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JP7643172B2 - Hot Module and Solid Oxide Fuel Cell System - Google Patents
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Description

本開示は、ホットモジュール及び固体酸化物形燃料電池システムに関する。 This disclosure relates to hot modules and solid oxide fuel cell systems.

固体酸化物形燃料電池は、水素などの燃料を化学反応させることによって電気エネルギーを生成することができ、副生成物が水のみである。そのため、クリーンなエネルギー供給源として様々な分野で期待されている。 Solid oxide fuel cells can generate electrical energy by chemically reacting fuels such as hydrogen, with the only by-product being water. As such, they are expected to be used in a variety of fields as a clean energy source.

特許文献1には、固体酸化物形燃料電池を配列したセルスタックを備える燃料電池モジュールが開示されている。セルスタックの近傍には、セルスタックの側面側より空気が排出されることを抑制し、固体酸化物形燃料電池間の空気の流れを促進するため、断熱部材が設けられている。 Patent Document 1 discloses a fuel cell module equipped with a cell stack in which solid oxide fuel cells are arranged. A heat insulating member is provided near the cell stack to prevent air from being discharged from the side of the cell stack and to promote air flow between the solid oxide fuel cells.

国際公開第2014/189135号International Publication No. 2014/189135

従来のモジュールでは、内壁と外壁とを有する収納容器のカバー部分に中空平板状の空気導入部材が固定され、断熱部材を貫通してセルスタックの間に挿入されている。したがって、燃料電池間の空気の流れを促進するため、複数の断片化された断熱部材を組み合わせて空気導入部材及びセルスタックを被覆する必要があり、断熱部材の形状が複雑になるおそれがある。 In conventional modules, a hollow, flat air introduction member is fixed to the cover of a storage container having inner and outer walls, and is inserted between the cell stacks, penetrating the insulation member. Therefore, in order to promote air flow between the fuel cells, it is necessary to combine multiple fragmented insulation members to cover the air introduction member and the cell stack, which can result in a complex shape of the insulation member.

また、従来のモジュールでは、カバー部分にガス導入部材が固定されているため、カバー部分を補強しなければ、モジュールを高温で運転した場合に自重でカバー部分が変形するおそれがある。このような場合、空気導入部材の配置がずれ、複数の断片化された断熱部材間に隙間が生じ、供給された空気が上記隙間から漏洩するおそれがある。 In addition, in conventional modules, the gas introduction member is fixed to the cover, so unless the cover is reinforced, there is a risk that the cover will deform under its own weight when the module is operated at high temperatures. In such cases, the positioning of the air introduction member may shift, causing gaps to form between the multiple fragmented insulation members, and the supplied air may leak through the gaps.

そこで、本開示は、平板状の固体酸化物形燃料電池のセルスタックを用いた場合に、簡素な構成で空気をセルスタックに供給することが可能なホットモジュール及び燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present disclosure therefore aims to provide a hot module and fuel cell system that can supply air to a cell stack using a simple configuration when using a cell stack of flat solid oxide fuel cells.

本開示に係るホットモジュールは、複数のスタックユニットと、筐体と、被覆材とを備えている。複数のスタックユニットはセルスタックを含んでいる。セルスタックは、複数の平板状の固体酸化物形燃料電池を含み、複数の固体酸化物形燃料電池の各々が厚さ方向に配列している。複数の固体酸化物形燃料電池の各々は、燃料極と、複数の固体酸化物形燃料電池の各々における周囲の空気と接するように設けられた空気極と、燃料極と空気極との間に配置された電解質とを含んでいる。筐体は、複数のスタックユニットが載置された基部と、基部を覆うカバーとを含み、複数のスタックユニットを収容する。被覆材は、セルスタックの周囲を被覆し、空気極に供給される空気が通過する空気流路を形成している。基部には、筐体の外側から空気極に供給される空気が通過する少なくとも1つの空気供給口が設けられている。 The hot module according to the present disclosure includes a plurality of stack units, a housing, and a covering material. The plurality of stack units include a cell stack. The cell stack includes a plurality of flat solid oxide fuel cells, each of which is arranged in the thickness direction. Each of the plurality of solid oxide fuel cells includes a fuel electrode, an air electrode provided so as to be in contact with the air surrounding each of the plurality of solid oxide fuel cells, and an electrolyte disposed between the fuel electrode and the air electrode. The housing includes a base on which the plurality of stack units are placed and a cover that covers the base, and houses the plurality of stack units. The covering material covers the periphery of the cell stack and forms an air flow path through which air supplied to the air electrode passes. The base is provided with at least one air supply port through which air supplied to the air electrode from outside the housing passes.

複数の固体酸化物形燃料電池の各々の内部には燃料極に供給される燃料が通過する燃料流路が設けられていてもよい。空気極は複数の固体酸化物形燃料電池の各々の表面に露出するように配置されていてもよい。 A fuel flow path through which fuel supplied to the fuel electrode passes may be provided inside each of the solid oxide fuel cells. The air electrode may be arranged so as to be exposed on the surface of each of the solid oxide fuel cells.

基部の剛性はカバーの剛性よりも高くてもよい。 The rigidity of the base may be greater than the rigidity of the cover.

基部には空気極で空気と反応して生成されたカソードオフガスを含む排出ガスが通過するガス排出口が設けられていてもよい。 The base may be provided with a gas exhaust port through which exhaust gas containing cathode off-gas generated by reaction with air at the air electrode passes.

排出ガスは燃料極で燃料が反応して生成されたアノードオフガス及びアノードオフガスの燃焼ガスの少なくともいずれか一方をさらに含んでいてもよい。 The exhaust gas may further include at least one of anode off-gas produced by the reaction of fuel at the fuel electrode and combustion gas of the anode off-gas.

被覆材は、筐体内の空間を、少なくとも1つの空気供給口を介して空気が供給される第1空間と、排出ガスが供給される第2空間とを含む空間に区画してもよい。 The covering material may divide the space within the housing into a first space to which air is supplied via at least one air supply port, and a second space to which exhaust gas is supplied.

複数のスタックユニットの各々は厚さ方向に垂直な複数の固体酸化物形燃料電池の各々の短軸方向に配列していてもよい。少なくとも1つの空気供給口は複数のスタックユニットのうち隣接するスタックユニットの間に配置されていてもよい。 Each of the multiple stack units may be arranged in a short axis direction of each of the multiple solid oxide fuel cells perpendicular to the thickness direction. At least one air supply port may be disposed between adjacent stack units among the multiple stack units.

少なくとも1つの空気供給口は厚さ方向に沿って連続的に延びて又は断続的に設けられていてもよい。 At least one air supply port may extend continuously or intermittently along the thickness direction.

ホットモジュールは、少なくとも1つの空気供給口を通過した空気を空気極に導く空気導入部をさらに備えていてもよい。空気導入部はセルスタックに沿って厚さ方向に延びる配管を含んでいてもよい。配管は厚さ方向に沿って連続的に延びて又は断続的に設けられた少なくとも1つの空気導入口を有していてもよい。少なくとも1つの空気供給口を通過した空気は少なくとも1つの空気導入口から筐体内に供給されてもよい。 The hot module may further include an air inlet that guides air that has passed through at least one air supply port to the air electrode. The air inlet may include a pipe extending in the thickness direction along the cell stack. The pipe may have at least one air inlet that extends continuously or intermittently along the thickness direction. The air that has passed through the at least one air supply port may be supplied into the housing from the at least one air inlet.

複数のスタックユニットの各々は厚さ方向に垂直な複数の固体酸化物形燃料電池の各々の短軸方向に配列していてもよい。空気導入口は隣接するセルスタックの間に配置されていてもよい。 Each of the multiple stack units may be arranged in the short axis direction of each of the multiple solid oxide fuel cells perpendicular to the thickness direction. The air inlet may be disposed between adjacent cell stacks.

本開示に係る固体酸化物形燃料電池システムはホットモジュールを備えている。 The solid oxide fuel cell system disclosed herein is equipped with a hot module.

