JP2017183130A - Solid oxide fuel cell device - Google Patents

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卓哉 松尾
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid oxide fuel cell device capable of performing heat exchange of exhaust gas and water efficiently in a vaporizer, even when the vaporizer is installed on the outside of a module container.SOLUTION: A solid oxide fuel cell device includes a vaporizer 140 which has an exhaust gas flow path 154 for distributing exhaust gas generated in a combustion unit, and an evaporation chamber 150 for generating steam from supplied water by heat exchange with exhaust gas circulating the exhaust gas flow path 154, and is placed on the outside of the module case and on the inside of a heat insulating material. The vaporizer 140 includes a first container 143 opening upward, a second container 144 opening upward and stacked on the first container 143 from below, and a top plate 142 provided to cover the upper part of the first container 143. A part of the outer wall surface of the first container 143 is superposed on a part of the inner wall surface of the second container 144 while abutting thereon .SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池装置に関し、特に、燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電を行う燃料電池セルを複数備えた固体酸化物形燃料電池に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell device, and more particularly to a solid oxide fuel cell including a plurality of fuel cells that generate power using fuel gas and oxidant gas.

固体酸化物形燃料電池装置（Solid Oxide Fuel Cell：以下「ＳＯＦＣ」とも言う）は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、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.

固体酸化物形燃料電池装置では、燃焼部において燃料電池からのオフガスを燃焼して高温の排ガスを生成し、蒸発器において排ガスとの熱交換によって水蒸気を生成し、混合気において水蒸気と原料ガスとを混合し、改質器において原料ガスを水蒸気により改質して燃料ガスを生成する。従来は、例えば、特許文献１に記載されているように蒸発器と改質器とは一体に構成され、モジュール容器内に配置されていた。   In the solid oxide fuel cell device, off-gas from the fuel cell is burned in the combustion section to generate high-temperature exhaust gas, and steam is generated by heat exchange with the exhaust gas in the evaporator. And the raw material gas is reformed with steam in a reformer to produce a fuel gas. Conventionally, for example, as described in Patent Document 1, an evaporator and a reformer are integrally configured and arranged in a module container.

しかしながら、蒸発器は水を気化させるために熱を吸収するため、モジュール容器内の温度を低下させる原因となる。これに対して、例えば、特許文献２には、蒸発器及び混合器をモジュール容器の外部に配置し、モジュール容器及び蒸発室を断熱材で取り囲んだ構成の燃料電池装置が開示されている。これにより、モジュール容器内での熱効率が高まるとともに、モジュール容器の小型化が可能になる。   However, since the evaporator absorbs heat to vaporize water, it causes the temperature in the module container to decrease. On the other hand, for example, Patent Document 2 discloses a fuel cell device having a configuration in which an evaporator and a mixer are arranged outside a module container, and the module container and the evaporation chamber are surrounded by a heat insulating material. Thereby, the thermal efficiency in the module container is increased, and the module container can be miniaturized.

特開２０１３−７３８９９号公報JP 2013-73899 A 特開２０１２−２２１６５９号公報JP 2012-221659 A

しかしながら、上記のように蒸発器をモジュール容器の外部に設ける場合には、蒸発器に供給される排ガスの熱量が低下してしまう。このため、蒸発器において排ガスと、水との間で効率良く熱交換をさせる必要がある。   However, when the evaporator is provided outside the module container as described above, the amount of heat of the exhaust gas supplied to the evaporator is reduced. For this reason, it is necessary to efficiently exchange heat between the exhaust gas and water in the evaporator.

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、蒸発器をモジュール容器の外部に設けた場合であっても、蒸発器において排ガスと水との間で効率よく熱交換できる固体酸化物形燃料電池装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and the purpose thereof is to efficiently exchange heat between exhaust gas and water in the evaporator even when the evaporator is provided outside the module container. A solid oxide fuel cell device is provided.

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電を行う燃料電池セルを複数備えた固体酸化物形燃料電池装置であって、燃料電池セルを内部に収容するモジュール容器と、モジュール容器の周囲を覆うように設けられた断熱材と、モジュール容器内の燃料電池セルの上方で、燃料電池セルからのオフガスを燃焼して排ガスを生成する燃焼部と、モジュール容器内の燃焼部の上方で、排ガスにより加熱して水蒸気により原料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質器と、燃焼部で生成された排ガスを流通させる排ガス流路と、供給された水から排ガス流路内を流通する排ガスとの熱交換によって水蒸気を生成する蒸発室とを有し、モジュール容器の外側、かつ、断熱材の内側に配置された蒸発器と、を備え、蒸発器は、上部が開放された第１の容器と、上部が開放され、第１の容器に下方から重ねられた第２の容器と、第１の容器の上部を覆うように設けられた天板と、を含んで構成され、第１の容器の外壁面の一部は、第２の容器の内壁面の一部に当接した状態で重ね合わされており、蒸発室は第１の容器と天板との間に形成され、排ガス流路は、第１の容器と第２の容器との間に形成されている、ことを特徴とする。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell device including a plurality of fuel cells that generate power using fuel gas and oxidant gas, and includes a module container that houses the fuel cells and a periphery of the module container. An insulating material provided to cover, a combustion part that burns off-gas from the fuel battery cell to generate exhaust gas above the fuel cell in the module container, and an exhaust gas above the combustion part in the module container A reformer that generates fuel gas by reforming the raw material gas with water vapor by heating, an exhaust gas passage that distributes the exhaust gas generated in the combustion section, and the inside of the exhaust gas passage from the supplied water And an evaporator disposed outside the module container and inside the heat insulating material. The evaporator has a first open top. No And a second container that is open at the top and is stacked on the first container from below, and a top plate that is provided so as to cover the upper part of the first container. A part of the outer wall surface is overlapped with a part of the inner wall surface of the second container, the evaporation chamber is formed between the first container and the top plate, and the exhaust gas flow path is , Formed between the first container and the second container.

上記構成の本発明によれば、蒸発器を第１の容器と第２の容器とを重ね合わせることにより構成し、第１の容器の外壁面の一部と第２の容器の内壁面の一部とを当接させているため、排ガス流路を流れる排ガスから第２の容器へ伝わった熱が、この当接している部分を介して第１の容器へと伝わり、より効率良く排ガスと水の間で熱交換を行うことができる。このように蒸発面を介した熱伝導に加えて、当接した部分を介して第２の容器から第１の容器へと熱伝導が行われ、この熱が水に伝動されるため、より効率良く排ガスの熱を水に伝動することができる。このように、本発明によれば、蒸発器をモジュール容器の外部に設けた場合であっても、蒸発器において排ガスと水との間で効率よく熱交換できる。   According to the present invention configured as described above, the evaporator is configured by overlapping the first container and the second container, and a part of the outer wall surface of the first container and one of the inner wall surfaces of the second container. The heat transferred from the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path to the second container is transferred to the first container through the contacted portion, and the exhaust gas and water are more efficiently contacted. Heat exchange between the two. In this way, in addition to heat conduction through the evaporation surface, heat conduction is performed from the second container to the first container through the abutting portion, and this heat is transmitted to water, so that it is more efficient. The heat of exhaust gas can be transmitted to water well. Thus, according to the present invention, even when the evaporator is provided outside the module container, heat can be efficiently exchanged between the exhaust gas and water in the evaporator.

本発明において、好ましくは、第２の容器と、第１の容器とが当接した状態で重ね合わされた第１の重ね合わせ部に当接するように配置された加熱源をさらに備える。
上記構成の本発明によれば、容器を介して蒸発室及び排ガス流路の双方を加熱することができる。これにより、排ガスの熱に加えて、加熱源からの熱が容器及び排ガスを介して蒸発面に付加され、蒸発面全体を介して均一な熱供給を行うことができる。 In the present invention, it is preferable to further include a heating source disposed so as to contact the first overlapping portion that is overlapped with the second container in contact with the first container.
According to the present invention configured as described above, both the evaporation chamber and the exhaust gas passage can be heated via the container. Thereby, in addition to the heat of the exhaust gas, heat from the heating source is added to the evaporation surface through the container and the exhaust gas, and uniform heat supply can be performed through the entire evaporation surface.

本発明において、好ましくは、第１の容器と、第２の容器とは、それぞれ周縁が外側に延在する鍔部を有し、第２の容器の鍔部と、第１の容器の鍔部と、天板とは第２の重ね合わせ部で重ね合わされており、加熱源は、第２の重ね合わせ部において第２の容器に当接している。   In the present invention, preferably, each of the first container and the second container has a flange portion whose peripheral edge extends outward, and the flange portion of the second container and the flange portion of the first container. The top plate is overlaid at the second overlapping portion, and the heat source is in contact with the second container at the second overlapping portion.

上記構成の本発明によれば、第１の重ね合わせ部に加えて第２の重ね合わせ部に加熱源が当接しているため、加熱源から容器へより効率良く熱を付与することができる。また、加熱源が鍔部において、第２の容器、第１の容器、天板の順序で加熱することになり、排ガス流路が優先的に加熱されるため、排ガスを介して均一に蒸発面を加熱することができる。さらに、第１及び第２の容器がそれぞれ鍔部を有するため、所定の位置関係で第１及び第２の容器を固定することができ、組立精度を向上することができる。   According to the present invention having the above-described configuration, since the heating source is in contact with the second overlapping portion in addition to the first overlapping portion, heat can be more efficiently applied from the heating source to the container. In addition, since the heating source is heated in the order of the second container, the first container, and the top plate in the buttock, and the exhaust gas passage is preferentially heated, the evaporation surface is uniformly distributed through the exhaust gas. Can be heated. Furthermore, since each of the first and second containers has a flange, the first and second containers can be fixed in a predetermined positional relationship, and assembly accuracy can be improved.

本発明において、好ましくは、蒸発器は上面視で長方形状であり、第１の容器の鍔部及び第２の容器の鍔部は、それぞれ第１の容器及び第２の容器の全周にわたって形成され、加熱源は第２の容器の少なくとも三辺において、鍔部に接している。
上記構成の本発明によれば、加熱源が第２の容器の少なくとも三辺で鍔部に接しているため、蒸発面全体を均一に加熱することができる。 In the present invention, preferably, the evaporator has a rectangular shape in a top view, and the flange portion of the first container and the flange portion of the second container are formed over the entire circumferences of the first container and the second container, respectively. The heat source is in contact with the flange on at least three sides of the second container.
According to the present invention having the above-described configuration, since the heating source is in contact with the flange portion on at least three sides of the second container, the entire evaporation surface can be heated uniformly.

本発明において、好ましくは、蒸発室内には、天板に接するように粒状の熱伝導部材が充填されている。
上記構成に本発明によれば、加熱源から蒸発器の天板に伝動した熱が、熱伝導部材を介して蒸発面に伝達される。これにより、蒸発面及び熱伝導部材においてより効率良く水を蒸発させることができる。 In the present invention, the evaporation chamber is preferably filled with a granular heat conducting member so as to be in contact with the top plate.
According to the present invention having the above configuration, the heat transmitted from the heating source to the top plate of the evaporator is transmitted to the evaporation surface via the heat conducting member. Thereby, water can be evaporated more efficiently on the evaporation surface and the heat conducting member.

本発明によれば、蒸発器をモジュール容器の外部に設けた場合であっても、蒸発器において排ガスと水との間で効率よく熱交換できる固体酸化物形燃料電池装置が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when it is a case where an evaporator is provided in the exterior of a module container, the solid oxide fuel cell apparatus which can exchange heat efficiently between exhaust gas and water in an evaporator is provided.

