを利用して冷却する場合に比べてSOFCスタック5の冷却に必要となるエネルギーの低減が可能になる。   According to the fuel cell module 3B according to the present embodiment, the SOFC stack 5 can be cooled using the evaporation heat of water as in the case of the fuel cell module 3A, and therefore, compared with the case where cooling is performed using sensible heat or the like. Energy required for cooling the SOFC stack 5 can be reduced.

(第3実施形態)
図7を参照して第3実施形態に係る燃料電池モジュールについて説明する。図7は、第3実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。燃料電池モジュール3Cは、第1実施形態に係る燃料電池システム3Aとの相違点を中心に説明し、同一または同等の要素や部材については図面中で燃料電池システム3Aと同一の符号を記して説明を省略する。
(Third embodiment)
A fuel cell module according to a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a view showing a fuel cell module according to the third embodiment. The fuel cell module 3C will be described with a focus on differences from the fuel cell system 3A according to the first embodiment, and the same or equivalent elements and members will be described with the same reference numerals as the fuel cell system 3A in the drawings. Is omitted.

冷却器51は、第1のチャンバ53と第2のチャンバ55とを有するケーシング部57を備えている。ケーシング部57は、例えば、ステンレス鋼(SUS)などの金属からなる。ケーシング部57は、隙間S1を空けてSOFCスタック5の側面5bに沿って配置されている。   The cooler 51 includes a casing portion 57 having a first chamber 53 and a second chamber 55. The casing part 57 consists of metals, such as stainless steel (SUS), for example. The casing portion 57 is disposed along the side surface 5b of the SOFC stack 5 with a gap S1 therebetween.

第1のチャンバ53は、SOFCスタック5に近い内側に配置されており、第2のチャンバ55はSOFCスタック5から遠い外側に配置されている。第1のチャンバ(冷却用通路)53の一方端には、冷却媒体としての水が供給される流入部53aが形成されており、他方端には、水蒸気が流出する流出部53bが形成されている。流入部53aは、水供給用配管29に接続されており、流出部53bは水蒸気用配管22に接続されている。ケーシング部57の外周面(受熱部)57aでSOFCスタック5からの輻射熱を受熱しており、その熱を第1のチャンバ53内に供給された水の蒸発熱で奪い、SOFCスタック5を冷却している。   The first chamber 53 is disposed on the inner side near the SOFC stack 5, and the second chamber 55 is disposed on the outer side far from the SOFC stack 5. An inflow portion 53a to which water as a cooling medium is supplied is formed at one end of the first chamber (cooling passage) 53, and an outflow portion 53b from which water vapor flows out is formed at the other end. Yes. The inflow portion 53 a is connected to the water supply pipe 29, and the outflow portion 53 b is connected to the water vapor pipe 22. Radiant heat from the SOFC stack 5 is received by the outer peripheral surface (heat receiving portion) 57a of the casing portion 57, and the heat is taken away by the evaporation heat of the water supplied into the first chamber 53 to cool the SOFC stack 5. ing.

第2のチャンバ(メタン生成通路)55には、メタネーション反応を促進するメタネーション触媒Caが収容されている。メタネーション触媒Caとしては、水蒸気改質触媒と同様の触媒を用いることができ、ルテニウム、ニッケル、コバルト、鉄、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、白金などのVII属金属を用いることができる。また、第2のチャンバ55の一方端には、改質器7からの改質ガスが供給される改質ガス流入部55aが形成されており、他方端には、メタネーション反応によってメタンリッチな組成に変化した改質ガス(メタン含有ガス)をSOFCスタック5のアノード電極層に供給するガス流出部(メタン流出部)55bが形成されている。以下、メタネーション反応を含む改質反応について説明する。   The second chamber (methane generation passage) 55 contains a methanation catalyst Ca that promotes the methanation reaction. As the methanation catalyst Ca, a catalyst similar to the steam reforming catalyst can be used, and group VII metals such as ruthenium, nickel, cobalt, iron, ruthenium, rhodium, iridium and platinum can be used. Further, a reformed gas inflow portion 55a to which the reformed gas from the reformer 7 is supplied is formed at one end of the second chamber 55, and methane-rich by the methanation reaction is formed at the other end. A gas outflow portion (methane outflow portion) 55b for supplying the reformed gas (methane-containing gas) changed in composition to the anode electrode layer of the SOFC stack 5 is formed. Hereinafter, the reforming reaction including the methanation reaction will be described.

