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JP2017069066A - Solid oxide fuel cell device - Google Patents

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JP2017069066A JP2015194257A JP2015194257A JP2017069066A JP 2017069066 A JP2017069066 A JP 2017069066A JP 2015194257 A JP2015194257 A JP 2015194257A JP 2015194257 A JP2015194257 A JP 2015194257A JP 2017069066 A JP2017069066 A JP 2017069066A
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陽祐 赤木
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文雄 坪井
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卓哉 松尾
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit a fuel battery cell from being contaminated without constructing a pipe fitting with a material having heat resistance.SOLUTION: By coupling an inflow-side piping 64A and outflow-side piping 64B by a pipe fitting 64C, a fuel gas supply pipe 64 is constructed which extends through a module case 8 in a vertical direction and supplies fuel gas from a reformer 120 to a fuel gas manifold 66. The pipe fitting 64C is made of a material whose heat resistance is lower than the module case 8 and a fuel gas supply pipe 64. Furthermore, a solid oxide fuel cell device includes a scattering suppression cover 180 which is made of the material having higher heat resistance than the pipe fitting 64C and surrounds the whole periphery of the pipe fitting 64C.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池装置に関し、特に、原料ガスを改質して得られた燃料ガスと空気との反応により発電する固体酸化物形燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell device, and more particularly to a solid oxide fuel cell device that generates electric power by a reaction between a fuel gas obtained by reforming a raw material gas and air.

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

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、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部が設けられ、燃焼部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マニホールドに送られ、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, a combustion unit that burns fuel gas that did not contribute to power generation and power generation air is provided above the fuel cell. A reformer for steam reforming the raw material gas is provided above the combustion section. The fuel gas reformed by the reformer is sent to a manifold provided below the fuel battery cell via a fuel gas supply pipe extending in the vertical direction on the side of the fuel battery cell. Supplied to the battery.

特開2011−18456号公報JP 2011-18456 A

ここで特許文献1に記載されている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、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1の図面の配管6A、6Bの管継手等を参照)。ここで、管継手は、燃料ガス供給管と熱容量が異なるため、管継手と燃料ガス供給管との間で温度ムラが生じやすい。このような温度ムラが燃料電池セルに伝わると、燃料電池セルの劣化の原因となる。このため、管継手は燃料電池セルと上下方向に離間した燃焼部に配置することが望ましい。   Here, when assembling the solid oxide fuel cell device described in Patent Document 1, when inserting the fuel cell into the module container, the fuel cell, the reformer, and the manifold are combined. The connecting fuel gas supply pipe interferes. For this reason, the fuel gas supply pipe is divided into upper and lower parts, and after the fuel cells are arranged in the module container, the fuel gas supply pipe divided by the pipe joint is connected (for example, patent) (Refer to the pipe joints of the pipes 6A and 6B in the drawing of Document 1). Here, since the heat capacity of the pipe joint is different from that of the fuel gas supply pipe, temperature unevenness is likely to occur between the pipe joint and the fuel gas supply pipe. When such temperature unevenness is transmitted to the fuel cell, the fuel cell is deteriorated. For this reason, it is desirable to arrange the pipe joint in a combustion part spaced apart from the fuel cell in the vertical direction.

しかしながら、通常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、管継手が燃焼部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。また、耐熱性の高い管継手を用いた場合には、コスト高になってしまう。   However, a normal pipe joint is not assumed to be used in a high temperature environment, and has a lower heat resistance than a fuel gas supply pipe or the like. For this reason, if a pipe joint receives the heat of a combustion part, a pipe joint will deteriorate and the surface will peel in powdery form. When such exfoliated powder adheres to the fuel cell, the fuel cell is contaminated. Further, when a pipe joint having high heat resistance is used, the cost becomes high.

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、耐熱性を有する材料により管継手を構成することなく、燃料電池セルの汚染を抑えることを目的としている。   This invention is made | formed in view of said subject, and it aims at suppressing the contamination of a fuel cell, without comprising a pipe joint with the material which has heat resistance.

本発明は、固体酸化物形燃料電池装置であって、発電用空気と、水蒸気改質して得られた燃料ガスとの反応により発電する複数の燃料電池セルと、複数の燃料電池セルを収容するモジュール容器と、モジュール容器内の複数の燃料電池セルの上方に設けられ、複数の燃料電池セルの発電に寄与しなかった燃料ガスを燃焼させ排ガスを生成する燃焼部と、燃焼部の上方に設けられ、原料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、燃料電池セルに発電用空気を供給するための発電用空気供給手段と、複数の燃料電池セルの下方に位置し、燃料ガスを複数の燃料電池セルの内部流路に供給する燃料ガスマニホールドと、燃料ガスマニホールドへ燃料ガスを供給する流入側配管と、改質器から燃料ガスが供給される流出側配管と、流入側配管と流出側配管とを連結する管継手と、を備え、流入側配管と流出側配管とが管継手により連結されることにより、モジュール容器内を上下方向に延び、改質器から燃料ガスを燃料ガスマニホールドに供給する燃料ガス供給管が構成され、管継手は、モジュール容器及び燃料ガス供給管よりも耐熱性が低い材料からなり、さらに、管継手よりも耐熱性の高い材料からなり、管継手の全周を包囲する飛散抑制カバーを備える、ことを特徴とする。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell device, which includes a plurality of fuel cells that generate power by a reaction between power generation air and fuel gas obtained by steam reforming, and a plurality of fuel cells. A module container, a combustion unit that is provided above the plurality of fuel cells in the module container and that generates exhaust gas by burning fuel gas that has not contributed to power generation of the plurality of fuel cells, and above the combustion unit A reformer configured to steam reform the raw material gas to generate a fuel gas, a power generation air supply means for supplying power generation air to the fuel cells, and a plurality of fuel cells A fuel gas manifold for supplying fuel gas to the internal flow paths of the plurality of fuel cells, an inflow side pipe for supplying fuel gas to the fuel gas manifold, an outflow side pipe for supplying fuel gas from the reformer, Inflow side distribution And a pipe joint for connecting the outflow side pipe, and the inflow side pipe and the outflow side pipe are connected by a pipe joint so that the inside of the module container extends in the vertical direction, and fuel gas is supplied from the reformer to the fuel. A fuel gas supply pipe to be supplied to the gas manifold is configured, and the pipe joint is made of a material having lower heat resistance than the module container and the fuel gas supply pipe, and further made of a material having higher heat resistance than the pipe joint. It is provided with the scattering suppression cover which surrounds the perimeter of this.

このような構成の本発明によれば、飛散抑止カバーにより管継手が包囲されているため、管継手が燃焼部からの熱の影響を受けて表面が粉末として剥離しても、粉末を飛散抑止カバーにより捕捉することができる。これにより、高価な耐熱性のある材料で管継手を構成することなく、管継手から剥離した粉末による燃料電池セルの汚染を防止することができる。   According to the present invention having such a configuration, since the pipe joint is surrounded by the scattering prevention cover, even if the pipe joint is affected by the heat from the combustion portion and the surface is peeled off as a powder, the powder is prevented from scattering. It can be captured by the cover. Thereby, contamination of the fuel cell by the powder peeled off from the pipe joint can be prevented without forming the pipe joint from an expensive heat-resistant material.

