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JP6821482B2 - Solid oxide fuel cell device - Google Patents
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本発明は、燃料電池装置に関する。特に、原料ガスを改質して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する固体酸化物形の燃料電池セルを用いた燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device. In particular, the present invention relates to a fuel cell apparatus using a solid oxide fuel cell that generates electricity by reacting a fuel gas obtained by reforming a raw material gas with an oxidant gas.

固体酸化物形燃料電池装置(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」とも言う)は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付けた燃料電池セルを複数モジュール容器内に配設し、その燃料電池セルの一方の電極(燃料極)に燃料ガスを供給し、他方の電極(空気極)に酸化剤ガス(以下、空気又は発電用空気とも呼ぶ)を供給することで発電反応により発電する電力を取り出す装置である。高分子電解質形燃料電池装置等の他の燃料電池装置に対して例えば700〜1000℃程度の比較的高温で動作し、他の燃料電池装置に比べて総合的にエネルギー効率が高い。 The solid oxide fuel cell (Solid Oxide Fuel Cell: also referred to as "SOFC") uses an oxide ion conductive solid electrolyte as an electrolyte, and a fuel cell with electrodes on both sides thereof is placed in a multi-module container. By disposing and supplying fuel gas to one electrode (fuel electrode) of the fuel cell and supplying oxidizing agent gas (hereinafter, also referred to as air or air for power generation) to the other electrode (air electrode). It is a device that extracts the power generated by the power generation reaction. It operates at a relatively high temperature of, for example, about 700 to 1000 ° C., as compared with other fuel cell devices such as a polymer electrolyte fuel cell device, and has higher overall energy efficiency than other fuel cell devices.

このような固体酸化物形燃料電池装置では、例えば、特許文献1に記載されているように、モジュール容器の内部において燃料電池セルの上方に発電に寄与しなかった燃料ガス及び発電用空気を燃焼させる燃焼室が設けられ、燃焼室の上方に原料ガスを水蒸気改質する改質器が設けられている。そして、改質器で改質された燃料ガスは、燃料電池セルの側方を上下方向に延びる燃料ガス供給管を介して、燃料電池セルの下方に設けられたガスマニホールドに送られ、ガスマニホールドから燃料電池に供給される。 In such a solid oxide fuel cell device, for example, as described in Patent Document 1, the fuel gas and the air for power generation that did not contribute to power generation are burned above the fuel cell inside the module container. A combustion chamber is provided, and a reformer for steam reforming the raw material gas is provided above the combustion chamber. Then, the fuel gas reformed by the reformer is sent to the gas manifold provided below the fuel cell through the fuel gas supply pipe extending in the vertical direction on the side of the fuel cell, and is sent to the gas manifold. Is supplied to the fuel cell.

ここで、特許文献1ではモジュール容器内部の天面に改質器が固定されるものが開示されている。さらに、特許文献1ではモジュール容器の一側面は複数の燃料電池セルを挿入するための開口が設けられ、複数の燃料電池セルは開口からモジュール容器の内部にスライド式に挿入され、開口は蓋体によって気密封鎖される。このような構成であれば、複数の燃料電池セルの周囲に複数のモジュール容器蓋体を溶接して固定するものに比べて、燃料電池セルを収容した後の溶接作業手順が減少して作業性が向上する。 Here, Patent Document 1 discloses that the reformer is fixed to the top surface inside the module container. Further, in Patent Document 1, one side surface of the module container is provided with an opening for inserting a plurality of fuel cell cells, and the plurality of fuel cell cells are slidably inserted into the inside of the module container through the opening, and the opening is a lid. Air-sealed by. With such a configuration, the welding work procedure after accommodating the fuel cell is reduced and workability is reduced as compared with the case where a plurality of module container lids are welded and fixed around the plurality of fuel cell. Is improved.

また、モジュール容器に対して溶接作業を行う場合、溶接飛沫(スパッタなど、接合の際に飛び散る金属)が燃料電池セルの表面に付着してしまい、溶接飛沫が付着した部分では燃料電池セルの発電が妨げられ、燃料電池セルの発電性能を劣化させてしまう。上記のように、複数の燃料電池セルがモジュール容器の内部にスライド式に挿入されて開口が蓋体によって閉塞されるものによれば、燃料電池セルを収容した後の溶接作業手順が減少するため、溶接飛沫による燃料電池セルの汚染・劣化のリスクを抑えることができる。 In addition, when welding is performed on a module container, welding droplets (metals scattered during joining such as spatter) adhere to the surface of the fuel cell, and the fuel cell generates electricity at the portion where the welding droplets adhere. Is hindered, and the power generation performance of the fuel cell is deteriorated. As described above, if a plurality of fuel cell cells are slidably inserted into the module container and the opening is closed by the lid, the welding operation procedure after accommodating the fuel cell cells is reduced. , The risk of fuel cell contamination / deterioration due to welding droplets can be suppressed.

このような固体酸化物形燃料電池装置を組み立てる際には、燃料電池セルをモジュール容器内に挿入する際に、燃料電池セルと、改質器とガスマニホールドとを結ぶ燃料ガス供給管とが干渉してしまう。このため、特許文献2のように燃料ガス供給管を上下に分割しておき、燃料電池セルをモジュール容器内に配置した後、管継手により分割された燃料ガス供給管を接続することが行われている(例えば、特許文献2の図面の配管6A、6Bの管継手等を参照)。この場合、分割された2つの燃料ガス供給管は管継手とねじ固定されるため、管継手はねじ切り加工されるなど複雑な形状となる。 When assembling such a solid oxide fuel cell device, when the fuel cell is inserted into the module container, the fuel cell and the fuel gas supply pipe connecting the reformer and the gas manifold interfere with each other. Resulting in. Therefore, as in Patent Document 2, the fuel gas supply pipe is divided into upper and lower parts, the fuel cell is arranged in the module container, and then the fuel gas supply pipe divided by the pipe joint is connected. (For example, refer to the pipe joints of pipes 6A and 6B in the drawings of Patent Document 2). In this case, since the two divided fuel gas supply pipes are screwed and fixed to the pipe joint, the pipe joint has a complicated shape such as being threaded.

特開2013−257984号公報JP 2013-257984 特開2011−18456号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-18456

しかしながら、市販の管継手は高温環境下で使用することを想定しておらず、燃料ガス供給管等に比べて耐熱性が低い。このため、管継手が燃焼室の熱を受けてしまうと、管継手が劣化して表面が粉状に剥離してしまう。このような剥離した粉末が燃料電池セルに付着すると、燃料電池セルが汚染されてしまう。このため、耐熱性の高い管継手を別途製造して用いた場合には、コスト高になってしまう。 However, commercially available pipe joints are not supposed to be used in a high temperature environment, and have lower heat resistance than fuel gas supply pipes and the like. Therefore, when the pipe joint receives the heat of the combustion chamber, the pipe joint deteriorates and the surface peels off in powder form. If such peeled powder adheres to the fuel cell, the fuel cell will be contaminated. Therefore, if a pipe joint having high heat resistance is manufactured and used separately, the cost becomes high.

そのため、モジュール容器内部に複数の燃料電池セルが挿入された後に、管継手を用いずに分割された燃料ガス供給管同士を溶接接合することが、汚染防止・低コストの観点から望ましい。しかし、モジュール容器内に格納された複数の燃料電池セルの近傍で燃料ガス供給管同士の溶接が行われるため、溶接飛沫が燃料電池セルに付着してしまい、燃料電池セルを汚染・劣化させてしまうおそれがある。 Therefore, after a plurality of fuel cell cells are inserted into the module container, it is desirable to weld and join the divided fuel gas supply pipes without using a pipe joint from the viewpoint of pollution prevention and low cost. However, since the fuel gas supply pipes are welded to each other in the vicinity of a plurality of fuel cell cells stored in the module container, welding droplets adhere to the fuel cell cells, contaminating and deteriorating the fuel cell cells. There is a risk that it will end up.

そこで本発明は、内部に改質器が固定され側面の開口から複数の燃料電池セルが挿入されるモジュール容器を備えた固体酸化物形燃料電池装置において、燃料電池モジュール製造の際の燃料電池セルの汚染・劣化を抑制しつつ、製造容易性の向上と、さらなる低コスト化を実現するための固体酸化物形燃料電池装置を提供するものである。 Therefore, the present invention relates to a solid oxide fuel cell apparatus provided with a module container in which a reformer is fixed inside and a plurality of fuel cell cells are inserted through side openings, and the fuel cell is used when manufacturing a fuel cell module. It is an object of the present invention to provide a solid oxide fuel cell device for improving manufacturing easiness and further reducing the cost while suppressing pollution and deterioration of the fuel cell.

本発明にかかる燃料電池装置の一態様は、燃料ガスと酸化剤ガスとの発電反応により発電する複数の燃料電池セルを備えた固体酸化物形燃料電池装置であって、複数の燃料電池セルを内部に収容し、少なくとも一側面が開放された直方体状のモジュール容器と、一側面を覆うモジュール容器蓋体と、モジュール容器に固定され、且つモジュール容器内部の上方に配置された改質器と、モジュール容器内部の下方に設けられ、改質器で生成された燃料ガスを、上面に立設する複数の燃料電池セルに供給するガスマニホールドと、一側面側に配置され、接続された改質器から燃料ガスを流出させる第1の配管と、一側面側に配置され、燃料ガスを接続されたガスマニホールドへ流入させる第2の配管と、第1の配管及び第2の配管の端部が挿入され、第1の配管と第2の配管とを連通させる接続部材と、を備え、接続部材は、接続部材の内部と複数の燃料電池セルとを遮蔽する接続部材本体と、接続部材蓋体からなり、接続部材内部において、第1の配管及び第2の配管が接続部材本体と溶接接合されている。 One aspect of the fuel cell device according to the present invention is a solid oxide fuel cell device including a plurality of fuel cell cells that generate power by a power generation reaction between a fuel gas and an oxidizing agent gas, and the plurality of fuel cell cells are used. A rectangular module container housed inside and having at least one side open, a module container lid covering one side, and a reformer fixed to the module container and arranged above the inside of the module container. A gas manifold provided below the inside of the module container to supply the fuel gas generated by the reformer to a plurality of fuel cell cells erected on the upper surface, and a reformer arranged and connected to one side surface. The first pipe that allows the fuel gas to flow out from the gas, the second pipe that is arranged on one side and allows the fuel gas to flow into the connected gas manifold, and the ends of the first pipe and the second pipe are inserted. It is provided with a connecting member for communicating the first pipe and the second pipe, and the connecting member is formed from a connecting member main body that shields the inside of the connecting member and a plurality of fuel cell cells, and a connecting member lid. Therefore, inside the connecting member, the first pipe and the second pipe are welded and joined to the connecting member main body.

従来は、モジュール容器の内部上方に改質器が固定され一側面が開放されたものにおいて、下方にガスマニホールドを備えた複数の燃料電池セルをモジュール容器に挿入した後、改質器に接続された第1の配管とガスマニホールドに接続された第2の配管とを管継手によって接合していた。第1の配管と第2の配管とは複数の燃料電池セルの集合体の側方を垂下するように設けられるため、燃料電池セルの発電熱の影響を受けて管継手の表面が劣化して粉状となり、その粉末が燃料電池セルに飛散してしまうことで悪影響を与えるおそれがあった。 Conventionally, in the case where the reformer is fixed above the inside of the module container and one side is open, a plurality of fuel cell cells having a gas manifold below are inserted into the module container and then connected to the reformer. The first pipe and the second pipe connected to the gas manifold were joined by a pipe joint. Since the first pipe and the second pipe are provided so as to hang down the sides of the aggregate of a plurality of fuel cell cells, the surface of the pipe joint deteriorates due to the influence of the generated heat of the fuel cell cells. It becomes powdery, and the powder may be scattered on the fuel cell, which may have an adverse effect.