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. 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。It is side surface sectional drawing which shows the fuel cell module of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the III-III line of FIG. 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. 図２に示す固体電解質形燃料電池装置の蒸発器を拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the evaporator of the solid oxide fuel cell device shown in FIG. 図２に示す固体電解質形燃料電池装置の蒸発器の天板及び燃焼触媒器を省略した状態の斜視図である。It is a perspective view of the state which abbreviate | omitted the top plate and combustion catalyst device of the evaporator of the solid oxide fuel cell apparatus shown in FIG. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の第１の容器の底面に形成された連続溝の一部を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows a part of continuous groove | channel formed in the bottom face of the 1st container of the solid oxide fuel cell by one Embodiment of this invention. （Ａ）は排ガス流路内に設けられたプレートフィンを示す斜視図であり、（Ｂ）は蒸発器におけるプレートフィンの近傍を拡大して示す図である。(A) is a perspective view which shows the plate fin provided in the exhaust gas flow path, (B) is a figure which expands and shows the vicinity of the plate fin in an evaporator. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃焼触媒器の軸方向断面図である。1 is an axial sectional view of a combustion catalyst of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃焼触媒の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the combustion catalyst of the solid oxide fuel cell by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。1 is a partial cross-sectional view showing a fuel cell unit of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。1 is a perspective view showing a fuel cell stack of a solid oxide fuel cell according to an 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 taken along line III-III in FIG. 2, similar to FIG. 3. 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蒸発室及び混合室内における水蒸気と原燃料ガスとの流れを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the flow of the water vapor | steam and raw fuel gas in the evaporation chamber and mixing chamber of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 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第１の重なり部及び第２の重なり部の近傍を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the vicinity of the 1st overlap part and 2nd overlap part of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 別の実施形態による蒸発室の底面に形成された連続溝を示す図である。It is a figure which shows the continuous groove | channel formed in the bottom face of the evaporation chamber by another embodiment.

つぎに、添付図面を参照して、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容器８（以下では適宜「モジュールケース」と呼ぶ。）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が配置されている。この燃料電池セル集合体１２は、８個の燃料電池セルスタック１４（詳細は図１１で後述する）を備え、この燃料電池セルスタック１４は、各々が燃料電池セルを含む、１６本の燃料電池セルユニット１６（詳細は図１２で後述する）から構成されている。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。なお、ハウジング６は必須ではなく、断熱材７を保持するようなフレームを用いてもよい。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の全てが直列接続されている。   The fuel cell module 2 includes a housing 6, and a metal module container 8 (hereinafter referred to as “module case” as appropriate) is incorporated 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 arranged. The fuel cell assembly 12 includes eight fuel cell stacks 14 (details will be described later in FIG. 11). The fuel cell stack 14 includes 16 fuel cells each including a fuel cell. It is composed of a cell unit 16 (details will be described later with reference to FIG. 12). In this example, the fuel cell assembly 12 has 128 fuel cell units 16. The housing 6 is not essential, and a frame that holds the heat insulating material 7 may be used. In the fuel cell assembly 12, all of the plurality of fuel cell units 16 are connected in series.

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残余の燃料ガス（オフガス）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、原燃料ガス（原料ガス）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 remaining fuel gas (off-gas) that has not been used for the power generation reaction and the remaining The air is 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 raw fuel gas (raw material gas) is disposed above the combustion chamber 18, and reaches a temperature at which the reformer 120 can undergo a reforming reaction by the combustion heat of the residual gas. So that it is heated.

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.

つぎに、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、都市ガス等の燃料供給源３０から供給された燃料を遮断するガス遮断弁３２と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器３６と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）と、電源喪失時において、燃料流量調整ユニット３８から流出する燃料ガスを遮断するバルブ３９を備えている。さらに、補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される空気を遮断する電磁弁４２と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット４４及び発電用空気流量調整ユニット４５（モータで駆動される「空気ブロア」等）と、改質器１２０に供給される改質用空気を加熱する第１ヒータ４６と、発電室に供給される発電用空気を加熱する第２ヒータ４８とを備えている。これらの第１ヒータ４６と第２ヒータ４８は、起動時の昇温を効率よく行うために設けられているが、省略しても良い。
なお、本実施形態では、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。 Next, the auxiliary unit 4 adjusts the flow rate of the water supplied from the pure water tank 26 that stores the water condensed from the moisture contained in the exhaust gas from the fuel cell module 2 and uses the filter to obtain pure water. A water flow rate adjusting unit 28 (such as a “water pump” driven by a motor) is provided. In addition, the auxiliary unit 4 adjusts the flow rate of the fuel gas, the gas shutoff valve 32 for shutting off the fuel supplied from the fuel supply source 30 such as city gas, the desulfurizer 36 for removing sulfur from the fuel gas, A fuel flow adjustment unit 38 (such as a “fuel pump” driven by a motor) and a valve 39 that shuts off fuel gas flowing out from the fuel flow adjustment unit 38 when power is lost. 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.
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.

つぎに、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.

つぎに、図２〜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。なお、図２、３ではハウジングは省略している。 Next, the structure of a fuel cell module of a 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. 2 and 3, the housing is omitted.

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が設けられている。また、天板１６０ａの閉鎖側板８ｄ側の部分には、発電用空気導入管７４が接続される開口部１６８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、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 allowing the exhaust pipe 171 to pass therethrough is provided at a substantially central portion of the top plate 160a. In addition, an opening 168 to which the power generation air introduction pipe 74 is connected is provided in a portion of the top plate 160a on the closed side plate 8d side. The top plate 160a and the top plate 8a and the side plate 160b and the side plate 8b are separated by a predetermined distance. As a result, there is oxidation 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 are formed as agent gas supply passages (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８ｄ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 of the top plate 160a of the air passage cover 160 on the closed side plate 8d side of the module case 8 (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).

また、空気通路１６１ａ，１６１ｂの内部には、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、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。   Further, plate fins 162 and 163 as heat exchange promoting members are provided inside the air passages 161a and 161b (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 8a of the module case 8 and the top plate 160a of the air passage cover 160, and the plate fins 163 are the side plates 8b of the module case 8. And the side plate 160b of the air passage cover 160 and at a position above the fuel cell unit 16 so as to extend in the longitudinal direction and the vertical direction.

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.

つぎに、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。そして、蒸発器１４０は、長手方向（図２の左右方向）の一側端側に、に排気管１７１及び混合ガス供給管１１２が接続され、長手方向の他側端側に排気ガス排出管８２が接続され、排気管１７１により支持されている。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. The evaporator 140 has an exhaust pipe 171 and a mixed gas supply pipe 112 connected to one side end side in the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 2), and an exhaust gas discharge pipe 82 on the other side end side in the longitudinal direction. Are connected and supported by an exhaust pipe 171. A part 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）を供給する水供給配管６２及び原料供給配管６３と、排気ガスを排出するための排気ガス排出管８２（図２参照）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 water supply pipe 62 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) and A raw material supply pipe 63 and an exhaust gas discharge pipe 82 (see FIG. 2) for discharging exhaust gas are connected, and an upper end portion of the exhaust pipe 171 is connected to the other end side in the longitudinal direction. The exhaust pipe 171 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.

図５は、図２に示す固体電解質形燃料電池装置の蒸発器を拡大断面図である。また、図６は、図２に示す固体電解質形燃料電池装置の蒸発器の天板及び燃焼触媒器を省略した状態の斜視図である。なお、図６には、水（水蒸気）及び燃料（原料ガス）の流れをそれぞれ実線及び一点鎖線で示す。
蒸発器１４０は、上面視で略矩形の箱状の蒸発器ケース１４１（図２、図３）を有している。この蒸発器ケース１４１は、第１の容器１４３と、第１の容器の１４３の下方に重ね合わされた第２の容器１４４と、第１の容器１４３の上部を塞ぐ天板１４２とにより構成されている。 FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the evaporator of the solid oxide fuel cell device shown in FIG. FIG. 6 is a perspective view of the solid oxide fuel cell device shown in FIG. 2 with the top plate of the evaporator and the combustion catalyst device omitted. In addition, in FIG. 6, the flow of water (steam) and fuel (raw material gas) is shown with a continuous line and a dashed-dotted line, respectively.
The evaporator 140 has a substantially rectangular box-shaped evaporator case 141 (FIGS. 2 and 3) in a top view. The evaporator case 141 includes a first container 143, a second container 144 that is superimposed below the first container 143, and a top plate 142 that closes the top of the first container 143. Yes.

天板１４２は、平板状の金属部材からなる。天板１４２の一方の端部の幅方向中央には原料供給配管６３を接続するための開口部が形成され、一方の端部の幅方向一側部には水供給配管６２を接続するための開口部が形成されている。   The top plate 142 is made of a flat metal member. An opening for connecting the raw material supply pipe 63 is formed in the center in the width direction of one end of the top plate 142, and a water supply pipe 62 is connected to one side in the width direction of one end. An opening is formed.

図５及び図６に示すように、第１の容器１４３は、底面１４３Ａ１、１４３Ａ２と、底面１４３Ａ１、１４３Ａ２の外周縁から上方に延びる側壁１４３Ｂと、側壁１４３Ｂの上端から水平方向外方に延びる鍔部１４３Ｃと、隔壁１４７と、を備える。   As shown in FIGS. 5 and 6, the first container 143 includes a bottom surface 143A1, 143A2, a side wall 143B extending upward from the outer peripheral edge of the bottom surface 143A1, 143A2, and a bowl extending horizontally outward from the upper end of the side wall 143B. 143C and the partition 147 are provided.

第１の容器１４３の底面１４３Ａ１、１４３Ａ２は、隔壁１４７により水供給配管６２及び原料供給配管６３側の第１の底面１４３Ａ１と、混合ガス供給管１１２側の第２の底面１４３Ａ２とに分割されている。第１の底面１４３Ａ１は、後述するように蒸発室１５０の底面であり、排ガスと水供給配管６２から供給された水との間で熱交換するための蒸発面として機能する。第１の容器１４３の底面１４３Ａ１の上面は、表面粗さＲａが１．５μｍ以上の粗面として形成されている。これにより、第１の容器１４３の底面１４３Ａ１は親水性が高くなり、底面１４３Ａ１上に供給された水は広範囲に拡がる。さらに、第１の容器１４３の底面１４３Ａ１の上面には、水拡散手段としての連続溝１５６が形成されている。   The bottom surfaces 143A1 and 143A2 of the first container 143 are divided by a partition wall 147 into a first bottom surface 143A1 on the water supply pipe 62 and raw material supply pipe 63 side and a second bottom surface 143A2 on the mixed gas supply pipe 112 side. Yes. As will be described later, the first bottom surface 143A1 is the bottom surface of the evaporation chamber 150, and functions as an evaporation surface for exchanging heat between the exhaust gas and the water supplied from the water supply pipe 62. The upper surface of the bottom surface 143A1 of the first container 143 is formed as a rough surface having a surface roughness Ra of 1.5 μm or more. Thereby, the bottom surface 143A1 of the first container 143 has high hydrophilicity, and the water supplied on the bottom surface 143A1 spreads over a wide range. Furthermore, a continuous groove 156 as water diffusing means is formed on the upper surface of the bottom surface 143A1 of the first container 143.

図７は、第１の容器の底面に形成された連続溝の一部を拡大して示す図である。なお、図７における下方が水供給配管６２側である。同図に示すように、第１の容器１４３の第１の底面１４３Ａ１上には、正方形状の突部１５６Ｃが前後左右に等間隔で設けられている。また、前後左右に隣接する４つの正方形状の突部１５６Ｃの中心部には十字状の突部１５６Ｄが形成されている。これにより、連続溝１５６は、正方形状の溝１５６Ａが前後左右に等間隔に並んであり、隣接する正方形状の溝１５６Ａの対向する辺の中央部の間が連結溝１５６Ｂにより連結される構成となっている。   FIG. 7 is an enlarged view showing a part of the continuous groove formed on the bottom surface of the first container. Note that the lower side in FIG. 7 is the water supply pipe 62 side. As shown in the figure, on the first bottom surface 143A1 of the first container 143, square-shaped protrusions 156C are provided at equal intervals in the front-rear and left-right directions. Further, a cross-shaped protrusion 156D is formed at the center of four square-shaped protrusions 156C adjacent to the front, rear, left, and right. Accordingly, the continuous groove 156 is configured such that the square grooves 156A are arranged at equal intervals in the front, rear, left, and right, and the center portions of the opposing sides of the adjacent square grooves 156A are connected by the connection groove 156B. It has become.