本開示によれば、平板状の固体酸化物形燃料電池のセルスタックを用いた場合に、簡素な構成で空気をセルスタックに供給することが可能なホットモジュール及び固体酸化物形燃料電池システムを提供することができる。 According to the present disclosure, when a flat solid oxide fuel cell stack is used, it is possible to provide a hot module and a solid oxide fuel cell system that can supply air to the cell stack with a simple configuration.

一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムを示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a solid oxide fuel cell system according to an embodiment. 一実施形態に係るホットモジュールを示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a hot module according to an embodiment. 図2のホットモジュールをIII-III線で切断した断面図である。3 is a cross-sectional view of the hot module of FIG. 2 taken along line III-III. 図3のホットモジュールをIV-IV線で切断した断面図である。4 is a cross-sectional view of the hot module of FIG. 3 taken along line IV-IV. 図3のホットモジュールをV-V線で切断した断面図である。4 is a cross-sectional view of the hot module of FIG. 3 taken along line VV. 一実施形態に係るスタックユニットを模式的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a schematic diagram of a stack unit according to one embodiment; 一実施形態に係るスタックユニットを模式的に示す拡大平面図である。1 is an enlarged plan view showing a schematic diagram of a stack unit according to one embodiment; 一実施形態に係るホットモジュールを示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a hot module according to an embodiment. 図8のホットモジュールをIX-IX線で切断した断面図である。9 is a cross-sectional view of the hot module of FIG. 8 taken along line IX-IX. 図9のホットモジュールをX-X線で切断した断面図である。10 is a cross-sectional view of the hot module of FIG. 9 taken along line XX. 一実施形態に係るホットモジュールを示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a hot module according to an embodiment.

以下、いくつかの例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Below, several exemplary embodiments will be described with reference to the drawings. Note that the dimensional ratios in the drawings have been exaggerated for the convenience of explanation and may differ from the actual ratios.

また、以下の実施形態では、平板状の固体酸化物形燃料電池の厚さ方向を厚さ方向Zとして説明する。厚さ方向Zに直交し、平板状の固体酸化物形燃料電池の平面方向における長軸が延在する方向を長軸方向Xとして説明する。長軸方向X及び厚さ方向Zに直交し、平板状の固体酸化物形燃料電池の平面方向における長軸より短い短軸が延在する方向を短軸方向Yとして説明する。そして、長軸方向Xにおいて、固体酸化物形燃料電池に対して基部側を長軸方向Xの下側、基部とは反対側を長軸方向Xの上側として説明する。 In the following embodiments, the thickness direction of the flat solid oxide fuel cell is described as the thickness direction Z. The direction perpendicular to the thickness direction Z and in which the long axis extends in the planar direction of the flat solid oxide fuel cell is described as the long axis direction X. The direction perpendicular to the long axis X and the thickness direction Z and in which the short axis extends, which is shorter than the long axis in the planar direction of the flat solid oxide fuel cell, is described as the short axis direction Y. In the long axis direction X, the base side of the solid oxide fuel cell is described as the lower side of the long axis direction X, and the side opposite the base is described as the upper side of the long axis direction X.

[第1実施形態]
まず、第1実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システム1(SOFCシステム1)及びホットモジュール10について図1~図7を用いて説明する。
[First embodiment]
First, a solid oxide fuel cell system 1 (SOFC system 1) and a hot module 10 according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG.

図1に示すように、本実施形態に係るSOFCシステム1は、ホットモジュール10を備えている。また、SOFCシステム1は、燃料供給部20と、空気供給部30と、排出ガス燃焼部40とを備えている。ホットモジュール10には、燃料供給部20と、空気供給部30と、排出ガス燃焼部40とが接続されている。 As shown in FIG. 1, the SOFC system 1 according to this embodiment includes a hot module 10. The SOFC system 1 also includes a fuel supply unit 20, an air supply unit 30, and an exhaust gas combustion unit 40. The fuel supply unit 20, the air supply unit 30, and the exhaust gas combustion unit 40 are connected to the hot module 10.

燃料供給部20は、燃料をホットモジュール10内に供給する。燃料供給部20は、燃料供給管21と、アンモニア供給源22と、流量調整機構23と、第1水素生成部24とを含んでいる。燃料供給管21は、アンモニア供給源22と、ホットモジュール10とを接続している。燃料供給管21には、アンモニア供給源22と、流量調整機構23と、第1水素生成部24とが設けられている。アンモニア供給源22は、例えば、アンモニアを貯留するボンベなどの圧力容器である。流量調整機構23は、燃料供給管21内を流れるアンモニアの流量を調整する。流量調整機構23は、マスフローコントローラ、又はダイヤフラムポンプ若しくは回転翼式ポンプのようなポンプであってもよい。第1水素生成部24は、アンモニアを加熱することによってアンモニアから水素を生成する。 The fuel supply unit 20 supplies fuel into the hot module 10. The fuel supply unit 20 includes a fuel supply pipe 21, an ammonia supply source 22, a flow rate adjustment mechanism 23, and a first hydrogen generation unit 24. The fuel supply pipe 21 connects the ammonia supply source 22 and the hot module 10. The fuel supply pipe 21 is provided with the ammonia supply source 22, the flow rate adjustment mechanism 23, and the first hydrogen generation unit 24. The ammonia supply source 22 is, for example, a pressure vessel such as a cylinder that stores ammonia. The flow rate adjustment mechanism 23 adjusts the flow rate of ammonia flowing through the fuel supply pipe 21. The flow rate adjustment mechanism 23 may be a mass flow controller or a pump such as a diaphragm pump or a rotary vane pump. The first hydrogen generation unit 24 generates hydrogen from ammonia by heating the ammonia.

なお、本実施形態では、アンモニアを原料として水素を生成したが、炭化水素のような有機化合物を原料として水素を生成してもよい。また、アンモニアを貯留するボンベを使用したが、アンモニアでなく、水素を貯留するボンベを使用し、水素をホットモジュール10に供給してもよい。また、第1水素生成部24でアンモニアから水素を生成したが、アンモニアをホットモジュール10に直接供給してもよい。 In this embodiment, hydrogen is generated using ammonia as a raw material, but hydrogen may be generated using an organic compound such as a hydrocarbon as a raw material. Also, a cylinder for storing ammonia is used, but a cylinder for storing hydrogen instead of ammonia may be used and hydrogen may be supplied to the hot module 10. Also, hydrogen is generated from ammonia in the first hydrogen generation unit 24, but ammonia may be supplied directly to the hot module 10.

空気供給部30は、ホットモジュール10に酸素を含む空気を供給する。空気供給部30は、空気供給管31と、フィルタ32と、ブロワ33と、流量調整弁34と、熱交換器35とを含んでいる。空気供給管31は、一端がホットモジュール10に接続されている。空気供給管31には、フィルタ32、ブロワ33、流量調整弁34及び熱交換器35が設けられている。フィルタ32は、空気供給管31内に導入される空気を除塵する。ブロワ33は、空気供給管31におけるフィルタ32の下流側に設けられ、例えば10kPaG以上の圧力で空気をホットモジュール10に供給する。流量調整弁34は、ホットモジュール10に供給される空気の流量を調整する。熱交換器35は、空気供給管31を通過する空気が有する熱と、排気管41を通過する排出ガスが有する熱とを熱交換し、ホットモジュール10に供給される空気を加熱するとともにホットモジュール10から排出される排出ガスを冷却する。 The air supply unit 30 supplies air containing oxygen to the hot module 10. The air supply unit 30 includes an air supply pipe 31, a filter 32, a blower 33, a flow rate control valve 34, and a heat exchanger 35. One end of the air supply pipe 31 is connected to the hot module 10. The air supply pipe 31 is provided with a filter 32, a blower 33, a flow rate control valve 34, and a heat exchanger 35. The filter 32 removes dust from the air introduced into the air supply pipe 31. The blower 33 is provided downstream of the filter 32 in the air supply pipe 31, and supplies air to the hot module 10 at a pressure of, for example, 10 kPaG or more. The flow rate control valve 34 adjusts the flow rate of air supplied to the hot module 10. The heat exchanger 35 exchanges heat between the air passing through the air supply pipe 31 and the exhaust gas passing through the exhaust pipe 41, heating the air supplied to the hot module 10 and cooling the exhaust gas discharged from the hot module 10.