ここで、第1の配管と第2の配管とは複数の燃料電池セル近傍において接続されるため、管継手を用いずにこれらを溶接接合しようとすると、溶接飛沫が燃料電池セルに付着して燃料電池セルの汚染・劣化を引き起こしてしまう。また、燃料電池セルへの溶接飛沫付着を防止するように溶接作業を行う場合には、作業性の観点からも劣る上に、作業者が燃料電池セルに接触して破損・劣化してしまう恐れがあった。 Here, since the first pipe and the second pipe are connected in the vicinity of a plurality of fuel cell cells, if welding is attempted to join them without using a pipe joint, welding droplets adhere to the fuel cell. It causes pollution and deterioration of the fuel cell. In addition, when welding work is performed so as to prevent welding droplets from adhering to the fuel cell, it is inferior from the viewpoint of workability, and there is a risk that the operator may come into contact with the fuel cell and be damaged or deteriorated. was there.

これに対して本発明にかかる態様では、第1の配管と第2の配管との端部が、それぞれのガス流路が連続するように連通させる接続部材に挿入され、接続部材の内部と第1の配管及び第2の配管の端部とが接続される。これにより、管継手を用いることなく第1の配管と第2の配管を連通させることができる。 On the other hand, in the embodiment of the present invention, the ends of the first pipe and the second pipe are inserted into the connecting member that communicates the gas flow paths so as to be continuous, and the inside of the connecting member and the second The first pipe and the end of the second pipe are connected. As a result, the first pipe and the second pipe can be communicated with each other without using a pipe joint.

特に本発明にかかる態様では、接続部材は、接続部材の内部と燃料電池セルとを遮蔽するように設けられているため、周囲が覆われた接続部材内部において、第1の配管及び第2の配管の端部と接続部材内部とを溶接接合することができる。このため、溶接飛沫が燃料電池セルに飛散することを抑制し、燃料電池セルが汚染されてしまうことを抑制することができる。 In particular, in the embodiment of the present invention, since the connecting member is provided so as to shield the inside of the connecting member from the fuel cell, the first pipe and the second pipe are provided inside the connecting member whose circumference is covered. The end of the pipe and the inside of the connecting member can be welded together. Therefore, it is possible to suppress the welding droplets from scattering to the fuel cell and prevent the fuel cell from being contaminated.

特に本発明にかかる様態では、モジュール容器の一側面が開放され、第1の配管及び第2の配管も一側面側に位置するため、モジュール容器外からの溶接作業を開放した一側面から行うことができる。これにより、作業者が燃料電池セルに接触するリスクを抑制しながら作業性を向上させることができる。 In particular, in the mode according to the present invention, since one side surface of the module container is open and the first pipe and the second pipe are also located on one side surface side, the welding work from the outside of the module container is performed from the open side surface. Can be done. As a result, workability can be improved while suppressing the risk of the operator coming into contact with the fuel cell.

このように、本発明にかかる態様では、燃料電池モジュール製造の際の燃料電池セルの汚染・劣化を抑制しつつ、製造容易性の向上と、さらなる低コスト化を実現することができる。 As described above, in the embodiment of the present invention, it is possible to improve the ease of manufacture and further reduce the cost while suppressing the contamination and deterioration of the fuel cell during the manufacture of the fuel cell module.

ここで、本明細書において「連通」とは、流体が流通できるように連なっている状態を示すものである。例えば、第1の配管と第2の配管とが接合されていなくとも、接続部材を介して燃料ガスが流通できれば良い。 Here, in the present specification, "communication" indicates a state in which fluids are connected so that they can flow. For example, even if the first pipe and the second pipe are not joined, it is sufficient that the fuel gas can flow through the connecting member.

ここで、本明細書において「溶接接合」とは、2つ以上の部材の接合部に熱及び/又は圧力を加え、必要であれば溶加材を加え、結合部が連続性を持つ一体化された1つの部材とする接合方法によって接合された状態を示す。例えば、融接、圧接、ろう付けも「溶接接合」に含まれる。 Here, in the present specification, "welded joint" refers to integration in which heat and / or pressure is applied to a joint portion of two or more members, a filler metal is added if necessary, and the joint portion has continuity. It shows the state of being joined by the joining method which makes it one member. For example, fusion welding, pressure welding, and brazing are also included in "welding joints".

また本発明の一態様においては、接続部材本体は直方体状に形成され、接続部材本体は複数の燃料電池セルが配置された側とは異なる側に開放面を有し、開放面は接続部蓋体に覆われていることが好ましい。 In one aspect of the present invention is also the connecting member main body is formed in a rectangular parallelepiped shape, the connecting member main body has an open surface on different sides to the side which is arranged a plurality of fuel cells, the open surface connecting member It is preferably covered with a lid.

本態様によれば、直方体状の接続部材本体の一面全体が開放されている。接続部材に対する溶接作業はモジュール容器外方から行われるため作業性が悪いが、接続部材本体の一面全体が開放されているため、モジュール容器の一側面外方からの接続部材内部の溶接作業が容易となる。すなわち、製造を容易としながら燃料電池セルの汚染・劣化を抑制することができる。 According to this aspect, the entire surface of the rectangular parallelepiped connecting member main body is open. Welding work to the connecting member is performed from the outside of the module container, so workability is poor. However, since the entire surface of the connecting member body is open, welding work inside the connecting member from the outside of one side surface of the module container is easy. It becomes. That is, it is possible to suppress contamination and deterioration of the fuel cell while facilitating production.

また本発明の一態様においては、接続部材本体は一側面側に開放面を有することが好ましい。 Further, in one aspect of the present invention, it is preferable that the connecting member main body has an open surface on one side surface side.

一側面以外からの接合作業では接合器具(例えば溶接用トーチなど)が届かず溶接作業が困難となるおそれがある。しかし、本態様によれば、モジュール容器の開放された一側面と接続部材本体の開放面が同じ側であるため、一側面の外方から接続部材本体内部における溶接作業が容易となり作業性が向上する。 In the joining work from other than one side, the joining tool (for example, a welding torch) may not reach and the welding work may become difficult. However, according to this aspect, since one open side surface of the module container and the open surface of the connecting member main body are on the same side, welding work from the outside of one side surface inside the connecting member main body becomes easy and workability is improved. To do.

それに加えて、接続部材本体は複数の燃料電池セル側の面と対向する面のみが開放されているため、第1の配管及び第2の配管の溶接作業時に溶接飛沫が燃料電池セルに付着することを確実に防止することができる。さらに、接続部材本体と接続部材蓋体が一側面に位置するため、接続部材蓋体を接続部材本体に溶接接合する際の溶接飛沫が燃料電池セルに付着することを防止し、燃料電池セルの汚染・劣化を抑制することができる。 In addition, since the connecting member main body is open only on the surfaces facing the fuel cell side surfaces, welding droplets adhere to the fuel cell cells during the welding work of the first pipe and the second pipe. This can be reliably prevented. Further, since the connecting member main body and the connecting member lid are located on one side surface, it is possible to prevent welding droplets from adhering to the fuel cell when the connecting member lid is welded to the connecting member main body. Contamination and deterioration can be suppressed.

また本発明の一態様においては、接続部材蓋体は接続部材本体の開放面よりも内側に設けられ、接続部材蓋体は開放面を塞ぐための主面と、主面の外郭において接続部材本体の外方の一側面側に突出する折り返し部とを有し、開放面における端部と折り返し部における端部とが溶接接合されることが好ましい。 Further, in one aspect of the present invention, the connecting member lid is provided inside the open surface of the connecting member main body, and the connecting member lid is provided on the main surface for closing the open surface and on the outer shell of the main surface. It is preferable to have a folded-back portion protruding to one side surface side of the outer surface, and the end portion on the open surface and the end portion on the folded-back portion are welded and joined.

本態様によれば、接続部本体の端部と接続部蓋体の端部とが溶接接合される。すなわち、一側面側にそれぞれの端部が位置するため、接続部本体と接続部蓋体の接合を一側面側から行うことができる。これにより、溶接作業を一側面側でおこなうことができ、且つ溶接接合の際の溶接飛沫が燃料電池セルに付着することを防止することが可能となるため、作業性の向上と、燃料電池セルの汚染・劣化の防止とを同時に実現することができる。 According to this aspect, the end portion of the connecting portion main body and the end portion of the connecting portion lid body are welded and joined. That is, since each end is located on one side surface side, the connection portion main body and the connection portion lid can be joined from one side surface side. As a result, the welding work can be performed on one side surface, and it is possible to prevent welding droplets from adhering to the fuel cell during welding and joining, thereby improving workability and the fuel cell. It is possible to prevent pollution and deterioration of the fuel cell at the same time.

また本発明の一態様においては、第1の配管及び/又は第2の配管の流路断面積よりも、接続部材の流路断面積のほうが大きいことが好ましい。 Further, in one aspect of the present invention, it is preferable that the flow path cross-sectional area of the connecting member is larger than the flow path cross-sectional area of the first pipe and / or the second pipe.

本態様によれば、接続部材の流路断面積が燃料ガス供給管よりも流路断面積が大きく構成されているため、改質器内部における改質バラツキや供給量バラツキを均一にする混合部として機能する。これにより、複数の燃料電池セルに均等に燃料ガスを供給することができる。さらに、燃料供給源の異常等によって燃料ガス供給管内で圧力変動が生じた場合でも接続部材内部がバッファとして機能するため、下流側の燃料電池セルに影響を与えない。 According to this aspect, since the flow path cross-sectional area of the connecting member is larger than that of the fuel gas supply pipe, the mixing portion that makes the reforming variation and the supply amount variation inside the reformer uniform. Functions as. As a result, the fuel gas can be evenly supplied to the plurality of fuel cell cells. Further, even if the pressure fluctuates in the fuel gas supply pipe due to an abnormality of the fuel supply source or the like, the inside of the connecting member functions as a buffer, so that the fuel cell on the downstream side is not affected.

また本発明の一態様においては、前記複数の燃料電池セルの上方には、燃焼室が形成され、前記接続部材は前記燃焼室の高さに位置することが好ましい。 Further, in one aspect of the present invention, it is preferable that a combustion chamber is formed above the plurality of fuel cell cells, and the connecting member is located at the height of the combustion chamber.

本態様によれば、接続部材が燃料電池セル上方に位置するため、燃料電池セルから離間した位置で接続部材に対する溶接作業を行うことができ、溶接飛沫が燃料電池セルに付着することを抑制することが可能となる。また、接続部材内部を流通する燃料ガスは燃焼室から効果的に熱を受け取ることができる。 According to this aspect, since the connecting member is located above the fuel cell, welding work can be performed on the connecting member at a position away from the fuel cell, and welding droplets are suppressed from adhering to the fuel cell. It becomes possible. In addition, the fuel gas circulating inside the connecting member can effectively receive heat from the combustion chamber.

また本発明の一態様においては、接続部材本体には挿入孔が形成され、第1の配管及び/又は第2の配管の端部は挿入孔よりも内部に位置することが好ましい。 Further, in one aspect of the present invention, it is preferable that an insertion hole is formed in the main body of the connecting member, and the end of the first pipe and / or the second pipe is located inside the insertion hole.

本態様によれば、燃料ガス供給管の端部が接続部材本体の内部方向に突出するように設けられているため、接続部材内部で燃料ガス供給管と、接続部材本体にもうけられた挿入孔近傍とを溶接接合することが容易となり製造作業性が向上する。 According to this aspect, since the end of the fuel gas supply pipe is provided so as to project toward the inside of the connecting member main body, the fuel gas supply pipe and the insertion hole provided in the connecting member main body are provided inside the connecting member. It becomes easy to weld and join with the vicinity, and the manufacturing workability is improved.

また本発明の一態様においては、改質器で生成された燃料ガスの一部が供給される水添脱硫器を備え、水添脱硫器に燃料ガスを供給する水添脱硫器用配管は接続部材本体又は接続部材蓋体に接合されていることが好ましい。 Further, in one aspect of the present invention, a hydrogenated desulfurizer that supplies a part of the fuel gas generated by the reformer is provided, and a pipe for the hydrogenated desulfurizer that supplies the fuel gas to the hydrogenated desulfurizer is connected. It is preferably joined to the member body or the connecting member lid.

