JP3258518B2 - Solid electrolyte fuel cell module - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、高温の作動温度になる
発電室上方に設置される燃料排出室を画成する下部管板
を高温から保護するとともに、発電室からの放射熱を効
果的に利用できるようにした固体電解質燃料電池モジュ
ールに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention protects a lower tube sheet that defines a fuel discharge chamber installed above a power generation chamber having a high operating temperature from high temperatures and effectively removes radiant heat from the power generation chamber. The present invention relates to a solid oxide fuel cell module which can be used for a fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】固体電解質燃料電池モジュールは、作動
温度が８００℃から１０００℃と高く、円筒状の電解質
の内側に燃料極を設けるとともに、外側に空気極を配置
した固体電解質燃料電池を複数個直列に接続し、一端が
閉鎖された円筒状の固体電解質燃料電池スタック（以下
単にスタックという）を鉛直に配設して、供給された燃
料と空気を使って発電を行う発電室を高温に維持する必
要がある。このため、発電室を、その内部に区画して設
ける容器の外周は、断熱材で被包されるとともに、空気
熱交換器を用いて発電室から排出される排空気との間で
再生熱交換を行い、供給空気を予熱するとともに、容器
内の発電室下方に輻射変換体を設けて、高温のスタック
から放射される熱により加熱された輻射変換体で、空気
熱交換器で予熱され、発電室に導入される途中の供給空
気を加熱するようにしている。2. Description of the Related Art A solid electrolyte fuel cell module has an operating temperature as high as 800 ° C. to 1000 ° C., and has a plurality of solid electrolyte fuel cells having a fuel electrode provided inside a cylindrical electrolyte and an air electrode provided outside. A cylindrical solid electrolyte fuel cell stack (hereinafter simply referred to as a stack), which is connected in series and closed at one end, is arranged vertically, and the power generation chamber that generates power using the supplied fuel and air is maintained at a high temperature. There is a need to. For this reason, the outer periphery of the container in which the power generation chamber is divided and provided therein is covered with a heat insulating material, and at the same time, the heat exchange between the power generation chamber and the exhaust air discharged from the power generation chamber using the air heat exchanger is performed. And preheat the supply air, and provide a radiant converter below the power generation chamber in the container.The radiator is heated by the heat radiated from the high-temperature stack, and is preheated by the air heat exchanger to generate power. The supply air being introduced into the chamber is heated.
【０００３】図２は、このような、従来の固体電解質燃
料電池モジュールを示す断面図である。図において、外
周が断熱材９で被包された容器１２の内部には発電室１
が、上部を下部管板１１で、下部を輻射変換体０７で区
画されて形成されている。この発電室１には、内側に燃
料極、外側に電解質を介装して空気極を配置した固体電
解質燃料電池を複数直列に接続してなり、下端を閉鎖し
た円筒型のスタック２が多数鉛直状態に配置されてい
る。また、下部管板１１で上部が区画された発電室１の
上方の容器１２の内部には、下部管板１１および下部管
板１１と間隔を設けて、その上方に設けられた上部管板
１０で区画された燃料排出室５が、さらに、上部管板１
０で下方が区画された燃料供給室３が、それぞれ画成さ
れている。また、輻射変換体７で下部が区画された発電
室１の下方の容器１２の内部には、輻射変換体７と間隔
を設けて空気熱交換器６が設けられている。FIG. 2 is a sectional view showing such a conventional solid electrolyte fuel cell module. In the figure, a power generation chamber 1 is provided inside a container 12 whose outer periphery is covered with a heat insulating material 9.
Is formed by dividing the upper part by the lower tube sheet 11 and the lower part by the radiation converter 07. In the power generation chamber 1, a plurality of solid electrolyte fuel cells having a fuel electrode on the inner side and an air electrode on the outer side with an electrolyte interposed are connected in series, and a large number of cylindrical stacks 2 having closed lower ends are vertically arranged. Are placed in a state. Further, in the interior of the container 12 above the power generation chamber 1 whose upper part is partitioned by the lower tube sheet 11, a space is provided between the lower tube sheet 11 and the lower tube sheet 11, and the upper tube sheet 10 provided thereabove. The fuel discharge chamber 5 partitioned by
The fuel supply chambers 3 each having a lower section defined by 0 are defined. Further, an air heat exchanger 6 is provided inside the container 12 below the power generation chamber 1 whose lower part is partitioned by the radiant converter 7 with an interval from the radiator 7.