排出ガス燃焼部40は、ホットモジュール10内から排気されたアノードオフガスとカソードオフガスとを含む排出ガスを燃焼する。これにより、排出ガスに残存する未反応の水素を燃焼させることができる。排出ガス燃焼部40は、排気管41と、排出ガス燃焼器42と、熱回収器43と、気液分離部44とを含んでいる。排気管41は、一端がホットモジュール10に接続されている。排出ガス燃焼器42は電気式ヒータ又はガスバーナーなどの加熱器を含んでおり、排出ガスを加熱によって燃焼させる。熱回収器43は、水冷式又は空冷式のラジエータであり、排出ガス燃焼器42から排出される排気ガスの熱を回収し、排気ガスを冷却する。気液分離部44は、熱回収器43で冷却されて得られたガスと水とを分離する。 The exhaust gas combustion section 40 burns exhaust gas, including anode off-gas and cathode off-gas, exhausted from the hot module 10. This allows unreacted hydrogen remaining in the exhaust gas to be burned. The exhaust gas combustion section 40 includes an exhaust pipe 41, an exhaust gas combustor 42, a heat recovery device 43, and a gas-liquid separation section 44. One end of the exhaust pipe 41 is connected to the hot module 10. The exhaust gas combustor 42 includes a heater such as an electric heater or a gas burner, and burns the exhaust gas by heating it. The heat recovery device 43 is a water-cooled or air-cooled radiator, which recovers the heat of the exhaust gas discharged from the exhaust gas combustor 42 and cools the exhaust gas. The gas-liquid separation section 44 separates the gas obtained by cooling in the heat recovery device 43 from water.

ホットモジュール10は、図2~図5に示すように、複数のスタックユニット110と、第2水素生成部113と、筐体130と、被覆材140と、空気導入部150とを備えている。筐体130は、複数のスタックユニット110及び被覆材140を収容している。筐体130は、基部131と、基部131を覆うカバー132とを含んでいる。そして、基部131とカバー132とによって、筐体130内に複数のスタックユニット110を収容する空間が形成されている。 As shown in Figures 2 to 5, the hot module 10 includes a plurality of stack units 110, a second hydrogen generation section 113, a housing 130, a covering material 140, and an air introduction section 150. The housing 130 houses the plurality of stack units 110 and the covering material 140. The housing 130 includes a base 131 and a cover 132 that covers the base 131. The base 131 and the cover 132 form a space within the housing 130 to house the plurality of stack units 110.

基部131には、6つのスタックユニット110が載置されている。3つのスタックユニット110が短軸方向Yに配列しており、2つのスタックユニット110が厚さ方向Zに配列している。ただし、短軸方向Yには2つ又は4つ以上の複数のスタックユニット110の各々が配列していてもよい。また、厚さ方向Zには1つだけのスタックユニット110が配置されていてもよく、3つ以上の複数のスタックユニット110が配列していてもよい。 Six stack units 110 are placed on the base 131. Three stack units 110 are arranged in the short axis direction Y, and two stack units 110 are arranged in the thickness direction Z. However, two or four or more stack units 110 may be arranged in the short axis direction Y. Also, only one stack unit 110 may be arranged in the thickness direction Z, or three or more stack units 110 may be arranged.

基部131には、空気供給口133とガス排出口134とが設けられている。空気供給口133は基部131を貫通する開口部であり、空気供給部30によって供給された筐体130の外側の空気は、空気供給口133を通過して固体酸化物形燃料電池120(SOFC120)の空気極123に供給される。ガス排出口134は基部131を貫通する開口部であり、空気極123で空気と反応して生成されたカソードオフガスを含む排出ガスは、ガス排出口134を通過して筐体130の外側に排出される。排出ガスは燃料極122で燃料が反応して生成されたアノードオフガス及びアノードオフガスの燃焼ガスの少なくともいずれか一方を含んでいる。ガス排出口134を通過したオフガスは、排出ガス燃焼部40で燃焼される。 The base 131 is provided with an air supply port 133 and a gas exhaust port 134. The air supply port 133 is an opening that penetrates the base 131, and the air outside the housing 130 supplied by the air supply unit 30 passes through the air supply port 133 and is supplied to the air electrode 123 of the solid oxide fuel cell 120 (SOFC 120). The gas exhaust port 134 is an opening that penetrates the base 131, and exhaust gas including cathode off-gas generated by reaction with air at the air electrode 123 passes through the gas exhaust port 134 and is exhausted to the outside of the housing 130. The exhaust gas contains at least one of anode off-gas generated by reaction of fuel at the fuel electrode 122 and combustion gas of the anode off-gas. The off-gas that passes through the gas exhaust port 134 is combusted in the exhaust gas combustion unit 40.

基部131は、基材135と、基材135の表面に設けられた断熱材136とを含んでいてもよい。そして、複数のスタックユニット110は、断熱材136に載置されてもよい。これにより、SOFC120の反応によって生成された熱が基材135に直接伝わるのを抑制することができる。基材135は、金属によって形成されていてもよい。断熱材136は、セラミックスを含んでいてもよく、多孔質であってもよい。 The base 131 may include a substrate 135 and a heat insulating material 136 provided on the surface of the substrate 135. The stack units 110 may be placed on the heat insulating material 136. This can prevent heat generated by the reaction of the SOFC 120 from being directly transferred to the substrate 135. The substrate 135 may be made of metal. The heat insulating material 136 may include ceramics or may be porous.

カバー132は、基材137と、基材137の内側に配置された断熱材138とを含んでいてもよい。これにより、筐体130内の空間の熱が筐体130の外側に逃げるのを抑制することができる。基材137は、金属によって形成されていてもよい。断熱材138は、セラミックスを含んでいてもよく、多孔質であってもよい。 The cover 132 may include a base material 137 and a heat insulating material 138 arranged inside the base material 137. This can prevent heat in the space inside the housing 130 from escaping to the outside of the housing 130. The base material 137 may be made of metal. The heat insulating material 138 may include ceramics or may be porous.

基部131の剛性はカバー132の剛性よりも高くてもよい。これにより、基部131で複数のスタックユニット110を強固に支持すると共に、カバー132の重量を低減することができる。基材135は、基材137の剛性よりも高くてもよい。なお、本明細書において、剛性は、室温(約20℃)におけるヤング率と断面二次モーメントとの積で表される曲げ剛性を意味する。 The rigidity of the base 131 may be higher than that of the cover 132. This allows the base 131 to firmly support the multiple stack units 110 while reducing the weight of the cover 132. The rigidity of the substrate 135 may be higher than that of the substrate 137. In this specification, rigidity refers to the bending rigidity expressed as the product of Young's modulus and the second moment of area at room temperature (approximately 20°C).

図2~図6に示すように、複数のスタックユニット110の各々は、2つのセルスタック111と、燃料マニホールド112とを含んでいる。燃料マニホールド112には2つのセルスタック111が設けられており、燃料マニホールド112は基部131上に載置されている。 As shown in Figures 2 to 6, each of the multiple stack units 110 includes two cell stacks 111 and a fuel manifold 112. The fuel manifold 112 is provided with the two cell stacks 111, and the fuel manifold 112 is placed on a base 131.