本発明において、好ましくは、飛散抑制カバーは複数の部材からなり、複数の部材を嵌合させることにより、管継手の全周を包囲する。
このような構成の本発明によれば、流入側配管と流出側配管とを管継手により連結した後、飛散抑制カバーを取り付けることができるため、組立作業の作業性を向上することができる。
In this invention, Preferably, a scattering suppression cover consists of a several member, and encloses the perimeter of a pipe joint by making a several member fit.
According to the present invention having such a configuration, after the inflow side pipe and the outflow side pipe are connected by the pipe joint, the scattering prevention cover can be attached, so that the workability of the assembly work can be improved.

本発明において、好ましくは、飛散抑制カバーの底部では、複数の部材が重なり合っている。
複数の部材により飛散抑制カバーを構成する場合に、合わせ目から剥離粉末が漏れてしまうおそれがある。これに対して、上記構成の本発明によれば、底部において複数の部材が重なり合っているため、剥離粉末の漏れを防止できる。
In the present invention, preferably, a plurality of members overlap each other at the bottom of the scattering prevention cover.
When a scattering suppression cover is constituted by a plurality of members, there is a possibility that the release powder leaks from the joint. On the other hand, according to the present invention having the above configuration, since a plurality of members are overlapped at the bottom, leakage of the release powder can be prevented.

本発明において、好ましくは、飛散抑制カバーの複数の部材は、側面又は天面に、複数の部材が嵌合するための嵌合部を有する。
底面に嵌合部が形成されている場合には、嵌合部の隙間から剥離粉末が落下してしまうおそれがある。これに対して、上記構成の本発明によれば、側面又は天面に嵌合部が形成されているため、飛散抑制カバーから剥離粉末が落下することを防止できる。
In this invention, Preferably, the several member of a scattering suppression cover has a fitting part for a several member to fit in a side surface or a top | upper surface.
When the fitting portion is formed on the bottom surface, the peeling powder may fall from the gap between the fitting portions. On the other hand, according to this invention of the said structure, since the fitting part is formed in the side surface or the top | upper surface, it can prevent that peeling powder falls from a scattering suppression cover.

本発明において、好ましくは、飛散抑制カバーは直方体状に形成され、モジュール容器の内壁面には、燃料電池セル側へと突出する突出面が形成され、飛散抑制カバーの一側面と、突出面とは同一平面上に位置する。
飛散抑制カバーを設けると、この飛散抑制カバーがモジュール容器内における燃焼ガスの流れを乱すおそれがある。このように燃焼ガスの乱れが生じると、その影響は上流側へも広がり、燃料電池セルに発電用空気が均等に送られなくなり、燃料電池セルに温度ムラが生じることとなる。これに対して、上記構成の本発明によれば、剥離抑制カバーの一側面と、モジュール容器の突出面とが同一平面上に治しているため、燃焼部を流れる燃焼ガスが乱れることがなく、これにより、燃料電池セルに発電用空気が均等に送られ、燃料電池セルの劣化を防止できる。
In the present invention, preferably, the scattering suppression cover is formed in a rectangular parallelepiped shape, and the inner wall surface of the module container is formed with a protruding surface protruding toward the fuel cell side, and one side surface of the scattering suppression cover, and the protruding surface, Are located on the same plane.
When the scattering suppression cover is provided, the scattering suppression cover may disturb the flow of combustion gas in the module container. When the combustion gas is disturbed in this way, the influence spreads to the upstream side, and the power generation air is not evenly sent to the fuel cells, resulting in temperature unevenness in the fuel cells. On the other hand, according to the present invention having the above configuration, since one side surface of the peeling prevention cover and the projecting surface of the module container are cured on the same plane, the combustion gas flowing through the combustion section is not disturbed, Thereby, the power generation air is evenly sent to the fuel cells, and the deterioration of the fuel cells can be prevented.

本発明によれば、耐熱性を有する材料により管継手を構成することなく、管継手の熱劣化を抑えることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thermal deterioration of a pipe joint can be suppressed, without comprising a pipe joint with the material which has heat resistance.

本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置(SOFC)を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell apparatus (SOFC) according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図である。FIG. 2 is a side sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 図2のIII-III線に沿った断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2. モジュールケース及び空気通路カバーの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a module case and an air passage cover. モジュールケース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 closing side plate which comprises a module case. (A)は飛散抑制カバーを構成する第1の部材を示す斜視図であり、(B)は飛散抑制カバーを構成する第2の部材を示す斜視図であり、(C)は第1及び第2の部材を取り付ける様子を示す斜視図である。(A) is a perspective view which shows the 1st member which comprises a scattering suppression cover, (B) is a perspective view which shows the 2nd member which comprises a scattering suppression cover, (C) is 1st and 1st It is a perspective view which shows a mode that 2 members are attached. 飛散抑制カバーを取り付けた状態における管継手近傍の装置長手方向の鉛直拡大断面図である。It is a vertical expanded sectional view of the apparatus longitudinal direction of the pipe joint vicinity in the state which attached the scattering suppression cover. 組立状態における飛散抑制カバーの周辺を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the periphery of the scattering suppression cover in an assembly state. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing a fuel cell unit of a solid oxide fuel cell device by one embodiment of the present invention. 図2と同様の、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図である。FIG. 3 is a side sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention, similar to FIG. 2. 図3と同様の、図2のIII-III線に沿った断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view along the line III-III in FIG. 2, similar to FIG. 3.

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

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

燃料電池モジュール2のモジュールケース8の発電室10の上方には、燃焼部としての燃焼室18が形成され、この燃焼室18で、発電反応に使用されなかった(発電に寄与しなかった)残余の燃料ガス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、モジュールケース8は断熱材7により覆われており、燃料電池モジュール2内部の熱が、外気へ発散するのを抑制している。また、この燃焼室18の上方には、燃料ガスを改質する改質器120が配置され、残余ガスの燃焼熱によって改質器120を改質反応が可能な温度となるように加熱している。   A combustion chamber 18 as a combustion section is formed above the power generation chamber 10 of the module case 8 of the fuel cell module 2. In this combustion chamber 18, the remainder that was not used for the power generation reaction (which did not contribute to power generation) The fuel gas and the remaining air are combusted to generate exhaust gas (in other words, combustion gas). Further, the module case 8 is covered with the heat insulating material 7 to suppress the heat inside the fuel cell module 2 from being diffused to the outside air. Further, a reformer 120 for reforming the fuel gas is disposed above the combustion chamber 18, and the reformer 120 is heated to a temperature at which a reforming reaction can be performed by the combustion heat of the residual gas. Yes.

さらに、ハウジング6内においてモジュールケース8の上方には、蒸発器140が断熱材7内に設けられている。蒸発器140は、供給された水と排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。)をモジュールケース8内の改質器120に供給する。   Further, an evaporator 140 is provided in the heat insulating material 7 above the module case 8 in the housing 6. The evaporator 140 performs heat exchange between the supplied water and the exhaust gas, thereby evaporating the water to generate water vapor, and a mixed gas (hereinafter referred to as “fuel gas”) of the water vapor and the raw fuel gas. Is supplied to the reformer 120 in the module case 8.