このような構成により、例えば、図７の中央下方から連続溝１５６内に入り込んだ水は、Ａ部において左右に屈曲及び分割され、Ａ部からＢ部の間の溝内を直進し、Ｂ部において屈曲する。そして、Ｂ部において屈曲した水はＢ部からＣ部の間の溝内を直進し、Ｃ部においてさらに屈曲及び分割される。このように、連続溝１５６に供給された水は、Ａ部における屈曲及び分割と、Ａ部からＢ部の間の溝内の直進と、Ｂ部における屈曲と、Ｂ部からＣ部の間の溝内の直進と、Ｃ部における屈曲及び分岐を繰り返すことにより、広域に拡がりながら流れる。   With such a configuration, for example, water that has entered the continuous groove 156 from the lower center of FIG. 7 is bent and divided to the left and right in the A portion, and straightly proceeds in the groove between the A portion and the B portion, and the B portion. Bend at. And the water bent in B part goes straight in the groove | channel between B part and C part, and is further bent and divided | segmented in C part. As described above, the water supplied to the continuous groove 156 is bent and divided in the A part, straightly moved in the groove between the A part and the B part, bent in the B part, and between the B part and the C part. By repeating the straight movement in the groove and the bending and branching in the C section, the flow spreads over a wide area.

第２の底面１４３Ａ２の中央には混合室１５１の排出口として開口部が形成されており、この開口部には混合ガス供給管１１２の上端が接続されている。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、一端が第１の容器１４３に形成された開口部に連結され、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。   An opening is formed in the center of the second bottom surface 143A2 as an outlet of the mixing chamber 151, and the upper end of the mixed gas supply pipe 112 is connected to this opening. 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 the opening formed in the first container 143, and the other end is the top surface of the reformer 120. Are connected to the mixed gas supply port 120a. The mixed gas supply pipe 112 passes through the exhaust pipe 171 and extends vertically downward to the inside of the module case 8, where it is bent by approximately 90 °, extends horizontally along the top plate 8a, and then approximately 90 ° downward. It is bent and connected to the reformer 120.

隔壁１４７は、第１の容器１４３の長手方向に延びる側壁１４３Ｂの間を短手方向に延びており、金属材料が上方に向けて突出することにより形成されている。隔壁１４７は、第１及び第２の底面１４３Ａ１、１４３Ａ２の縁から上方に平行に延びる一対の側壁１４７Ｂと、一対の側壁１４７Ｂの上端の間を結ぶ上面１４７Ｃと、を備える。また、隔壁１４７の上部の短手方向（隔壁１４７の延びる方向）の中央には凹部１４７Ａが形成されている。   The partition wall 147 extends in the lateral direction between the side walls 143B extending in the longitudinal direction of the first container 143, and is formed by a metal material protruding upward. The partition wall 147 includes a pair of side walls 147B extending in parallel upward from the edges of the first and second bottom surfaces 143A1 and 143A2, and an upper surface 147C connecting the upper ends of the pair of side walls 147B. In addition, a recess 147A is formed in the center of the upper side of the partition wall 147 in the short direction (direction in which the partition wall 147 extends).

図５及び図６に示すように、隔壁１４７の上面１４７Ｃは平坦面として形成されており、鍔部１４３Ｃと面一に形成されている。また、凹部１４７Ａの幅は、第１の底面１４３Ａ１側が第２の底面１４３Ａ２側よりも広くなっており、第２の底面１４３Ａ２側に向かうにつれて徐々に狭くなっている。また、凹部１４７Ａの上面１４７Ｃからの深さは、後述する蒸発室１５０内に充填されたアルミナボールの径よりも小さい。また、隔壁１４７の内側には、一対の側壁１４７Ｂと上面１４７Ｃとにより囲まれて空間１４７Ｄが形成されており、この空間１４７Ｄは下方に開口している。   As shown in FIGS. 5 and 6, the upper surface 147C of the partition wall 147 is formed as a flat surface and is flush with the flange portion 143C. Further, the width of the recess 147A is wider on the first bottom surface 143A1 side than on the second bottom surface 143A2 side, and gradually becomes narrower toward the second bottom surface 143A2 side. Further, the depth of the recess 147A from the upper surface 147C is smaller than the diameter of an alumina ball filled in the evaporation chamber 150 described later. A space 147D is formed inside the partition wall 147 by being surrounded by a pair of side walls 147B and an upper surface 147C, and the space 147D opens downward.

第１の容器１４３は一枚の金属部材をプレス成形して構成されており、底面１４３Ａ１、１４３Ａ２と、側壁１４３Ｂと、鍔部１４３Ｃと、隔壁１４７とはひと続きの一体成型部材として構成されている。   The first container 143 is formed by press-molding a single metal member, and the bottom surfaces 143A1, 143A2, the side wall 143B, the flange portion 143C, and the partition wall 147 are configured as a continuous integral member. Yes.

第１の容器１４３と天板１４２とは、天板１４２の下面と、鍔部１４３Ｃの上面及び隔壁１４７の上面１４７Ｃが当接した状態で接合されている。天板１４２と、第１の容器１４３の第１の底面１４３Ａ１、側壁１４３Ｂ、及び隔壁１４７とにより蒸発室１５０が区画されている。また、天板１４２と、第１の容器１４３の第２の底面１４３Ａ２、側壁１４３Ｂ、及び隔壁１４７とにより混合室１５１が区画されている。そして、隔壁１４７の凹部１４７Ａと天板１４２とにより区画され、蒸発器１４０の幅方向中央の上部に位置する連通路により、蒸発室１５０と混合室１５１とが連通している。   The first container 143 and the top plate 142 are joined in a state where the lower surface of the top plate 142 is in contact with the upper surface of the flange portion 143C and the upper surface 147C of the partition wall 147. The evaporation chamber 150 is defined by the top plate 142, the first bottom surface 143A1, the side wall 143B, and the partition wall 147 of the first container 143. In addition, the mixing chamber 151 is defined by the top plate 142, the second bottom surface 143 A 2, the side wall 143 B, and the partition wall 147 of the first container 143. The evaporation chamber 150 and the mixing chamber 151 are communicated with each other by a communication path that is partitioned by the concave portion 147A of the partition wall 147 and the top plate 142 and is located at the upper portion in the center of the evaporator 140 in the width direction.

蒸発室１５０内には、複数の粒状の熱伝導性部材が充填されている。熱伝導性部材としては、例えば、球状のアルミナボールなどを用いることができる。蒸発室１５０内に充填されたアルミナボールは、天板１４２に当接している。   The evaporation chamber 150 is filled with a plurality of granular heat conductive members. As the thermally conductive member, for example, a spherical alumina ball or the like can be used. The alumina balls filled in the evaporation chamber 150 are in contact with the top plate 142.

混合室１５１には、仕切り部材１５２が配置されている。仕切り部材１５２は、同一断面で幅方向に延びる耐熱性を有する金属材料で形成された部材である。仕切り部材１５２は、上面１５２Ａと、上面１５２Ａの両側部から下方に平行に延びる一対の側壁部１５２Ｂと、一対の側壁部１５２Ｂの縁から外側に延びる一対の基部１５２Ｃと、を備える。蒸発室１５０側の側壁部１５２Ｂの幅方向両側部には横長の開口部１５２Ｄが形成されている。   A partition member 152 is arranged in the mixing chamber 151. The partition member 152 is a member formed of a heat-resistant metal material that extends in the width direction in the same cross section. The partition member 152 includes an upper surface 152A, a pair of side wall portions 152B extending in parallel downward from both side portions of the upper surface 152A, and a pair of base portions 152C extending outward from the edges of the pair of side wall portions 152B. A horizontally long opening 152D is formed on both sides in the width direction of the side wall 152B on the evaporation chamber 150 side.

仕切り部材１５２の長手方向長さは、混合室１５１の幅とほぼ等しい。仕切り部材１５２は、第１の容器１４３の第２の底面１４３Ａ２に形成された混合ガス供給管１１２が接続された開口部（排出口）を覆うように蒸発室１５０内に配置されている。仕切り部材１５２は、基部１５２Ｃの下面が第１の容器１４３の第２の底面１４３Ａ２と当接した状態で、基部１５２Ｃと第２の底面１４３Ａ２とがスポット溶接されることにより、第１の容器１４３に固定されている。仕切り部材１５２の一対の側壁部１５２Ｂの側部と、第１の容器１４３の内壁との間は溶接されておらず、隙間が形成されている。また、仕切り部材１５２の上面１５２Ａは第１の容器１４３の鍔部１４３Ｃと略等しい高さとなっている。   The length in the longitudinal direction of the partition member 152 is substantially equal to the width of the mixing chamber 151. The partition member 152 is disposed in the evaporation chamber 150 so as to cover an opening (discharge port) to which the mixed gas supply pipe 112 formed on the second bottom surface 143A2 of the first container 143 is connected. In the state where the lower surface of the base portion 152C is in contact with the second bottom surface 143A2 of the first container 143, the partition member 152 is spot-welded between the base portion 152C and the second bottom surface 143A2, thereby the first container 143. It is fixed to. A gap is formed between the side portions of the pair of side wall portions 152B of the partition member 152 and the inner wall of the first container 143 without being welded. Further, the upper surface 152A of the partition member 152 has a height substantially equal to the flange portion 143C of the first container 143.

仕切り部材１５２が設けられることにより、蒸発室１５０内の空間は、隔壁１４７と仕切り部材１５２との間の第１の空間１５３Ａと、仕切り部材１５２の一対の側壁部１５２Ｂの間の第２の空間１５３Ｂと、仕切り部材１５２と第１の容器１４３の側壁１４３Ｂとの間の第３の空間１５３Ｃとに分割されている。第１の空間１５３Ａと第２の空間１５３Ｂとは、側壁部１５２Ｂに形成された開口部１５２Ｄを通じて連通している。また、第３の空間１５３Ｃは、仕切り部材１５２の一対の側壁部１５２Ｂの両側部と第１の容器１４３の内壁との間の隙間を介して、第１の空間１５３Ａ及び第２の空間１５３Ｂと連通している。この隙間の面積は側壁部１５２Ｂに形成された開口部１５２Ｄの面積に比べて非常に小さいため、第１の空間１５３Ａから第３の空間１５３Ｃへの圧力損失は、第１の空間１５３Ａから第２の空間１５３Ｂまで（特に、第２の底面１４３Ａ２の底面に形成された開口部まで）の圧力損失よりも高くなっている。なお、後述するように、第２の空間１５３Ｂは水蒸気と原料ガスとを混合する混合流路として機能し、第３の空間１５３Ｃは突沸緩衝空間として機能する。   By providing the partition member 152, the space in the evaporation chamber 150 is a second space between the first space 153 A between the partition wall 147 and the partition member 152 and the pair of side wall portions 152 B of the partition member 152. It is divided into 153B and a third space 153C between the partition member 152 and the side wall 143B of the first container 143. The first space 153A and the second space 153B communicate with each other through an opening 152D formed in the side wall 152B. In addition, the third space 153C includes the first space 153A and the second space 153B via a gap between both side portions of the pair of side wall portions 152B of the partition member 152 and the inner wall of the first container 143. Communicate. Since the area of this gap is much smaller than the area of the opening 152D formed in the side wall 152B, the pressure loss from the first space 153A to the third space 153C is increased from the first space 153A to the second space 153A. It is higher than the pressure loss up to the space 153B (particularly up to the opening formed on the bottom surface of the second bottom surface 143A2). As will be described later, the second space 153B functions as a mixing channel for mixing water vapor and the source gas, and the third space 153C functions as a bumping buffer space.