第2水素生成部113は、燃料供給部20によって供給されたアンモニアなどの燃料から水素を生成する。第2水素生成部113は燃料マニホールド112に接続されており、第2水素生成部113で生成された水素が燃料マニホールド112を介してセルスタック111に供給される。第2水素生成部113は、長軸方向Xにおいて、SOFC120とカバー132との間に配置されている。具体的には、第2水素生成部113は、長軸方向Xにおいて、セルスタック111の燃料マニホールド112とは反対側に空間を空けて配置されている。なお、アンモニア及び水素などの燃料は、第2水素生成部113を介さずに燃料供給部20からセルスタック111に直接供給されてもよい。 The second hydrogen generation unit 113 generates hydrogen from a fuel such as ammonia supplied by the fuel supply unit 20. The second hydrogen generation unit 113 is connected to the fuel manifold 112, and hydrogen generated by the second hydrogen generation unit 113 is supplied to the cell stack 111 via the fuel manifold 112. The second hydrogen generation unit 113 is disposed between the SOFC 120 and the cover 132 in the longitudinal axis direction X. Specifically, the second hydrogen generation unit 113 is disposed on the opposite side of the cell stack 111 from the fuel manifold 112 in the longitudinal axis direction X, with a space therebetween. Note that fuels such as ammonia and hydrogen may be supplied directly to the cell stack 111 from the fuel supply unit 20 without passing through the second hydrogen generation unit 113.

スタックユニット110における2つのセルスタック111の各々は、短軸方向Yに配列している。なお、スタックユニット110は、少なくとも1つのセルスタック111を含んでいればよい。そのため、スタックユニット110は、1つだけのセルスタック111を含んでいてもよく、3つ以上の複数のセルスタック111を含んでいてもよい。 Each of the two cell stacks 111 in the stack unit 110 is arranged in the short axis direction Y. Note that the stack unit 110 needs to include at least one cell stack 111. Therefore, the stack unit 110 may include only one cell stack 111, or may include three or more multiple cell stacks 111.

複数のセルスタック111の各々は、複数のSOFC120を含んでいる。複数のSOFC120の各々は、厚さ方向Zに配列している。図7に示すように、複数のSOFC120のうち隣接するSOFC120間には空気が通過可能な空気流路141が設けられている。複数のSOFC120の各々は、一端が燃料マニホールド112と接続されており、もう一端が自由端となっている。これにより、SOFC120が温度変動によって膨張収縮した場合であっても、内部応力が高くなるのを抑制することができる。 Each of the multiple cell stacks 111 includes multiple SOFCs 120. The multiple SOFCs 120 are arranged in the thickness direction Z. As shown in FIG. 7, an air flow path 141 through which air can pass is provided between adjacent SOFCs 120 among the multiple SOFCs 120. One end of each of the multiple SOFCs 120 is connected to the fuel manifold 112, and the other end is a free end. This makes it possible to suppress internal stress from increasing even if the SOFCs 120 expand and contract due to temperature fluctuations.

図7に示すように、SOFC120は平板状をしている。これにより、略真円状の円筒型SOFCと比較してセルスタック111の出力密度を高くすることができる。SOFC120は、具体的には、円筒平板型固体酸化物形燃料電池であり、扁平した円筒形状をしている。複数のSOFC120の各々は、支持部121と、燃料極122と、空気極123と、電解質124と、インターコネクタ125とを含んでいる。複数のSOFC120の各々の内部には燃料極122に供給される燃料が通過する燃料流路126が設けられている。 As shown in FIG. 7, the SOFC 120 has a flat plate shape. This allows the power density of the cell stack 111 to be higher than that of a cylindrical SOFC having a nearly perfect circle shape. Specifically, the SOFC 120 is a cylindrical flat plate type solid oxide fuel cell, and has a flat cylindrical shape. Each of the multiple SOFCs 120 includes a support 121, a fuel electrode 122, an air electrode 123, an electrolyte 124, and an interconnector 125. A fuel flow path 126 through which fuel supplied to the fuel electrode 122 passes is provided inside each of the multiple SOFCs 120.

支持部121には、複数の燃料流路126が設けられている。複数の燃料流路126の各々は短軸方向Yに配列しており、長軸方向Xに沿って延在している。燃料流路126の一端は燃料マニホールド112と接続されている。燃料流路126の燃料マニホールド112とは反対側の一端は開放されており、燃料が排出される出口となっている。 The support portion 121 is provided with a plurality of fuel flow paths 126. Each of the plurality of fuel flow paths 126 is arranged in the minor axis direction Y and extends along the major axis direction X. One end of the fuel flow path 126 is connected to the fuel manifold 112. The end of the fuel flow path 126 opposite the fuel manifold 112 is open and serves as an outlet for discharging fuel.

支持部121は、扁平した円筒形状をしている。支持部121の表面には燃料極122が配置されている。支持部121は、燃料流路126を流れる燃料が燃料極122に透過可能な多孔質体を含んでいる。支持部121の外表面は、燃料流路126を通過した燃料が漏洩しないように、燃料極122及びインターコネクタ125によって囲われている。そして、支持部121、燃料極122及びインターコネクタ125はSOFC120の燃料マニホールド112に固定された固定端から自由端に向かって延在している。なお、本実施形態では、支持部121と燃料極122とを異なる部材としているが、燃料極122が支持部121を含んでいてもよい。すなわち、燃料極122と支持部121とが同じであり、燃料極122の内部に燃料流路126が設けられていてもよい。 The support 121 has a flattened cylindrical shape. The fuel electrode 122 is disposed on the surface of the support 121. The support 121 includes a porous body that allows the fuel flowing through the fuel flow passage 126 to pass through the fuel electrode 122. The outer surface of the support 121 is surrounded by the fuel electrode 122 and the interconnector 125 so that the fuel that has passed through the fuel flow passage 126 does not leak. The support 121, the fuel electrode 122, and the interconnector 125 extend from a fixed end fixed to the fuel manifold 112 of the SOFC 120 toward a free end. In this embodiment, the support 121 and the fuel electrode 122 are different members, but the fuel electrode 122 may include the support 121. That is, the fuel electrode 122 and the support 121 may be the same, and the fuel flow passage 126 may be provided inside the fuel electrode 122.

空気極123は複数のSOFC120の各々における周囲の空気と接するように設けられている。具体的には、空気極123は複数のSOFC120の各々の表面に露出するように配置されている。電解質124は、燃料極122と空気極123との間に配置されている。 The air electrode 123 is provided so as to be in contact with the air surrounding each of the multiple SOFCs 120. Specifically, the air electrode 123 is arranged so as to be exposed on the surface of each of the multiple SOFCs 120. The electrolyte 124 is arranged between the fuel electrode 122 and the air electrode 123.

燃料極122では、以下の反応式(1)に示されるように、水素が酸化され、水及び未反応の燃料を含むアノードオフガスが生成される。
+O2-→2HO+2e (1)
At the fuel electrode 122, as shown in the following reaction formula (1), hydrogen is oxidized and an anode off-gas containing water and unreacted fuel is generated.
H 2 +O 2- →2H 2 O+2e - (1)

空気極123では、下記反応式(2)に示されるように、酸素が還元され、未反応の酸素を含むカソードオフガスが生成される。
1/2O+2e→O2- (2)
At the air electrode 123, oxygen is reduced as shown in the following reaction formula (2), and a cathode off-gas containing unreacted oxygen is generated.
1/2O 2 +2e - →O 2- (2)

電解質124では、上記反応式(2)で生成された酸素イオン(O2-)が空気極123から燃料極122へ移動する。上記反応式(1)で生成された電子(e)は、インターコネクタ125及び空気流路141内に設けられた図示しない導電部材を介して集電される。 In the electrolyte 124, oxygen ions (O 2− ) generated in the above reaction formula (2) move from the air electrode 123 to the fuel electrode 122. Electrons (e ) generated in the above reaction formula (1) are collected via the interconnector 125 and a conductive member (not shown) provided in the air flow path 141.

支持部121は、導電性を有している。支持部121は、ニッケル及びニッケル化合物の少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。ニッケル化合物は、ニッケルオキサイド(NiO)を含んでいてもよい。また、支持部121は、希土類酸化物を含んでいてもよい。希土類としては、イットリウムなどが挙げられる。 The support portion 121 is electrically conductive. The support portion 121 may contain at least one of nickel and a nickel compound. The nickel compound may contain nickel oxide (NiO). The support portion 121 may also contain a rare earth oxide. Examples of rare earth elements include yttrium.