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

なお、本実施形態では、装置の起動時に改質器120内において、部分酸化改質反応(POX)のみが生じるPOX工程から、部分酸化改質反応(POX)と水蒸気改質反応(SR)が混在したオートサーマル改質反応(ATR)が生じるATR工程を経て、水蒸気改質反応のみが生じるSR工程が行われるように構成してもよいし、POX工程を省略してATR工程からSR工程に移行されるように構成してもよいし、POX工程及びATR工程を省略してSR工程のみが行われるように構成してもよい。なお、SR工程のみが行われる構成では、改質用空気流量調整ユニット44は不要である。   In this embodiment, the partial oxidation reforming reaction (POX) and the steam reforming reaction (SR) are performed from the POX process in which only the partial oxidation reforming reaction (POX) occurs in the reformer 120 when the apparatus is started. The SR process in which only the steam reforming reaction is performed may be performed through the ATR process in which the mixed autothermal reforming reaction (ATR) occurs, or the POX process may be omitted and the ATR process may be changed to the SR process. You may comprise so that it may transfer, and it may comprise so that a POX process and an ATR process may be abbreviate | omitted and only an SR process may be performed. In the configuration in which only the SR step is performed, the reforming air flow rate adjustment 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, a hot water production apparatus 50 to which exhaust gas is supplied is connected to the fuel cell module 2. The hot water production apparatus 50 is supplied with tap water from the water supply source 24, and the tap water is heated by the heat of the exhaust gas and supplied to a hot water storage tank of an external hot water heater (not shown). The fuel cell module 2 is provided with a control box 52 for controlling the amount of fuel gas supplied and the like. Furthermore, the fuel cell module 2 is connected to an inverter 54 that is a power extraction unit (power conversion unit) for supplying the power generated by the fuel cell module to the outside.

次に、図2乃至図4を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの構造について説明する。図2は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図3は、図2のIII-III線に沿った断面図であり、図4は、モジュールケース及び空気通路カバーの分解斜視図である。   Next, the structure of the fuel cell module of the solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 is a side sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 4 is an exploded perspective view of the module case and the air passage cover.

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

まず、モジュールケース8は、図4に示すように、略矩形の天板8a,底板8c,これらの長手方向(図2の左右方向)に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板8bからなる筒状体と、この筒状体の長手方向の両端部の2つの対向する開口部を塞ぎ、天板8a及び底板8cの幅方向(図3の左右方向)に延びる辺同士を連結する閉鎖側板8d,8eからなる。   First, as shown in FIG. 4, the module case 8 includes a substantially rectangular top plate 8a, bottom plate 8c, and a pair of opposing side plates 8b that connect the sides extending in the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 2). A cylindrical body and a closed side plate that closes two opposing openings at both ends in the longitudinal direction of the cylindrical body and connects the sides extending in the width direction of the top plate 8a and the bottom plate 8c (left and right direction in FIG. 3) 8d and 8e.

モジュールケース8は、空気通路カバー160によって天板8a及び側板8bが覆われている。空気通路カバー160は、天板160aと、対向する一対の側板160bとを有する。天板160aの略中央部分には、排気管171を貫通させるための開口部167と、発電用空気導入管74を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、モジュールケース8の外側と断熱材7との間、具体的にはモジュールケース8の天板8a及び側板8bと、空気通路カバー160の天板160a及び側板160bとの間には、天板160a及び側板160bの外面に沿って、酸化剤ガス供給通路としての空気通路161a,161bが形成されている(図3参照)。   The module case 8 has a top plate 8 a and side plates 8 b covered with an air passage cover 160. The air passage cover 160 includes a top plate 160a and a pair of opposing side plates 160b. An opening 167 for passing through the exhaust pipe 171 and an opening 160c for connecting the power generation air introduction pipe 74 are provided at 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. Thereby, between the outside of the module case 8 and the heat insulating material 7, specifically, between the top plate 8a and the side plate 8b of the module case 8, and between 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. 3).

モジュールケース8の側板8bの下部には、複数の貫通孔である吹出口8fが設けられている(図4参照)。発電用空気は、空気通路カバー160の天板160aのうち、モジュールケース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2参照)。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3、図4参照)。   At the lower part of the side plate 8b of the module case 8, a plurality of through holes 8f are provided (see FIG. 4). The power generation air is supplied into the air passage 161a from a power generation air introduction pipe 74 provided at a substantially central portion on the closed side plate 8e side of the module case 8 in the top plate 160a of the air passage cover 160 (FIG. 2). reference). Then, the power generation air is injected into the power generation chamber 10 through the air passages 161a and 161b from the outlet 8f toward the fuel cell assembly 12 (see FIGS. 3 and 4).

図5は、モジュールケース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. 5 is a perspective view showing the inner surface of the closing side plate 8 d constituting the module case 8. As shown in the figure, a first protrusion 180A and a second protrusion 180B are formed on the inner surface of the closing side plate 8d so as to extend in the vertical direction along the edges on both sides in the width direction. The first protrusion 180A and the second protrusion 180B each have a rectangular horizontal cross-sectional shape. The inner surfaces of the first projecting portion 180A and the second projecting portion 180B constitute projecting surfaces that project to the fuel cell side. 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3参照)。プレートフィン162は、モジュールケース8の天板8aと空気通路カバー160の天板160aの間で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、モジュールケース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。   In addition, the air passages 161a and 161b have heat exchange promoting members that promote 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. 3). 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 8 a of the module case 8 and the top plate 160 a of the air passage cover 160. That is, the plate fin 162 is provided in a portion corresponding to a later-described first exhaust passage 172a in the air passage 161a. Further, the plate fin 163 extends between the side plate 8b of the module case 8 and the side plate 160b of the air passage cover 160 and extends above the fuel cell unit 16 in the longitudinal direction and the vertical direction. Is provided. That is, the plate fins 163 are provided in portions corresponding to a second exhaust passage 172b and an exhaust concentration portion 176, which will be described later, in the air passage 161b.

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ケース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 case 8 inside the plate fins 162 and 163 (specifically along the top plate 8a and the side plate 8b), particularly when passing through the plate fins 162 and 163. Heat exchange is performed with the exhaust gas passing through the exhaust passage). For this reason, the portions where the plate fins 162 and 163 are provided in the air passages 161a and 161b function as a heat exchanger (heat exchange section). The portion provided with the plate fins 162 constitutes a main heat exchanger portion, and the portion provided with the plate fins 163 constitutes a subordinate heat exchanger portion.

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

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

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

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。   Accordingly, 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 a fuel layer is formed in the upper layer portion. An evaporation unit 140B that evaporates water supplied from the supply pipe 63 to generate water vapor, and a mixing unit 140C that mixes the water vapor generated in the evaporation unit 140B and the raw fuel gas supplied from the fuel supply pipe 63 are provided. It has been.

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 evaporator 140B and the mixer 140C are formed in a space where the evaporator 140 is partitioned by a partition plate provided with a plurality of communication holes (slits). The evaporation unit 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、本実施形態の蒸発器140は、燃焼触媒器を含んでいる。   Similarly, the exhaust passage portion 140A is 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. The second space is filled with a combustion catalyst (not shown). That is, the evaporator 140 of the present embodiment includes a combustion catalyst device.