第２の容器１４４は、底面１４４Ａと、底面１４４Ａの外周縁から上方に延びる側壁１４４Ｂと、側壁１４４Ｂの上端から水平方向外方に延びる鍔部１４４Ｃと、を備える。第２の容器１４４の底面１４４Ａには、排気管１７１の上端が接続される開口部と、排気ガス排出管８２が接続される開口部とが形成されている。   The second container 144 includes a bottom surface 144A, a side wall 144B extending upward from the outer peripheral edge of the bottom surface 144A, and a flange 144C extending outward in the horizontal direction from the upper end of the side wall 144B. On the bottom surface 144A of the second container 144, an opening to which the upper end of the exhaust pipe 171 is connected and an opening to which the exhaust gas discharge pipe 82 is connected are formed.

第２の容器１４４は、第１の容器１４３に下方から重ね合わされている。重ね合わされた状態において、第２の容器１４４の鍔部１４４Ｃの上面は、第１の容器１４３の鍔部１４３Ｃの下面に当接している。また、第２の容器１４４の側壁１４４Ｂの上部は、第１の容器１４３の側壁１４３Ｂと当接している。   The second container 144 is superimposed on the first container 143 from below. In the overlapped state, the upper surface of the collar portion 144C of the second container 144 is in contact with the lower surface of the collar portion 143C of the first container 143. Further, the upper part of the side wall 144B of the second container 144 is in contact with the side wall 143B of the first container 143.

第１の容器１４３の底面１４３Ａ１、１４３Ａ２と、第２の容器１４４の底面１４４Ａとの間には、排気管１７１から排気ガス排出管８２まで蒸発器１４０の長手方向に延びる排気ガス流路１５４が形成されている。なお、この排気ガス流路１５４は、隔壁１４７内の空間１４７Ｄと連通している。   Between the bottom surfaces 143A1 and 143A2 of the first container 143 and the bottom surface 144A of the second container 144, there is an exhaust gas passage 154 extending in the longitudinal direction of the evaporator 140 from the exhaust pipe 171 to the exhaust gas discharge pipe 82. Is formed. The exhaust gas passage 154 communicates with the space 147D in the partition wall 147.

また、排気ガス流路１５４内には、熱交換促進部材としてのプレートフィン１５５が設けられている。図８（Ａ）は排ガス流路内に設けられたプレートフィンを示す斜視図であり、（Ｂ）は蒸発器におけるプレートフィンの近傍を拡大して示す図である。   Further, a plate fin 155 as a heat exchange promoting member is provided in the exhaust gas passage 154. FIG. 8A is a perspective view showing a plate fin provided in the exhaust gas flow path, and FIG. 8B is an enlarged view showing the vicinity of the plate fin in the evaporator.

プレートフィン１５５は、一枚の金属製プレートを加工して製造されている。プレートフィン１５５は、板状の本体部１５５Ａと、下方に突出する第１の突出部１５５Ｂと、上方に突出する第２の突出部１５５Ｃとを有する。   The plate fin 155 is manufactured by processing a single metal plate. The plate fin 155 includes a plate-like main body 155A, a first protrusion 155B that protrudes downward, and a second protrusion 155C that protrudes upward.

また、第１の突出部１５５Ｂは、それぞれ、斜め下方に向かって延びる一対の傾斜部１５５Ｂ１と、一対の傾斜部１５５Ｂ１の下端部の間を結ぶ連結部１５５Ｂ２とにより構成される。そして、本体部１５５Ａの第１の突出部１５５Ｂの上方に当たる位置に第１の通過穴１５５Ｂ３が形成されている。また、第１の突出部１５５Ｂの連結部１５５Ｂ２の下面には、円柱状の突起部１５５Ｂ４が形成されている。なお、この突起部１５５Ｂ４の面積は、第１及び第２の突出部１５５Ｂ、１５５Ｃの連結部１５５Ｂ２、１５５Ｃ２の面積よりも小さい。   Each of the first projecting portions 155B includes a pair of inclined portions 155B1 extending obliquely downward and a connecting portion 155B2 connecting between the lower ends of the pair of inclined portions 155B1. And the 1st passage hole 155B3 is formed in the position which hits the upper part of the 1st protrusion part 155B of the main-body part 155A. In addition, a columnar protrusion 155B4 is formed on the lower surface of the connecting portion 155B2 of the first protrusion 155B. The area of the protrusion 155B4 is smaller than the areas of the connecting portions 155B2 and 155C2 of the first and second protrusions 155B and 155C.

第２の突出部１５５Ｃは、それぞれ、斜め上方に向かって延びる一対の傾斜部１５５Ｃ１と、一対の傾斜部１５５Ｃ１の上端部の間を結ぶ連結部１５５Ｃ２とにより構成される。そして、本体部１５５Ａの第２の突出部１５５Ｃの下方に当たる位置には、第２の通過穴１５５Ｃ３が形成されている。   Each of the second projecting portions 155C includes a pair of inclined portions 155C1 extending obliquely upward, and a connecting portion 155C2 connecting between the upper ends of the pair of inclined portions 155C1. And the 2nd passage hole 155C3 is formed in the position which hits the downward direction of the 2nd protrusion part 155C of the main-body part 155A.

プレートフィン１５５は、第１の突出部１５５Ｂの突起部１５５Ｂ４が第２の容器１４４の底面１４４Ａと当接し、第２の突出部１５５Ｃの連結部１５５Ｃ２が第１の容器１４３の底面１４３Ａ１と当接している。これにより、プレートフィン１５５は、第１の容器１４３の底面１４３Ａ１と熱的に接続され、プレートフィン１５５の第２の容器１４４の底面１４４Ａへの熱抵抗が、第１の容器１４３の底面１４３Ａ１との熱抵抗よりも大きくなっている。   In the plate fin 155, the protrusion 155B4 of the first protrusion 155B contacts the bottom surface 144A of the second container 144, and the connecting portion 155C2 of the second protrusion 155C contacts the bottom surface 143A1 of the first container 143. ing. Accordingly, the plate fin 155 is thermally connected to the bottom surface 143A1 of the first container 143, and the thermal resistance of the plate fin 155 to the bottom surface 144A of the second container 144 is the same as that of the bottom surface 143A1 of the first container 143. It is larger than the thermal resistance.

このように排気ガス流路１５４内にプレートフィン１５５が配置されることにより、排気ガス流路１５４はプレートフィン１５５の本体部１５５Ａにより上部空間１５４Ａと、下部空間１５４Ｂとに分割される。そして、プレートフィン１５５の本体部１５５Ａに形成された第１の通過穴１５５Ｂ３及び第２の通過穴１５５Ｃ３を通じて、上部空間１５４Ａと、下部空間１５４Ｂとの間で排気ガス流路１５４を流れる排ガスが流通することができる。   By arranging the plate fins 155 in the exhaust gas flow path 154 in this way, the exhaust gas flow path 154 is divided into an upper space 154A and a lower space 154B by the main body portion 155A of the plate fin 155. Then, exhaust gas flowing through the exhaust gas passage 154 flows between the upper space 154A and the lower space 154B through the first passage hole 155B3 and the second passage hole 155C3 formed in the main body 155A of the plate fin 155. can do.

図５に示すように、第１の容器１４３の底面１４３Ａ１、１４３Ａ２と天板１４２との間の距離は、第２の容器１４４の底面１４４Ａと第１の容器１４３の底面１４３Ａ１、１４３Ａ２との間の距離よりも大きくなっている。これにより、蒸発器１４０の全体の高さＨに対する蒸発室１５０の高さＨＡの占める割合が、蒸発器１４０の全体の高さＨに対する排気ガス流路１５４の高さＨＢが占める割合よりも高くなっている。   As shown in FIG. 5, the distance between the bottom surface 143A1, 143A2 of the first container 143 and the top plate 142 is the distance between the bottom surface 144A of the second container 144 and the bottom surface 143A1, 143A2 of the first container 143. Is greater than the distance. Accordingly, the ratio of the height HA of the evaporation chamber 150 to the total height H of the evaporator 140 is higher than the ratio of the height HB of the exhaust gas passage 154 to the total height H of the evaporator 140. It has become.

さらに、蒸発器１４０はヒータ１５７を備える。図６に示すように、矩形状の蒸発器１４０の三辺の外周に沿うように設けられており、両端部は蒸発室１５０側に向かって延在している。図５に示すように、ヒータ１５７は第１の容器１４３の側壁１４３Ｂと、第２の容器１４４の側壁１４４Ｂとが重なり合った第１の重なり部１５８Ａに側方から当接している。さらに、ヒータ１５７は、第１の容器１４３の鍔部１４３Ｃと、第２の容器１４４の鍔部１４４Ｃと、天板１４２とが重なり合った第２の重なり部１５８Ｂに下方から当接している。なお、ヒータ１５７は蒸発器１４０の全周に沿うように設けてもよい。   Further, the evaporator 140 includes a heater 157. As shown in FIG. 6, it is provided along the outer periphery of the three sides of the rectangular evaporator 140, and both end portions extend toward the evaporation chamber 150 side. As shown in FIG. 5, the heater 157 is in contact with the first overlapping portion 158 </ b> A where the side wall 143 </ b> B of the first container 143 and the side wall 144 </ b> B of the second container 144 overlap from the side. Further, the heater 157 is in contact with the second overlapping portion 158B where the flange portion 143C of the first container 143, the flange portion 144C of the second container 144, and the top plate 142 overlap from below. The heater 157 may be provided along the entire circumference of the evaporator 140.

図５に示すように、水供給配管６２及び原料供給配管６３は図５の右側から水平に延び、蒸発器１４０の蒸発室１５０側の側縁を跨いでいる。そして、水供給配管６２及び原料供給配管６３は下方に向かって屈曲し、天板１４２に形成された開口を挿通し、蒸発室１５０室内に開口している。なお、水供給配管６２は、蒸発室１５０側の端部の幅方向中央に開口しており、原料供給配管６３は蒸発室１５０側の端部の蒸発室１５０の幅方向一側に開口している。   As shown in FIG. 5, the water supply pipe 62 and the raw material supply pipe 63 extend horizontally from the right side of FIG. 5 and straddle the side edge of the evaporator 140 on the evaporation chamber 150 side. The water supply pipe 62 and the raw material supply pipe 63 are bent downward and are inserted into the interior of the evaporation chamber 150 through the opening formed in the top plate 142. The water supply pipe 62 opens to the center in the width direction of the end portion on the evaporation chamber 150 side, and the raw material supply pipe 63 opens to one side in the width direction of the evaporation chamber 150 on the end portion on the evaporation chamber 150 side. Yes.

また、蒸発器１４０は温度センサ６９を備える。温度センサ６９も水供給配管６２及び原料供給配管６３と同様に蒸発器１４０の蒸発室１５０側の側縁を跨いで水平方向に延びている。温度センサ６９は、天板１４２の上面に当接するように取り付けられている。そして、温度センサ６９は、その先端の温度を検知するセンサ部６９Ａが蒸発室１５０の中間よりも下流側に位置するように配置されている。   The evaporator 140 includes a temperature sensor 69. Similarly to the water supply pipe 62 and the raw material supply pipe 63, the temperature sensor 69 extends in the horizontal direction across the side edge of the evaporator 140 on the evaporation chamber 150 side. The temperature sensor 69 is attached so as to contact the upper surface of the top plate 142. The temperature sensor 69 is arranged so that the sensor portion 69 </ b> A that detects the temperature at the tip of the temperature sensor 69 is located downstream of the middle of the evaporation chamber 150.