燃料極122は、ニッケル及びニッケル化合物の少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。ニッケル化合物は、ニッケルオキサイド(NiO)を含んでいてもよい。燃料極122は、イットリア安定化ジルコニアなどの酸化物イオン伝導性を有する固体酸化物をさらに含んでいてもよい。 The fuel electrode 122 may contain at least one of nickel and a nickel compound. The nickel compound may contain nickel oxide (NiO). The fuel electrode 122 may further contain a solid oxide having oxide ion conductivity, such as yttria-stabilized zirconia.

空気極123は、LSM((La,Sr)MnO)、LSC((La,Sr)CoO)、又は、LSCF((La,Sr)(Co,Fe)O)などの電子伝導性を示す酸化物を含んでいてもよい。 The cathode 123 may include an oxide that exhibits electronic conductivity, such as LSM ((La,Sr)MnO 3 ), LSC ((La,Sr)CoO 3 ), or LSCF ((La,Sr)(Co,Fe)O 3 ).

電解質124は、イットリア安定化ジルコニアなどの酸化物イオン伝導性を有する固体酸化物を含んでいてもよい。 The electrolyte 124 may include a solid oxide having oxide ion conductivity, such as yttria-stabilized zirconia.

アノードオフガスには、通常、未反応の水素も含まれる。この未反応の燃料は、SOFC120の自由端から排出される。SOFCシステム1の運転時にはホットモジュール10内は高温になるため、未反応の水素が燃焼する。この燃焼熱によってセルスタック111の上方に配置された第2水素生成部113が加熱される。 The anode off-gas usually also contains unreacted hydrogen. This unreacted fuel is discharged from the free end of the SOFC 120. When the SOFC system 1 is in operation, the inside of the hot module 10 becomes hot, causing the unreacted hydrogen to combust. This combustion heats the second hydrogen generation unit 113 located above the cell stack 111.

被覆材140は、複数のスタックユニット110の各々におけるセルスタック111の周囲を被覆している。そして、被覆材140には、空気極123に供給される空気が通過する空気流路141が形成されている。空気流路141は、厚さ方向Zにおいて隣接するSOFC120間に設けられている。そのため、空気流路141はSOFC120と被覆材140によって囲われて形成されている。SOFC120は厚さ方向Zに配列しており、セルスタック111内におけるSOFC120間の隙間は狭くなっている。しかしながら、本実施形態では、セルスタック111の周囲を被覆材140で被覆しているため、空気の流れが規制される。そのため、隣接するSOFC120間に設けられた狭い空気流路141に空気を強制的に送り込むことができる。 The covering material 140 covers the periphery of the cell stack 111 in each of the multiple stack units 110. The covering material 140 has an air flow path 141 through which air supplied to the air electrode 123 passes. The air flow path 141 is provided between adjacent SOFCs 120 in the thickness direction Z. Therefore, the air flow path 141 is surrounded by the SOFCs 120 and the covering material 140. The SOFCs 120 are arranged in the thickness direction Z, and the gap between the SOFCs 120 in the cell stack 111 is narrow. However, in this embodiment, since the periphery of the cell stack 111 is covered with the covering material 140, the flow of air is restricted. Therefore, air can be forcibly sent into the narrow air flow path 141 provided between adjacent SOFCs 120.

被覆材140は筐体130内の空間を第1空間142と、第2空間143とを含む空間に区画している。第1空間142には空気供給口133を介して空気が供給される。第2空間143には排出ガスが供給される。これにより、空気供給口133を介して供給された空気が、空気流路141内を上昇して空気極123で反応する。そして、空気極123で生成されたアノードオフガス及びアノードオフガスの燃焼ガスの少なくともいずれか一方を含む排出ガスが、ガス排出口134を介してホットモジュール10の外側へ排出される。したがって、被覆材140によって供給ガス及び排出ガスの流路を形成することができるため、ホットモジュール10の構成を簡素にすることができる。 The covering material 140 divides the space in the housing 130 into a space including a first space 142 and a second space 143. Air is supplied to the first space 142 through the air supply port 133. Exhaust gas is supplied to the second space 143. As a result, the air supplied through the air supply port 133 rises in the air flow path 141 and reacts at the air electrode 123. Then, exhaust gas containing at least one of the anode off-gas and the combustion gas of the anode off-gas generated at the air electrode 123 is discharged to the outside of the hot module 10 through the gas exhaust port 134. Therefore, since the covering material 140 can form flow paths for the supply gas and the exhaust gas, the configuration of the hot module 10 can be simplified.

第1空間142内には空気導入部150が配置されている。具体的には、第1空間142内には空気導入部150の空気導入口154が配置されており、空気導入部150によって第1空間142内に空気供給口133を介して空気が供給される。第1空間142は基部131と被覆材140とによって囲われて形成されている。第1空間142は基部131、被覆材140及びカバー132によって囲われて形成されていてもよい。 An air introduction section 150 is disposed within the first space 142. Specifically, an air introduction port 154 of the air introduction section 150 is disposed within the first space 142, and air is supplied to the first space 142 via the air supply port 133 by the air introduction section 150. The first space 142 is formed by being surrounded by the base 131 and the covering material 140. The first space 142 may be formed by being surrounded by the base 131, the covering material 140, and the cover 132.

第2空間143はガス排出口134と連通しており、第2空間143に供給された排出ガスは、ガス排出口134を介して排出ガス燃焼部40へ供給される。第2空間143内には第2水素生成部113が配置されていてもよい。第2空間143は基部131とカバー132と被覆材140とによって囲われて形成されている。 The second space 143 is connected to the gas exhaust port 134, and the exhaust gas supplied to the second space 143 is supplied to the exhaust gas combustion section 40 via the gas exhaust port 134. A second hydrogen generation section 113 may be disposed within the second space 143. The second space 143 is surrounded and formed by the base 131, the cover 132, and the covering material 140.

被覆材140は、耐熱性を有していることが好ましい。そのため、被覆材140は、セラミックスを含んでいてもよい。また、被覆材140は断熱性を有していることが好ましい。被覆材140が断熱性を有していることにより、SOFC120から熱が放散されるのを抑制することができる。被覆材140は、多孔質であってもよい。 It is preferable that the coating material 140 has heat resistance. Therefore, the coating material 140 may contain ceramics. It is also preferable that the coating material 140 has heat insulating properties. By having the coating material 140 have heat insulating properties, it is possible to suppress the dissipation of heat from the SOFC 120. The coating material 140 may be porous.

空気導入部150は、筐体130の内側に配置され、筐体130の外側の空気を空気極123に供給する。空気導入部150は複数の空気導入口154を有しており、複数の空気導入口154を介して筐体130の外側の空気を空気極123に供給する。これにより、空気極123に空気中の酸素を供給し続け、SOFC120の反応を継続させることができる。 The air introduction section 150 is disposed inside the housing 130 and supplies air from outside the housing 130 to the air electrode 123. The air introduction section 150 has a plurality of air introduction ports 154, and supplies air from outside the housing 130 to the air electrode 123 through the plurality of air introduction ports 154. This allows oxygen in the air to be continuously supplied to the air electrode 123, allowing the reaction of the SOFC 120 to continue.

空気導入部150は空気導入流路である配管151を含んでおり、配管151は空気供給口133に接続されている。また、空気導入部150は第1空間142内に配置されている。筐体130の外側から空気極123に供給される空気は、空気供給口133を通過し、空気導入部150は空気供給口133を通過した空気を空気極123に導く。 The air introduction section 150 includes a pipe 151 which is an air introduction flow path, and the pipe 151 is connected to the air supply port 133. The air introduction section 150 is also disposed within the first space 142. Air supplied to the air electrode 123 from outside the housing 130 passes through the air supply port 133, and the air introduction section 150 guides the air that has passed through the air supply port 133 to the air electrode 123.