原燃料である灯油が水蒸気改質されると、水素を含む改質ガスが得られる。改質原料をC2n+2(nは自然数)とすれば、水蒸気改質反応は式(I)で表される。なお、改質反応が部分酸化改質反応であれば式(II)で表される。 When kerosene as the raw fuel is steam reformed, a reformed gas containing hydrogen is obtained. If the reforming raw material is C n H 2n + 2 (n is a natural number), the steam reforming reaction is represented by the formula (I). If the reforming reaction is a partial oxidation reforming reaction, it is represented by the formula (II).

改質に触媒を用いる場合、改質に際して式(III)で表されるシフト反応も起こり得る。シフト反応は逆方向にも進み得る平衡反応である。   When a catalyst is used for reforming, a shift reaction represented by the formula (III) may occur during reforming. The shift reaction is an equilibrium reaction that can proceed in the reverse direction.

また、改質に触媒を用いる場合、改質に際してメタネーション反応も起こり得る。メタネーション反応は、水素と一酸化炭素もしくは二酸化炭素とから、メタンを生成する反応であり、式(IV)または式(V)で表される。式(IV)および式(V)のいずれの反応も発熱反応であり、温度が低い方が、メタンが多くなる。また、いずれの反応も、逆方向にも進みうる平衡反応である。なお例えば、スチーム/カーボン比が3.0で、改質温度(改質触媒層出口温度)が700℃以上で反応圧力がおおよそ大気圧であれば、触媒出口ウェットでの改質ガス中のメタン濃度は0.3モル%以下程度と低い。メタネーション反応温度は、セル内部におけるメタン改質によってどの程度の冷却を行うかによって調節する。例えば、メタネーション反応温度(メタネーション触媒層出口温度)を500℃程度とすれば、圧力がおおよそ大気圧の場合、メタンが増加した改質ガス中のメタン濃度は10モル%程度とすることができる。   In addition, when a catalyst is used for reforming, a methanation reaction may occur during the reforming. The methanation reaction is a reaction for generating methane from hydrogen and carbon monoxide or carbon dioxide, and is represented by formula (IV) or formula (V). Both reactions of formula (IV) and formula (V) are exothermic reactions, and the lower the temperature, the more methane. In addition, any reaction is an equilibrium reaction that can proceed in the reverse direction. For example, if the steam / carbon ratio is 3.0, the reforming temperature (reforming catalyst layer outlet temperature) is 700 ° C. or higher and the reaction pressure is approximately atmospheric pressure, methane in the reformed gas at the catalyst outlet wet The concentration is as low as about 0.3 mol% or less. The methanation reaction temperature is adjusted depending on how much cooling is performed by methane reforming inside the cell. For example, if the methanation reaction temperature (the methanation catalyst layer outlet temperature) is about 500 ° C., the methane concentration in the reformed gas with increased methane may be about 10 mol% when the pressure is about atmospheric pressure. it can.

2n+2+nHO→CO+(2n+1)H…(I)
2n+2+(n/2)O→nCO+(n+1)H…(II)
CO+HO→CO+H…(III)
CO+3H→CH+HO…(IV)
CO+4H→CH+2HO…(V)
C n H 2n + 2 + nH 2 O → CO + (2n + 1) H 2 (I)
C n H 2n + 2 + ( n / 2) O 2 → nCO + (n + 1) H 2 ... (II)
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (III)
CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O (IV)
CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O (V)

SOFCスタック5の作動時には、改質器7で生成された改質ガスは改質ガス流入部55aから第2のチャンバ55内に供給される。この場合、第1のチャンバ53内に水は供給されておらず、SOFCスタック5からの輻射熱によって冷却器51全体は高温に維持されている。そのため、第2のチャンバ55に改質ガスが供給されても、メタネーション反応は促進されず、水素リッチな状態のままで改質ガスがSOFCスタック5に供給される。   When the SOFC stack 5 is operated, the reformed gas generated by the reformer 7 is supplied into the second chamber 55 from the reformed gas inflow portion 55a. In this case, water is not supplied into the first chamber 53, and the entire cooler 51 is maintained at a high temperature by the radiant heat from the SOFC stack 5. Therefore, even when the reformed gas is supplied to the second chamber 55, the methanation reaction is not promoted, and the reformed gas is supplied to the SOFC stack 5 in a hydrogen-rich state.