排気ガス排出管８２は、排気ガス流路１５４の下流端部の幅方向一側に接続されている。蒸発器１４０に接続された排気ガス排出管８２は下方に向かって延びており、下端が燃焼触媒器２００に接続されている。燃焼触媒器２００は横方向に延びる円筒状の部材であり、内部に円柱状の空間が形成されている。排気ガス排出管８２は燃焼触媒器２００の一端部に接続されており、燃焼触媒器２００の他端部には排ガス放出管２０２が接続されている。排ガス放出管２０２は水平方向に蒸発器１４０から離間する方向に水平に延びている。燃焼触媒器２００は蒸発器１４０と同様に断熱材７の内部に配置されている。   The exhaust gas discharge pipe 82 is connected to one side in the width direction of the downstream end portion of the exhaust gas passage 154. The exhaust gas discharge pipe 82 connected to the evaporator 140 extends downward, and the lower end is connected to the combustion catalyst 200. The combustion catalyst 200 is a cylindrical member extending in the lateral direction, and a columnar space is formed therein. The exhaust gas discharge pipe 82 is connected to one end of the combustion catalyst 200, and the exhaust gas discharge pipe 202 is connected to the other end of the combustion catalyst 200. The exhaust gas discharge pipe 202 extends horizontally in a direction away from the evaporator 140 in the horizontal direction. Like the evaporator 140, the combustion catalyst 200 is disposed inside the heat insulating material 7.

図２及び図５に示すように蒸発器１４０は排気ガス排出管８２が接続された側の端部が上面視において、モジュールケース８の縁より外方まで延在している。そして、燃焼触媒器２００はこの蒸発器１４０のモジュールケース８の縁より外方まで延在している部分の直下に位置している。また、燃焼触媒器２００は、改質器１２０よりも上方に位置している。そして、燃焼触媒器２００の排ガス排出口は改質器１２０よりも高い位置に設けられており、排ガス排出口に接続された排ガス放出管２０２は、改質器１２０よりも高い位置を水平方向に延びている。   As shown in FIGS. 2 and 5, the evaporator 140 has an end portion on the side to which the exhaust gas discharge pipe 82 is connected extending outward from the edge of the module case 8 in a top view. The combustion catalyst device 200 is located immediately below the portion of the evaporator 140 that extends outward from the edge of the module case 8. The combustion catalyst device 200 is located above the reformer 120. The exhaust gas outlet of the combustion catalyst device 200 is provided at a position higher than the reformer 120, and the exhaust gas discharge pipe 202 connected to the exhaust gas outlet has a position higher than the reformer 120 in the horizontal direction. It extends.

図９は、燃焼触媒器の軸方向断面図である。同図に示すように、燃焼触媒器２００は、容器本体２０４と、容器本体２０４内に配置された燃焼触媒２０６と、容器本体２０４内の燃焼触媒２０６の前後に配置された一対の環状固定部材２０８とを備える。   FIG. 9 is an axial sectional view of the combustion catalyst. As shown in the figure, the combustion catalyst device 200 includes a container main body 204, a combustion catalyst 206 disposed in the container main body 204, and a pair of annular fixing members disposed before and after the combustion catalyst 206 in the container main body 204. 208.

容器本体２０４は、円筒形状を呈しており、蒸発器１４０の排気ガス流路１５４の下流側の縁に沿って水平に延びている。また、図２に示すように、容器本体２０４の最下部の高さは、改質器１２０の最上部の高さよりも高くなっている。   The container main body 204 has a cylindrical shape and extends horizontally along the downstream edge of the exhaust gas passage 154 of the evaporator 140. Further, as shown in FIG. 2, the height of the lowermost portion of the container main body 204 is higher than the height of the uppermost portion of the reformer 120.

環状固定部材２０８は、円環状を呈しており、環状固定部材２０８の外径は燃焼触媒２０６の直径よりも大径となっている。環状固定部材２０８は、容器本体２０４内に嵌め込まれた状態で固定されている。   The annular fixing member 208 has an annular shape, and the outer diameter of the annular fixing member 208 is larger than the diameter of the combustion catalyst 206. The annular fixing member 208 is fixed in a state of being fitted in the container main body 204.

燃焼触媒２０６は円柱状を呈しており、容器本体２０４内に配置されている。燃焼触媒２０６は、一対の環状固定部材２０８により前後前後から挟み込まれることにより、容器本体２０４内に固定されている。図１０は、燃焼触媒の構成を示す図である。同図に示すように、燃焼触媒２０６はシート状触媒２１０を巻き上げることにより構成されている。シート状触媒２１０は一対の上下面２１０Ａの間にジグザグに延びる中間材２１０Ｂが配置されてなる。これら上下面２１０Ａ及び中間材２１０Ｂの表面に触媒が塗布されている。これにより、シート状触媒２１０は、上下面２１０Ａの間に三角形状の貫通孔２０６Ａが連続して並ぶような構成となっている。このような構成のシート状触媒２１０が巻き上げられてなる燃焼触媒２０６は、長手方向に三角形状の断面を有する貫通孔２０６Ａが隙間なく螺旋状に連続して並ぶ構成となっている。本明細書では、このように複数の連通孔が平行に延びているような構成をハニカム型という。   The combustion catalyst 206 has a cylindrical shape and is disposed in the container main body 204. The combustion catalyst 206 is fixed in the container main body 204 by being sandwiched from the front and rear by a pair of annular fixing members 208. FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the combustion catalyst. As shown in the figure, the combustion catalyst 206 is constituted by winding up a sheet-like catalyst 210. The sheet-like catalyst 210 includes an intermediate material 210B extending in a zigzag manner between a pair of upper and lower surfaces 210A. A catalyst is applied to the surfaces of the upper and lower surfaces 210A and the intermediate material 210B. Thereby, the sheet-like catalyst 210 is configured such that triangular through holes 206A are continuously arranged between the upper and lower surfaces 210A. The combustion catalyst 206 in which the sheet-like catalyst 210 having such a configuration is wound has a configuration in which through-holes 206A having a triangular cross section in the longitudinal direction are continuously arranged in a spiral shape without a gap. In this specification, such a structure in which a plurality of communication holes extend in parallel is called a honeycomb type.

このような蒸発器１４０では、排気管１７１から供給された排ガスは排気ガス流路１５４を流れ、排気ガス排出管８２へと排出される。そして、水供給配管６２から蒸発室１５０に供給された水は、底面１４３Ａ１上を拡がりながら流れる。そして、底面１４３Ａ１を介して排ガスと水との間で熱交換が行われ、水が蒸発して水蒸気が生成される。蒸発室１５０で発生した水蒸気は、原料供給配管６３から供給された原料ガスとともに混合室１５１に流れこみ、水蒸気と燃料ガスとが混合されて、混合ガス供給管１１２へと排出される。   In such an evaporator 140, the exhaust gas supplied from the exhaust pipe 171 flows through the exhaust gas passage 154 and is discharged to the exhaust gas discharge pipe 82. Then, the water supplied from the water supply pipe 62 to the evaporation chamber 150 flows while spreading on the bottom surface 143A1. Then, heat exchange is performed between the exhaust gas and water through the bottom surface 143A1, and the water evaporates to generate water vapor. The water vapor generated in the evaporation chamber 150 flows into the mixing chamber 151 together with the raw material gas supplied from the raw material supply pipe 63, and the water vapor and the fuel gas are mixed and discharged to the mixed gas supply pipe 112.

また、排気ガス排出管８２から排出された排ガスは、燃焼触媒器２００に供給される。燃焼触媒器２００に供給された排ガスは、燃焼触媒２０６の貫通孔２０６Ａ内の内部流路を通り、一酸化炭素等の有害ガス（未燃燃料）が酸化され、排ガス放出管２０２へと排出される。   Further, the exhaust gas discharged from the exhaust gas discharge pipe 82 is supplied to the combustion catalyst device 200. Exhaust gas supplied to the combustion catalyst device 200 passes through the internal flow path in the through hole 206A of the combustion catalyst 206, and toxic gas (unburned fuel) such as carbon monoxide is oxidized and discharged to the exhaust gas discharge pipe 202. The

つぎに、図２及び図３に示すように、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, as shown in FIGS. 2 and 3, the reformer 120 is disposed so as to extend in the horizontal direction along the longitudinal direction of the module case 8 above the combustion chamber 18, and the top plate 8 a of the module case 8. Between the top plate 8a and 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。
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。 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.
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、燃料電池セルスタック１４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 stack 14 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 135, which is an internal space that functions as a heat insulating layer, is formed by the upper guiding plate 132, the lower guiding plate 131, and the connecting plates 133 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排気通路１７２が形成されている。この排気通路１７２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、排気通路１７２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１７５が配置されている。このプレートフィン１７５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。空気通路１６１ａ及び排気通路１７２のうち、プレートフィン１６２，１７５が設けられた部分において、空気通路１６１ａを流れる発電用空気と排気通路１７２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。   The upper guide plate 132 is disposed at a predetermined vertical distance from the top plate 8a, and the exhaust extending in the horizontal direction along the longitudinal direction and the width direction is provided between the upper guide plate 132 and the top plate 8a. A passage 172 is formed. The exhaust passage 172 is arranged in parallel with the air passage 161a with the top plate 8a of the module case 8 interposed therebetween. Inside the exhaust passage 172, plate fins similar to the plate fins 162 and 163 in the air passages 161a and 161b are provided. 175 is arranged. The plate fins 175 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. Of the air passage 161a and the exhaust passage 172, in the portion where the plate fins 162 and 175 are provided, efficient heat exchange is performed between the power generation air flowing through the air passage 161a and the exhaust gas flowing through the exhaust passage 172. Thus, the temperature of the power generation air is raised 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排気通路１７３が形成されている。また、排気ガス誘導部材１３０も側板８ｂと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、排気通路１７３は、排気ガス誘導部材１３０と側板８ｂとの間の通路を含んで天板８ａまで延びている。排気通路１７３は、天板８ａと側板８ｂとの角部に位置する排気ガス導入口１７２ａで排気通路１７２と連通している。この排気ガス導入口１７２ａは、モジュールケース８内で長手方向に延びている。   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. An exhaust passage 173 is formed. Further, the exhaust gas guiding member 130 is also disposed at a predetermined horizontal distance from the side plate 8b, and the exhaust passage 173 includes the passage between the exhaust gas guiding member 130 and the side plate 8b and extends to the top plate 8a. ing. The exhaust passage 173 communicates with the exhaust passage 172 through an exhaust gas introduction port 172a located at the corner between the top plate 8a and the side plate 8b. The exhaust gas introduction port 172a extends in the longitudinal direction in the module case 8.

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排気通路１７４を形成している。この排気通路１７４は、改質器１２０の上方で排気通路１７３と合流する。   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 through hole 120b of 120 forms an exhaust passage 174 through which the exhaust gas that has passed through the through hole 120b from the lower side to the upper side is passed. The exhaust passage 174 joins the exhaust passage 173 above the reformer 120.

つぎに、図１１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１１は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図１１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. 11 is a partial cross-sectional view showing a fuel cell unit of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 11, 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.

つぎに、図１２を参照して、燃料電池セルスタック１４について説明する。
図１２は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
図１２に示すように、燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６を備え、これらの燃料電池セルユニット１６は、８本ずつ２列に並べて配置されている。
各燃料電池セルユニット１６は、下端側がセラミック製の長方形の下支持板６８（図２参照）により支持され、上端側は、両端部の燃料電池セルユニット１６が４本ずつ、概ね正方形の２枚の上支持板１００により支持されている。これらの下支持板６８及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴がそれぞれ形成されている。 Next, the fuel cell stack 14 will be described with reference to FIG.
FIG. 12 is a perspective view showing a fuel cell stack of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 12, the fuel cell stack 14 includes 16 fuel cell units 16, and these fuel cell units 16 are arranged in two rows of 8 each.
Each fuel cell unit 16 is supported by a rectangular lower support plate 68 made of ceramic (see FIG. 2) on the lower end side, and on the upper end side, two fuel cell unit units 16 at both ends are provided, each having a substantially square shape. Is supported by the upper support plate 100. The lower support plate 68 and the upper support plate 100 are formed with through holes through which the inner electrode terminal 86 can pass.