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

次に、改質器120は、燃焼室18の上方でモジュールケース8の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置され、モジュールケース8の天板8aとの間に排気ガス誘導部材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 disposed so as to extend horizontally along the longitudinal direction of the module case 8 above the combustion chamber 18, and the exhaust gas guiding member 130 is disposed between the top plate 8 a of the module case 8. And fixed to the top plate 8a with a predetermined distance therebetween. The reformer 120 has a substantially rectangular outer shape in a top view, but is an annular structure in which a through hole 120b is formed in the center, and has a casing in which an upper case 121 and a lower case 122 are joined. ing. The through hole 120b is positioned so as to overlap the exhaust port 111 formed in the top plate 8a in a top view, and preferably, the exhaust port 111 is formed at the center position of the through hole 120b.

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

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

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

燃料ガス供給通路としての燃料ガス供給管64は、モジュールケース8内を閉鎖側板8dに沿って下方へ延び、底板8c付近で略90°屈曲されて水平方向に延びて、燃料電池セル集合体12の下方に形成されたマニホールド66内へ入り、更にマニホールド66内で逆側の閉鎖側板8e付近まで水平方向に延びている。燃料ガス供給管64は、マニホールド66に接続されている流入側配管64Aと、改質器120に接続されている流出側配管64Bとに分割されており、これら流入側配管64A及び流出側配管64Bは管継手64Cにより接続されている。管継手64Cは、流入側配管64A及び流出側配管64Bやモジュールケース8を構成する材料よりも耐熱性が低い材料により形成されている。なお、管継手64Cは、燃料電池セル集合体12の斜め上方に位置している。   A fuel gas supply pipe 64 as a fuel gas supply passage extends downward in the module case 8 along the closed side plate 8d, is bent approximately 90 ° in the vicinity of the bottom plate 8c, and extends in the horizontal direction. It extends into the manifold 66 formed below the inner side, and further extends horizontally in the manifold 66 to the vicinity of the closed side plate 8e on the opposite side. The fuel gas supply pipe 64 is divided into an inflow side pipe 64A connected to the manifold 66 and an outflow side pipe 64B connected to the reformer 120, and these inflow side pipe 64A and outflow side pipe 64B. Are connected by a pipe joint 64C. The pipe joint 64 </ b> C is formed of a material having lower heat resistance than the material constituting the inflow side pipe 64 </ b> A, the outflow side pipe 64 </ b> B, and the module case 8. The pipe joint 64 </ b> C is located obliquely above the fuel cell assembly 12.

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

また、流入側配管64A及び流出側配管64Bを接続する管継手64Cは、飛散抑制カバー190により全周が包囲されている。図6(A)は飛散抑制カバーを構成する第1の部材を示す斜視図であり、(B)は飛散抑制カバーを構成する第2の部材を示す斜視図であり、(C)は第1及び第2の部材を取り付ける様子を示す斜視図である。また、図7は、飛散抑制カバーを取り付けた状態における管継手近傍の装置長手方向の鉛直拡大断面図である。   Further, the pipe joint 64C that connects the inflow side pipe 64A and the outflow side pipe 64B is surrounded by the scattering suppression cover 190. FIG. 6A is a perspective view showing a first member constituting the scattering suppression cover, FIG. 6B is a perspective view showing a second member constituting the scattering suppression cover, and FIG. It is a perspective view which shows a mode that a 2nd member is attached. FIG. 7 is a vertically enlarged cross-sectional view in the longitudinal direction of the apparatus in the vicinity of the pipe joint in a state where the scattering suppression cover is attached.

図6(A)に示すように、第1の部材191は、一面が開口するような直方体形状を有している。具体的には、第1の部材191は、横面191Cと、横面191Cの前後の縁から延びる前後面191Dと、横面191Cの上の縁から延びる上面191Aと、横面191Cの下の縁から延びる下面191Bと、を有する。上下面191A、191Bにはそれぞれ開口する側から延びる凹部191Fが形成されている。また、前後面191Dには、上下方向に延びる矩形状の貫通穴191Eが形成されている。   As shown in FIG. 6A, the first member 191 has a rectangular parallelepiped shape such that one surface is open. Specifically, the first member 191 includes a lateral surface 191C, a front and rear surface 191D extending from front and rear edges of the lateral surface 191C, an upper surface 191A extending from an upper edge of the lateral surface 191C, and a lower surface of the lateral surface 191C. And a lower surface 191B extending from the edge. The upper and lower surfaces 191A and 191B are respectively formed with recesses 191F extending from the opening side. Further, a rectangular through hole 191E extending in the vertical direction is formed in the front and rear surface 191D.

図6(B)に示すように、第2の部材192は、一面が開口するような直方体形状を有している。具体的には、第2の部材192は、横面192Cと、横面192Cの前後の縁から延びる前後面192Dと、横面192Cの上の縁から延びる上面192Aと、横面192Cの下の縁から延びる下面192Bと、を有する。上下面192A、192Bにはそれぞれ開口する側から延びる凹部192Fが形成されている。また、前後面191Dには、上下方向に延びる矩形状の突出部192Eが形成されている。突出部192Eは、第2の部材192の開口する側の辺が前後面192Dに接続されており、それ以外の辺と前後面192Dとの間には隙間が形成されている。なお、突出部192Eは、常時は前後面192Dから外側に突出しているが、前後面192Dよりも内側に位置するまで撓ませることができる。また、前後面192Dと上下面192A、192Bとの間の角部は接続されておらず、スリット192Gが形成されている。
ここで、第1の部材191及び第2の部材192の凹部191F、192Fはケース内側に向けて屈曲されていることが好ましい。これにより、燃料ガス供給管64と凹部191F、192Fとの隙間から剥離粉末が落下することを防止できる。
As shown in FIG. 6B, the second member 192 has a rectangular parallelepiped shape such that one surface is open. Specifically, the second member 192 includes a lateral surface 192C, a front and back surface 192D extending from the front and rear edges of the lateral surface 192C, an upper surface 192A extending from an upper edge of the lateral surface 192C, and a lower surface of the lateral surface 192C. And a lower surface 192B extending from the edge. The upper and lower surfaces 192A and 192B are respectively formed with recesses 192F extending from the opening side. Further, a rectangular protrusion 192E extending in the vertical direction is formed on the front and rear surface 191D. In the protrusion 192E, the side on the opening side of the second member 192 is connected to the front and back surface 192D, and a gap is formed between the other side and the front and back surface 192D. The protruding portion 192E normally protrudes outward from the front and rear surface 192D, but can be bent until it is positioned inside the front and rear surface 192D. Further, the corners between the front and rear surfaces 192D and the upper and lower surfaces 192A and 192B are not connected, and a slit 192G is formed.
Here, the recesses 191F and 192F of the first member 191 and the second member 192 are preferably bent toward the inside of the case. Thereby, it can prevent that peeling powder falls from the clearance gap between the fuel gas supply pipe 64 and the recessed parts 191F and 192F.

第1の部材191及び第2の部材192は、管継手64Cよりも耐熱性の高い材料により構成される。より好ましくは、モジュールケース8を構成する材料と同一の材料により構成されている。   The first member 191 and the second member 192 are made of a material having higher heat resistance than the pipe joint 64C. More preferably, the module case 8 is made of the same material.