【０００４】燃料供給室３には、外部から燃料ガスＳＦ
を供給するための燃料導入管１３が連結されており、こ
の燃料導入管１３によって、燃料ガスＳＦは、容器１２
の上端に設けられた燃料供給室３に供給される。また、
円筒型のスタック２の軸心部には、燃料供給管４が設置
され、その上端が燃料供給室３に連通するとともに、下
端はスタック２の端部が閉鎖された下端部に連通させて
いる。燃料ガスＳＦは、燃料供給室３から燃料供給管４
内を通ってスタック２の下端部に供給され、スタック２
の軸心部に設置された燃料供給管４の外周面に沿って上
昇するとき、スタック２の内側に設けた燃料極における
発電反応に使用された後、排燃料ＥＦとなって、スタッ
ク２の上端に開口を設けた下部管板１０を通過して、燃
料排出室５に集められ、燃料排出室５に設けた燃料排出
管１４によって、容器１２内から排気される。The fuel supply chamber 3 is provided with a fuel gas SF from outside.
A fuel introduction pipe 13 for supplying the fuel gas SF is connected thereto.
Is supplied to the fuel supply chamber 3 provided at the upper end of the fuel cell. Also,
A fuel supply pipe 4 is provided at an axis of the cylindrical stack 2, and an upper end thereof communicates with the fuel supply chamber 3, and a lower end thereof communicates with a closed lower end of the stack 2. . The fuel gas SF is supplied from the fuel supply chamber 3 to the fuel supply pipe 4.
To the lower end of the stack 2
When it rises along the outer peripheral surface of the fuel supply pipe 4 installed at the axial center of the stack 2, it is used for the power generation reaction at the fuel electrode provided inside the stack 2, and becomes the exhaust fuel EF. The fuel passes through the lower tube sheet 10 having an opening at the upper end, is collected in the fuel discharge chamber 5, and is exhausted from the inside of the container 12 by the fuel discharge pipe 14 provided in the fuel discharge chamber 5.
【０００５】また、燃料ガスＳＦとともに、スタック２
における発電に使用される供給空気ＳＡは、空気導入管
１５によって、外部から空気熱交換器６に供給される。
空気熱交換器６には、発電室１内で加熱された排空気Ｅ
Ａを容器１２へ排出するため、発電室１から垂下された
空気排出管８が連結されている。空気導入管１５で供給
された供給空気ＳＡは、空気排出管８で発電室１から排
出された排空気ＥＡとの間で、再生熱交換を行い予熱さ
れる。空気熱交換器６で予熱された供給空気ＳＡは、発
電室１の下部を区画する多孔体の素材で形成された輻射
変換体０７の下方に供給される。輻射変換体０７は、ス
タック２から放射される熱を受熱し高温となっており、
その内部を下方から上方へ通過する予熱された供給空気
ＳＡをさらに加熱する。[0005] In addition to the fuel gas SF, the stack 2
Is supplied from outside to the air heat exchanger 6 by the air introduction pipe 15.
The air heat exchanger 6 has exhaust air E heated in the power generation chamber 1.
In order to discharge A into the container 12, an air discharge pipe 8 hanging from the power generation chamber 1 is connected. The supply air SA supplied by the air introduction pipe 15 is preheated by performing regenerative heat exchange with the exhaust air EA discharged from the power generation chamber 1 by the air discharge pipe 8. The supply air SA preheated by the air heat exchanger 6 is supplied below a radiation converter 07 formed of a porous material that partitions the lower part of the power generation chamber 1. The radiation converter 07 receives heat radiated from the stack 2 and has a high temperature,
The preheated supply air SA passing through the inside from the bottom to the top is further heated.