一方で、SOFCスタック5を冷却するために、第1のチャンバ53内に水を供給すると、水の蒸発熱によって第2のチャンバ55の熱が奪われ、メタネーション触媒Caが冷却される。すると、メタネーション反応が促進され、メタンリッチな改質ガス(メタン含有ガス)がSOFCスタック5のアノード電極層に供給されるようになる。すると、アノード電極層では、吸熱反応である改質反応が生じ、SOFCスタック5の冷却に寄与する。   On the other hand, when water is supplied into the first chamber 53 in order to cool the SOFC stack 5, the heat of the second chamber 55 is taken away by the evaporation heat of the water, and the methanation catalyst Ca is cooled. Then, the methanation reaction is promoted, and methane-rich reformed gas (methane-containing gas) is supplied to the anode electrode layer of the SOFC stack 5. Then, a reforming reaction that is an endothermic reaction occurs in the anode electrode layer, which contributes to cooling of the SOFC stack 5.

本実施形態では、冷却器51でSOFCスタック5を冷却する際には、メタネーション触媒Caも冷却され、メタネーション反応の促進によってメタンリッチな改質ガスがSOFCスタック5に供給される。その結果、SOFCスタック5のアノード電極層上では吸熱反応である改質反応が生じ、SOFCスタック5を冷却できる。特に、アノード電極層上での改質反応を利用してSOFCスタック5内部から冷却することで、SOFCスタック5全体をより均一に冷却することができる。   In this embodiment, when the SOFC stack 5 is cooled by the cooler 51, the methanation catalyst Ca is also cooled, and methane-rich reformed gas is supplied to the SOFC stack 5 by promoting the methanation reaction. As a result, a reforming reaction that is an endothermic reaction occurs on the anode electrode layer of the SOFC stack 5, and the SOFC stack 5 can be cooled. In particular, by cooling from the inside of the SOFC stack 5 using a reforming reaction on the anode electrode layer, the entire SOFC stack 5 can be cooled more uniformly.

(第4実施形態)
図8を参照して第4実施形態に係る燃料電池モジュールについて説明する。図8は、第4実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。燃料電池モジュール3Dは、第1実施形態に係る燃料電池システム3Aとの相違点を中心に説明し、同一または同等の要素や部材については図面中で燃料電池システム3Aと同一の符号を記して説明を省略する。
(Fourth embodiment)
A fuel cell module according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a view showing a fuel cell module according to the fourth embodiment. The fuel cell module 3D will be described with a focus on differences from the fuel cell system 3A according to the first embodiment, and the same or equivalent elements and members will be described with the same reference numerals as the fuel cell system 3A in the drawings. Is omitted.

冷却器61は、第1のチャンバ63と第2のチャンバ65とを有するケーシング部67を備えている。ケーシング部67は、例えば、ステンレス鋼(SUS)などの金属からなる。ケーシング部67は、隙間S1を空けてSOFCスタック5の側面5bに沿って配置されている。   The cooler 61 includes a casing portion 67 having a first chamber 63 and a second chamber 65. The casing part 67 consists of metals, such as stainless steel (SUS), for example. The casing portion 67 is disposed along the side surface 5b of the SOFC stack 5 with a gap S1 therebetween.