図6Cに示すように、飛散抑制カバー190の取り付ける際には、第1の部材191及び第2の部材192の開口する側が、管継手64Cを挟んで対向するように配置する。そして、第1の部材191及び第2の部材192をそれぞれ、凹部191F、192Fに燃料ガス供給管64が入り込むように近接させる。この際、第1の部材191の上下面191A、191Bが、第2の部材192のスリット192Gに入り込むようにする。そして、第1の部材191の上下面191A、191Bの縁が第2の部材192の横面192Cに当接するまで第1及び第2の部材191、192を近接されると、第2の部材192の突出部192Eが、第1の部材191の貫通穴191Eに入り込んで嵌合する。このように、飛散抑制カバー190は、第1及び第2の部材191、192を嵌合させることにより構成されており、図7に示すように、上面191A、192Aが管継手64Cの上面に当接することにより支持されている。また、このように飛散抑制カバー190を取り付けた状態において、第1及び第2の部材191、192の上面191A、192A、及び下面191B,192Bは互いに重なり合っている。そして、飛散抑制カバー190内の管継手64Cの下方には回収空間194が形成される。   As shown in FIG. 6C, when the scattering prevention cover 190 is attached, the opening side of the first member 191 and the second member 192 is disposed so as to face each other with the pipe joint 64C interposed therebetween. Then, the first member 191 and the second member 192 are brought close to each other so that the fuel gas supply pipe 64 enters the recesses 191F and 192F, respectively. At this time, the upper and lower surfaces 191 </ b> A and 191 </ b> B of the first member 191 enter the slit 192 </ b> G of the second member 192. When the first and second members 191 and 192 are brought close to each other until the edges of the upper and lower surfaces 191A and 191B of the first member 191 come into contact with the lateral surface 192C of the second member 192, the second member 192 The protruding portion 192E enters and fits into the through hole 191E of the first member 191. As described above, the scattering suppression cover 190 is configured by fitting the first and second members 191 and 192, and the upper surfaces 191A and 192A are in contact with the upper surface of the pipe joint 64C as shown in FIG. It is supported by touching. Further, in the state where the scattering suppression cover 190 is attached in this manner, the upper surfaces 191A and 192A and the lower surfaces 191B and 192B of the first and second members 191 and 192 overlap each other. A recovery space 194 is formed below the pipe joint 64 </ b> C in the scattering suppression cover 190.

なお、本実施形態では、互いに嵌合する第1の部材191の貫通穴191E及び第2の部材192の突出部192Eは、それぞれ第1及び第2の部材191、192の前後面191D、192Dに形成されているが、これに限らず、上面191A、192Aに設けてもよい。また、本実施形態では、2つの部材により飛散抑制カバー190を構成しているが、3つ以上の部材により構成してもよい。   In the present embodiment, the through hole 191E of the first member 191 and the protrusion 192E of the second member 192 that are fitted to each other are formed on the front and rear surfaces 191D and 192D of the first and second members 191 and 192, respectively. However, the present invention is not limited to this, and the upper surfaces 191A and 192A may be provided. Moreover, in this embodiment, although the scattering suppression cover 190 is comprised by two members, you may comprise by three or more members.

図8は、組立状態における飛散抑制カバーの周辺を示す斜視図である。閉鎖側板8dは、飛散抑制カバー190を管継手64C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、飛散抑制カバー190は閉鎖側板8dの溝部180C内に収容されている。飛散抑制カバー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。   FIG. 8 is a perspective view showing the periphery of the scattering prevention cover in the assembled state. The closed side plate 8d is closed after the scattering suppression cover 190 is attached to the pipe joint 64C. And in the state which closed the closed side board 8d, the scattering suppression cover 190 is accommodated in the groove part 180C of the closed side board 8d. The surface of the scattering suppression cover 190 on the side of the fuel cell unit 16 is located on the same plane as the protruding surface of the first protrusion 180A and the second protrusion 180B of the closing side plate 8d on the fuel cell unit 16 side. Yes.

燃料ガス供給通路としての燃料ガス供給管64は、モジュールケース8内を閉鎖側板8dに沿って下方へ延び、底板8c付近で略90°屈曲されて水平方向に延びて、燃料電池セル集合体12の下方に形成されたマニホールド66内へ入り、更にマニホールド66内で逆側の閉鎖側板8e付近まで水平方向に延びている。燃料ガス供給管64の水平部64aの下方面には、複数の燃料供給孔64bが形成されており、この燃料供給孔64bから、燃料ガスがマニホールド66内に供給される。このマニホールド66の上方には、燃料電池セルユニット16を支持するための貫通孔を備えた下支持板68が取り付けられており、マニホールド66内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット16内に供給される。また、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置83が、燃焼室18に設けられている。   A fuel gas supply pipe 64 as a fuel gas supply passage extends downward in the module case 8 along the closed side plate 8d, is bent approximately 90 ° in the vicinity of the bottom plate 8c, and extends in the horizontal direction. It extends into the manifold 66 formed below the inner side, and further extends horizontally in the manifold 66 to the vicinity of the closed side plate 8e on the opposite side. A plurality of fuel supply holes 64 b are formed in the lower surface of the horizontal portion 64 a of the fuel gas supply pipe 64, and fuel gas is supplied into the manifold 66 from the fuel supply holes 64 b. A lower support plate 68 having a through hole for supporting the fuel cell unit 16 is attached above the manifold 66, and the fuel gas in the manifold 66 is supplied into the fuel cell unit 16. The 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ケース8の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置されている。排気ガス誘導部材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2,図3参照)。上部誘導板132は、幅方向の両端部が下方に向けて折り曲げられ、下部誘導板131に連結されている。連結板133,134は、上端部が天板8aに連結され、下端部が改質器120に連結されており、これにより、排気ガス誘導部材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 disposed between the reformer 120 and the top plate 8 a so as to extend in the horizontal direction along the longitudinal direction of the module case 8. The exhaust gas guiding member 130 includes a lower guiding plate 131 and an upper guiding plate 132 that are separated by a predetermined distance in the vertical direction, and connecting plates 133 and 134 to which both ends of the longitudinal direction are attached (FIG. 2). FIG. 3). The upper guide plate 132 is bent at both ends in the width direction downward and is connected to the lower guide plate 131. The connecting plates 133 and 134 have upper ends connected to the top plate 8a and lower ends connected to the reformer 120, thereby fixing the exhaust gas guiding member 130 and the reformer 120 to the top plate 8a. ing.

下部誘導板131は、幅方向(図3の左右方向)の中央部が下方に向けて突出する凸状段部131aが形成されている。一方、上部誘導板132は、下部誘導板131と同様に、幅方向の中央部が下方に向けて凹状となるように凹部132aが形成されている。凸状段部131aと凹部132aは、上下方向で並行して長手方向に延びている。混合ガス供給管112は、モジュールケース8内でこの凹部132a内を水平方向に延びた後、閉鎖側板8e付近で下方に向けて屈曲し、上部誘導板132及び下部誘導板131を貫通して、改質器120に連結されている。   The lower guide plate 131 is formed with a convex step portion 131a in which the central portion in the width direction (left-right direction in FIG. 3) protrudes downward. On the other hand, as with the lower guide plate 131, the upper guide plate 132 is formed with a recess 132a so that the central portion in the width direction becomes concave downward. The convex step portion 131a and the concave portion 132a extend in the longitudinal direction in parallel in the vertical direction. The mixed gas supply pipe 112 extends horizontally in the recess 132a in the module case 8 and then bends downward in the vicinity of the closed side plate 8e, 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, a gas reservoir (gas heat insulating layer) 135, which is an internal space that functions as a heat insulating layer, is formed by the upper guide plate 132, the lower guide plate 131, and the connecting plates 133 and 134. The gas reservoir 135 is in fluid communication with the combustion chamber 18. 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. While it is possible for exhaust gas to flow into the gas reservoir 135 from the combustion chamber 18 during operation, or to allow air to flow in from the outside when stopped, the movement of gas between the inside and outside of the gas reservoir 135 is generally performed. Is moderate.