配管151は、主配管152と、分岐配管153とを含んでいる。配管151は被覆材140を貫通せずに設けられている。主配管152及び分岐配管153は、第1空間142内に配置されている。主配管152は、空気供給口133に接続されている。主配管152は、第1空間142内において、厚さ方向Zにおいて隣接するスタックユニット110の間に配置され、短軸方向Yに延在している。 The piping 151 includes a main piping 152 and a branch piping 153. The piping 151 is provided without penetrating the covering material 140. The main piping 152 and the branch piping 153 are arranged in the first space 142. The main piping 152 is connected to the air supply port 133. The main piping 152 is arranged in the first space 142 between adjacent stack units 110 in the thickness direction Z, and extends in the short axis direction Y.

複数の分岐配管153の各々は、主配管152から分岐し、複数のセルスタック111の各々に沿って厚さ方向Zに延びている。分岐配管153は、短軸方向Yにおいて、複数のスタックユニット110の両側であって、スタックユニット110とカバー132との間に配置されている。また、分岐配管153は、短軸方向Yにおいて、隣接するスタックユニット110間に配置されている。ただし、分岐配管153は、短軸方向Yにおいて、隣接するスタックユニット110間、及び、スタックユニット110内における隣接するセルスタック111間の少なくともいずれか一方に配置されていてもよい。複数の分岐配管153の各々には、少なくとも1つの空気導入口154が設けられている。 Each of the branch pipes 153 branches off from the main pipe 152 and extends in the thickness direction Z along each of the cell stacks 111. The branch pipes 153 are arranged on both sides of the stack units 110 in the short axis direction Y, between the stack units 110 and the cover 132. The branch pipes 153 are also arranged between adjacent stack units 110 in the short axis direction Y. However, the branch pipes 153 may be arranged at least either between adjacent stack units 110 or between adjacent cell stacks 111 in the stack unit 110 in the short axis direction Y. Each of the branch pipes 153 is provided with at least one air inlet 154.

複数の空気導入口154の各々は隣接するセルスタック111の間に配置されている。そのため、空気供給口133を通過した空気は少なくとも1つの空気導入口154から筐体130内に供給される。空気導入口154は、短軸方向Yにおいて、隣接するスタックユニット110間、及び、スタックユニット110内における隣接するセルスタック111間の少なくともいずれか一方に配置されていてもよい。 Each of the multiple air inlets 154 is disposed between adjacent cell stacks 111. Therefore, air that has passed through the air supply port 133 is supplied into the housing 130 from at least one air inlet 154. The air inlets 154 may be disposed at least either between adjacent stack units 110 in the short axis direction Y or between adjacent cell stacks 111 within the stack unit 110.

複数の空気導入口154は、厚さ方向Zに沿って連続的に延びて複数の分岐配管153にそれぞれ設けられている。ただし、分岐配管153に設けられる空気導入口154の位置、大きさ及び形状などは特に限定されない。複数の空気導入口154は、厚さ方向Zに沿って断続的に複数の分岐配管153にそれぞれ設けられていてもよい。 The multiple air inlets 154 extend continuously along the thickness direction Z and are provided in each of the multiple branch pipes 153. However, the position, size, and shape of the air inlets 154 provided in the branch pipes 153 are not particularly limited. The multiple air inlets 154 may be provided in each of the multiple branch pipes 153 intermittently along the thickness direction Z.

以上説明した通り、本実施形態に係るホットモジュール10では、空気供給口133が基部131に設けられており、空気流路141が被覆材140によって形成されている。これにより、空気が空気供給口133及び空気流路141を通過して空気極123に供給される。そのため、被覆材140を複数の部品に断片化しなくても、セルスタック111の周囲を被覆材140で被覆することができる。したがって、本実施形態に係るホットモジュール10によれば、平板状の固体酸化物形燃料電池120のセルスタック111を用いた場合に、簡素な構成で空気をセルスタック111に供給することができる。 As described above, in the hot module 10 according to this embodiment, the air supply port 133 is provided in the base 131, and the air flow path 141 is formed by the covering material 140. As a result, air passes through the air supply port 133 and the air flow path 141 and is supplied to the air electrode 123. Therefore, the periphery of the cell stack 111 can be covered with the covering material 140 without having to fragment the covering material 140 into multiple parts. Therefore, according to the hot module 10 according to this embodiment, when the cell stack 111 of the flat solid oxide fuel cell 120 is used, air can be supplied to the cell stack 111 with a simple configuration.

[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係るSOFCシステム1及びホットモジュール10について図8~図11を用いて説明する。なお、第2実施形態では、空気導入部150として空気マニホールドを用いている。これ以外の点については、特段の記載がなければ第1実施形態に係るSOFCシステム1及びホットモジュール10と同様であるため、説明を省略する。
[Second embodiment]
Next, the SOFC system 1 and hot module 10 according to the second embodiment will be described with reference to Fig. 8 to Fig. 11. In the second embodiment, an air manifold is used as the air introduction section 150. Other points are the same as those of the SOFC system 1 and hot module 10 according to the first embodiment unless otherwise specified, and therefore description thereof will be omitted.

空気導入部150は基部131のスタックユニット110とは反対側に設けられている。空気導入部150には、空気供給部30から空気が供給される。空気供給口133は基部131を空気導入部150から第1空間142まで貫通する開口部であり、空気供給口133を介して空気が空気導入部150から筐体130内に供給されるように設けられている。 The air introduction section 150 is provided on the opposite side of the base 131 from the stack unit 110. Air is supplied to the air introduction section 150 from the air supply section 30. The air supply port 133 is an opening that penetrates the base 131 from the air introduction section 150 to the first space 142, and is provided so that air is supplied from the air introduction section 150 to the housing 130 via the air supply port 133.

基部131には、複数の空気供給口133が設けられている。空気供給口133は、短軸方向Yにおいて、複数のスタックユニット110の両側であって、スタックユニット110とカバー132との間に配置されている。また、複数の空気供給口133の各々は、複数のスタックユニット110のうち隣接するスタックユニット110の間に配置されている。複数の空気供給口133の各々は、厚さ方向Zに沿って連続的に延びて設けられている。 The base 131 is provided with a plurality of air supply ports 133. The air supply ports 133 are arranged on both sides of the plurality of stack units 110 in the short axis direction Y, between the stack units 110 and the cover 132. Each of the plurality of air supply ports 133 is arranged between adjacent stack units 110 among the plurality of stack units 110. Each of the plurality of air supply ports 133 is provided to extend continuously along the thickness direction Z.

複数の空気供給口133の形状及び大きさなどは特に限定されない。例えば図11に示すように、複数の空気供給口133の各々は、厚さ方向Zに沿って断続的に設けられていてもよい。 The shape and size of the multiple air supply ports 133 are not particularly limited. For example, as shown in FIG. 11, each of the multiple air supply ports 133 may be provided intermittently along the thickness direction Z.

本実施形態に係るホットモジュール10によっても、上記実施形態に係るホットモジュール10と同様に、平板状の固体酸化物形燃料電池120のセルスタック111を用いた場合に、簡素な構成で空気をセルスタック111に供給することができる。 The hot module 10 according to this embodiment, like the hot module 10 according to the above embodiment, can supply air to the cell stack 111 with a simple configuration when a cell stack 111 of flat solid oxide fuel cells 120 is used.