さらに、燃料電池セルユニット１６には、集電体１０２及び外部端子１０４が取り付けられている。この集電体１０２は、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と電気的に接続される燃料極用接続部１０２ａと、空気極である外側電極層９２の外周面と電気的に接続される空気極用接続部１０２ｂとを接続するように一体的に形成されている。また、各燃料電池セルユニット１６の外側電極層９２（空気極）の外表面全体には、空気極側の電極として、銀製の薄膜が形成されている。この薄膜の表面に空気極用接続部１０２ｂが接触することにより、集電体１０２は空気極全体と電気的に接続される。   Furthermore, a current collector 102 and an external terminal 104 are attached to the fuel cell unit 16. The current collector 102 includes a fuel electrode connection portion 102a that is electrically connected to an inner electrode terminal 86 attached to the inner electrode layer 90 that is a fuel electrode, and an outer peripheral surface of the outer electrode layer 92 that is an air electrode. It is integrally formed so as to connect the air electrode connecting portion 102b that is electrically connected. In addition, a silver thin film is formed on the entire outer surface of the outer electrode layer 92 (air electrode) of each fuel cell unit 16 as an electrode on the air electrode side. When the air electrode connecting portion 102b contacts the surface of the thin film, the current collector 102 is electrically connected to the entire air electrode.

さらに、燃料電池セルスタック１４の端（図６では左端の奥側）に位置する燃料電池セルユニット１６の空気極には、２つの外部端子１０４がそれぞれ接続されている。これらの外部端子１０４は、隣接する燃料電池セルスタック１４の端にある燃料電池セルユニット１６の内側電極端子８６に接続され、上述したように、１２８本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されるようになっている。   Furthermore, two external terminals 104 are connected to the air electrode of the fuel cell unit 16 located at the end of the fuel cell stack 14 (the far left side in FIG. 6). These external terminals 104 are connected to the inner electrode terminal 86 of the fuel cell unit 16 at the end of the adjacent fuel cell stack 14, and as described above, all 128 fuel cell units 16 are connected in series. It has come to be.

つぎに、図１３及び図１４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１３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１４は、図３と同様の、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。なお、図１３及び図１４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.
13 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. 14 is similar to FIG. It is sectional drawing along the -III line. 13 and 14 are diagrams in which arrows indicating gas flows are newly added in FIGS. 2 and 3, respectively. 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１３及び図１４に示すように、水及び原燃料ガス（原料ガス）は、蒸発器１４０の長手方向の一端側に連結された水供給配管６２及び原料供給配管６３から蒸発器１４０の上層に設けられた蒸発室１５０内に供給される。蒸発室１５０に供給された水は、第１の容器１４３の底面１４３Ａ１の上面が粗面として形成されているため、広範囲に拡がる。また、第１の容器１４３の底面１４３Ａ１の上面には、連続溝１５６が形成されているため、広範囲に拡がる。このようにして広範囲に広がった水は、蒸発器１４０の下層に設けられた排気ガス流路１５４を流れる排気ガスにより加熱され水蒸気となる。この際、蒸発室１５０内にはアルミナボール（熱伝導部材）が充填されているため、排気ガス流路１５４からの熱がアルミナボールを介して水に伝達される。この水蒸気と、原料供給配管６３から供給された原燃料ガスとが、蒸発室１５０内を下流方向に流れて行く。   As shown in FIGS. 13 and 14, water and raw fuel gas (raw material gas) are supplied to the upper layer of the evaporator 140 from the water supply pipe 62 and the raw material supply pipe 63 connected to one end side in the longitudinal direction of the evaporator 140. It is supplied into the evaporation chamber 150 provided. The water supplied to the evaporation chamber 150 spreads over a wide range because the upper surface of the bottom surface 143A1 of the first container 143 is formed as a rough surface. Moreover, since the continuous groove | channel 156 is formed in the upper surface of bottom face 143A1 of the 1st container 143, it spreads in a wide range. The water spread in a wide range in this way is heated by the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 154 provided in the lower layer of the evaporator 140 to become water vapor. At this time, since the evaporation chamber 150 is filled with alumina balls (heat conducting member), the heat from the exhaust gas passage 154 is transferred to the water through the alumina balls. The water vapor and the raw fuel gas supplied from the raw material supply pipe 63 flow in the evaporation chamber 150 in the downstream direction.

図１５は、蒸発室及び混合室内における水蒸気と原燃料ガスとの流れを示す斜視図である。蒸発室１５０内で発生した水蒸気と原燃料ガスとは、隔壁１４７の中央に形成された凹部１４７Ａ内を通過して混合室１５１へと流入する。この際、凹部１４７Ａが混合室１５１に向けて幅が狭くなっているため、凹部１４７Ａを通過する際に水蒸気と原燃料ガスとが、より均一に混合される。なお、この際、隔壁１４７の内側の空間１４７Ｄに排ガスが入り込むため、水蒸気と原燃料ガスが隔壁１４７によって加熱される。そして、凹部１４７Ａから混合室１５１の第１の空間１５３Ａ内に流入した水蒸気と原燃料ガスとは、幅方向両側に分かれて流れる。ここで、上述したように仕切り部材１５２と混合室１５１の内壁との間を介した第１の空間１５３Ａから第３の空間１５３Ｃへの圧力損失は、開口部１５２Ｄを介した第１の空間１５３Ａから第２の底面１４３Ａ２の底面に形成された開口部までの圧力損失よりも高くなっているため、第１の空間１５３Ａ内に流れこんだ水蒸気と原燃料ガスとは、図１５に実線で示すように、仕切り部材１５２の開口部１５２Ｄを通って第２の空間１５３Ｂ内に流れこむ。水蒸気と原燃料ガスとは、このように第１の空間１５３Ａ及び第２の空間１５３Ｂを流れる間に混合されて、混合ガス供給管１１２へと排出される。   FIG. 15 is a perspective view showing the flow of water vapor and raw fuel gas in the evaporation chamber and the mixing chamber. The water vapor and raw fuel gas generated in the evaporation chamber 150 pass through the recess 147 </ b> A formed in the center of the partition wall 147 and flow into the mixing chamber 151. At this time, since the concave portion 147A is narrowed toward the mixing chamber 151, the water vapor and the raw fuel gas are more uniformly mixed when passing through the concave portion 147A. At this time, since the exhaust gas enters the space 147D inside the partition wall 147, the water vapor and the raw fuel gas are heated by the partition wall 147. Then, the water vapor and raw fuel gas that have flowed into the first space 153A of the mixing chamber 151 from the recess 147A flow separately on both sides in the width direction. Here, as described above, the pressure loss from the first space 153A to the third space 153C between the partition member 152 and the inner wall of the mixing chamber 151 is caused by the first space 153A via the opening 152D. 15 is higher than the pressure loss from the first bottom surface 143A2 to the opening formed on the bottom surface of the second bottom surface 143A2, the water vapor and the raw fuel gas flowing into the first space 153A are indicated by solid lines in FIG. As described above, the air flows into the second space 153B through the opening 152D of the partition member 152. The water vapor and the raw fuel gas are mixed while flowing through the first space 153A and the second space 153B in this way, and discharged to the mixed gas supply pipe 112.

なお、蒸発室１５０内において突沸現象が生じた場合には、蒸発室１５０内に急激に水蒸気が発生し、第１の空間１５３Ａ内に流れる。そして、このように突沸現象が生じた場合には、一時的に蒸発室１５０及び混合室１５１の第１の空間１５３Ａ内の気圧が高くなる。このように第１の空間１５３Ａの気圧が高くなると、第１の空間１５３Ａ内の水蒸気は仕切り部材１５２の側部と第１の容器１４３の内壁との間の隙間を介して第３の空間１５３Ｃへと流れこむ。これにより、突沸現象が生じた場合であっても、蒸発室１５０及び混合室１５１内の圧力の急激な上昇を抑えることができる。   When a bumping phenomenon occurs in the evaporation chamber 150, water vapor is suddenly generated in the evaporation chamber 150 and flows into the first space 153A. And when a bumping phenomenon arises in this way, the atmospheric pressure in the 1st space 153A of the evaporation chamber 150 and the mixing chamber 151 becomes high temporarily. Thus, when the atmospheric pressure in the first space 153A increases, the water vapor in the first space 153A passes through the gap between the side portion of the partition member 152 and the inner wall of the first container 143, and the third space 153C. Flow into. Thereby, even if a bumping phenomenon occurs, it is possible to suppress a rapid increase in pressure in the evaporation chamber 150 and the mixing chamber 151.

また、図１６は、第１の重なり部１５８Ａ及び第２の重なり部１５８Ｂの近傍を拡大して示す断面図である。同図に示すように、蒸発器１４０の第１の重なり部１５８Ａ及び第２の重なり部１５８Ｂと当接するように、ヒータ１５７が配置されている。このため、ヒータ１５７から熱が図中矢印で示すように、第１の重なり部１５８Ａ及び第２の重なり部１５８Ｂを介して効果的に第１の容器１４３の底面１４３Ａ２、第２の容器１４４の底面１４４Ａ、及び天板１４２を加熱する。これにより、蒸発室１５０及び混合室１５１内の水蒸気及び原料ガスが加熱される。また、排気ガス流路１５４内の排ガスも加熱され、この熱が第１の容器１４３の底面１４３Ａ２を介して水蒸気及び原料ガスに伝達されるため、より効率良く、水蒸気及び原料ガスを加熱することができる。   FIG. 16 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the first overlapping portion 158A and the second overlapping portion 158B. As shown in the figure, a heater 157 is disposed so as to contact the first overlapping portion 158A and the second overlapping portion 158B of the evaporator 140. For this reason, as indicated by the arrows in the figure, the heat from the heater 157 effectively prevents the bottom surface 143A2 of the first container 143 and the second container 144 from passing through the first overlapping portion 158A and the second overlapping portion 158B. The bottom surface 144A and the top plate 142 are heated. Thereby, the water vapor and source gas in the evaporation chamber 150 and the mixing chamber 151 are heated. Further, the exhaust gas in the exhaust gas flow path 154 is also heated, and this heat is transmitted to the water vapor and the raw material gas via the bottom surface 143A2 of the first container 143, so that the water vapor and the raw material gas are heated more efficiently. Can do.

混合ガス供給管１１２へと排出た混合ガス（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、排気ガス流路１５４，排気管１７１，及び排気通路１７２の近傍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) discharged to the mixed gas supply pipe 112 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 vicinity of the exhaust gas passage 154, the exhaust pipe 171, and the exhaust passage 172 in order, the mixed gas in the mixed gas supply pipe 112 is caused by the exhaust gas flowing through these passages. Further heating.

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.

さらに、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 120 </ b> C into the fuel gas supply pipe 64 and the hydrodesulfurizer hydrogen extraction pipe 65. 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１３及び図１４に示すように、発電用空気は、発電用空気導入管７４から空気通路１６１ａに供給される。発電用空気は、空気通路１６１ａ，１６１ｂ内において、プレートフィン１６２，１６３を通過する際に、これらプレートフィン１６２，１６３の下部のモジュールケース８内に形成された排気通路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。特に、排気通路１７２内には、空気通路１６１ａのプレートフィン１６２に対応してプレートフィン１７５が設けられているので、発電用空気は、プレートフィン１６２とプレートフィン１７５とを介して、排気ガスとより効率的な熱交換を行う。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。   Further, as shown in FIGS. 13 and 14, 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 161a and 161b, the exhaust air passes through the exhaust passages 172 and 173 formed in the module case 8 below the plate fins 162 and 163. An efficient heat exchange with the gas is performed and the gas is heated. In particular, since the plate fins 175 are provided in the exhaust passage 172 corresponding to the plate fins 162 of the air passage 161a, the power generation air is discharged from the exhaust gas via the plate fins 162 and the plate fins 175. Perform more efficient heat exchange. 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.