第1のチャンバ63は、SOFCスタック5に近い内側に配置されており、第2のチャンバ65はSOFCスタック5から遠い外側に配置されている。第1のチャンバ(冷却用通路)63の一方端には、冷却媒体としての水が供給される流入部63aが形成されており、他方端には、水蒸気が流出する流出部63bが形成されている。流入部63aは、水供給用配管29に接続されており、流出部63bは水蒸気用配管22に接続されている。ケーシング部67の外周面(受熱部)67aでSOFCスタック5からの輻射熱を受熱しており、その熱を第1のチャンバ63内に供給された水の蒸発熱で奪い、SOFCスタック5を冷却している。   The first chamber 63 is disposed on the inner side near the SOFC stack 5, and the second chamber 65 is disposed on the outer side far from the SOFC stack 5. An inflow portion 63a to which water as a cooling medium is supplied is formed at one end of the first chamber (cooling passage) 63, and an outflow portion 63b from which water vapor flows out is formed at the other end. Yes. The inflow part 63 a is connected to the water supply pipe 29, and the outflow part 63 b is connected to the water vapor pipe 22. Radiant heat from the SOFC stack 5 is received by the outer peripheral surface (heat receiving portion) 67 a of the casing portion 67, and the heat is taken away by the evaporation heat of the water supplied into the first chamber 63 to cool the SOFC stack 5. ing.

第1のチャンバ63内には、熱伝導性の高い材料からなる粒子69が充填されている。粒子69の材質は、温度及び雰囲気に耐える材料から適宜選ぶことができ、例えば、アルミナやシリカなどのセラミックス、あるいはステンレスなどの金属を挙げることができる。また、粒子69の形状としては、球、円柱、楔、直方体など、適宜の形状を採用することができる。   The first chamber 63 is filled with particles 69 made of a material having high thermal conductivity. The material of the particles 69 can be appropriately selected from materials that can withstand the temperature and atmosphere, and examples thereof include ceramics such as alumina and silica, and metals such as stainless steel. Further, as the shape of the particle 69, an appropriate shape such as a sphere, a cylinder, a wedge, a rectangular parallelepiped, or the like can be adopted.

第1のチャンバ63内に粒子69を充填することにより、水が気化する際に生じ易い突沸の発生箇所は分散し、複数の突沸が同時に発生する確率も低減して突沸による蒸発振動を大幅に小さくできる。突沸が低減すると、第1のチャンバ63内で液相と気相とを安定して形成でき、蒸発衝撃により冷却器や配管等が破損する可能性を低減することができる。   By filling the first chamber 63 with the particles 69, the locations of bumping that are likely to occur when water is vaporized are dispersed, and the probability of multiple bumping occurring at the same time is reduced, greatly increasing the evaporation vibration due to bumping. Can be small. When bumping is reduced, the liquid phase and the gas phase can be stably formed in the first chamber 63, and the possibility of breakage of the cooler, piping, etc. due to the evaporation shock can be reduced.

第2のチャンバ(予熱通路)65の一方端には、SOFCスタック5のカソード電極層に供給する空気が流入する空気流入部65aが形成されており、他方端には、第2のチャンバ65で予熱された空気をSOFCスタック5のカソード電極層に供給する空気流出部65bが形成されている。第2のチャンバ65での空気の予熱は、SOFCスタック5の輻射熱を受熱することで行われる。   An air inflow portion 65 a into which air supplied to the cathode electrode layer of the SOFC stack 5 flows is formed at one end of the second chamber (preheating passage) 65, and the second chamber 65 is formed at the other end. An air outflow portion 65b for supplying preheated air to the cathode electrode layer of the SOFC stack 5 is formed. The preheating of the air in the second chamber 65 is performed by receiving the radiant heat of the SOFC stack 5.

本実施形態では、冷却器61でSOFCスタック5を冷却する際には第2のチャンバ65を通過する空気も冷却される。その結果、SOFCスタック5のカソード電極層をより効果的に冷却できる。   In the present embodiment, when the SOFC stack 5 is cooled by the cooler 61, the air passing through the second chamber 65 is also cooled. As a result, the cathode electrode layer of the SOFC stack 5 can be cooled more effectively.

(第5実施形態)
図9を参照して第5実施形態に係る燃料電池モジュールについて説明する。図9は、第4実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。燃料電池モジュール3Eは、第1実施形態に係る燃料電池システム3Aとの相違点を中心に説明し、同一または同等の要素や部材については図面中で燃料電池システム3Aと同一の符号を記して説明を省略する。
(Fifth embodiment)
A fuel cell module according to a fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a view showing a fuel cell module according to the fourth embodiment. The fuel cell module 3E will be described mainly with respect to differences from the fuel cell system 3A according to the first embodiment, and the same or equivalent elements and members will be described with the same reference numerals as the fuel cell system 3A in the drawings. Is omitted.