【０００６】このように、発電室１内の発熱を利用し
て、輻射変換体７内で空気熱交換器６で予熱された供給
空気ＳＡを、さらに加熱することで、発電室１内部での
空気の温度上昇幅を抑え、発電室１内部の温度差を小さ
くすることができる。また、輻射変換体７を通過して発
電室１内に供給された供給空気ＳＡは、発電室１内に鉛
直状態に配設されている、スタック２の外周面に沿って
上昇するとき、スタック２の外側に設けた空気極におけ
る発電反応に使用されるとともに、発電室１内の冷却を
行う。また、発電室１内での発電等に使用され、９００
〜１０００℃に加熱された排空気ＥＦは、前述の空気排
出管８に集められ、空気熱交換器６に排出され、供給空
気ＳＡの予熱に使用された後、空気排出管１６によって
容器１２外へ排気される。As described above, the supply air SA preheated in the radiant converter 7 by the air heat exchanger 6 is further heated by utilizing the heat generated in the power generation chamber 1, and thereby, the heat generation in the power generation chamber 1 is performed. The temperature rise width of the air can be suppressed, and the temperature difference inside the power generation chamber 1 can be reduced. Further, the supply air SA supplied into the power generation chamber 1 through the radiant converter 7 rises along the outer peripheral surface of the stack 2 which is disposed in the power generation chamber 1 in a vertical state. It is used for the power generation reaction at the air electrode provided outside the cooling chamber 2 and cools the inside of the power generation chamber 1. Also, it is used for power generation in the power generation room 1 and 900
The exhaust air EF heated to 1000 ° C. is collected in the above-described air discharge pipe 8 and discharged to the air heat exchanger 6 and used for preheating the supply air SA. Exhausted to
【０００７】このように、発電室１内は、スタック２に
おける発電のために、９００〜１０００℃の高温に保つ
必要があり、前述したように、発電室１を内部に収容す
る容器１２の外周を被包する断熱材９により保温するこ
とにより、高温を保持するようにしている。また、発電
室１の上部を区画する下部管板１１は、発電室１内に鉛
直状態に配置されているスタック２を支持すると同時
に、燃料排出室５内の排燃料ＥＦと発電室１内の供給空
気ＳＡ又は排空気ＥＡとが混合燃焼するのを防止してい
る。さらに、下部管板１１とともに燃料排出室５を区画
し、容器１２の上端に設置される燃料供給室３の下部を
区画する上部管板１０は、スタック２の軸心部に垂下さ
せた燃料供給管４を支持すると共に、燃料供給室３と燃
料排出室５との隔壁となって、燃料ガスＳＦと排燃料Ｅ
Ｆとの混合を防止している。As described above, the inside of the power generation chamber 1 needs to be maintained at a high temperature of 900 to 1000 ° C. in order to generate power in the stack 2, and as described above, the outer circumference of the container 12 that houses the power generation chamber 1 therein. Is kept at a high temperature by the heat insulating material 9 enclosing it. The lower tube sheet 11 that defines the upper part of the power generation chamber 1 supports the stack 2 that is arranged vertically in the power generation chamber 1, and at the same time, controls the exhaust fuel EF in the fuel discharge chamber 5 and the exhaust fuel EF in the power generation chamber 1. The mixed combustion of the supply air SA or the exhaust air EA is prevented. Further, partition the fuel discharge chamber 5 together with the lower tube plate 11, upper tube sheet 10 defining the lower portion of the fuel supply chamber 3 installed on the upper end of the container 12, the fuel supply was suspended in the axial portion of the stack 2 In addition to supporting the pipe 4, it serves as a partition between the fuel supply chamber 3 and the fuel discharge chamber 5, so that the fuel gas SF and the exhaust fuel E
It prevents mixing with F.