以上説明した通り、本実施形態に係るホットモジュール10は、複数のスタックユニット110と、筐体130と、被覆材140とを備えている。複数のスタックユニット110はセルスタック111を含んでいる。セルスタック111は、複数の平板状の固体酸化物形燃料電池120を含み、複数の固体酸化物形燃料電池120の各々が厚さ方向Zに配列している。複数の固体酸化物形燃料電池120の各々は、燃料極122と、複数の固体酸化物形燃料電池120の各々における周囲の空気と接するように設けられた空気極123と、燃料極122と空気極123との間に配置された電解質124とを含んでいる。筐体130は、複数のスタックユニット110が載置された基部131と、基部131を覆うカバー132とを含み、複数のスタックユニット110を収容する。被覆材140は、セルスタック111の周囲を被覆し、空気極123に供給される空気が通過する空気流路141を形成している。基部131には、筐体130の外側から空気極123に供給される空気が通過する少なくとも1つの空気供給口133が設けられている。 As described above, the hot module 10 according to this embodiment includes a plurality of stack units 110, a housing 130, and a covering material 140. The plurality of stack units 110 includes a cell stack 111. The cell stack 111 includes a plurality of flat solid oxide fuel cells 120, each of which is arranged in the thickness direction Z. Each of the plurality of solid oxide fuel cells 120 includes a fuel electrode 122, an air electrode 123 provided so as to be in contact with the air surrounding each of the plurality of solid oxide fuel cells 120, and an electrolyte 124 disposed between the fuel electrode 122 and the air electrode 123. The housing 130 includes a base 131 on which the plurality of stack units 110 are placed, and a cover 132 that covers the base 131, and houses the plurality of stack units 110. The covering material 140 covers the periphery of the cell stack 111 and forms an air flow path 141 through which air supplied to the air electrode 123 passes. The base 131 has at least one air supply port 133 through which air passes to be supplied to the air electrode 123 from outside the housing 130.

空気供給口133が基部131に設けられており、空気流路141が被覆材140によって形成されている。これにより、空気が空気供給口133及び空気流路141を通過して空気極123に供給される。そのため、被覆材140を複数の部品に断片化しなくても、セルスタック111の周囲を被覆材140で被覆することができる。したがって、本実施形態に係るホットモジュール10によれば、平板状の固体酸化物形燃料電池120のセルスタック111を用いた場合に、簡素な構成で空気をセルスタック111に供給することができる。 An air supply port 133 is provided in the base 131, and an air flow path 141 is formed by the covering material 140. This allows air to pass through the air supply port 133 and the air flow path 141 and be supplied to the air electrode 123. Therefore, the periphery of the cell stack 111 can be covered with the covering material 140 without having to fragment the covering material 140 into multiple parts. Therefore, according to the hot module 10 of this embodiment, when a cell stack 111 of a flat solid oxide fuel cell 120 is used, air can be supplied to the cell stack 111 with a simple configuration.

複数の固体酸化物形燃料電池120の各々の内部には燃料極122に供給される燃料が通過する燃料流路126が設けられていてもよい。空気極123は複数の固体酸化物形燃料電池120の各々の表面に露出するように配置されていてもよい。 A fuel flow path 126 through which fuel supplied to the fuel electrode 122 passes may be provided inside each of the solid oxide fuel cells 120. The air electrode 123 may be arranged so as to be exposed on the surface of each of the solid oxide fuel cells 120.

これにより、複数の固体酸化物形燃料電池120の各々の表面を空気導入部150によって効果的に冷却することができる。 This allows the surface of each of the multiple solid oxide fuel cells 120 to be effectively cooled by the air introduction section 150.

基部131の剛性はカバー132の剛性よりも高くてもよい。 The rigidity of the base 131 may be greater than the rigidity of the cover 132.

これにより、基部131で複数のスタックユニット110を強固に支持すると共に、カバー132の重量を低減することができる。 This allows the base 131 to firmly support multiple stack units 110 while reducing the weight of the cover 132.

基部131には空気極123で空気と反応して生成されたカソードオフガスを含む排出ガスが通過するガス排出口134が設けられていてもよい。 The base 131 may be provided with a gas exhaust port 134 through which exhaust gas including cathode off-gas generated by reaction with air at the air electrode 123 passes.

ガス排出口134がカバー132でなく、基部131に設けられており、カバー132にかかる負荷を低減することができるため、ホットモジュール10の構成を簡素にすることができる。 The gas exhaust port 134 is provided in the base 131, not in the cover 132, which reduces the load on the cover 132 and simplifies the configuration of the hot module 10.

排出ガスは燃料極122で燃料が反応して生成されたアノードオフガス及びアノードオフガスの燃焼ガスの少なくともいずれか一方をさらに含んでいてもよい。 The exhaust gas may further include at least one of anode off-gas produced by the reaction of fuel at the fuel electrode 122 and combustion gas of the anode off-gas.

これにより、カソードオフガスとアノードオフガスとを専用の配管を用いて排出する必要がなくなるため、ホットモジュール10の構成を簡素にすることができる。 This eliminates the need to exhaust the cathode off-gas and anode off-gas using dedicated piping, simplifying the configuration of the hot module 10.

被覆材140は、筐体130内の空間を、少なくとも1つの空気供給口133を介して空気が供給される第1空間142と、排出ガスが供給される第2空間143とを含む空間に区画してもよい。 The covering material 140 may divide the space within the housing 130 into a space including a first space 142 to which air is supplied via at least one air supply port 133, and a second space 143 to which exhaust gas is supplied.

これにより、空気供給口133を介して供給された空気が、空気極123で反応し、生成されたアノードオフガス及びアノードオフガスの燃焼ガスの少なくともいずれか一方を含む排出ガスが、ガス排出口134を介してホットモジュール10の外側へ排出される。したがって、被覆材140によって供給ガス及び排出ガスの流路を形成することができるため、ホットモジュール10の構成を簡素にすることができる。 As a result, air supplied through the air supply port 133 reacts at the air electrode 123, and exhaust gas containing at least one of the generated anode off-gas and the combustion gas of the anode off-gas is discharged to the outside of the hot module 10 through the gas exhaust port 134. Therefore, since the coating material 140 can form flow paths for the supply gas and the exhaust gas, the configuration of the hot module 10 can be simplified.

複数のスタックユニット110の各々は厚さ方向Zに垂直な複数の固体酸化物形燃料電池120の各々の短軸方向Yに配列していてもよい。少なくとも1つの空気供給口133は複数のスタックユニット110のうち隣接するスタックユニット110の間に配置されていてもよい。 Each of the multiple stack units 110 may be arranged in the short axis direction Y of each of the multiple solid oxide fuel cells 120 perpendicular to the thickness direction Z. At least one air supply port 133 may be arranged between adjacent stack units 110 among the multiple stack units 110.

これにより、隣接するスタックユニット110の各々のセルスタック111に、空気導入口154を介して空気が供給される。そのため、セルスタック111の固体酸化物形燃料電池120に空気を効率的に供給することができる。 As a result, air is supplied to each cell stack 111 of adjacent stack units 110 via the air inlet 154. This allows air to be efficiently supplied to the solid oxide fuel cells 120 of the cell stack 111.

少なくとも1つの空気供給口133は厚さ方向Zに沿って連続的に延びて又は断続的に設けられていてもよい。 At least one air supply port 133 may extend continuously or intermittently along the thickness direction Z.

これにより、筐体130の外側の空気を、セルスタック111に簡易に供給することができる。 This allows air outside the housing 130 to be easily supplied to the cell stack 111.

ホットモジュール10は、少なくとも1つの空気供給口133を通過した空気を空気極123に導く空気導入部150をさらに備えていてもよい。空気導入部150はセルスタック111に沿って厚さ方向Zに延びる配管151を含んでいてもよい。配管151は厚さ方向Zに沿って連続的に延びて又は断続的に設けられた少なくとも1つの空気導入口154を有していてもよい。少なくとも1つの空気供給口133を通過した空気は少なくとも1つの空気導入口154から筐体130内に供給されてもよい。 The hot module 10 may further include an air inlet 150 that guides the air that has passed through at least one air supply port 133 to the air electrode 123. The air inlet 150 may include a pipe 151 that extends in the thickness direction Z along the cell stack 111. The pipe 151 may have at least one air inlet 154 that extends continuously or intermittently along the thickness direction Z. The air that has passed through at least one air supply port 133 may be supplied into the housing 130 from at least one air inlet 154.

これにより、筐体130の外側の空気を、セルスタック111に簡易かつ効率的に供給することができる。 This allows air outside the housing 130 to be easily and efficiently supplied to the cell stack 111.