改質器に水添脱硫器用配管を取り付ける場合には、改質後の燃料ガスを取り出す必要があるため、改質器の下流側に配設する必要がある。しかしながら、改質器の形状や改質器内部を流れるガスの流量によっては、燃料ガスが水添脱硫器用配管に十分に流入しないおそれがある。本態様によれば、改質器を通過後の接続部材に水添脱硫器配管が設けられているため、ガス流量や改質器形状によらず、確実に供給することができる。 When the pipe for the hydrogenated desulfurizer is attached to the reformer, it is necessary to take out the reformed fuel gas, so that it must be arranged on the downstream side of the reformer. However, depending on the shape of the reformer and the flow rate of the gas flowing inside the reformer, the fuel gas may not sufficiently flow into the hydrogenation desulfurization pipe. According to this aspect, since the hydrogenated desulfurizer pipe is provided in the connecting member after passing through the reformer, the gas can be reliably supplied regardless of the gas flow rate and the shape of the reformer.

内部に改質器が固定され側面の開口から複数の燃料電池セルが挿入されるモジュール容器を備えた固体酸化物形燃料電池装置において、燃料電池モジュール製造の際の燃料電池セルの汚染・劣化を抑制しつつ、製造容易性の向上と、さらなる低コスト化を実現するための固体酸化物形燃料電池装置を提供することができる。 In a solid oxide fuel cell device equipped with a module container in which a reformer is fixed inside and a plurality of fuel cell cells are inserted through side openings, the fuel cell cells are polluted and deteriorated during fuel cell module manufacturing. It is possible to provide a solid oxide fuel cell device for improving manufacturing ease and further reducing the cost while suppressing the pressure.

本発明の一実施形態における燃料電池モジュールを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fuel cell module in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における接続部材を有する燃料電池モジュールを示す側面断面図である。It is a side sectional view which shows the fuel cell module which has the connection member in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における接続部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the connection member in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における接続部材を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows the connection member in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における接続部材と燃料ガス供給管とを溶接接続する工程を示す部分断面図(A)、(B)及び(C)である。It is a partial cross-sectional view (A), (B) and (C) which shows the process of welding-connecting a connecting member and a fuel gas supply pipe in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置(SOFC)を示す全体構成図である。It is an overall block diagram which shows the solid oxide fuel cell apparatus (SOFC) by one Example of this invention. 図7は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図である。FIG. 7 is a side sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 図7のIII-III線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the line III-III of FIG. モジュール容器及び空気通路カバーの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of a module container and an air passage cover. モジュール容器を構成する閉鎖側板の内面を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the inner surface of the closed side plate which constitutes a module container. 組立状態における接続部材の周辺を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the periphery of the connecting member in an assembled state. 本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows the fuel cell unit of the solid oxide fuel cell apparatus according to one Example of this invention. 図7と同様の、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図である。FIG. 7 is a side sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention, similar to FIG. 7. 図8と同様の、図7のIII-III線に沿った断面図であるFIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 7, similar to FIG.

以下では、本明細書に開示する発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。以下の説明から、当業者にとって、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、以下の説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更することができる。 Hereinafter, embodiments of the invention disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the drawings. From the following description, many improvements and other embodiments of the present invention will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the following description should be construed as an example only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best aspects of carrying out the present invention. The details of its structure and / or function can be substantially modified without departing from the spirit of the present invention.

図1は一側面に開放面1016を有する燃料電池モジュール1002の高さ方向(H)、幅方向(W)、奥行き方向(L)を示した斜視図であり、図2はW方向から見たモジュール容器1018の内部構造を示す部分断面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a height direction (H), a width direction (W), and a depth direction (L) of a fuel cell module 1002 having an open surface 1016 on one side surface, and FIG. 2 is a perspective view seen from the W direction. It is a partial cross-sectional view which shows the internal structure of a module container 1018.

まず、図1及び図2を用いて本発明の実施形態について説明する。図1及び図2に示すように、燃料電池モジュール1002はモジュール容器1018の内部に設けられたガスマニホールド1004の上方に設けられた複数の燃料電池セル1012を有するとともに、モジュール容器1018の内部に設けられた改質器1024を有する。 First, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell module 1002 has a plurality of fuel cell cells 1012 provided above the gas manifold 1004 provided inside the module container 1018, and is provided inside the module container 1018. It has a reformer 1024.

改質器1024には原燃料ガス及び水蒸気が供給され(図示せず)、水蒸気改質反応により燃料ガスを生成する。図2に示すように、改質器1024で生成された燃料ガスは燃料ガス供給管1006を通過してガスマニホールド1004の内部に供給される。このガスマニホールド1004の天面は複数の燃料電池セル1012を支持するための貫通孔を備えた下支持板1010で構成されており、下支持板1010によって閉塞されたガスマニホールド1004の内部において、燃料ガスが複数の燃料電池セル1012へと供給される。 Raw fuel gas and steam are supplied to the reformer 1024 (not shown), and fuel gas is generated by a steam reforming reaction. As shown in FIG. 2, the fuel gas generated by the reformer 1024 passes through the fuel gas supply pipe 1006 and is supplied to the inside of the gas manifold 1004. The top surface of the gas manifold 1004 is composed of a lower support plate 1010 having through holes for supporting a plurality of fuel cell 1012s, and fuel is used inside the gas manifold 1004 closed by the lower support plate 1010. Gas is supplied to the plurality of fuel cell cells 1012.

さらに、発電用空気(酸化剤ガス)は発電用空気導入管1028から空気通路カバー1022の内壁とモジュール容器1018の外壁との間に形成される空気通路1034に供給される。その後、発電用空気はモジュール容器1018の側面に設けられた吹出口1026から発電室1008に供給され、燃料電池セル1012は供給された発電用空気と燃料ガスとで発電反応を行う。発電に寄与しなかった発電用空気と燃料ガスは上方に設けられた燃焼室1030で燃焼され排気通路1032からモジュール容器1018の外部に排出される。 Further, the power generation air (oxidizing agent gas) is supplied from the power generation air introduction pipe 1028 to the air passage 1034 formed between the inner wall of the air passage cover 1022 and the outer wall of the module container 1018. After that, the power generation air is supplied to the power generation chamber 1008 from the air outlet 1026 provided on the side surface of the module container 1018, and the fuel cell 1012 performs a power generation reaction with the supplied power generation air and the fuel gas. The power generation air and fuel gas that did not contribute to power generation are burned in the combustion chamber 1030 provided above and discharged to the outside of the module container 1018 from the exhaust passage 1032.

ここで、図1に示すように直方体状のモジュール容器1018は、モジュール容器本体1014と閉鎖側板(モジュール容器蓋体)1020とから構成される。モジュール容器本体1014内部の上方にはモジュール容器本体1014の長手方向(L方向)に延在する改質器1024がモジュール容器本体1014の内壁面と固定される。なお、本実施形態における固定構造は図示しないが、改質器1024はモジュール容器本体1014の内壁面とどのように固定されていても良い。 Here, as shown in FIG. 1, the rectangular parallelepiped module container 1018 is composed of a module container main body 1014 and a closing side plate (module container lid) 1020. Above the inside of the module container body 1014, a reformer 1024 extending in the longitudinal direction (L direction) of the module container body 1014 is fixed to the inner wall surface of the module container body 1014. Although the fixing structure in this embodiment is not shown, the reformer 1024 may be fixed to the inner wall surface of the module container main body 1014 in any way.

また、図1及び図2に示すように、モジュール容器本体1014は開放された一側面1016を有し、ガスマニホールド1004の上方に燃料電池セル1012が配置された状態で一側面1016からモジュール容器本体1014の内部にスライド式に挿入される(図2の黒矢印)。モジュール容器本体1014内に燃料電池セル1012が配置された後は、モジュール容器本体1014の一側面1016が閉鎖側板(モジュール容器蓋体)1020によって閉塞される(図1の黒矢印)。ここで、モジュール容器本体1014と閉鎖側板1020とは溶接によって接合されることでモジュール容器1018の内部が気密保持される。 Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the module container main body 1014 has an open one side surface 1016, and the module container main body is formed from the one side surface 1016 in a state where the fuel cell 1012 is arranged above the gas manifold 1004. It is slidably inserted inside the 1014 (black arrow in FIG. 2). After the fuel cell 1012 is arranged in the module container body 1014, one side surface 1016 of the module container body 1014 is closed by the closing side plate (module container lid) 1020 (black arrow in FIG. 1). Here, the module container main body 1014 and the closing side plate 1020 are joined by welding to keep the inside of the module container 1018 airtight.

なお、モジュール容器本体1014に燃料電池セル1012を挿入した後は、閉鎖側板(モジュール容器蓋体)1020のみをモジュール容器本体1014に溶接するのみでよく、燃料電池セル1012を内部に格納した後の溶接作業を最小限として、溶接飛沫が燃料電池セル1012に付着するリスクを抑えることができる。 After inserting the fuel cell 1012 into the module container body 1014, only the closing side plate (module container lid) 1020 needs to be welded to the module container body 1014, and after the fuel cell 1012 is stored inside. The welding work can be minimized, and the risk of welding droplets adhering to the fuel cell 1012 can be suppressed.

また、図1及び図2に示すように、改質器1024とガスマニホールド1004とは燃料ガス供給管1006によって接続されている。燃料ガス通路としての燃料ガス供給管1006は、閉鎖側板1020と複数の燃料電池セル1012との間を垂下し、モジュール容器1018の底面付近で屈曲し、複数の燃料電池セル1012の下方に形成されたガスマニホールド1004と接続されている。 Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the reformer 1024 and the gas manifold 1004 are connected by a fuel gas supply pipe 1006. The fuel gas supply pipe 1006 as a fuel gas passage hangs down between the closed side plate 1020 and the plurality of fuel cell 1012, bends near the bottom surface of the module container 1018, and is formed below the plurality of fuel cell 1012. It is connected to the gas manifold 1004.

燃料ガス供給管1006は、改質器1020に接続されている第1の配管1006Aと、ガスマニホールド1004に接続されている第2の配管1006Bとに分割されており(図2参照)、これら第1の配管1006A及び第2の配管1006Bは接続部材1036(後に詳述する)により接続されている。第1の配管1006Aを通過した燃料ガスは接続部材1036内部を通過した後、第2の配管1006Bを通ってガスマニホールドに流入するよう、内部を流れる燃料ガスが連通するように構成されている(図2の点線矢印)。 The fuel gas supply pipe 1006 is divided into a first pipe 1006A connected to the reformer 1020 and a second pipe 1006B connected to the gas manifold 1004 (see FIG. 2). The first pipe 1006A and the second pipe 1006B are connected by a connecting member 1036 (described in detail later). The fuel gas that has passed through the first pipe 1006A passes through the inside of the connecting member 1036 and then flows into the gas manifold through the second pipe 1006B so that the fuel gas flowing inside communicates with the gas manifold ( (Dotted arrow in FIG. 2).

次に、図3乃至図5を用いて、本発明の実施形態における接続部材1036について説明する。図3は第1の配管1006A及び第2の配管1006Bと接続された接続部材本体1038と、接続部材蓋体1040との斜視図である。 Next, the connecting member 1036 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 5. FIG. 3 is a perspective view of the connecting member main body 1038 connected to the first pipe 1006A and the second pipe 1006B, and the connecting member lid 1040.

図3に示すように、接続部材本体1038は一面が開放された直方体形状を有している。具体的には、接続部材本体1038は、天面1038Aと、底面1038Bと、3つの側面1038Cと、開放された開放面1038Dと、を有する。また、天面1038A及び底面1038Bには、第1の配管1006A及び第2の配管1006Bの端部が挿入される挿入孔1038Eが形成されている。 As shown in FIG. 3, the connecting member main body 1038 has a rectangular parallelepiped shape with one side open. Specifically, the connecting member main body 1038 has a top surface 1038A, a bottom surface 1038B, three side surface 1038C, and an open open surface 1038D. Further, an insertion hole 1038E into which the ends of the first pipe 1006A and the second pipe 1006B are inserted is formed in the top surface 1038A and the bottom surface 1038B.

また、接続部材蓋体1040は接続部材本体1038の開放面1038Dを閉塞するものである。接続部材蓋体1040は四辺形の本体部1040Aと、本体部の縁から延出する折り返し部1040Bとを有する。折り返し部1040Bは接続部材1036の外方に向かうように延出している。 Further, the connecting member lid body 1040 closes the open surface 1038D of the connecting member main body 1038. The connecting member lid body 1040 has a quadrilateral main body portion 1040A and a folded-back portion 1040B extending from the edge of the main body portion. The folded-back portion 1040B extends outward of the connecting member 1036.