【０００８】このような、従来の固体電解質燃料電池モ
ジュールでは、上述したように発電室１内はスタック２
における発電のために必要な作動温度８００〜１０００
℃を維持する必要がある一方、スタック２を発電室１内
で支持する下部管板１１は、発電室１の上方に隣接して
設けられているため、発電室１内の高温にさらされるこ
とになる。このため、特に、下部管板１１の温度が高温
となり、強度が低下し、多数のスタック２を支持するた
めには、厚肉化や高級材料の使用が必要となるなどの不
具合がある。In such a conventional solid electrolyte fuel cell module, as described above, the inside of the power generation chamber 1 is a stack 2
Operating temperature required for power generation at 800-1000
° C, while the lower tube sheet 11 that supports the stack 2 in the power generation chamber 1 is provided adjacent to and above the power generation chamber 1, so that the lower tube sheet 11 is exposed to the high temperature in the power generation chamber 1. become. For this reason, in particular, the temperature of the lower tube sheet 11 becomes high, the strength is reduced, and in order to support a large number of stacks 2, there are disadvantages such as the necessity of thickening and the use of high-grade materials.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の固体電解質燃料電池モジュールの不具合を解消する
ため、下部管板の高温化を低減するとともに、発電室か
らの放射熱を発電室に供給される供給空気の加熱により
効果的に利用できるようにして熱効率を高めた固体電解
質燃料電池モジュールを提供することを課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems of the conventional solid electrolyte fuel cell module, the present invention reduces the temperature of the lower tube sheet and reduces the radiant heat from the power generation chamber to the power generation chamber. and to provide a solid electrolyte fuel cell module with improved thermal efficiency and available by Ri effectively to heat the supply air to be supplied.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】このため、本発明の固体
電解質燃料電池モジュールは次の手段とした。For this reason, the solid oxide fuel cell module of the present invention has the following means.
【００１１】断熱材で被包された容器内部に画成された
発電室、発電室に垂設され、電解質を介して内側に燃料
極、外側に空気極を配置した固体電解質燃料電池を複数
個直列に接続し、下端を閉鎖した円筒状にされたスタッ
ク、容器内部の発電室上方に画成された燃料供給室、発
電室と燃料供給室の間に区画され、スタックの上端を開
口させた燃料排出室、一端を燃料供給室に開口させ、他
端をスタックの下端内部に開口させて、スタックの内部
に挿通された燃料供給管、および容器内部の発電室下方
に設置され、発電室に供給する供給空気を予熱する空気
熱交換器からなる固体電解質燃料電池モジュールにおい
て、 （１）発電室の上方に形成される燃料排出室の下方を区
画する下部管板で上方が区画される空気供給室の下方を
区画し、発電室と燃料排出室との間に空気供給室を形成
する、多孔質のセラミックからなる素材で成形され、空
気熱交換器で予熱され空気供給室に供給された予熱空気
を通過させることにより、さらに加熱する輻射変換体を
発電室上方の容器内に設けた。[0011] A plurality of solid electrolyte fuel cells having a power generation chamber defined inside a container covered with a heat insulating material, the fuel cell being vertically installed in the power generation chamber, and having a fuel electrode disposed inside and an air electrode disposed outside through an electrolyte. A cylindrical stack connected in series and closed at the lower end, a fuel supply chamber defined above the power generation chamber inside the container, and partitioned between the power generation chamber and the fuel supply chamber, and the upper end of the stack was opened. A fuel discharge chamber, one end of which is open to the fuel supply chamber, and the other end of which is open to the inside of the lower end of the stack, is installed below the fuel supply pipe inserted inside the stack, and the power generation chamber inside the container. In a solid electrolyte fuel cell module comprising an air heat exchanger for preheating supply air to be supplied, (1) an air supply whose upper part is partitioned by a lower tube sheet that partitions a lower part of a fuel discharge chamber formed above a power generation chamber. Partition the lower part of the room and generate electricity Forming an air supply chamber between the chamber and the fuel discharge chamber, it is formed of a material formed of a porous ceramic, empty
Preheated air preheated by the air heat exchanger and supplied to the air supply chamber
, A radiation converter to be further heated was provided in the container above the power generation chamber.
【００１２】（２）発電室下方の容器内部に設置された
空気熱交換と空気供給室とを連結し、空気熱交換で予熱
された供給空気を、輻射変換体の上方から下方に通過さ
せて、さらに加熱するため、空気供給室に移送する空気
供給管を発電室内に設けた。(2) The air heat exchange installed in the container below the power generation chamber is connected to the air supply chamber, and the supply air preheated by the air heat exchange is passed downward from above the radiant converter. For further heating, an air supply pipe for transferring to the air supply chamber was provided in the power generation chamber.