冷却器71は、第1のチャンバ73と第2のチャンバ75とを有するケーシング部77を備えている。ケーシング部77は、熱伝導性の高い金属、例えば、ステンレス鋼(SUS)からなる。ケーシング部77は、隙間S1を空けてSOFCスタック5の側面5bに沿って配置されている。   The cooler 71 includes a casing portion 77 having a first chamber 73 and a second chamber 75. The casing portion 77 is made of a metal having high thermal conductivity, for example, stainless steel (SUS). The casing portion 77 is disposed along the side surface 5b of the SOFC stack 5 with a gap S1 therebetween.

第1のチャンバ73は、SOFCスタック5に近い内側に配置されており、第2のチャンバ75はSOFCスタック5から遠い外側に配置されている。第2のチャンバ(冷却用通路)75の一方端には、冷却媒体としての水が供給される流入部75aが形成されており、他方端には、水蒸気が流出する流出部75bが形成されている。流入部75aは、水供給用配管29に接続されており、流出部75bは水蒸気用配管22に接続されている。ケーシング部77の外周面(受熱部)77aでSOFCスタック5からの輻射熱を受熱しており、その熱を第2のチャンバ75内に供給された水の蒸発熱で奪い、SOFCスタック5を冷却している。   The first chamber 73 is disposed inside the SOFC stack 5, and the second chamber 75 is disposed outside the SOFC stack 5. An inflow portion 75a to which water as a cooling medium is supplied is formed at one end of the second chamber (cooling passage) 75, and an outflow portion 75b from which water vapor flows out is formed at the other end. Yes. The inflow part 75 a is connected to the water supply pipe 29, and the outflow part 75 b is connected to the water vapor pipe 22. Radiation heat from the SOFC stack 5 is received by the outer peripheral surface (heat receiving portion) 77a of the casing portion 77, and the heat is taken away by the evaporation heat of the water supplied into the second chamber 75 to cool the SOFC stack 5. ing.

第1のチャンバ(予熱通路)73の一方端には、SOFCスタック5のカソード電極層に供給する空気が流入する空気流入部73aが形成されており、他方端には、第1のチャンバ73で予熱された空気をSOFCスタック5のカソード電極層に供給する空気流出部73bが形成されている。第1のチャンバ73での空気の予熱は、SOFCスタック5の輻射熱を受熱することで行われる。   An air inflow portion 73 a into which air supplied to the cathode electrode layer of the SOFC stack 5 flows is formed at one end of the first chamber (preheating passage) 73, and the first chamber 73 is formed at the other end. An air outflow portion 73b for supplying the preheated air to the cathode electrode layer of the SOFC stack 5 is formed. The preheating of the air in the first chamber 73 is performed by receiving the radiant heat of the SOFC stack 5.

第1のチャンバ73内には、熱伝導性の高い材料からなる粒子81が充填されている。粒子81の材質は、温度及び雰囲気に耐える材料から適宜選ぶことができ、例えば、アルミナやシリカなどのセラミックス、あるいはステンレスなどの金属を挙げることができる。また、粒子81の形状としては、球、円柱、楔、直方体など、適宜の形状を採用することができる。   The first chamber 73 is filled with particles 81 made of a material having high thermal conductivity. The material of the particles 81 can be appropriately selected from materials that can withstand the temperature and atmosphere, and examples thereof include ceramics such as alumina and silica, and metals such as stainless steel. As the shape of the particle 81, an appropriate shape such as a sphere, a cylinder, a wedge, a rectangular parallelepiped, or the like can be adopted.

第1のチャンバ73内に粒子81を充填することにより、空気への伝熱を促進することができる。さらに、粒子81を介して第2のチャンバ75に伝熱され易くなり、第2のチャンバ75内の水の蒸発熱を利用したSOFCスタック5の冷却をより効果的に行うことができる。   By filling the particles 81 in the first chamber 73, heat transfer to the air can be promoted. In addition, heat is easily transferred to the second chamber 75 via the particles 81, and the SOFC stack 5 can be cooled more effectively using the heat of evaporation of water in the second chamber 75.