接続部材本体1030は、第1の配管1006A及び第2の配管1006Bの端部が挿入孔1038Eに固定された後に、接続部材蓋体1040によって開放面1038Dが閉塞される。これにより、接続部材1036の内部を気密封止し、第1の配管1006Aと第2の配管1006Bを流れる燃料ガスを連通させることができる。 The opening surface 1038D of the connecting member main body 1030 is closed by the connecting member lid 1040 after the ends of the first pipe 1006A and the second pipe 1006B are fixed to the insertion holes 1038E. As a result, the inside of the connecting member 1036 can be hermetically sealed, and the fuel gas flowing through the first pipe 1006A and the second pipe 1006B can be communicated with each other.

なお、接続部材1036はモジュール容器1018を構成する材料と同一の材料により構成されていることが好ましい。これにより、接続部材1036が熱劣化することを抑制することができる。 The connecting member 1036 is preferably made of the same material as the material constituting the module container 1018. As a result, it is possible to prevent the connecting member 1036 from being thermally deteriorated.

図4は、第1の配管1006A及び第2の配管1006Bと接続部材1036とが固定された状態を示す部分断面図である。第1の配管1006A及び第2の配管1006Bは接続部材本体1038と溶接固定され、接続部材蓋体1040も接続部材本体1038と溶接接合されている。 FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a state in which the first pipe 1006A and the second pipe 1006B and the connecting member 1036 are fixed. The first pipe 1006A and the second pipe 1006B are welded and fixed to the connecting member main body 1038, and the connecting member lid 1040 is also welded and joined to the connecting member main body 1038.

まず、第1の配管1006Aは天面1038Aに形成された挿入孔1038Eに挿入されている。挿入孔1038Eは縁が直角に折り曲げられ、接続部材1036の内部方向に延出するように形成されている。ここで、第1の配管1006Aの端部は挿入孔1038Eの縁よりも内部方向に突出するように挿入されており、第1の配管1006Aと挿入孔1038Eの縁とが溶接接合されている(図4の黒塗り部分)。すなわち、第1の配管1006Aの端部が挿入孔1038Eの縁よりも内部に突出するように形成されているため、接続部材本体1038の内部における第1の配管1006Aと挿入孔1038Eとの溶接作業が容易となる。 First, the first pipe 1006A is inserted into the insertion hole 1038E formed in the top surface 1038A. The insertion hole 1038E is formed so that the edge is bent at a right angle and extends in the internal direction of the connecting member 1036. Here, the end of the first pipe 1006A is inserted so as to protrude inward from the edge of the insertion hole 1038E, and the first pipe 1006A and the edge of the insertion hole 1038E are welded and joined ( The black part in FIG. 4). That is, since the end of the first pipe 1006A is formed so as to protrude inward from the edge of the insertion hole 1038E, the welding work between the first pipe 1006A and the insertion hole 1038E inside the connecting member main body 1038. Becomes easier.

同様に、第2の配管1006Bは底面1038Bに形成された挿入孔1038Eに挿入されている。挿入孔1038Eは縁が直角に折り曲げられ、接続部材1036の内部方向に延出するように形成されている。ここで、第2の配管1006Bの端部は挿入孔1038Eの縁よりも内部方向に突出するように挿入されており、第2の配管1006Bと挿入孔1038Eの縁とが溶接接合されている(図4の黒塗り部分)。すなわち、第2の配管1006Bの端部が挿入孔1038Eの縁よりも内部に突出するように形成されているため、接続部材本体1038の内部における第2の配管1006Bと挿入孔1038Eとの溶接作業が容易となる。 Similarly, the second pipe 1006B is inserted into the insertion hole 1038E formed in the bottom surface 1038B. The insertion hole 1038E is formed so that the edge is bent at a right angle and extends in the internal direction of the connecting member 1036. Here, the end of the second pipe 1006B is inserted so as to protrude inward from the edge of the insertion hole 1038E, and the second pipe 1006B and the edge of the insertion hole 1038E are welded and joined ( The black part in FIG. 4). That is, since the end of the second pipe 1006B is formed so as to protrude inward from the edge of the insertion hole 1038E, the welding work between the second pipe 1006B and the insertion hole 1038E inside the connecting member main body 1038. Becomes easier.

このように、接続部材1036の内部における第1の配管1006A及び第2の配管1006Bと挿入孔1038Eの縁との溶接作業が容易となる。さらに、開放面1038D以外の周囲が覆われた接続部材1038内部で溶接接合を行うため、燃料電池セル1012側への飛沫飛散の抑制が可能となり、作業性の向上と、飛散燃料電池セル1012の汚染・劣化を両立することができる。 In this way, the welding work between the first pipe 1006A and the second pipe 1006B and the edge of the insertion hole 1038E inside the connecting member 1036 becomes easy. Further, since welding is performed inside the connecting member 1038 whose circumference is covered other than the open surface 1038D, it is possible to suppress the scattering of droplets to the fuel cell 1012 side, improving workability and improving the workability of the scattered fuel cell 1012. Both pollution and deterioration can be achieved.

なお、本実施形態では図示しないが、水添脱硫器に水素を供給するための水添脱硫器用配管を接続部材1036に配設することも好ましい。改質器1024に水添脱硫器用配管を取り付ける場合には、改質後の燃料ガスを取り出す必要があるため、改質器1024の下流側に配設する必要がある。しかしながら、改質器1024の形状や内部を流れるガスの流量によっては、燃料ガスが水添脱硫器用配管に十分に流入しないおそれがある。本実施形態によれば、改質器1024を通過後の接続部材1036に水添脱硫器配管が設けられているため、ガス流量や改質器形状によらず、燃料ガスを水添脱硫器配に供給することができる。さらに、本実施形態の接続部材1036によれば水添脱硫器用配管を溶接する際の溶接飛沫の飛散を防止することができるため、燃料電池セル1012の汚染・劣化を抑制しながらの取り付けが可能となる。なお、燃料電池セル1012以外の面であれば接続部材1036のどの面に取り付けても良い。 Although not shown in the present embodiment, it is also preferable to dispose a hydrogenation desulfurizer pipe for supplying hydrogen to the hydrogenation desulfurizer in the connecting member 1036. When the pipe for the hydrogenated desulfurizer is attached to the reformer 1024, it is necessary to take out the reformed fuel gas, and therefore it is necessary to dispose of it on the downstream side of the reformer 1024. However, depending on the shape of the reformer 1024 and the flow rate of the gas flowing inside, the fuel gas may not sufficiently flow into the hydrogenation desulfurizer piping. According to the present embodiment, since the hydrogenated desulfurizer pipe is provided in the connecting member 1036 after passing through the reformer 1024, the fuel gas is arranged in the hydrogenated desulfurizer regardless of the gas flow rate and the reformer shape. Can be supplied to. Further, according to the connecting member 1036 of the present embodiment, it is possible to prevent the scattering of welding droplets when welding the hydrogenation desulfurization pipe, so that the fuel cell 1012 can be attached while suppressing contamination and deterioration. It becomes. Any surface other than the fuel cell 1012 may be attached to the connecting member 1036.

次に、図4に示す様に、接続部材本体1038と接続部材蓋体1040とが溶接接合される。接続部材本体1038はモジュール容器1018の一側面1016側に開放面1038Dを有し(図2参照)、開放面1038Dは接続部材蓋体1040によって閉塞される。ここで、接続部材蓋体1038の本体部1040Aは開放面1038Dよりも内側に配置され、折り返し部1040Bの端部と開放面1038Dの端部が一致するように配置される。折り返し部1040Bの端部と開放面1038Dの端部とが溶接接合されることで(図4の黒塗り部分)、接続部材1036の内部が気密封止される。 Next, as shown in FIG. 4, the connecting member main body 1038 and the connecting member lid 1040 are welded and joined. The connecting member main body 1038 has an open surface 1038D on one side surface 1016 side of the module container 1018 (see FIG. 2), and the open surface 1038D is closed by the connecting member lid 1040. Here, the main body portion 1040A of the connecting member lid 1038 is arranged inside the open surface 1038D, and the end portion of the folded-back portion 1040B and the end portion of the open surface 1038D are arranged so as to coincide with each other. By welding and joining the end of the folded-back portion 1040B and the end of the open surface 1038D (black-painted portion in FIG. 4), the inside of the connecting member 1036 is hermetically sealed.

このように、開放面1038の端部と折り返し部の1040Bの端部とが一側面1016において一致するように構成されているため、これらの溶接作業をモジュール容器1018の一側面1011の外方から行うことが可能となり作業性が向上する。さらに、一側面1016側での溶接作業が可能となるため、接続部材1036によって溶接作業中の溶接飛沫が燃料電池セルに付着することを抑制することができる。 As described above, since the end portion of the open surface 1038 and the end portion of the folded portion 1040B are configured to coincide with each other on one side surface 1016, these welding operations are performed from the outside of one side surface 1011 of the module container 1018. It becomes possible to do it and workability is improved. Further, since the welding work can be performed on one side surface 1016 side, the connecting member 1036 can prevent the welding droplets during the welding work from adhering to the fuel cell.

また、接続部材1036の内径D3は、第1の配管1006Aの内径D1及び第2の配管1006Bの内径D2よりも大きい。すなわち、接続部材1036の流路断面積は第1の配管1006A及び第2の配管1006Bの流路断面積よりも大きく構成されている。 Further, the inner diameter D3 of the connecting member 1036 is larger than the inner diameter D1 of the first pipe 1006A and the inner diameter D2 of the second pipe 1006B. That is, the flow path cross-sectional area of the connecting member 1036 is larger than the flow path cross-sectional area of the first pipe 1006A and the second pipe 1006B.

これにより、改質器1024で生成された燃料ガスは、管路より広い空間を有する接続部材1036内でさらに混合され、燃料ガスの改質ばらつきや燃料ガス供給量のばらつきを接続部材1036内部で均一にすることができる。さらに、燃料ガス供給の異常等によって配管内で圧力変動が生じた場合でも接続部材1036の内部がバッファとして機能するため、燃料電池セル1012にその影響が及ばない。 As a result, the fuel gas generated by the reformer 1024 is further mixed in the connecting member 1036 having a space wider than the pipeline, and the variation in the reforming of the fuel gas and the variation in the fuel gas supply amount are caused inside the connecting member 1036. Can be uniform. Further, even if the pressure fluctuates in the pipe due to an abnormality in the fuel gas supply or the like, the inside of the connecting member 1036 functions as a buffer, so that the influence does not affect the fuel cell 1012.

なお、第1の配管1006A及び第2の配管1006Bの内径D1、D2は、接続部材1036の内径D1よりも小さく構成されていればよく、D1、D2の大小関係は適宜調整してもよい。また、接続部材1036の流路断面積の大きさは、折り返し部1040Bの長さによって適宜調整することが可能である。 The inner diameters D1 and D2 of the first pipe 1006A and the second pipe 1006B may be smaller than the inner diameter D1 of the connecting member 1036, and the magnitude relationship between D1 and D2 may be adjusted as appropriate. Further, the size of the flow path cross-sectional area of the connecting member 1036 can be appropriately adjusted by the length of the folded-back portion 1040B.

次に、図5を用いて接続部材1036を構成するまでの製造工程を説明する。図5(A)はモジュール容器本体1014にガスマニホールド1004を備えた燃料電池セル1012をスライド式に挿入する際の断面図を示す。図5(B)は第1の配管1006A及び第2の配管1006Bを接続部材本体1038に溶接接合する際の断面図を示す。図5(C)は接続部材本体1038に接続部材蓋体1040を溶接接合する際の断面図を示す。 Next, the manufacturing process up to the construction of the connecting member 1036 will be described with reference to FIG. FIG. 5A shows a cross-sectional view when the fuel cell 1012 provided with the gas manifold 1004 is slidably inserted into the module container main body 1014. FIG. 5B shows a cross-sectional view when the first pipe 1006A and the second pipe 1006B are welded and joined to the connecting member main body 1038. FIG. 5C shows a cross-sectional view when the connecting member lid 1040 is welded to the connecting member main body 1038.