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勾配が生じ難くなっている。   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 portion of the fuel cell assembly 12, it is difficult for the temperature gradient in the vertical direction 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１３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、排気通路１７３と排気通路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、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排気通路１７３に向けて誘導され、排気通路１７３を流れる排気ガスに素早く合流される。   Further, as shown in FIG. 13, 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 branches into an exhaust passage 173 and an exhaust passage 174, between the outer surface of the reformer 120 and the side plate 8 b of the module case 8, and through holes 120 b of the reformer 120. From between the reformer 120 and the exhaust gas guiding member 130. At this time, the exhaust gas passing through the 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 does not stay at the lower portion of the exhaust gas guiding member 130. The gas is guided toward the exhaust passage 173 and is quickly joined to the exhaust gas flowing through the exhaust passage 173.

その後、排気ガスは、排気ガス導入口１７２ａから排気通路１７２に流入する。排気通路１７２内では、排気ガスは、排気通路１７２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 flows into the exhaust passage 172 from the exhaust gas inlet 172a. In the exhaust passage 172, the exhaust gas flows in the horizontal direction in the exhaust passage 172 and flows out from the exhaust port 111 formed in the center of the top plate 8 a of the module case 8.

なお、排気ガスが排気通路１７３を上方へ流れていく際に、空気通路１６１ｂ内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。また、排気ガスが排気通路１７２を水平方向に流れていく際に、排気通路１７２内に設けられたプレートフィン１７５と、このプレートフィン１７５に対応して空気通路１６１ａ内に設けられたプレートフィン１６２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 flows upward in the exhaust passage 173, heat exchange is performed between the power generation air and the exhaust gas via the plate fins 163 provided in the air passage 161b. Further, when the exhaust gas flows in the horizontal direction through the exhaust passage 172, a plate fin 175 provided in the exhaust passage 172 and a plate fin 162 provided in the air passage 161a corresponding to the plate fin 175. Thus, 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の排気ガス流路１５４に流入する。排気ガス流路１５４に流入した排気ガスは、排気ガス流路１５４内を排気ガス排出管８２に向かって流れる。この際、排気ガス流路１５４には、プレートフィン１５５が設けられているため、より効率良く排気ガスと蒸発室１５０内の水との熱交換が行われる。   The exhaust gas flowing out from the exhaust port 111 passes through the exhaust pipe 171 provided outside the module case 8 and flows into the exhaust gas flow path 154 of the evaporator 140. The exhaust gas that has flowed into the exhaust gas flow path 154 flows through the exhaust gas flow path 154 toward the exhaust gas discharge pipe 82. At this time, since the plate fin 155 is provided in the exhaust gas passage 154, heat exchange between the exhaust gas and the water in the evaporation chamber 150 is performed more efficiently.

また、排気ガス流路１５４を通る排ガスは、ヒータ１５７により加熱される。このヒータ１５７からの熱は、蒸発器１４０及び排気ガス流路１５４を介して燃焼触媒器２００に伝達される。さらに、排ガスは排気ガス流路１５４内でヒータ１５７により加熱され、加熱された排ガスが燃焼触媒器２００に流入する。このようにして、ヒータ１５７の熱が間接的に燃焼触媒器２００に伝達され、燃焼触媒２０６を加熱することができる。   Further, the exhaust gas passing through the exhaust gas passage 154 is heated by the heater 157. Heat from the heater 157 is transmitted to the combustion catalyst 200 through the evaporator 140 and the exhaust gas passage 154. Further, the exhaust gas is heated by the heater 157 in the exhaust gas passage 154, and the heated exhaust gas flows into the combustion catalyst device 200. In this way, the heat of the heater 157 is indirectly transmitted to the combustion catalyst device 200, and the combustion catalyst 206 can be heated.

そして、排気ガス流路１５４を通過した排気ガスは、排気ガス排出管８２に排出され、燃焼触媒器２００に流入する。燃焼触媒器２００に流入した排気ガスは、燃焼触媒２０６の貫通孔２０６Ａを通過する。これにより排気ガスに含まれる一酸化炭素などの未燃焼ガス（有害ガス）が触媒と接触し、酸化される。そして、燃焼触媒器２００を流通した排気ガスは排ガス放出管２０２に排出される。   Then, the exhaust gas that has passed through the exhaust gas passage 154 is discharged to the exhaust gas discharge pipe 82 and flows into the combustion catalyst device 200. The exhaust gas flowing into the combustion catalyst device 200 passes through the through hole 206A of the combustion catalyst 206. As a result, unburned gas (toxic gas) such as carbon monoxide contained in the exhaust gas comes into contact with the catalyst and is oxidized. Then, the exhaust gas flowing through the combustion catalyst device 200 is discharged to the exhaust gas discharge pipe 202.

なお、上記実施形態では、蒸発室１５０の底面１４３Ａ１に図７に示すような連続溝１５６が形成された場合について説明したが、蒸発室１５０の底面１４３Ａ１に形成される連続溝のパターンはこれに限られない。   In the above embodiment, the case where the continuous groove 156 as shown in FIG. 7 is formed on the bottom surface 143A1 of the evaporation chamber 150 has been described. However, the pattern of the continuous groove formed on the bottom surface 143A1 of the evaporation chamber 150 is described here. Not limited.

図１７は別の実施形態による蒸発室１５０の底面１４３Ａ１に形成された連続溝２５６を示す図である。なお、図１７における下方が水供給配管６２側である。同図に示すように、本実施液体では、第１の容器１４３の第１の底面１４３Ａ１上には、正六角形状の突起部２５６Ｃが設けられている。これら突起部２５６Ｃは、隣接する突起部２５６Ｃのそれぞれの辺同士が平行に対向するように配置されており、これにより、突起部２５６Ｃの間には正六角形状の溝が網目状に形成される。このような構成により、例えば、図１７の中央下方から溝２５６内に入り込んだ水は、Ｄ部において左右に屈曲及び分割され、Ｅ部の溝内を直進し、再びＤ部において屈曲及び分割される。このように、連続溝２５６に供給された水は、Ｄ部における屈曲及び分割と、Ｅ部の溝内の直進と、を繰り返すことにより、広域に拡がりながら流れる。   FIG. 17 is a view showing a continuous groove 256 formed in the bottom surface 143A1 of the evaporation chamber 150 according to another embodiment. Note that the lower side in FIG. 17 is the water supply pipe 62 side. As shown in the figure, in this embodiment liquid, a regular hexagonal protrusion 256C is provided on the first bottom surface 143A1 of the first container 143. These protrusions 256C are arranged so that the sides of the adjacent protrusions 256C face each other in parallel, so that regular hexagonal grooves are formed in a mesh shape between the protrusions 256C. . With such a configuration, for example, water that has entered the groove 256 from the lower center of FIG. 17 is bent and divided to the left and right in the D portion, goes straight in the groove in the E portion, and is bent and divided again in the D portion. The Thus, the water supplied to the continuous groove 256 flows while spreading in a wide area by repeating the bending and division in the D portion and the straight advance in the groove of the E portion.

上記各実施形態によれば、以下の効果が得られる。
上記実施形態では、蒸発器１４０を第１の容器１４３と第２の容器１４４とを重ね合わせることにより構成し、第１の容器１４３の側壁１４３Ｂの一部と第２の容器１４４の側壁１４４Ｂの一部とを当接させているため、排ガス流路１５４から第２の容器１４４へ伝わった熱が、この当接している部分を介して第１の容器１４３へと熱を伝わり、より効率良く排ガスと水の間で熱交換を行うことができる。このように蒸発面を介した熱伝導に加えて、当接した部分を介して第２の容器１４４から第１の容器１４３へと熱伝導が行われ、この熱が水に伝動されるため、より効率良く排ガスの熱を水に伝動することができる。このように、上記実施形態によれば、蒸発器１４０をモジュールケース８の外部に設けた場合であっても、蒸発器１４０において排ガスと水との間で効率よく熱交換できる。 According to the above embodiments, the following effects can be obtained.
In the above embodiment, the evaporator 140 is configured by overlapping the first container 143 and the second container 144, and a part of the side wall 143 </ b> B of the first container 143 and the side wall 144 </ b> B of the second container 144 are configured. Since a part is brought into contact, the heat transferred from the exhaust gas flow channel 154 to the second container 144 is transferred to the first container 143 through the contacted part, and more efficiently. Heat exchange can be performed between the exhaust gas and water. Thus, in addition to heat conduction through the evaporation surface, heat conduction is performed from the second container 144 to the first container 143 through the abutting portion, and this heat is transmitted to water, The heat of exhaust gas can be transmitted to water more efficiently. Thus, according to the above embodiment, even when the evaporator 140 is provided outside the module case 8, heat can be efficiently exchanged between the exhaust gas and water in the evaporator 140.

また、上記実施形態では、第２の容器１４４と、第１の容器１４３とが当接した状態で重ね合わされた第１の重なり部１５８Ａに当接するように配置されたヒータ１５７を備える。これにより、第１及び第２の容器１４３、１４４を介して蒸発室１５０及び排ガス流路１５４の双方を加熱することができる。これにより、排ガスの熱に加えて、ヒータ１５７からの熱が第１及び第２の容器１４３、１４４及び排ガスを介して蒸発面（第１の容器１４３の底面１４３Ａ１）に付加され、蒸発面全体を介して均一な熱供給を行うことができる。   Moreover, in the said embodiment, the heater 157 arrange | positioned so that it may contact | abut the 1st overlap part 158A overlaid in the state which the 2nd container 144 and the 1st container 143 contact | abutted is provided. Thereby, both the evaporation chamber 150 and the exhaust gas flow channel 154 can be heated via the first and second containers 143 and 144. As a result, in addition to the heat of the exhaust gas, heat from the heater 157 is added to the evaporation surface (the bottom surface 143A1 of the first container 143) via the first and second containers 143 and 144 and the exhaust gas, and the entire evaporation surface. A uniform heat supply can be performed through the.

また、上記実施形態では、第１の容器１４３と、第２の容器１４４とは、それぞれ周縁が外側に延在する鍔部１４３Ｃ、１４４Ｃを有し、第２の容器１４４の鍔部１４４Ｃと、第１の容器１４３の鍔部１４３Ｃと、天板１４２とは第２の重なり部１５８Ｂで重ね合わされており、ヒータ１５７は、第２の重なり部１５８Ｂにおいて第２の容器１４４に当接している。これにより、第１の重なり部１５８Ａに加えて第２の重なり部１５８Ｂにヒータ１５７が当接しているため、ヒータ１５７から第１及び第２の容器１４３、１４４へより効率良く熱を付与することができる。また、ヒータ１５７が鍔部１４３Ｃ、１４４Ｃにおいて、第２の容器１４４、第１の容器１４３、天板１４２の順序で加熱することになり、排ガス流路１５４が優先的に加熱されるため、排ガスを介して均一に蒸発面（第１の容器１４３の底面１４３Ａ１）を加熱することができる。さらに、第１及び第２の容器１４３、１４４がそれぞれ鍔部１４３Ｃ、１４４Ｃを有するため、所定の位置関係で第１及び第２の容器１４３、１４４を固定することができ、組立精度を向上することができる。   Moreover, in the said embodiment, the 1st container 143 and the 2nd container 144 each have the collar part 143C, 144C in which a periphery extends outside, respectively, and the collar part 144C of the 2nd container 144, The flange portion 143C of the first container 143 and the top plate 142 are overlapped with each other at the second overlapping portion 158B, and the heater 157 is in contact with the second container 144 at the second overlapping portion 158B. Accordingly, since the heater 157 is in contact with the second overlapping portion 158B in addition to the first overlapping portion 158A, heat can be more efficiently applied from the heater 157 to the first and second containers 143 and 144. Can do. Further, the heater 157 heats the flanges 143C and 144C in the order of the second container 144, the first container 143, and the top plate 142, and the exhaust gas passage 154 is preferentially heated. It is possible to uniformly heat the evaporation surface (the bottom surface 143A1 of the first container 143). Further, since the first and second containers 143 and 144 have the flanges 143C and 144C, respectively, the first and second containers 143 and 144 can be fixed in a predetermined positional relationship, and the assembly accuracy is improved. be able to.