上部誘導板132は、天板8aと所定の上下方向距離を隔てて配置されており、上部誘導板132の上面と天板8aとの間には、長手方向及び幅方向に沿って水平方向に延びる第1排気通路172aが形成されている。この第1排気通路172aは、モジュールケース8の天板8aを挟んで空気通路161aと並設されており、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 disposed at a predetermined vertical distance from the top plate 8a. Between the upper surface of the upper guide plate 132 and the top plate 8a, the upper guide plate 132 is horizontally aligned along the longitudinal direction and the width direction. An extended first exhaust passage 172a is formed. The first exhaust passage 172a is juxtaposed with the air passage 161a with the top plate 8a of the module case 8 interposed therebetween, and the plate fins 162, 163 in the air passages 161a, 161b are connected to the first exhaust passage 172a. Similar plate fins 175a are arranged. The plate fins 175a are provided at substantially the same location as the plate fins 162 when viewed from above, and face each other in the vertical direction across the top plate 8a.

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 disposed 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 extended second exhaust passage 172b is formed. The second exhaust passage 172b communicates with the first exhaust passage 172a at the top. Also in the second exhaust passage 172b, plate fins 175b similar to the plate fins 162 and 163 in the air passages 161a and 161b are arranged. 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, 161b and the first and second exhaust passages 172a, 172b, in the portions where the plate fins 162, 163, 175a, 175b are provided, the power generation air flowing through the air passages 161a, 161b and the first and second Efficient heat exchange is performed with the exhaust gas flowing through the second exhaust passages 172a and 172b, and the power generation air is heated by the heat of the exhaust gas.

また、改質器120は、モジュールケース8の側板8bと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、改質器120と側板8bとの間には、排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。   The reformer 120 is disposed at a predetermined horizontal distance from the side plate 8b of the module case 8, and the exhaust gas passes between the reformer 120 and the side plate 8b from below to above. 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 disposed at a predetermined vertical distance from the top surface of the upper case 121 of the reformer 120, and between the lower guide plate 131 and the upper case 121 and the reformer. The 120 through-hole 120b forms a fourth exhaust passage 174 through which the exhaust gas that has passed through the through-hole 120b from the bottom to the top 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 to form an exhaust concentration portion 176 where exhaust gas concentrates.

次に、図9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9は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図9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. 9 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. 9, the fuel cell unit 16 includes a fuel cell 84 and inner electrode terminals 86 that are caps respectively 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 includes a cylindrical inner electrode layer 90 that forms a fuel gas flow path 88 therein, a cylindrical outer electrode layer 92, an inner electrode layer 90, and an outer side. An electrolyte layer 94 is provided between the electrode layer 92 and the electrode layer 92. The inner electrode layer 90 is a fuel electrode through which fuel gas passes and becomes a (−) electrode, while the outer electrode layer 92 is an air electrode in contact with air and becomes a (+) electrode.

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 terminal 86 attached to the upper end side and the lower end side of the fuel cell 84 has the same structure, the inner electrode terminal 86 attached to the upper end side will be specifically described here. The upper portion 90 a of the inner electrode layer 90 includes an outer peripheral surface 90 b and an upper end surface 90 c 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 through a conductive sealing material 96, and is further in direct contact with the upper end surface 90c of the inner electrode layer 90, thereby Electrically connected. At the center of the inner electrode terminal 86, a fuel gas channel capillary 98 that communicates with the fuel gas channel 88 of the inner electrode layer 90 is formed.

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

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

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 includes, for example, lanthanum manganite doped with at least one selected from Sr and Ca, lanthanum ferrite doped with at least one selected from Sr, Co, Ni and Cu, Sr, Fe, Ni and Cu. It is formed from at least one of lanthanum cobaltite doped with at least one selected from the group consisting of silver and silver.

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 that is the fuel electrode of each fuel cell unit 16 has the outer electrode layer 92 that is the air electrode of the other fuel cell unit 16. By electrically connecting to the outer peripheral surface, all 128 fuel cell units 16 are connected in series.

次に、図10及び図11を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュール内のガスの流れについて説明する。図10は、図2と同様の、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図11は、図3と同様の、図2のIII-III線に沿った断面図である。図10及び図11は、それぞれ、図2及び図3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, a gas flow in 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. 10 and 11. 10 is a side sectional view showing a fuel cell module of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention, similar to FIG. 2, and FIG. 11 is similar to FIG. It is sectional drawing along the -III line. FIGS. 10 and 11 are diagrams in which arrows indicating gas flows are newly added in FIGS. 2 and 3, respectively, and show the state in which the heat insulating material 7 is removed for convenience of explanation. In the figure, solid line arrows indicate the flow of fuel gas, broken line arrows indicate the flow of power generation air, and alternate long and short dashed arrows indicate the flow of exhaust gas.

図10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. 10, water and raw fuel gas (fuel gas) are fed into an evaporation section 140 </ b> B provided in an 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. 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 water vapor. The water vapor and the raw fuel gas supplied from the fuel supply pipe 63 flow downstream in the evaporation unit 140B and are mixed in the mixing unit 140C. The mixed gas in the mixing section 140C is heated by the exhaust gas flowing through the lower exhaust passage section 140A.

混合部140C内で形成された混合ガス(燃料ガス)は、混合ガス供給管112を通って、モジュールケース8内の改質器120に供給される。混合ガス供給管112は、排気通路部140A,排気管171,及び第1排気通路172aを順に通過しているため、これらの通路を流れる排気ガスにより、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 case 8 through the mixed gas supply pipe 112. Since the mixed gas supply pipe 112 passes through the exhaust passage portion 140A, the exhaust pipe 171, and the first exhaust passage 172a in this order, the mixed gas in the mixed gas supply pipe 112 is further increased by the exhaust gas flowing through these passages. 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 part 120A in the reformer 120, and from here passes through the partition plate 123a and flows into the reforming part 120B. The mixed gas is reformed in the reforming unit 120B to become fuel gas. The fuel gas thus generated passes through the partition plate 123b and flows into the gas discharge part 120C.

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

また、図10及び図11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ケース8内に形成された第1及び第2排気通路172,173を通過する排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. 10 and 11, the power generation air is supplied from the power generation air introduction pipe 74 to the air passage 161a. When the power generation air passes through the plate fins 162 and 163 in the air passages 161 a and 161 b, the first and second exhaust passages 172 and 172 formed in the module case 8 below the plate fins 162 and 163. Efficient heat exchange is performed with the exhaust gas passing through 173, and the exhaust gas is heated.