図5(A)に示すモジュール容器本体1014の内部上方には改質器1024が固定されて、改質器1024は第1の配管1006Aを有する。改質器1024及び第1の配管1006Aを有するモジュール容器本体1014には、下方にガスマニホールド1004及び第2の配管1006Bを備えた複数の燃料電池セル1012が開放された一側面1016からスライド式に挿入される(図5(A)の黒太矢印)。ここで、第2の配管1006Bには接続部材本体1038が挿入された状態でモジュール容器本体1014に挿入される。 A reformer 1024 is fixed above the inside of the module container main body 1014 shown in FIG. 5 (A), and the reformer 1024 has a first pipe 1006A. In the module container main body 1014 having the reformer 1024 and the first pipe 1006A, a plurality of fuel cell cells 1012 having a gas manifold 1004 and a second pipe 1006B below are slidably slid from one side surface 1016 in which a plurality of fuel cell cells 1012 are opened. It is inserted (thick black arrow in FIG. 5 (A)). Here, the connecting member main body 1038 is inserted into the module container main body 1014 with the connecting member main body 1038 inserted into the second pipe 1006B.

挿入後は、図5(B)に示すように、接続部材本体1038を上方にスライドさせることで(図5(B)の点線矢印)、接続部材本体1038の挿入孔1038Eに第1の配管1006A及び第2の配管1006Bを挿入することができる。これにより、第1の配管1006A及び第2の配管1006Bに接続部材本体1038を取り付ける際に、燃料電池セル1012などの周囲部品と接触することを回避し、部品損傷・劣化を抑制しながら取り付けることが可能となる。 After insertion, as shown in FIG. 5 (B), by sliding the connecting member main body 1038 upward (dotted line arrow in FIG. 5 (B)), the first pipe 1006A is inserted into the insertion hole 1038E of the connecting member main body 1038. And the second pipe 1006B can be inserted. As a result, when the connection member main body 1038 is attached to the first pipe 1006A and the second pipe 1006B, it is avoided from coming into contact with surrounding parts such as the fuel cell 1012, and the parts are attached while suppressing damage and deterioration. Is possible.

図5(B)に示すように、接続部材本体1038の挿入孔1038Eに第1の配管1006A及び第2の配管1006Bを挿入した後は、これらが接続部材本体1038の内部で溶接接合される(図5(B)の黒塗り)。ここで、接続部材本体1038の内部と燃料電池セル1012とは遮蔽され、第1の配管1006A及び第2の配管1006Bと接続部材本体1038との溶接飛沫は接合部材により完全に遮断される。このため、溶接接合に伴う燃料電池セル1012の汚染・劣化を確実に抑制することができる。 As shown in FIG. 5B, after the first pipe 1006A and the second pipe 1006B are inserted into the insertion holes 1038E of the connecting member main body 1038, they are welded and joined inside the connecting member main body 1038 ( (B) in FIG. 5 (B). Here, the inside of the connecting member main body 1038 and the fuel cell 1012 are shielded, and the welding droplets between the first pipe 1006A and the second pipe 1006B and the connecting member main body 1038 are completely blocked by the joining member. Therefore, contamination / deterioration of the fuel cell 1012 due to welding can be reliably suppressed.

さらに、接続部材本体1038の開放面1038Dはモジュール容器本体1014の一側面1016側に配置されているため、一側面1016の外方から行う接続部材本体1038の内部での溶接作業が容易となる。すなわち、燃料電池セル1012への溶接飛沫の飛散を抑制しながら溶接作業の容易性向上を実現することができる。 Further, since the open surface 1038D of the connecting member main body 1038 is arranged on the one side surface 1016 side of the module container main body 1014, the welding work inside the connecting member main body 1038 performed from the outside of the one side surface 1016 becomes easy. That is, it is possible to improve the ease of welding work while suppressing the scattering of welding droplets on the fuel cell 1012.

図5(C)に示すように、開放面1038Dは接続部蓋体1040によって閉塞される。ここで、接続部蓋体1040の折り返し部1040Bの端部と開放面1038Dの端部とが一側面1016側で溶接接合される(図5(C)の黒塗り)。接続部本体1038と接続部蓋体1040との溶接接合が接続部材1036を挟んで反対側で行われるため、接続部材1036によって溶接飛沫が燃料電池セル1012に付着することを抑制することができる。すなわち、溶接飛沫による燃料電池セル1012の汚染・劣化を抑制しながら、接続部材1036を構成することが可能となる。 As shown in FIG. 5C, the open surface 1038D is closed by the connecting lid 1040. Here, the end portion of the folded portion 1040B of the connecting portion lid 1040 and the end portion of the open surface 1038D are welded and joined on one side surface 1016 side (black coating in FIG. 5C). Since the welding joint between the connecting portion main body 1038 and the connecting portion lid 1040 is performed on the opposite side of the connecting member 1036, the connecting member 1036 can prevent the welding droplets from adhering to the fuel cell 1012. That is, it is possible to form the connecting member 1036 while suppressing contamination / deterioration of the fuel cell 1012 due to welding droplets.

また、図5(C)に示すように、接続部材1036は燃焼部1030の高さに位置している。これにより、接続部材1036と燃焼室1030とが近接するため、内部を流れる燃料ガスが燃焼室1030から直接熱を受け取ることができ、燃料ガスの効果的な昇温が可能となる。さらに、燃料電池セル1012から離間した位置に配置されるため、接合部材1036で生じた溶接飛沫が燃料電池セルに飛散するリスクを抑制することができる。 Further, as shown in FIG. 5C, the connecting member 1036 is located at the height of the combustion unit 1030. As a result, since the connecting member 1036 and the combustion chamber 1030 are in close proximity to each other, the fuel gas flowing inside can receive heat directly from the combustion chamber 1030, and the fuel gas can be effectively heated. Further, since it is arranged at a position separated from the fuel cell 1012, it is possible to suppress the risk that the welding droplets generated in the joining member 1036 are scattered on the fuel cell.

次に、添付図面を参照して、本発明の実施例による固体酸化物形燃料電池装置を説明する。
図6は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置(SOFC)を示す全体構成図である。図6に示すように、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置(SOFC)1は、燃料電池モジュール2と、補機ユニット4を備えている。
Next, the solid oxide fuel cell apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 6 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell device (SOFC) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the solid oxide fuel cell device (SOFC) 1 according to the embodiment of the present invention includes a fuel cell module 2 and an auxiliary machine unit 4.

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

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

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

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

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

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

次に、図7乃至図9を参照して、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの構造について説明する。図7は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図8は、図7のIII-III線に沿った断面図であり、図9は、モジュール容器及び空気通路カバーの分解斜視図である。 Next, the structure of the fuel cell module of the solid oxide fuel cell device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 9. FIG. 7 is a side sectional view showing a fuel cell module of the solid oxide fuel cell apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a sectional view taken along the line III-III of FIG. 9 is an exploded perspective view of the module container and the air passage cover.

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

まず、モジュール容器8は、図9に示すように、略矩形の天板8a,底板8c,これらの長手方向(図7の左右方向)に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板8bからなる筒状体と、この筒状体の長手方向の両端部の2つの対向する開口部を塞ぎ、天板8a及び底板8cの幅方向(図8の左右方向)に延びる辺同士を連結する閉鎖側板8d,8eからなる。 First, as shown in FIG. 9, the module container 8 is composed of a substantially rectangular top plate 8a, a bottom plate 8c, and a pair of opposite side plates 8b connecting the sides extending in the longitudinal direction (horizontal direction in FIG. 7). A closing side plate that closes the tubular body and the two opposing openings at both ends of the tubular body in the longitudinal direction, and connects the sides extending in the width direction (horizontal direction in FIG. 8) of the top plate 8a and the bottom plate 8c. It consists of 8d and 8e.

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

モジュール容器8の側板8bの下部には、複数の貫通孔である吹出口8fが設けられている(図9参照)。発電用空気は、空気通路カバー160の天板160aのうち、モジュール容器8の閉鎖側板8e側の略中央部に設けられた発電用空気導入管74から空気通路161a内に供給される(図7参照)。そして、発電用空気は、空気通路161a,161bを通って、吹出口8fから燃料電池セル集合体12に向けて発電室10内に噴射される(図8、図9参照)。 At the lower part of the side plate 8b of the module container 8, a plurality of through holes 8f are provided (see FIG. 9). The power generation air is supplied into the air passage 161a from the power generation air introduction pipe 74 provided in the substantially central portion of the top plate 160a of the air passage cover 160 on the closed side plate 8e side of the module container 8 (FIG. 7). reference). Then, the air for power generation is injected into the power generation chamber 10 from the outlet 8f toward the fuel cell assembly 12 through the air passages 161a and 161b (see FIGS. 8 and 9).

図10は、モジュール容器8を構成する閉鎖側板8dの内面を示す斜視図である。同図に示すように、閉鎖側板8dの内面には幅方向両側の縁に沿うように上下方向に延びる第1の突起部180Aと、第2の突起部180Bとが形成されている。第1の突起部180A及び第2の突起部180Bはそれぞれ矩形状の水平断面形状を有する。第1の突起部180A及び第2の突起部180Bの内側面が燃料電池セル側に突出する突出面を構成する。なお、第1の突起部180A及び第2の突起部180Bの間には、断面矩形状の溝部180Cが形成されている。 FIG. 10 is a perspective view showing an inner surface of the closed side plate 8d constituting the module container 8. As shown in the figure, a first protrusion 180A and a second protrusion 180B extending in the vertical direction along the edges on both sides in the width direction are formed on the inner surface of the closing side plate 8d. The first protrusion 180A and the second protrusion 180B each have a rectangular horizontal cross-sectional shape. The inner side surfaces of the first protrusion 180A and the second protrusion 180B form a protrusion that projects toward the fuel cell. A groove 180C having a rectangular cross section is formed between the first protrusion 180A and the second protrusion 180B.

また、空気通路161a,161bの内部には、第1及び第2排気通路172a、172b内の排気ガスと空気通路161a,161b内の空気との間の熱交換を促進する熱交換促進部材としてのプレートフィン162,163が設けられている(図8参照)。プレートフィン162は、モジュール容器8の天板8aと空気通路カバー160の天板160aの間で長手方向及び幅方向に延びるように水平方向に設けられている。すなわち、プレートフィン162は、空気通路161a内の後述する第1排気通路172aに対応する部分に設けられている。また、プレートフィン163は、モジュール容器8の側板8bと空気通路カバー160の側板160bとの間であって、且つ、燃料電池セルユニット16よりも上方の位置に長手方向及び鉛直方向に延びるように設けられている。すなわち、プレートフィン163は、空気通路161b内の後述する第2排気通路172b及び排気集中部176に対応する部分に設けられている。 Further, inside the air passages 161a and 161b, as a heat exchange promoting member for promoting heat exchange between the exhaust gas in the first and second exhaust passages 172a and 172b and the air in the air passages 161a and 161b. Plate fins 162 and 163 are provided (see FIG. 8). The plate fins 162 are provided in the horizontal direction so as to extend in the longitudinal direction and the width direction between the top plate 8a of the module container 8 and the top plate 160a of the air passage cover 160. That is, the plate fins 162 are provided in the portion of the air passage 161a corresponding to the first exhaust passage 172a described later. Further, the plate fin 163 extends in the longitudinal direction and the vertical direction between the side plate 8b of the module container 8 and the side plate 160b of the air passage cover 160 and above the fuel cell unit 16. It is provided. That is, the plate fins 163 are provided in the portion of the air passage 161b corresponding to the second exhaust passage 172b and the exhaust concentration portion 176, which will be described later.

空気通路161a,161bを流れる発電用空気は、特にプレートフィン162,163を通過する際に、これらプレートフィン162,163の内側のモジュール容器8内(具体的には天板8a,側板8bに沿って設けられた排気通路)を通過する排気ガスとの間で熱交換を行い、加熱されることとなる。このようなことから、空気通路161a,161bにおいてプレートフィン162,163が設けられた部分は、熱交換器(熱交換部)として機能する。なお、プレートフィン162が設けられた部分が主たる熱交換器部分を構成し、プレートフィン163が設けられた部分が従たる熱交換器部分を構成する。 The power generation air flowing through the air passages 161a and 161b is inside the module container 8 inside the plate fins 162 and 163 (specifically, along the top plate 8a and the side plates 8b) when passing through the plate fins 162 and 163. It will be heated by exchanging heat with the exhaust gas passing through the provided exhaust passage). For this reason, the portions of the air passages 161a and 161b provided with the plate fins 162 and 163 function as heat exchangers (heat exchange portions). The portion provided with the plate fins 162 constitutes the main heat exchanger portion, and the portion provided with the plate fins 163 constitutes the subordinate heat exchanger portion.