【００１３】[0013]
【作用】本発明の固体電解質燃料電池モジュールは、上
述した（１），（２）の手段により、発電室内の温度に
比べて低い予熱後の供給空気を、下部管板の直下に供給
でき、下部管板の温度を低下させる。これにより、下部
管板の応力低下を低減でき、下部管板の厚肉化、若しく
は高温による応力低下の少ない高級材料の使用が回避で
き、低コストにできるとともに、軽量化によるコンパク
ト化が図れる。また、輻射変換体を下部管板と発電室と
の間に設置し、空気供給室に供給された予熱後の供給空
気を、輻射変換体の内部を通過させ、加熱して発電室に
供給することにより、発電室への供給空気の温度を上げ
ることができ、若しくは空気熱交換器の容量を低減し小
型化することができる。According to the solid electrolyte fuel cell module of the present invention, by means of the above (1) and (2), supply air after preheating, which is lower than the temperature in the power generation chamber, can be supplied directly below the lower tube sheet. Lower the temperature of the lower tubesheet. As a result, a reduction in the stress of the lower tube sheet can be reduced, and the thickness of the lower tube sheet or the use of a high-grade material with less stress reduction due to a high temperature can be avoided, and the cost can be reduced, and the size can be reduced by reducing the weight. In addition, the radiation converter is installed between the lower tube sheet and the power generation chamber, and the supply air after preheating supplied to the air supply chamber is passed through the inside of the radiation converter, heated and supplied to the power generation chamber. Thus, the temperature of the air supplied to the power generation chamber can be increased, or the capacity of the air heat exchanger can be reduced and downsized.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明の固体電解質燃料電池モジュー
ルの実施例を、図面にもとづき説明する。図１は、本発
明の固体電解質燃料電池モジュールの一実施例を示す側
断面図である。なお、図２に示す部材と同一の部材に
は、同一符番を行って、詳細説明は省略した。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the solid oxide fuel cell module of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view showing one embodiment of the solid oxide fuel cell module of the present invention. The same members as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
【００１５】図において、１０１は発電室１の上方の容
器１２内部に設けられた輻射変換体で、発電室１の上方
に形成される燃料排出室５の下方を区画する下部管板１
１とともに、発電室１と燃料排出室５との間に、空気供
給室１０２を区画、形成する。輻射変換体１０１は、セ
ラミック等の多孔質の素材で形成されている。１０３は
空気熱交換器で、図２に示す空気熱交換器０６と略同一
構造をしているが、本実施例による空気熱交換器１０３
では、予熱した供給空気ＳＡを直接発電室１へ放出せ
ず、発電室１内に立設された空気供給管１０４で空気供
給室１０２へ移送するとともに、発電室１内を下降する
排空気ＥＡを直接内部へ取入れるようにして、供給空気
ＳＡを予熱するようにしている。In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a radiant converter provided inside the container 12 above the power generation chamber 1, and a lower tube sheet 1 that partitions a lower part of a fuel discharge chamber 5 formed above the power generation chamber 1.
1, an air supply chamber 102 is defined and formed between the power generation chamber 1 and the fuel discharge chamber 5. The radiation conversion body 101 is formed of a porous material such as ceramic. Reference numeral 103 denotes an air heat exchanger having substantially the same structure as the air heat exchanger 06 shown in FIG.
Then, the preheated supply air SA is not directly discharged to the power generation chamber 1, but is transferred to the air supply chamber 102 by the air supply pipe 104 erected in the power generation chamber 1, and the exhaust air EA descending in the power generation chamber 1. Is directly taken into the inside, and the supply air SA is preheated.
【００１６】以上、本実施例について、図２に示す従来
の固体電解質燃料電池モジュールとの相異する構成につ
いてのみ説明した。本実施例は、上述のように構成され
ているので、燃料導入管１３を通って外部から燃料供給
室３へ供給された燃料ガスＳＦは、燃料供給室３と燃料
排出室５とを仕切る上部管板１０に上端が支持された燃
料供給管４を通って、内側に燃料極、外側に空気極を配
置した固体電解質燃料電池を複数直列に接続して、燃料
排出室５と空気供給室１０２を仕切る下部管板１１に上
端が支持され、発電室１内に吊下された円筒型のスタッ
ク２の下端部に導入される。In the above, only the configuration of this embodiment different from that of the conventional solid electrolyte fuel cell module shown in FIG. 2 has been described. Since the present embodiment is configured as described above, the fuel gas SF supplied to the fuel supply chamber 3 from the outside through the fuel introduction pipe 13 is supplied to the upper part which separates the fuel supply chamber 3 from the fuel discharge chamber 5. A plurality of solid electrolyte fuel cells having a fuel electrode on the inside and an air electrode on the outside are connected in series through a fuel supply pipe 4 whose upper end is supported by a tube sheet 10, and a fuel discharge chamber 5 and an air supply chamber 102 are connected. The upper end is supported by a lower tube sheet 11 for partitioning the fuel cell, and is introduced into the lower end of a cylindrical stack 2 suspended in the power generation chamber 1.