本実施形態では、冷却器71でSOFCスタック5を冷却する際には第1のチャンバ73を通過する空気も冷却される。その結果、SOFCスタック5のカソード電極層をより効果的に冷却できる。   In the present embodiment, when the SOFC stack 5 is cooled by the cooler 71, the air passing through the first chamber 73 is also cooled. As a result, the cathode electrode layer of the SOFC stack 5 can be cooled more effectively.

以上、第1〜第5実施形態に係る燃料電池モジュール3A〜3Eを説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、SOFCスタック5を例に説明したが、例えば、溶融炭酸塩形(MCFC)スタックなどであってもよい。また、上記実施形態では、SOFCスタック5を平板型構造としたが、円筒型のSOFCバンドル(スタック)を備えた燃料電池システムにも適用可能である。   Although the fuel cell modules 3A to 3E according to the first to fifth embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, the SOFC stack 5 has been described as an example. However, for example, a molten carbonate type (MCFC) stack or the like may be used. In the above embodiment, the SOFC stack 5 has a flat plate structure, but the present invention can also be applied to a fuel cell system including a cylindrical SOFC bundle (stack).

また、冷却器は、断面が矩形、円形などの形状を適宜選択でき、筐体内に単数または複数設けてもよい。さらに、冷却器に形成される冷却用通路は単一あるいは複数設けることができる。また、上述の第3実施形態では、冷却器に冷却用通路とメタン生成通路とを形成した例を示し、第4または第5実施形態では、冷却器に冷却用通路と予熱通路とを形成した例を示したが、冷却器に冷却用通路、メタン生成通路及び予熱通路の総てを組み合わせるように形成してもよく、冷却用通路と予熱通路内に金属粒子などの熱伝導性の高い粒子を充填するようにしてもよい。   In addition, the cooler can appropriately select a shape such as a rectangular or circular cross section, and a single or a plurality of coolers may be provided in the housing. Furthermore, a single or a plurality of cooling passages formed in the cooler can be provided. In the third embodiment, an example in which a cooling passage and a methane generation passage are formed in the cooler is shown. In the fourth or fifth embodiment, a cooling passage and a preheating passage are formed in the cooler. Although an example has been shown, it is possible to form the cooler by combining all of the cooling passage, the methane generation passage, and the preheating passage, and particles having high thermal conductivity such as metal particles in the cooling passage and the preheating passage. May be filled.

本発明の第1実施形態に係る燃料電池モジュールを備えるコジェネレーションシステムの一部を示す図である。It is a figure which shows a part of cogeneration system provided with the fuel cell module which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。It is a figure which shows the fuel cell module which concerns on 1st Embodiment. 冷却器の側断面図である。It is a sectional side view of a cooler. SOFCスタックの停止処理の動作手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement procedure of the stop process of a SOFC stack. SOFCスタックの起動処理の動作手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement procedure of the starting process of a SOFC stack. 第2実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。It is a figure which shows the fuel cell module which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。It is a figure which shows the fuel cell module which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。It is a figure which shows the fuel cell module which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。It is a figure which shows the fuel cell module which concerns on 5th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

3A,3B,3C,3D,3E…燃料電池モジュール、5…SOFCスタック(燃料電池スタック)、7…改質器、11…モジュール容器(筐体)、13…受熱領域、15…放熱領域、17…ケーシング部(冷却用通路)、18,57a,67a,77a…ケーシング部の外周面(受熱部)、43…螺旋配管部(冷却用通路)、53,63…第1のチャンバ(冷却用通路)、55…第2のチャンバ(メタン生成通路)、55a…改質ガス流入部、55b…ガス流出部(メタン流出部)、65…第2のチャンバ(予熱通路)、73…第1のチャンバ(予熱通路)、75…第2のチャンバ(冷却用通路)、Ca…メタネーション触媒。   3A, 3B, 3C, 3D, 3E ... fuel cell module, 5 ... SOFC stack (fuel cell stack), 7 ... reformer, 11 ... module container (housing), 13 ... heat receiving area, 15 ... heat dissipation area, 17 ... casing portion (cooling passage), 18, 57a, 67a, 77a ... outer peripheral surface of casing portion (heat receiving portion), 43 ... spiral pipe portion (cooling passage), 53, 63 ... first chamber (cooling passage) ), 55 ... second chamber (methane generation passage), 55a ... reformed gas inflow portion, 55b ... gas outflow portion (methane outflow portion), 65 ... second chamber (preheating passage), 73 ... first chamber (Preheating passage), 75 ... second chamber (cooling passage), Ca ... methanation catalyst.