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

具体的には、蒸発器140は、長手方向(図7の左右方向)の一側端側に、水及び原燃料ガス(改質用空気を含めてもよい)を供給する燃料供給配管63と、排気ガスを排出するための排気ガス排出管82(図8参照)とが連結され、長手方向の他側端側に、排気管171の上端部が連結されている。排気管171は、空気通路カバー160の天板160aに形成された開口部167を貫通して下方へ延び、モジュール容器8の天板8a上に形成された排気口111に連結されている。排気口111は、モジュール容器8内の燃焼室18で生成された排気ガスをモジュール容器8の外へ排出する開口部であり、モジュール容器8の上面視略矩形の天板8aのほぼ中央部に形成されている。 Specifically, the evaporator 140 has a fuel supply pipe 63 that supplies water and raw fuel gas (may include reforming air) to one side end side in the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 7). , An exhaust gas discharge pipe 82 (see FIG. 8) for discharging exhaust gas is connected, and an upper end portion of the exhaust pipe 171 is connected to the other end side in the longitudinal direction. The exhaust pipe 171 penetrates the opening 167 formed in the top plate 160a of the air passage cover 160 and extends downward, and is connected to the exhaust port 111 formed on the top plate 8a of the module container 8. The exhaust port 111 is an opening for discharging the exhaust gas generated in the combustion chamber 18 in the module container 8 to the outside of the module container 8, and is located at substantially the center of the top plate 8a having a substantially rectangular top view of the module container 8. It is formed.

また、蒸発器140は、図7及び図8に示すように、上面視で略矩形の蒸発器ケース141を有している。この蒸発器ケース141は、2つの高さの低い有底矩形筒状の上側ケース142と下側ケース143とを、これらの間に中間板144を挟んだ状態で接合して形成されている。 Further, as shown in FIGS. 7 and 8, the evaporator 140 has a substantially rectangular evaporator case 141 when viewed from above. The evaporator case 141 is formed by joining two low-height bottomed rectangular tubular upper cases 142 and lower cases 143 with an intermediate plate 144 sandwiched between them.

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

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

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

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

更に、図7に示すように、混合部140Cには、改質器120に混合ガスを供給するための混合ガス供給管112が接続されている。この混合ガス供給管112は、排気管171の内部を通過するように配置されており、一端が中間板144に形成された開口144aに連結され、他端が改質器120の天面に形成された混合ガス供給口120aに連結されている。混合ガス供給管112は、排気通路部140A内,排気管171内を通過してモジュール容器8内まで鉛直下方に延び、そこで略90°屈曲されて天板8aに沿って水平方向に延びた後、下方へ略90°屈曲されて改質器120に連結されている。 Further, as shown in FIG. 7, a mixed gas supply pipe 112 for supplying the mixed gas to the reformer 120 is connected to the mixing unit 140C. The mixed gas supply pipe 112 is arranged so as to pass through the inside of the exhaust pipe 171 and has one end connected to the opening 144a formed in the intermediate plate 144 and the other end formed on the top surface of the reformer 120. It is connected to the mixed gas supply port 120a. The mixed gas supply pipe 112 passes through the exhaust passage portion 140A and the exhaust pipe 171 and extends vertically downward to the inside of the module container 8, where it is bent by approximately 90 ° and extends horizontally along the top plate 8a. , It is bent downward by approximately 90 ° and connected to the reformer 120.

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

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

改質器120は、その内部空間が2つの仕切り板123a,123bによって3つの空間に仕切られることにより、改質器120内に、混合ガス供給管112からの混合ガスを受入れる混合ガス受入部120Aと、混合ガスを改質するための改質触媒(図示せず)が充填された改質部120Bと、改質部120Bを通過したガスを排出するガス排出部120Cと、が形成されている(図7参照)。改質部120Bは、仕切り板123a,123bに挟まれた空間であり、この空間に改質触媒が保持されている。混合ガス及び改質後の燃料ガスは、仕切り板123a,123bに設けられた複数の連通孔(スリット)を通って移動可能となっている。また、改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。 The reformer 120 has a mixed gas receiving unit 120A that receives the mixed gas from the mixed gas supply pipe 112 into the reformer 120 by partitioning the internal space into three spaces by two partition plates 123a and 123b. A reforming unit 120B filled with a reforming catalyst (not shown) for reforming the mixed gas, and a gas discharge unit 120C for discharging the gas that has passed through the reforming unit 120B are formed. (See FIG. 7). The reforming section 120B is a space sandwiched between the partition plates 123a and 123b, and the reforming catalyst is held in this space. The mixed gas and the reformed fuel gas can move through a plurality of communication holes (slits) provided in the partition plates 123a and 123b. Further, as the reforming catalyst, a catalyst in which nickel is added to the surface of an alumina sphere or a catalyst in which ruthenium is added to the surface of an alumina sphere is appropriately used.

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

改質部120Bでは、低速で移動する混合ガスが改質触媒により燃料ガスに改質され、この燃料ガスが仕切り板123bを通過してガス排出部120Cに供給される。 In the reforming section 120B, the mixed gas moving at a low speed is reformed into a fuel gas by the reforming catalyst, and this fuel gas passes through the partition plate 123b and is supplied to the gas discharging section 120C.

燃料ガス供給通路としての燃料ガス供給管64は、モジュール容器8内を閉鎖側板8dに沿って下方へ延び、底板8c付近で略90°屈曲されて水平方向に延びて、燃料電池セル集合体12の下方に形成されたガスガスマニホールド66内へ入り、更にガスガスマニホールド66内で逆側の閉鎖側板8e付近まで水平方向に延びている。燃料ガス供給管64は、改質器120に接続されている第1の配管64Aと、ガスガスマニホールド66に接続されている第2の配管64Bとに分割されており、これら第1の配管64A及び第2の配管64Bは接続部材190によって配管内が連通するように構成されている。なお、接続部材190は、略燃焼部の高さに設けられ、燃料電池セル集合体12の斜め上方に位置している。 The fuel gas supply pipe 64 as the fuel gas supply passage extends downward along the closing side plate 8d in the module container 8, is bent by approximately 90 ° near the bottom plate 8c, and extends in the horizontal direction, and the fuel cell assembly 12 It enters the gas gas manifold 66 formed below the above, and further extends in the gas gas manifold 66 in the horizontal direction to the vicinity of the closing side plate 8e on the opposite side. The fuel gas supply pipe 64 is divided into a first pipe 64A connected to the reformer 120 and a second pipe 64B connected to the gas gas manifold 66, and these first pipe 64A and the second pipe 64B are divided. The second pipe 64B is configured so that the inside of the pipe communicates with the connecting member 190. The connecting member 190 is provided at substantially the height of the combustion portion, and is located diagonally above the fuel cell assembly 12.

また、図7に示すように、接続部材190には、水添脱硫器用配管65が取り付けられている。このように構成することで接続部材190から水添脱硫器用配管65へ燃料ガスを供給することができる。 Further, as shown in FIG. 7, a hydrogenation desulfurizer pipe 65 is attached to the connecting member 190. With this configuration, fuel gas can be supplied from the connecting member 190 to the hydrogenated desulfurizer pipe 65.

燃料ガス供給管64の水平部64aの下方面には、複数の燃料供給孔64bが形成されており、この燃料供給孔64bから、燃料ガスがガスガスマニホールド66内に供給される。このガスガスマニホールド66の上方には、燃料電池セルユニット16を支持するための貫通孔を備えた下支持板68が取り付けられており、ガスガスマニホールド66内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット16内に供給される。また、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置83が、燃焼室18に設けられている。 A plurality of fuel supply holes 64b are formed on the lower surface of the horizontal portion 64a of the fuel gas supply pipe 64, and fuel gas is supplied into the gas gas manifold 66 from the fuel supply holes 64b. A lower support plate 68 having a through hole for supporting the fuel cell unit 16 is attached above the gas gas manifold 66, and the fuel gas in the gas gas manifold 66 is introduced into the fuel cell unit 16. Will be supplied. Further, an ignition device 83 for starting combustion of fuel gas and air is provided in the combustion chamber 18.

また、第1の配管64A及び第2の配管64Bは、接続部材190により全周が包囲されている。図11は、接続部材190を取り付けた状態における燃料供給管64の鉛直拡大断面図である。 The entire circumference of the first pipe 64A and the second pipe 64B is surrounded by the connecting member 190. FIG. 11 is a vertically enlarged cross-sectional view of the fuel supply pipe 64 with the connecting member 190 attached.

図11は、組立状態における接続部材190の周辺を示す斜視図である。閉鎖側板8dは、接続部材190を燃料ガス供給管64に取り付けた後に閉じられる。そして、閉鎖側板8dを閉じた状態において、接続部材190は閉鎖側板8dの溝部180C内に収容されている。接続部材190の燃料電池セルユニット16側の面は、閉鎖側板8dの第1の突起部180A及び第2の突起部180Bの燃料電池セルユニット16側の突出面と同一平面上に位置している。これにより、発電室10内の発電用空気が溝部180Cに流出することを抑制して、発電室10及び燃焼室18の気流が乱れることを抑制することができる。 FIG. 11 is a perspective view showing the periphery of the connecting member 190 in the assembled state. The closing side plate 8d is closed after the connecting member 190 is attached to the fuel gas supply pipe 64. Then, in the state where the closing side plate 8d is closed, the connecting member 190 is housed in the groove 180C of the closing side plate 8d. The surface of the connecting member 190 on the fuel cell unit 16 side is located on the same plane as the protruding surface of the closing side plate 8d on the fuel cell unit 16 side of the first protrusion 180A and the second protrusion 180B. .. As a result, it is possible to suppress the outflow of the power generation air in the power generation chamber 10 to the groove 180C, and to prevent the airflow in the power generation chamber 10 and the combustion chamber 18 from being disturbed.

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

排気ガス誘導部材130は、改質器120と天板8aとの間でモジュール容器8の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置されている。排気ガス誘導部材130は、上下方向に所定距離だけ離間された下部誘導板131及び上部誘導板132と、これらの長手方向の両端辺が取り付けられる連結板133,134とを備えている(図7,図8参照)。上部誘導板132は、幅方向の両端部が下方に向けて折り曲げられ、下部誘導板131に連結されている。連結板133,134は、上端部が天板8aに連結され、下端部が改質器120に連結されており、これにより、排気ガス誘導部材130及び改質器120を天板8aに固定している。 The exhaust gas guiding member 130 is arranged between the reformer 120 and the top plate 8a so as to extend horizontally along the longitudinal direction of the module container 8. The exhaust gas guiding member 130 includes a lower guiding plate 131 and an upper guiding plate 132 separated by a predetermined distance in the vertical direction, and connecting plates 133 and 134 to which both ends in the longitudinal direction are attached (FIG. 7). , See Fig. 8). Both ends of the upper guide plate 132 in the width direction are bent downward and connected to the lower guide plate 131. The upper end of the connecting plates 133 and 134 is connected to the top plate 8a, and the lower end is connected to the reformer 120, whereby the exhaust gas guiding member 130 and the reformer 120 are fixed to the top plate 8a. ing.

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

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

上部誘導板132は、天板8aと所定の上下方向距離を隔てて配置されており、上部誘導板132の上面と天板8aとの間には、長手方向及び幅方向に沿って水平方向に延びる第1排気通路172aが形成されている。この第1排気通路172aは、モジュール容器8の天板8aを挟んで空気通路161aと並設されており、第1排気通路172a内には、空気通路161a,161b内のプレートフィン162,163と同様なプレートフィン175aが配置されている。このプレートフィン175aは、プレートフィン162と上面視で略同一箇所に設けられており、天板8aを挟んで上下方向に対向している。 The upper guide plate 132 is arranged with a predetermined vertical distance from the top plate 8a, and the upper surface of the upper guide plate 132 and the top plate 8a are arranged horizontally along the longitudinal direction and the width direction. An extending first exhaust passage 172a is formed. The first exhaust passage 172a is juxtaposed with the air passage 161a with the top plate 8a of the module container 8 interposed therebetween, and the plate fins 162, 163 in the air passages 161a and 161b are contained in the first exhaust passage 172a. Similar plate fins 175a are arranged. The plate fins 175a are provided at substantially the same position as the plate fins 162 in the top view, and face each other in the vertical direction with the top plate 8a interposed therebetween.