【００１７】円筒型のスタック２の下端は、閉鎖されて
おり、下端部に導入された燃料ガスＳＦは、スタック２
の内側に設けられた燃料極における発電反応に使用され
つつ上昇し、排燃料ＥＦとなって、スタッフ２の上端が
開口する燃料排出室５に流入する。そして、燃料排出管
５に設けられた燃料排出管１４によって、容器１２の外
部へ排出される。この燃料ガスＳＦ、および排燃料ＥＦ
については、図２で示した従来例と全く同様にして、容
器１２へ導入され、発電反応を行い、容器１２から排出
される。The lower end of the cylindrical stack 2 is closed, and the fuel gas SF introduced into the lower end is
While being used for the power generation reaction at the fuel electrode provided inside the fuel cell, it rises, becomes exhausted fuel EF, and flows into the fuel discharge chamber 5 in which the upper end of the staff 2 is open. Then, the fuel is discharged to the outside of the container 12 by the fuel discharge pipe 14 provided in the fuel discharge pipe 5. This fuel gas SF and exhaust fuel EF
Is introduced into the container 12, undergoes a power generation reaction, and is discharged from the container 12, in exactly the same manner as in the conventional example shown in FIG.
【００１８】次に、供給空気ＳＡは、空気導入管１５に
よって、容器１２の下端に設けられた空気熱交換器１０
３へ供給される。空気熱交換器１０３では、発電室１内
を下降して空気熱交換器１０３に流入する排空気ＥＡ、
すなわち、空気極における発電反応、又は発電室１内の
冷却に使用され、高温にされた排空気ＥＡと供給空気Ｓ
Ａの間で熱交換を行う。空気熱交換器１０３により排空
気ＥＡとの間で再生熱交換を行い、予熱された供給空気
ＳＡは、発電室１を貫通して設けられた空気供給管１０
４を通じて、下部管板１１の下方に設置された空気供給
室１０へ供給される。Next, the supply air SA is supplied to the air heat exchanger 10 provided at the lower end of the container 12 by the air introduction pipe 15.
3. In the air heat exchanger 103, the exhaust air EA that descends in the power generation chamber 1 and flows into the air heat exchanger 103,
That is, the exhaust air EA and the supply air S which are used for the power generation reaction at the air electrode or for cooling the inside of the power generation chamber 1,
Heat exchange between A. The regenerative heat exchange with the exhaust air EA is performed by the air heat exchanger 103, and the preheated supply air SA is supplied to the air supply pipe 10 provided through the power generation chamber 1.
4, the air is supplied to an air supply chamber 10 installed below the lower tube sheet 11.
【００１９】空気供給室１０へ供給された供給空気ＳＡ
は、下部管板１１と輻射変換体１２間との間を流れる
間、下部管板１１を下面から冷却した後、発電室１から
の放射熱で加熱された輻射変換体１２内を通過すると
き、さらに加熱され、発電室１の上方へ供給される。ま
た、上方から発電室１へ供給された供給空気ＳＡは、ス
タック２の外周に沿って下降するとき、スタック２の外
側に設けられた空気極と発電反応し、発電を行い、９０
０〜１０００℃に加熱された排空気ＥＡとなって、発電
室１下方に設けられた空気熱交換器１０３に流入する。
また、供給空気ＳＡは、前述した発電反応に使用される
ほか、スタック２の発電に伴い発生する高温で加熱され
る容器２内部、例えば、前述した下部管板１１、発電室
１を冷却にも使用される。空気熱交換器１０３に流入し
た排空気ＥＡは、前述したように、供給空気ＳＡと熱交
換して空気排出管１６によって、容器１２の外へ排出さ
れる。The supply air SA supplied to the air supply chamber 10
During cooling between the lower tube sheet 11 and the radiation conversion body 12 while cooling the lower tube sheet 11 from the lower surface, when passing through the radiation conversion body 12 heated by radiant heat from the power generation chamber 1 Is further heated and supplied above the power generation chamber 1. Further, when the supply air SA supplied from above to the power generation chamber 1 descends along the outer periphery of the stack 2, the supply air SA reacts with the air electrode provided outside the stack 2 to generate power and generate power.