Claims (6)

燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの周囲に配置されると共に、冷却媒体の蒸発熱を利用して前記燃料電池スタックを冷却する冷却器と、
前記燃料電池スタックの発電に利用される改質ガスを生成する改質器と、
筐体内に備え
前記燃料電池スタックは、前記改質器に対向する受熱領域と、前記受熱領域以外の放熱領域とを有し、
前記冷却器は、前記燃料電池スタックとの間に隙間を空けて、前記放熱領域に沿って配置されると共に、前記燃料電池スタックの輻射熱を受熱する受熱部と、前記冷却媒体の液相と気相とが形成される冷却用通路と、メタネーション反応を促進するメタネーション触媒が収容されたメタン生成通路とを有し、
前記メタン生成通路は、前記改質器からの前記改質ガスが供給される改質ガス流入部と、前記メタネーション反応によって前記改質ガスから生成されたメタン含有ガスを前記燃料電池スタックに供給するメタン流出部とを有し、
前記冷却用通路は、一方端に前記冷却媒体が供給される流入部を有すると共に他方端に気化された前記冷却媒体が流出する流出部を有し、前記流入部が前記流出部よりも前記燃料電池スタックから遠い位置に設けられていることを特徴とする燃料電池モジュール。
A fuel cell stack;
A cooler disposed around the fuel cell stack and cooling the fuel cell stack using heat of evaporation of a cooling medium;
A reformer that generates a reformed gas used for power generation of the fuel cell stack;
In the housing ,
The fuel cell stack has a heat receiving region facing the reformer, and a heat radiating region other than the heat receiving region,
The cooler is disposed along the heat dissipation area with a gap between the cooler and the fuel cell stack, and a heat receiving unit that receives radiant heat of the fuel cell stack, and a liquid phase and a gas phase of the cooling medium. A cooling passage in which a phase is formed and a methanation passage containing a methanation catalyst that promotes the methanation reaction,
The methane generation passage supplies a reformed gas inflow portion to which the reformed gas from the reformer is supplied and a methane-containing gas generated from the reformed gas by the methanation reaction to the fuel cell stack. And a methane effluent section that
The cooling passage has an inflow portion to which the cooling medium is supplied at one end and an outflow portion from which the vaporized cooling medium flows out at the other end, and the inflow portion is more fuel than the outflow portion. A fuel cell module, wherein the fuel cell module is provided at a position far from the battery stack .
前記冷却器は、改質器と対向しないように配置されることを特徴とする請求項1記載の燃料電池モジュール。2. The fuel cell module according to claim 1, wherein the cooler is disposed so as not to face the reformer. 前記冷却用通路は、上流側領域から下流側領域に向かうにつれて段階的に前記燃料電池スタックに近づくように蛇行流路を形成することを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池モジュール。3. The fuel cell module according to claim 1, wherein the cooling passage forms a meandering channel so as to approach the fuel cell stack stepwise from an upstream region toward a downstream region. 前記冷却器は、前記冷却媒体の液相と気相とが形成される冷却用通路と、前記燃料電池スタックに供給される酸素含有ガスを加熱する予熱通路とを有することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項記載の燃料電池モジュール。 The cooler includes a cooling passage in which a liquid phase and a gas phase of the cooling medium are formed, and a preheating passage for heating an oxygen-containing gas supplied to the fuel cell stack. 1-3 any one SL placing the fuel cell module of the. 前記予熱通路の内部に、前記酸素含有ガスよりも高い熱伝導性を有する粒子が充填されていることを特徴とする請求項4記載の燃料電池モジュール。5. The fuel cell module according to claim 4, wherein the preheating passage is filled with particles having higher thermal conductivity than the oxygen-containing gas. 前記冷却用通路の内部に、前記冷却媒体よりも高い熱伝導性を有する粒子が充填されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項記載の燃料電池モジュール。The fuel cell module according to any one of claims 1 to 5, wherein the cooling passage is filled with particles having higher thermal conductivity than the cooling medium.
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