上部誘導板132は、上部誘導板132の側面と側板8bと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、上部誘導板132の側面と側板8bとの間には、長手方向及び上下方向に延びる第2排気通路172bが形成されている。第2排気通路172bは上部において第1排気通路172aと連通している。第2排気通路172b内にも、空気通路161a、161b内のプレートフィン162、163と同様なプレートフィン175bが配置されている。このプレートフィン175bは、下端が下部誘導板131の高さまで延びている。 The upper guide plate 132 is arranged at a predetermined horizontal distance from the side surface of the upper guide plate 132 and the side plate 8b, and is arranged in the longitudinal direction and the vertical direction between the side surface of the upper guide plate 132 and the side plate 8b. An extending second exhaust passage 172b is formed. The second exhaust passage 172b communicates with the first exhaust passage 172a at the upper part. Plate fins 175b similar to the plate fins 162 and 163 in the air passages 161a and 161b are also arranged in the second exhaust passage 172b. The lower end of the plate fin 175b extends to the height of the lower guide plate 131.

空気通路161a、161bと、第1及び第2排気通路172a、172bのうち、プレートフィン162、163、175a、175bが設けられた部分において、空気通路161a、161bを流れる発電用空気と第1及び第2排気通路172a、172bを流れる排気ガスとの間で効率的な熱交換が行われて、排気ガスの熱により発電用空気が昇温されることとなる。 Of the air passages 161a and 161b and the first and second exhaust passages 172a and 172b, in the portion where the plate fins 162, 163, 175a and 175b are provided, the power generation air flowing through the air passages 161a and 161b and the first and first Efficient heat exchange is performed with the exhaust gas flowing through the second exhaust passages 172a and 172b, and the heat of the exhaust gas raises the temperature of the power generation air.

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

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

次に、図12を参照して、燃料電池セルユニット16について説明する。図12は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図12に示すように、燃料電池セルユニット16は、燃料電池セル84と、この燃料電池セル84の両端部にそれぞれ接続されたキャップである内側電極端子86とを備えている。
Next, the fuel cell unit 16 will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing a fuel cell unit of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 12, the fuel cell unit 16 includes a fuel cell 84 and inner electrode terminals 86 which are caps connected to both ends of the fuel cell 84.

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

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

この燃料ガス流路細管98は、内側電極端子86の中心から燃料電池セル84の軸線方向に延びるように設けられた細長い細管である。このため、ガスガスマニホールド66(図7参照)から、下側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98を通って燃料ガス流路88に流入する燃料ガスの流れには、所定の圧力損失が発生する。従って、下側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98は、流入側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。また、燃料ガス流路88から、上側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98を通って燃焼室18(図7参照)に流出する燃料ガスの流れにも所定の圧力損失が発生する。従って、上側の内側電極端子86の燃料ガス流路細管98は、流出側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。 The fuel gas flow path thin tube 98 is an elongated thin tube provided so as to extend in the axial direction of the fuel cell 84 from the center of the inner electrode terminal 86. Therefore, a predetermined pressure loss is generated in the flow of fuel gas flowing from the gas gas manifold 66 (see FIG. 7) into the fuel gas flow path 88 through the fuel gas flow path thin tube 98 of the lower inner electrode terminal 86. Occur. Therefore, the fuel gas flow path thin tube 98 of the lower inner electrode terminal 86 acts as an inflow side flow path resistance portion, and the flow path resistance is set to a predetermined value. Further, a predetermined pressure loss also occurs in the flow of the fuel gas flowing out from the fuel gas flow path 88 through the fuel gas flow path thin tube 98 of the upper inner electrode terminal 86 to the combustion chamber 18 (see FIG. 7). Therefore, the fuel gas flow path thin tube 98 of the upper inner electrode terminal 86 acts as an outflow side flow path resistance portion, and the flow path resistance is set to a predetermined value.

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

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

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

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

次に、図13及び図14を参照して、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュール内のガスの流れについて説明する。図13は、図7と同様の、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図14は、図8と同様の、図7のIII-III線に沿った断面図である。図13及び図14は、それぞれ、図7及び図8中にガスの流れを示す矢印を新たに付加した図であり、説明の便宜上、断熱材7を取り除いた状態の図を示している。図中、実線矢印は燃料ガスの流れ、破線矢印は発電用空気の流れ、一点鎖線矢印は排気ガスの流れを示す。 Next, with reference to FIGS. 13 and 14, the flow of gas in the fuel cell module of the solid oxide fuel cell apparatus according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a side sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell apparatus according to an embodiment of the present invention, which is the same as that of FIG. 7, and FIG. 14 is a side sectional view of FIG. -It is a cross-sectional view along line III. 13 and 14, respectively, are views in which arrows indicating the gas flow are newly added to FIGS. 7 and 8, respectively, and are shown in a state where the heat insulating material 7 is removed for convenience of explanation. In the figure, the solid line arrow indicates the fuel gas flow, the broken line arrow indicates the power generation air flow, and the alternate long and short dash line arrow indicates the exhaust gas flow.

図13に示すように、水及び原燃料ガス(燃料ガス)は、蒸発器140の長手方向の一端側に連結された燃料供給配管63から蒸発器140の上層に設けられた蒸発部140B内に供給される。蒸発部140Bに供給された水は、蒸発器140の下層に設けられた排気通路部140Aを流れる排気ガスにより加熱され水蒸気となる。この水蒸気と、燃料供給配管63から供給された原燃料ガスとが、蒸発部140B内を下流方向に流れて行き、混合部140C内で混合される。混合部140C内の混合ガスは、下層の排気通路部140Aを流れる排気ガスにより加熱される。 As shown in FIG. 13, water and raw fuel gas (fuel gas) are placed in an evaporator 140B provided on the upper layer of the evaporator 140 from a fuel supply pipe 63 connected to one end side in the longitudinal direction of the evaporator 140. Will be supplied. The water supplied to the evaporation section 140B is heated by the exhaust gas flowing through the exhaust passage section 140A provided in the lower layer of the evaporator 140 to become steam. The steam and the raw fuel gas supplied from the fuel supply pipe 63 flow in the downstream direction in the evaporation section 140B and are mixed in the mixing section 140C. The mixed gas in the mixing portion 140C is heated by the exhaust gas flowing through the lower exhaust passage portion 140A.

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

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

更に、ガス排出部120Cから燃料ガス供給管64(第1の配管64A)に流入した燃料ガスは、接続部材190内へ供給される。接続部材190内では燃料ガス供給管64(第2の配管64B)と、水添脱硫器用配管65とに分岐する。接続部材190から燃料ガス供給管64(第2の配管64B)に流出した燃料ガスは水平部64aに設けられた燃料供給孔64bからガスガスマニホールド66内に供給され、ガスガスマニホールド66から各燃料電池セルユニット16内に供給される。 Further, the fuel gas that has flowed into the fuel gas supply pipe 64 (first pipe 64A) from the gas discharge unit 120C is supplied into the connecting member 190. Inside the connecting member 190, the fuel gas supply pipe 64 (second pipe 64B) and the hydrogenated desulfurizer pipe 65 are branched. The fuel gas flowing out from the connecting member 190 to the fuel gas supply pipe 64 (second pipe 64B) is supplied into the gas gas manifold 66 from the fuel supply hole 64b provided in the horizontal portion 64a, and is supplied from the gas gas manifold 66 to each fuel cell. It is supplied into the unit 16.

また、図13及び図14に示すように、発電用空気は、発電用空気導入管74から空気通路161aに供給される。発電用空気は、空気通路161a,161b内において、プレートフィン162,163を通過する際に、これらプレートフィン162,163の下部のモジュール容器8内に形成された第1及び第2排気通路172,173を通過する排気ガスとの間で効率的な熱交換を行い、加熱されることとなる。 Further, as shown in FIGS. 13 and 14, the air for power generation is supplied from the air introduction pipe 74 for power generation to the air passage 161a. When the air for power generation passes through the plate fins 162 and 163 in the air passages 161a and 161b, the first and second exhaust passages 172 and 2 formed in the module container 8 below the plate fins 162 and 163 are formed. Efficient heat exchange with the exhaust gas passing through 173 will result in heating.

この後、発電用空気は、モジュール容器8の側板8bの下部に設けられた複数の吹出口8fから燃料電池セル集合体12に向けて発電室10内に噴射される。なお、本実施例では、燃料電池セル集合体12の側方部位には排気通路が形成されていないため、この部位において発電用空気と排気ガスとの間の熱交換は抑制される。したがって、燃料電池セル集合体12の側方部位において、空気通路161b内の発電用空気に上下方向の温度ムラが生じ難くなっている。 After that, the power generation air is injected into the power generation chamber 10 from the plurality of outlets 8f provided in the lower part of the side plate 8b of the module container 8 toward the fuel cell assembly 12. In this embodiment, since the exhaust passage is not formed in the lateral portion of the fuel cell assembly 12, heat exchange between the power generation air and the exhaust gas is suppressed in this portion. Therefore, in the lateral portion of the fuel cell assembly 12, the temperature unevenness in the vertical direction is less likely to occur in the power generation air in the air passage 161b.

また、発電室10内で発電に利用されなかった燃料ガスは、図14に示すように、燃焼室18で燃焼されて排気ガス(燃焼ガス)となり、モジュール容器8内を上昇していく。具体的には、排気ガスは、第3排気通路173と第4排気通路174とに分岐して、改質器120の外側面とモジュール容器8の側板8bとの間、及び、改質器120の貫通孔120bから改質器120と排気ガス誘導部材130との間をそれぞれ通過する。このとき、第4排気通路174を通過する排気ガスは、改質器120の貫通孔120bの上方に配置された凸状段部131aによって幅方向に二分され、排気ガス誘導部材130の下部に留まることなく第3排気通路173に向けて誘導され、排気集中部176において第3排気通路173を流れる排気ガスに合流する。ここで、第2排気通路172内にはプレートフィン175bが設けられているため、第3排気通路173及び第4排気通路174を通過した排気ガスは排気集中部176において滞留する(図14のAの部分)。 Further, as shown in FIG. 14, the fuel gas not used for power generation in the power generation chamber 10 is burned in the combustion chamber 18 to become exhaust gas (combustion gas), and rises in the module container 8. Specifically, the exhaust gas branches into the third exhaust passage 173 and the fourth exhaust passage 174, and is between the outer surface of the reformer 120 and the side plate 8b of the module container 8 and the reformer 120. It passes between the reformer 120 and the exhaust gas guiding member 130 through the through hole 120b of the above. At this time, the exhaust gas passing through the fourth exhaust passage 174 is divided in the width direction by the convex step portion 131a arranged above the through hole 120b of the reformer 120, and stays at the lower part of the exhaust gas guiding member 130. It is guided toward the third exhaust passage 173 without any reason, and joins the exhaust gas flowing through the third exhaust passage 173 at the exhaust concentration portion 176. Here, since the plate fins 175b are provided in the second exhaust passage 172, the exhaust gas that has passed through the third exhaust passage 173 and the fourth exhaust passage 174 stays in the exhaust concentration portion 176 (A in FIG. 14). Part).

その後、排気ガスは、排気集中部176から第2排気通路172bに導入される。そして、第2排気通路172bを通過した排気ガスは、第1排気通路172aを水平方向に流れていき、モジュール容器8の天板8aの中央に形成された排気口111から流出する。 After that, the exhaust gas is introduced from the exhaust concentration unit 176 into the second exhaust passage 172b. Then, the exhaust gas that has passed through the second exhaust passage 172b flows horizontally through the first exhaust passage 172a and flows out from the exhaust port 111 formed in the center of the top plate 8a of the module container 8.