この後、発電用空気は、モジュールケース8の側板8bの下部に設けられた複数の吹出口8fから燃料電池セル集合体12に向けて発電室10内に噴射される。なお、本実施形態では、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。   Thereafter, the power generation air is injected into the power generation chamber 10 from the plurality of air outlets 8 f provided at the lower portion of the side plate 8 b of the module case 8 toward the fuel cell assembly 12. In the present embodiment, since the exhaust passage is not formed in the side 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 side part 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11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、モジュールケース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ケース8の側板8bとの間、及び、改質器120の貫通孔120bから改質器120と排気ガス誘導部材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11のAの部分)。   Further, as shown in FIG. 11, the fuel gas not used for power generation in the power generation chamber 10 is combusted in the combustion chamber 18 to become exhaust gas (combustion gas), and rises in the module case 8. Specifically, the exhaust gas is branched into a third exhaust passage 173 and a fourth exhaust passage 174, and between the outer surface of the reformer 120 and the side plate 8 b of the module case 8, and the reformer 120. The through-hole 120b passes between the reformer 120 and the exhaust gas guiding member 130. At this time, the exhaust gas passing through the fourth exhaust passage 174 is bisected in the width direction by the convex step portion 131a disposed above the through hole 120b of the reformer 120, and remains in the lower portion of the exhaust gas guiding member 130. Without being guided toward the third exhaust passage 173, the exhaust concentration portion 176 joins the exhaust gas flowing through the third exhaust passage 173. 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 section 176 (see FIG. 11A). 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、モジュールケース8の天板8aの中央に形成された排気口111から流出する。   Thereafter, the exhaust gas is introduced from the exhaust concentration portion 176 into the second exhaust passage 172b. Then, the exhaust gas that has passed through the second exhaust passage 172 b flows in the horizontal direction through the first exhaust passage 172 a and flows out from the exhaust port 111 formed at the center of the top plate 8 a of the module case 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 concentration 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 concentration portion 176 in the air passage 161b. Exchange is performed. 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. Through the plate fins 162 and 163 provided at portions corresponding to the inner plate fins 175b and 175a, efficient heat exchange is performed between the power generation air and the exhaust gas. In this way, the temperature of the power generation air is raised by the heat of the exhaust gas.

そして、排気口111から流出した排気ガスは、モジュールケース8の外部に設けられた排気管171を通過して蒸発器140の排気通路部140Aに流入し、排気通路部140Aを通過した後、蒸発器140から排気ガス排出管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。   The exhaust gas flowing out from the exhaust port 111 passes through the exhaust pipe 171 provided outside the module case 8, flows into the exhaust passage part 140A of the evaporator 140, passes through the exhaust passage part 140A, and then evaporates. From the vessel 140 to the exhaust gas discharge pipe 82. As described above, the exhaust gas exchanges heat with the mixed gas in the mixing section 140C of the evaporator 140 and the water in the evaporation section 140B when flowing through the exhaust passage section 140A of the evaporator 140.

燃焼室18において、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼室18において燃焼されると、管継手64Cは高温に曝される。このように管継手64Cが高温に曝されると、管継手64Cの表面が劣化して粉末状に剥離する。しかしながら、このように管継手64Cから剥離した粉末は、飛散抑制カバー190内の回収空間194内に収容され、モジュールケース8内に飛散することはない。   In the combustion chamber 18, when the remaining fuel gas and the remaining air that have not been used for the power generation reaction are burned in the combustion chamber 18, the pipe joint 64C is exposed to a high temperature. As described above, when the pipe joint 64C is exposed to a high temperature, the surface of the pipe joint 64C deteriorates and peels into a powder form. However, the powder peeled from the pipe joint 64 </ b> C in this way is accommodated in the recovery space 194 in the scattering suppression cover 190 and does not scatter in the module case 8.

以上説明したように、上記実施形態によれば、飛散抑制カバー190により管継手64Cが包囲されているため、管継手64Cが燃焼室18からの熱の影響を受けて表面が粉末として剥離しても、剥離粉末を飛散抑制カバー190により捕捉することができる。これにより、耐熱性のある材料で管継手を構成することなく、管継手64Cから剥離した粉末による燃料電池セルユニット16の汚染を防止することができる。   As described above, according to the above embodiment, since the pipe joint 64C is surrounded by the scattering suppression cover 190, the pipe joint 64C is affected by the heat from the combustion chamber 18 and the surface peels off as a powder. Also, the release powder can be captured by the scattering suppression cover 190. Thereby, the contamination of the fuel cell unit 16 by the powder peeled off from the pipe joint 64C can be prevented without forming the pipe joint with a heat resistant material.

また、上記実施形態によれば、飛散抑制カバー190は、第1及び第2の部材191、192を嵌合させることにより構成されている。これにより、流入側配管64A及び流出側配管64Bを管継手64Cにより連結した後、飛散抑制カバー190を取り付けることができ、組立作業の作業性を向上することができる。   Moreover, according to the said embodiment, the scattering suppression cover 190 is comprised by making the 1st and 2nd members 191 and 192 fit. Thereby, after connecting inflow side piping 64A and outflow side piping 64B with pipe joint 64C, scattering control cover 190 can be attached and workability of assembly work can be improved.

また、上記実施形態によれば、飛散抑制カバー190の底部において、第1及び第2の部材191、192が重なり合っている。これにより、底部に合わせ目が存在せず、剥離粉末が漏れることを防止できる。   Further, according to the above embodiment, the first and second members 191 and 192 overlap at the bottom of the scattering prevention cover 190. Thereby, there is no seam at the bottom, and the release powder can be prevented from leaking.

また、例えば、第1及び第2の部材の下面に貫通穴を設けた場合には、この貫通穴から剥離粉末が落下するおそれがある。これに対して、上記実施形態によれば、第1及び第2の部材191、192の前後面191D、192Dに貫通穴191E及び突出部192Eを設けているため、飛散抑制カバー190から剥離粉末が落下するのを防止できる。   For example, when a through hole is provided in the lower surfaces of the first and second members, the peeling powder may fall from the through hole. On the other hand, according to the above embodiment, since the through holes 191E and the protrusions 192E are provided on the front and rear surfaces 191D and 192D of the first and second members 191, 192, the peeling powder is removed from the scattering prevention cover 190. Can prevent falling.

また、上記実施形態によれば、飛散抑制カバー190の燃料電池セルユニット16側が面は、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、燃焼室18を流れる燃焼ガスが乱れることを防止し、これにより、燃料電池セルユニット16に発電用容器が均等に送られる。これにより、燃料電池セルユニット16に温度ムラが生じるのを防止し、燃料電池セルユニット16の劣化を防止できる。   Further, according to the above embodiment, the surface of the scattering suppression cover 190 on the fuel cell unit 16 side is the protruding surface of the first protruding portion 180A and the second protruding portion 180B of the closing side plate 8d on the fuel cell unit 16 side. Are located on the same plane. As a result, the combustion gas flowing through the combustion chamber 18 is prevented from being disturbed, whereby the power generation containers are evenly sent to the fuel cell unit 16. Thereby, it is possible to prevent temperature unevenness from occurring in the fuel cell unit 16 and to prevent deterioration of the fuel cell unit 16.