上記実施形態では、蒸発器１４０は上面視で長方形状であり、第１の容器１４３の鍔部１４３Ｃ及び第２の容器１４４の鍔部１４４Ｃは、それぞれ第１の容器１４３及び第２の容器１４４の全周にわたって形成され、ヒータ１５７は第２の容器１４４の三辺において、鍔部１４４Ｃに接している。このように、ヒータ１５７が第２の容器１４４の三辺で鍔部１４４Ｃに接しているため、蒸発面（第１の容器１４３の底面１４３Ａ１）全体を均一に加熱することができる。   In the above embodiment, the evaporator 140 has a rectangular shape in a top view, and the flange portion 143C of the first container 143 and the flange portion 144C of the second container 144 are respectively the first container 143 and the second container 144. The heater 157 is in contact with the flange portion 144 </ b> C on the three sides of the second container 144. Thus, since the heater 157 is in contact with the flange portion 144C at the three sides of the second container 144, the entire evaporation surface (the bottom surface 143A1 of the first container 143) can be heated uniformly.

上記実施形態では、蒸発室１５０内には、天板１４２に接するように粒状の熱伝導部材が充填されている。これにより、ヒータ１５７により蒸発器１４０の天板１４２に伝動した熱が、熱伝導部材を介して蒸発面（第１の容器１４３の底面１４３Ａ１）に伝達される。これにより、蒸発面（第１の容器１４３の底面１４３Ａ１）及び熱伝導部材においてより効率良く水を蒸発させることができる。   In the above embodiment, the evaporation chamber 150 is filled with a granular heat conduction member so as to be in contact with the top plate 142. Thereby, the heat transmitted to the top plate 142 of the evaporator 140 by the heater 157 is transmitted to the evaporation surface (the bottom surface 143A1 of the first container 143) through the heat conducting member. Thereby, water can be more efficiently evaporated on the evaporation surface (the bottom surface 143A1 of the first container 143) and the heat conducting member.

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
８ 閉鎖側板
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
１３ 下部誘導板
１４ 燃料電池セルスタック
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
５０ 温水製造装置
５２ 制御ボックス
５４ インバータ
６２ 水供給配管
６３ 原料供給配管
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
６９ 温度センサ
６９Ａ センサ部
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
９０ａ 上部
９０ｂ 外周面
９０ｃ 上端面
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
１００ 上支持板
１０２ 集電体
１０２ａ 燃料極用接続部
１０２ｂ 空気極用接続部
１０４ 外部端子
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
１３５ ガス溜
１４０ 蒸発器
１４１ 蒸発器ケース
１４２ 天板
１４３ 第１の容器
１４３Ａ１ 底面
１４３Ａ２ 底面
１４３Ｂ 側壁
１４３Ｃ 鍔部
１４４ 第２の容器
１４４Ａ 底面
１４４Ｂ 側壁
１４４Ｃ 鍔部
１４７ 隔壁
１４７Ａ 凹部
１４７Ｂ 側壁
１４７Ｃ 上面
１４７Ｄ 空間
１５０ 蒸発室
１５１ 混合室
１５２ 仕切り部材
１５２Ａ 上面
１５２Ｂ 側壁部
１５２Ｃ 基部
１５２Ｄ 開口部
１５３Ａ 第１の空間
１５３Ｂ 第２の空間
１５３Ｃ 第３の空間
１５４ 排気ガス流路
１５４Ａ 上部空間
１５４Ｂ 下部空間
１５５ プレートフィン
１５５Ａ 本体部
１５５Ｂ 突出部
１５５Ｂ１ 傾斜部
１５５Ｂ２ 連結部
１５５Ｂ３ 通過穴
１５５Ｂ４ 突起部
１５５Ｃ 突出部
１５５Ｃ１ 傾斜部
１５５Ｃ２ 連結部
１５５Ｃ３ 通過穴
１５６ 連続溝
１５６Ａ 正方形状の溝
１５６Ｂ 連結溝
１５６Ｃ 突部
１５６Ｄ 突部
１５７ ヒータ
１５８Ａ 第１の重なり部
１５８Ｂ 第２の重なり部
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
１６７ 開口部
１７１ 排気管
１７２ 排気通路
１７２ａ 排気ガス導入口
１７３ 排気通路
１７４ 排気通路
１７５ プレートフィン
２００ 燃焼触媒器
２０２ 排ガス放出管
２０４ 容器本体
２０６ 燃焼触媒
２０６Ａ 貫通孔
２０８ 環状固定部材
２１０ シート状触媒
２１０Ａ 上下面
２１０Ｂ 中間材
２５６ 連続溝
２５６Ｃ 突起部 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 8 Closed side plate 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 13 Lower guide plate 14 Fuel cell stack 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 adjustment unit 45 Power generation air flow rate adjustment unit 50 Hot water production device 52 Control box 54 Inverter 62 Water supply pipe 63 Raw material supply pipe 64 Fuel gas supply pipe 64a Horizontal portion 64b Fuel supply Hole 65 Hydrogen extraction pipe for hydrodesulfurizer 66 Manifold 8 Lower support plate 69 Temperature sensor 69A Sensor part 74 Power generation air introduction tube 82 Exhaust gas discharge tube 83 Ignition device 84 Fuel cell 86 Inner electrode terminal 88 Fuel gas flow channel 90 Inner electrode layer 90a Upper part 90b Outer peripheral surface 90c Upper end surface 92 Outer electrode layer 94 Electrolyte layer 96 Sealing material 98 Fuel gas passage narrow tube 100 Upper support plate 102 Current collector 102a Fuel electrode connection portion 102b Air electrode connection portion 104 External terminal 111 Exhaust port 112 Mixed gas supply tube 120 Reformer 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 part 132 Upper part Guide plate 132a Recess 133 Connection plate 135 Gas reservoir 140 Steam Generator 141 Evaporator case 142 Top plate 143 First container 143A1 Bottom surface 143A2 Bottom surface 143B Side wall 143C Ridge part 144 Second container 144A Bottom surface 144B Side wall 144C Ridge part 147 Partition wall 147A Recessed part 147B Side wall 147C Upper surface 147D Space 150 Evaporating chamber 151 Chamber 152 Partition member 152A Upper surface 152B Side wall portion 152C Base portion 152D Opening portion 153A First space 153B Second space 153C Third space 154 Exhaust gas flow path 154A Upper space 154B Lower space 155 Plate fin 155A Main body portion 155B Protruding portion 155B1 Inclined portion 155B2 Connecting portion 155B3 Passing hole 155B4 Protruding portion 155C Projecting portion 155C1 Inclining portion 155C2 Connecting portion 155C3 Passing hole 156 Continuous groove 156A Square groove 156B Connecting groove 156C Protruding 156D Protruding portion 157 Heater 158A First overlapping portion 158B Second overlapping portion 160 Air passage cover 160a Top plate 160b Side plate 161a Air passage 161b Air passage 162 Plate fin 163 Plate fin 167 Opening portion 171 Exhaust pipe 172 Exhaust passage 172a Exhaust gas Inlet 173 Exhaust passage 174 Exhaust passage 175 Plate fin 200 Combustion catalyst device 202 Exhaust gas discharge pipe 204 Container body 206 Combustion catalyst 206A Through hole 208 Annular fixing member 210 Sheet-like catalyst 210A Upper and lower surfaces 210B Intermediate material 256 Continuous groove 256C Projection

Claims (5)

燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電を行う燃料電池セルを複数備えた固体酸化物形燃料電池装置であって、
前記燃料電池セルを内部に収容するモジュール容器と、
前記モジュール容器の周囲を覆うように設けられた断熱材と、
前記モジュール容器内の前記燃料電池セルの上方で、前記燃料電池セルからのオフガスを燃焼して排ガスを生成する燃焼部と、
前記モジュール容器内の前記燃焼部の上方で、前記排ガスにより加熱して水蒸気により原料ガスを改質して前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記燃焼部で生成された排ガスを流通させる排ガス流路と、供給された水から前記排ガス流路内を流通する排ガスとの熱交換によって水蒸気を生成する蒸発室とを有し、前記モジュール容器の外側、かつ、前記断熱材の内側に配置された蒸発器と、を備え、
前記蒸発器は、上部が開放された第１の容器と、上部が開放され、前記第１の容器に下方から重ねられた第２の容器と、前記第１の容器の上部を覆うように設けられた天板と、を含んで構成され、
前記第１の容器の外壁面の一部は、前記第２の容器の内壁面の一部に当接した状態で重ね合わされており、
前記蒸発室は前記第１の容器と前記天板との間に形成され、
前記排ガス流路は、前記第１の容器と前記第２の容器との間に形成されている、ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。 A solid oxide fuel cell device comprising a plurality of fuel cells that generate power with fuel gas and oxidant gas,
A module container for accommodating the fuel battery cell therein;
A heat insulating material provided to cover the periphery of the module container;
A combustion unit that burns off-gas from the fuel battery cell to generate exhaust gas above the fuel battery cell in the module container;
A reformer for generating the fuel gas by heating the exhaust gas and reforming the raw material gas with water vapor above the combustion section in the module container;
An exhaust gas passage for circulating the exhaust gas generated in the combustion section; and an evaporation chamber for generating water vapor by heat exchange between the supplied water and the exhaust gas flowing in the exhaust gas passage. An evaporator disposed outside and inside the heat insulating material,
The evaporator is provided so as to cover a first container having an upper part opened, a second container having an upper part opened and stacked on the first container from below, and an upper part of the first container. A structured top plate, and
A part of the outer wall surface of the first container is overlaid in a state of being in contact with a part of the inner wall surface of the second container,
The evaporation chamber is formed between the first container and the top plate,
The exhaust gas flow path is formed between the first container and the second container, and is a solid oxide fuel cell device. 前記第２の容器と、前記第１の容器とが当接した状態で重ね合わされた第１の重ね合わせ部に当接するように配置された加熱源をさらに備える、請求項１記載の固体酸化物形燃料電池装置。   2. The solid oxide according to claim 1, further comprising a heating source disposed so as to abut on a first overlapped portion where the second container and the first container are in contact with each other. Fuel cell device. 前記第１の容器と、前記第２の容器とは、それぞれ周縁が外側に延在する鍔部を有し、
前記第２の容器の鍔部と、前記第１の容器の鍔部と、前記天板とは第２の重ね合わせ部で重ね合わされており、
前記加熱源は、前記第２の重ね合わせ部において前記第２の容器に当接している、請求項２記載の固体酸化物形燃料電池装置。 Each of the first container and the second container has a flange portion whose outer periphery extends outward,
The collar part of the second container, the collar part of the first container, and the top plate are overlapped by a second overlapping part,
The solid oxide fuel cell device according to claim 2, wherein the heat source is in contact with the second container at the second overlapping portion. 前記蒸発器は上面視で長方形状であり、
前記第１の容器の鍔部及び前記第２の容器の鍔部は、それぞれ前記第１の容器及び前記第２の容器の全周にわたって形成され、
前記加熱源は前記第２の容器の少なくとも三辺において、前記鍔部に接している、請求項３記載の固体酸化物形燃料電池装置。 The evaporator is rectangular in top view,
The collar part of the first container and the collar part of the second container are formed over the entire circumference of the first container and the second container, respectively.
The solid oxide fuel cell device according to claim 3, wherein the heat source is in contact with the flange on at least three sides of the second container. 前記蒸発室内には、前記天板に接するように粒状の熱伝導部材が充填されている、請求項３記載の固体酸化物形燃料電池装置。   The solid oxide fuel cell device according to claim 3, wherein the evaporation chamber is filled with a granular heat conduction member so as to be in contact with the top plate.
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