なお、排気ガスが排気集中部176に滞留する際に、空気通路161b内の排気集中部176に対応する部分に設けられたプレートフィン163を介して、発電用空気と排気ガスとの間で熱交換が行われる。さらに、排気ガスが第2排気通路172b及び第1排気通路172aを流れていく際に、第2及び第1排気通路172b、172a内に設けられたプレートフィン175b、175aと、空気通路161a、161b内のプレートフィン175b、175aに対応する部分に設けられたプレートフィン162、163とを介して、発電用空気と排気ガスとの間で効率的な熱交換が行われる。このようにして、排気ガスの熱により発電用空気が昇温される。 When the exhaust gas stays in the exhaust concentrated portion 176, heat is generated between the power generation air and the exhaust gas via the plate fins 163 provided in the portion corresponding to the exhaust concentrated portion 176 in the air passage 161b. The exchange will take place. Further, when the exhaust gas flows through the second exhaust passage 172b and the first exhaust passage 172a, the plate fins 175b and 175a provided in the second and first exhaust passages 172b and 172a and the air passages 161a and 161b Efficient heat exchange is performed between the power generation air and the exhaust gas via the plate fins 162 and 163 provided in the portions corresponding to the plate fins 175b and 175a inside. In this way, the heat of the exhaust gas raises the temperature of the power generation air.

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

1 固体酸化物形燃料電池装置
2 燃料電池モジュール
4 補機ユニット
6 ハウジング
7 断熱材
8 モジュール容器
8a 天板
8b 側板
8c 底板
8d 閉鎖側板
8e 閉鎖側板
8f 吹出口
10 発電室
12 燃料電池セル集合体
16 燃料電池セルユニット
18 燃焼室
24 水供給源
26 純水タンク
28 水流量調整ユニット
30 燃料供給源
32 ガス遮断弁
36 脱硫器(水添脱硫器)
38 燃料流量調整ユニット
39 バルブ
40 空気供給源
42 電磁弁
44 改質用空気流量調整ユニット
45 発電用空気流量調整ユニット
46 第1ヒータ
48 第2ヒータ
50 温水製造装置
52 制御ボックス
54 インバータ
63 燃料供給配管
64 燃料ガス供給管
64a 水平部
64b 燃料供給孔
65 水添脱硫器用配管
66 ガスマニホールド
68 下支持板
74 発電用空気導入管
82 排気ガス排出管
83 点火装置
84 燃料電池セル
86 内側電極端子
88 燃料ガス流路
90 内側電極層
92 外側電極層
94 電解質層
96 シール材
98 燃料ガス流路細管
111 排気口
112 混合ガス供給管
120 改質器
120A 混合ガス受入部
120B 改質部
120C ガス排出部
120a 混合ガス供給口
120b 貫通孔
121 上側ケース
122 下側ケース
123a 仕切り板
123b 仕切り板
130 排気ガス誘導部材
131 下部誘導板
131a 凸状段部
132 上部誘導板
132a 凹部
133 連結板
134 連結板
135 ガス断熱層(ガス溜)
140 蒸発器
140A 排気通路部
140B 蒸発部
140C 混合部
141 蒸発器ケース
142 上側ケース
143 下側ケース
144 中間板
144a 開口
160 空気通路カバー
160a 天板
160b 側板
161a 空気通路
161b 空気通路
162 プレートフィン
163 プレートフィン
164 流路方向調整部
167 開口部
171 排気管
172a 第1排気通路
172b 第2排気通路
173 第3排気通路
174 第4排気通路
175a プレートフィン
175b プレートフィン
176 排気集中部
180A 第1の突起部
180B 第2の突起部
180C 溝部
190 接続部材
1002 燃料電池モジュール
1004 ガスマニホールド
1006 燃料ガス供給管
1006A 第1の配管
1006B 第2の配管
1010 下支持板
1012 燃料電池セル
1014 モジュール容器本体
1016 一側面
1018 モジュール容器
1020 閉鎖側板(モジュール容器蓋体)
1022 空気通路カバー
1024 改質器
1026 吹出口
1028 発電用空気導入管
1030 燃焼室
1032 排気通路
1034 空気通路
1036 接続部材
1038 接続部材本体
1038A 上面
1038B 下面
1038C 側面
1038D 開放面
1038E 挿入孔
1040 接続部材蓋体
1040A 本体部
1040B 折り返し部
1 Solid oxide fuel cell device 2 Fuel cell module 4 Auxiliary unit 6 Housing 7 Insulation material 8 Module container 8a Top plate 8b Side plate 8c Bottom plate 8d Closed side plate 8e Closed side plate 8f Outlet 10 Power generation chamber 12 Fuel cell assembly 16 Fuel cell cell unit 18 Combustion chamber 24 Water supply source 26 Pure water tank 28 Water flow rate adjustment unit 30 Fuel supply source 32 Gas shutoff valve 36 Desulfurizer (hydrogenated desulfurizer)
38 Fuel flow adjustment unit 39 Valve 40 Air supply source 42 Electromagnetic valve 44 Reform air flow adjustment unit 45 Power generation air flow adjustment unit 46 1st heater 48 2nd heater 50 Hot water production device 52 Control box 54 Inverter 63 Fuel supply piping 64 Fuel gas supply pipe 64a Horizontal part 64b Fuel supply hole 65 Hydrophobic desulfurization pipe 66 Gas manifold 68 Lower support plate 74 Power generation air introduction pipe 82 Exhaust gas discharge pipe 83 Ignition device 84 Fuel cell cell 86 Inner electrode terminal 88 Fuel gas Flow path 90 Inner electrode layer 92 Outer electrode layer 94 Electrolyte layer 96 Sealing material 98 Fuel gas flow path Thin tube 111 Exhaust port 112 Mixed gas supply pipe 120 Reformer 120A Mixed gas receiving part 120B Reforming part 120C Gas discharging part 120a Mixed gas Supply port 120b Through hole 121 Upper case 122 Lower case 123a Partition plate 123b Partition plate 130 Exhaust gas guiding member 131 Lower guiding plate 131a Convex stepped portion 132 Upper guiding plate 132a Recessed portion 133 Connecting plate 134 Connecting plate 135 Gas heat insulating layer (gas) Tame)
140 Evaporator 140A Exhaust passage 140B Evaporation 140C Mixing 141 Evaporator case 142 Upper case 143 Lower case 144 Intermediate plate 144a Opening 160 Air passage cover 160a Top plate 160b Side plate 161a Air passage 161b Air passage 162 Plate fin 163 Plate fin 164 Flow path direction adjustment part 167 Opening 171 Exhaust pipe 172a First exhaust passage 172b Second exhaust passage 173 Third exhaust passage 174 Fourth exhaust passage 175a Plate fin 175b Plate fin 176 Exhaust concentration part 180A First protrusion 180B First 2 protrusion 180C groove 190 connection member 1002 fuel cell module 1004 gas manifold 1006 fuel gas supply pipe 1006A first pipe 1006B second pipe 1010 lower support plate 1012 fuel cell 1014 module container body 1016 one side surface 1018 module container 1020 Closed side plate (module container lid)
1022 Air passage cover 1024 Reformer 1026 Air outlet 1028 Power generation air introduction pipe 1030 Combustion chamber 1032 Exhaust passage 1034 Air passage 1036 Connection member 1038 Connection member body 1038A Upper surface 1038B Lower surface 1038C Side surface 1038D Open surface 1038E Insert hole 1040 Connection member Lid 1040A Main body 1040B Folded part

Claims (8)

燃料ガスと酸化剤ガスとの発電反応により発電する複数の燃料電池セルを備えた固体酸化物形燃料電池装置であって、
前記複数の燃料電池セルを内部に収容し、少なくとも一側面が開放された直方体状のモジュール容器と、
前記一側面を覆うモジュール容器蓋体と、
前記モジュール容器に固定され、且つ前記モジュール容器内部の上方に配置された改質器と、
前記モジュール容器内部の下方に設けられ、前記改質器で生成された燃料ガスを、上面に立設する前記複数の燃料電池セルに供給するガスマニホールドと、
前記一側面側に配置され、接続された前記改質器から燃料ガスを流出させる第1の配管と、
前記一側面側に配置され、燃料ガスを接続された前記ガスマニホールドへ流入させる第2の配管と、
前記第1の配管及び前記第2の配管の端部が挿入され、前記第1の配管と前記第2の配管とを連通させる接続部材と、
を備え、
前記接続部材は、前記接続部材の内部と前記複数の燃料電池セルとを遮蔽する接続部材本体と、接続部材蓋体からなり、
前記接続部材内部において、前記第1の配管及び前記第2の配管が前記接続部材本体と溶接接合されていることを特徴とする、固体酸化物形燃料電池装置。
It is a solid oxide fuel cell device equipped with a plurality of fuel cell cells that generate electricity by a power generation reaction between a fuel gas and an oxidant gas.
A rectangular parallelepiped module container containing the plurality of fuel cell cells and having at least one side open.
The module container lid that covers one side surface and
A reformer fixed to the module container and arranged above the inside of the module container,
A gas manifold provided below the inside of the module container and supplying the fuel gas generated by the reformer to the plurality of fuel cell cells erected on the upper surface.
A first pipe arranged on the one side surface side and allowing fuel gas to flow out from the connected reformer, and
A second pipe arranged on the one side surface side to allow fuel gas to flow into the connected gas manifold, and
A connecting member into which the first pipe and the end of the second pipe are inserted to communicate the first pipe and the second pipe.
With
The connecting member comprises a connecting member main body that shields the inside of the connecting member and the plurality of fuel cell cells, and a connecting member lid.
A solid oxide fuel cell device, wherein the first pipe and the second pipe are welded and joined to the connecting member main body inside the connecting member.
前記接続部材本体は直方体状に形成され、前記接続部材本体は前記複数の燃料電池セルが配置された側とは異なる側に開放面を有し、前記開放面は前記接続部蓋体に覆われていることを特徴とする、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池装置。 The connecting member main body is formed in a rectangular parallelepiped shape, the connecting member main body has an open surface on different sides to the side where the plurality of fuel cells are arranged, the open surface is covered with the connecting member cover body The solid oxide fuel cell device according to claim 1, wherein the fuel cell device is characterized by the above. 前記接続部材本体は前記一側面側に前記開放面を有することを特徴とする、請求項2に記載の燃料電池装置。 The fuel cell device according to claim 2, wherein the connecting member main body has the open surface on one side surface side. 前記接続部材蓋体は前記接続部材本体の前記開放面よりも内側に設けられ、前記接続部材蓋体は前記開放面を塞ぐための主面と、前記主面の外郭において前記接続部材本体の外方の前記一側面側に突出する折り返し部とを有し、前記開放面における端部と前記折り返し部における端部とが溶接接合されていることを特徴とする請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池装置。 The connecting member lid is provided inside the open surface of the connecting member main body, and the connecting member lid is provided on the main surface for closing the open surface and on the outer shell of the main surface outside the connecting member main body. The solid oxide according to claim 3, which has a folded-back portion protruding to one side surface side, and the end portion on the open surface and the end portion on the folded-back portion are welded and joined. Type fuel cell device. 前記第1の配管及び/又は前記第2の配管の流路断面積よりも、前記接続部材の流路断面積のほうが大きいことを特徴とする、請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池装置。 The solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein the flow path cross-sectional area of the connecting member is larger than the flow path cross-sectional area of the first pipe and / or the second pipe. apparatus. 前記複数の燃料電池セルの上方には、燃焼室が形成され、前記接続部材は前記燃焼室の高さに位置することを特徴とする、請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池装置。 The solid oxide fuel cell device according to claim 5, wherein a combustion chamber is formed above the plurality of fuel cell cells, and the connecting member is located at the height of the combustion chamber. 前記接続部材本体には挿入孔が形成され、前記第1の配管及び/又は前記第2の配管の端部は前記挿入孔よりも内部に位置することを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池装置。 The connection member main body is formed with an insertion hole, and the end portion of the first pipe and / or the second pipe is located inside the insertion hole, according to claims 1 to 6. The solid oxide fuel cell apparatus according to any one of the following items. 前記改質器で生成された燃料ガスの一部が供給される水添脱硫器を備え、前記水添脱硫器に燃料ガスを供給する前記水添脱硫器用配管は前記接続部材本体又は前記接続部材蓋体に接合されていることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池装置。 The pipe for the hydrogenated desulfurizer, which is provided with a hydrogenated desulfurizer to which a part of the fuel gas generated by the reformer is supplied and supplies the fuel gas to the hydrogenated desulfurizer , is the connecting member main body or the connection. The solid oxide fuel cell apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the solid oxide fuel cell apparatus is joined to a member lid.
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