1 固体酸化物形燃料電池装置
2 燃料電池モジュール
4 補機ユニット
6 ハウジング
7 断熱材
8 モジュールケース
8a 天板
8b 側板
8c 底板
8d 閉鎖側板
8e 閉鎖側板
8f 吹出口
10 発電室
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
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 水添脱硫器用水素取出管
66 マニホールド
68 下支持板
74 発電用空気導入管
82 排気ガス排出管
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 飛散抑制カバー
191 第1の部材
191A 上面
191B 下面
191C 横面
191D 前後面
191E 貫通穴
191F 凹部
192 第2の部材
192A 上面
192B 下面
192C 横面
192D 前後面
192E 突出部
192F 凹部
192G スリット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid oxide fuel cell apparatus 2 Fuel cell module 4 Auxiliary machine unit 6 Housing 7 Heat insulating material 8 Module case 8a Top plate 8b Side plate 8c Bottom plate 8d Closed side plate 8e Closed side plate 8f Outlet 10 Power generation chamber 12 Fuel cell assembly 16 Fuel 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 38 Fuel flow rate adjustment unit 39 Valve 40 Air supply source 42 Solenoid valve 44 Reforming air Flow rate adjusting unit 45 Power generation air flow rate adjusting unit 46 First heater 48 Second heater 50 Hot water production device 52 Control box 54 Inverter 63 Fuel supply pipe 64 Fuel gas supply pipe 64a Horizontal portion 64b Fuel supply hole 65 Hydrogen extraction for hydrodesulfurizer Pipe 66 Manifold 68 Lower support plate 74 Power generation air introduction pipe 8 Exhaust gas discharge pipe 83 Ignition device 84 Fuel cell 86 Inner electrode terminal 88 Fuel gas channel 90 Inner electrode layer 92 Outer electrode layer 94 Electrolyte layer 96 Sealing material 98 Fuel gas channel narrow tube 111 Exhaust port 112 Mixed gas supply tube 120 Gasifier 120A Mixed gas receiving part 120B Reforming part 120C Gas discharge part 120a Mixed gas supply port 120b Through hole 121 Upper case 122 Lower case 123a Partition plate 123b Partition plate 130 Exhaust gas guide member 131 Lower guide plate 131a Convex step 132 Upper guide plate 132a Recess 133 Connection plate 134 Connection plate 135 Gas insulation layer (gas reservoir)
140 Evaporator 140A Exhaust passage part 140B Evaporation part 140C Mixing part 141 Evaporator case 142 Upper case 143 Lower case 144 Intermediate plate 144a Opening 160 Air passage cover 160a Top plate 160b Side plate 161a Air passage 161b Air passage 162 Plate fin 163 Plate fin 164 Flow path direction adjusting portion 167 Opening portion 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 portion 180A First protrusion 180B First Two protrusions 180C Groove 190 Splashing suppression cover 191 First member 191A Upper surface 191B Lower surface 191C Horizontal surface 191D Front and rear surfaces 191E Through hole 191F Recess 192 Second member 192A Upper surface 192B Lower surface 192C Lateral surface 192D Front and rear surfaces 192E Protruding portion 192F Recessed portion 192G Slit

Claims (5)

固体酸化物形燃料電池装置であって、
発電用空気と、水蒸気改質して得られた燃料ガスとの反応により発電する複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルを収容するモジュール容器と、
前記モジュール容器内の前記複数の燃料電池セルの上方に設けられ、前記複数の燃料電池セルの発電に寄与しなかった燃料ガスを燃焼させ排ガスを生成する燃焼部と、
前記燃焼部の上方に設けられ、原料ガスを水蒸気改質して前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池セルに前記発電用空気を供給するための発電用空気供給手段と、
前記複数の燃料電池セルの下方に位置し、前記燃料ガスを前記複数の燃料電池セルの内部流路に供給する燃料ガスマニホールドと、
前記燃料ガスマニホールドへ前記燃料ガスを供給する流入側配管と、
前記改質器から前記燃料ガスが供給される流出側配管と、
前記流入側配管と前記流出側配管とを連結する管継手と、を備え、
前記流入側配管と前記流出側配管とが前記管継手により連結されることにより、前記モジュール容器内を上下方向に延び、前記改質器から燃料ガスを前記燃料ガスマニホールドに供給する燃料ガス供給管が構成され、
前記管継手は、前記モジュール容器及び前記燃料ガス供給管よりも耐熱性が低い材料からなり、
さらに、前記管継手よりも耐熱性の高い材料からなり、前記管継手の全周を包囲する飛散抑制カバーを備える、ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
A solid oxide fuel cell device comprising:
A plurality of fuel cells that generate electricity by a reaction between power generation air and fuel gas obtained by steam reforming;
A module container for housing the plurality of fuel cells;
A combustion section that is provided above the plurality of fuel cells in the module container and that generates exhaust gas by burning fuel gas that has not contributed to power generation of the plurality of fuel cells;
A reformer that is provided above the combustion section and that reforms the raw material gas with steam to produce the fuel gas;
Power generation air supply means for supplying the power generation air to the fuel cell;
A fuel gas manifold located below the plurality of fuel cells and supplying the fuel gas to the internal flow paths of the plurality of fuel cells;
An inflow side pipe for supplying the fuel gas to the fuel gas manifold;
An outflow side pipe to which the fuel gas is supplied from the reformer;
A pipe joint for connecting the inflow side pipe and the outflow side pipe,
The inflow side pipe and the outflow side pipe are connected by the pipe joint, so that the inside of the module container extends in the vertical direction, and a fuel gas supply pipe that supplies fuel gas from the reformer to the fuel gas manifold Is configured,
The pipe joint is made of a material having lower heat resistance than the module container and the fuel gas supply pipe,
The solid oxide fuel cell device further comprises a scattering suppression cover made of a material having higher heat resistance than the pipe joint and surrounding the entire circumference of the pipe joint.
前記飛散抑制カバーは複数の部材からなり、
前記複数の部材を嵌合させることにより、前記管継手の全周を包囲する、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
The scattering suppression cover is composed of a plurality of members,
The solid oxide fuel cell device according to claim 1, wherein the plurality of members are fitted to surround the entire circumference of the pipe joint.
前記飛散抑制カバーの底部では、前記複数の部材が重なり合っている、請求項2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 2, wherein the plurality of members overlap each other at a bottom portion of the scattering suppression cover. 前記飛散抑制カバーの複数の部材は、側面又は天面に、前記複数の部材が嵌合するための嵌合部を有する、請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池装置。   4. The solid oxide fuel cell device according to claim 3, wherein the plurality of members of the scattering suppression cover have a fitting portion for fitting the plurality of members on a side surface or a top surface. 5. 前記飛散抑制カバーは直方体状に形成され、
前記モジュール容器の内壁面には、前記燃料電池セル側へと突出する突出面が形成され、
前記飛散抑制カバーの一側面と、前記突出面とは同一平面上に位置する、請求項1から4の何れか1項に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
The scattering suppression cover is formed in a rectangular parallelepiped shape,
On the inner wall surface of the module container, a protruding surface that protrudes toward the fuel cell side is formed,
5. The solid oxide fuel cell device according to claim 1, wherein one side surface of the scattering suppression cover and the protruding surface are located on the same plane.
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