複数のスタックユニット110の各々は厚さ方向Zに垂直な複数の固体酸化物形燃料電池120の各々の短軸方向Yに配列していてもよい。空気導入口154は隣接するセルスタック111の間に配置されていてもよい。 Each of the multiple stack units 110 may be arranged in the short axis direction Y of each of the multiple solid oxide fuel cells 120 perpendicular to the thickness direction Z. The air inlet 154 may be disposed between adjacent cell stacks 111.

これにより、セルスタック111の側面に空気導入口154を介して空気が供給される。そのため、セルスタック111の固体酸化物形燃料電池120に空気を効率的に供給することができる。 As a result, air is supplied to the side of the cell stack 111 through the air inlet 154. This allows air to be efficiently supplied to the solid oxide fuel cells 120 in the cell stack 111.

固体酸化物形燃料電池システム1はホットモジュール10を備えていてもよい。 The solid oxide fuel cell system 1 may include a hot module 10.

ホットモジュール10は、上述したように、簡素な構成で空気をセルスタック111に供給することができる。そのため、ホットモジュール10を備える固体酸化物形燃料電池システム1も、簡素な構成で空気をセルスタック111に供給することができる。 As described above, the hot module 10 can supply air to the cell stack 111 with a simple configuration. Therefore, the solid oxide fuel cell system 1 equipped with the hot module 10 can also supply air to the cell stack 111 with a simple configuration.

いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正または変形をすることが可能である。上記実施形態のすべての構成要素、及び請求の範囲に記載されたすべての特徴は、それらが互いに矛盾しない限り、個々に抜き出して組み合わせてもよい。 Although several embodiments have been described, the embodiments can be modified or varied based on the above disclosure. All components of the above embodiments and all features described in the claims may be individually extracted and combined, unless they are mutually inconsistent.

本開示は、例えば、国際連合が主導する持続可能な開発目標(SDGs)の目標7『すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する』に貢献することができる。 This disclosure can contribute, for example, to Goal 7 of the United Nations-led Sustainable Development Goals (SDGs), which is to "Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy for all."

1 固体酸化物形燃料電池システム(SOFCシステム)
10 ホットモジュール
110 スタックユニット
111 セルスタック
120 固体酸化物形燃料電池(SOFC)
122 燃料極
123 空気極
124 電解質
126 燃料流路
130 筐体
131 基部
132 カバー
133 空気供給口
134 ガス排出口
140 被覆材
141 空気流路
142 第1空間
143 第2空間
150 空気導入部
151 配管
152 主配管(配管)
153 分岐配管(配管)
154 空気導入口
Y 短軸方向
Z 厚さ方向
1. Solid oxide fuel cell system (SOFC system)
10 Hot module 110 Stack unit 111 Cell stack 120 Solid oxide fuel cell (SOFC)
122 Anode 123 Air cathode 124 Electrolyte 126 Fuel flow path 130 Housing 131 Base 132 Cover 133 Air supply port 134 Gas exhaust port 140 Covering material 141 Air flow path 142 First space 143 Second space 150 Air introduction part 151 Pipe 152 Main pipe (pipe)
153 Branch piping (piping)
154 Air inlet Y: Minor axis direction Z: Thickness direction

Claims (9)

複数の平板状の固体酸化物形燃料電池を含み、前記複数の固体酸化物形燃料電池の各々は、燃料極と、前記複数の固体酸化物形燃料電池の各々における周囲の空気と接するように設けられた空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に配置された電解質とを含み、前記複数の固体酸化物形燃料電池の各々が厚さ方向に配列したセルスタックを含む複数のスタックユニットと、
前記複数のスタックユニットが載置された基部と、前記基部を覆うカバーとを含み、前記複数のスタックユニットを収容する筐体と、
前記セルスタックの周囲を被覆し、前記空気極に供給される空気が通過する空気流路を形成する被覆材と、
を備え、
前記基部には、前記筐体の外側から前記空気極に供給される空気が通過する少なくとも1つの空気供給口が設けられており、
前記基部は、基材と、前記基材の表面に設けられた断熱材とを含んでおり、
前記複数のスタックユニットは前記断熱材に載置され、
前記空気供給口は前記基材と前記断熱材とを貫通する開口部である、ホットモジュール。
a plurality of stack units including a cell stack including a plurality of flat solid oxide fuel cells, each of the plurality of solid oxide fuel cells including a fuel electrode, an air electrode provided so as to be in contact with the air surrounding the plurality of solid oxide fuel cells, and an electrolyte disposed between the fuel electrode and the air electrode, each of the plurality of solid oxide fuel cells being arranged in a thickness direction;
a housing that includes a base on which the plurality of stack units are placed and a cover that covers the base, and that houses the plurality of stack units;
a covering material that covers the periphery of the cell stack and forms an air flow path through which air supplied to the air electrode passes;
Equipped with
the base portion is provided with at least one air supply port through which air passes to be supplied to the air electrode from the outside of the housing ;
The base portion includes a substrate and a heat insulating material provided on a surface of the substrate,
The plurality of stack units are placed on the thermal insulation material,
A hot module, wherein the air supply port is an opening that penetrates the base material and the insulation material .
前記複数の固体酸化物形燃料電池の各々の内部には前記燃料極に供給される燃料が通過する燃料流路が設けられ、前記空気極は前記複数の固体酸化物形燃料電池の各々の表面に露出するように配置されている、請求項1に記載のホットモジュール。 The hot module according to claim 1, wherein a fuel flow path through which fuel supplied to the fuel electrode passes is provided inside each of the solid oxide fuel cells, and the air electrode is arranged so as to be exposed on the surface of each of the solid oxide fuel cells. 前記基部の剛性は前記カバーの剛性よりも高い、請求項1又は2に記載のホットモジュール。 The hot module according to claim 1 or 2, wherein the rigidity of the base is greater than the rigidity of the cover. 前記基部には前記空気極で空気と反応して生成されたカソードオフガスを含む排出ガスが通過するガス排出口が設けられている、請求項1~3のいずれか一項に記載のホットモジュール。 The hot module according to any one of claims 1 to 3, wherein the base is provided with a gas exhaust port through which exhaust gas containing cathode off-gas generated by reaction with air at the air electrode passes. 前記排出ガスは前記燃料極で燃料が反応して生成されたアノードオフガス及びアノードオフガスの燃焼ガスの少なくともいずれか一方をさらに含む、請求項4に記載のホットモジュール。 The hot module according to claim 4, wherein the exhaust gas further includes at least one of an anode off-gas generated by the reaction of fuel at the fuel electrode and a combustion gas of the anode off-gas. 前記被覆材は、前記筐体内の空間を、前記少なくとも1つの空気供給口を介して空気が供給される第1空間と、前記排出ガスが供給される第2空間とを含む空間に区画する、請求項4又は5に記載のホットモジュール。 The hot module according to claim 4 or 5, wherein the covering material divides the space within the housing into a first space to which air is supplied via the at least one air supply port, and a second space to which the exhaust gas is supplied. 前記複数のスタックユニットの各々は前記厚さ方向に垂直な前記複数の固体酸化物形燃料電池の各々の短軸方向に配列しており、
前記少なくとも1つの空気供給口は前記複数のスタックユニットのうち隣接するスタックユニットの間に配置されている、請求項1~6のいずれか一項に記載のホットモジュール。
Each of the plurality of stack units is arranged in a minor axis direction of each of the plurality of solid oxide fuel cells perpendicular to the thickness direction,
The hot module according to any one of claims 1 to 6, wherein the at least one air supply port is disposed between adjacent stack units among the plurality of stack units.
前記少なくとも1つの空気供給口は前記厚さ方向に沿って連続的に延びて又は断続的に設けられている、請求項7に記載のホットモジュール。 The hot module according to claim 7, wherein the at least one air supply port extends continuously or intermittently along the thickness direction. 請求項1~のいずれか一項に記載のホットモジュールを備える、固体酸化物形燃料電池システム。 A solid oxide fuel cell system comprising the hot module according to any one of claims 1 to 8 .
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