The exhaust air EA heated to 0 to 1000 ° C. flows into the air heat exchanger 103 provided below the power generation chamber 1.
The supply air SA is used not only for the above-described power generation reaction, but also for cooling the inside of the container 2 heated at a high temperature generated by the power generation of the stack 2, for example, the lower tube sheet 11 and the power generation chamber 1 described above. used. The exhaust air EA that has flowed into the air heat exchanger 103 exchanges heat with the supply air SA and is discharged out of the container 12 by the air discharge pipe 16 as described above.
【００２０】このように、本実施例の固体電解質燃料電
池モジュールは、発電室１内の温度に比べて、低い予熱
後の供給空気ＳＡを下部管板１１の直下に供給し、下部
管板１１の温度を低下させることにより、高温により応
力が低下する下部管板１１の応力低下を低減でき、下部
管板１１の厚肉化、若しくは高温による応力低下の少な
い高級材料の使用が回避でき、低コストにできるととも
に、下部管板１１を軽量にできる。As described above, in the solid oxide fuel cell module of the present embodiment, the supply air SA after preheating, which is lower than the temperature in the power generation chamber 1, is supplied directly below the lower tube sheet 11. Lowering the temperature of the lower tube sheet 11 whose stress is reduced by the high temperature can be reduced, and the lower tube sheet 11 can be made thicker, or the use of a high-grade material with less stress reduction due to the high temperature can be avoided. The cost can be reduced, and the lower tube sheet 11 can be reduced in weight.
【００２１】また、輻射変換体１０１を下部管板１１と
発電室１との間に設置し、空気供給室１０２に供給され
た予熱後の供給空気を、輻射変換体１０１の内部を通過
させて、加熱して発電室１に供給するようにしたことに
より、発電室１への供給空気ＳＡの温度を上げることが
できる。このことは、逆に言えば、所定温度の供給空気
ＳＡを発電室１へ供給するために必要としていた容量の
大きい空気熱交換器１０３の容量が、低減できることを
意味しており、前記した下部管板１１の軽量化と相俟っ
て、固体電解質燃料電池モジュールを小型化することが
できる。The radiant converter 101 is installed between the lower tube sheet 11 and the power generation chamber 1, and the pre-heated supply air supplied to the air supply chamber 102 is passed through the radiator 101. The temperature of the supply air SA to the power generation chamber 1 can be increased by heating and supplying the power to the power generation chamber 1. Conversely, this means that the capacity of the air heat exchanger 103 having a large capacity required for supplying the supply air SA at a predetermined temperature to the power generation chamber 1 can be reduced. The solid electrolyte fuel cell module can be downsized in combination with the weight reduction of the tube sheet 11.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体電解
質燃料電池モジュールによれば、特許請求の範囲に示す
構成により、次の効果が得られる。As described above, according to the solid oxide fuel cell module of the present invention, the following effects can be obtained by the structure shown in the claims.
【００２３】（１）空気熱交換器により予熱された供給
空気は、発電室内の温度に比べて低く、この供給空気に
より下部管板の冷却を行うため、高温による応力低下に
対応するため、厚肉化や高級材料の使用を必要としてい
た、下部管板を軽量にできるとともに、低コストにでき
る。(1) The supply air preheated by the air heat exchanger is lower than the temperature in the power generation room, and the supply air cools the lower tube sheet. The weight of the lower tube sheet, which required the use of a thickened or high-grade material, can be reduced, and the cost can be reduced.
【００２４】（２）発電室と下部管板との間に設置した
輻射変換体により、発電室からの放射熱を回収し、供給
空気の加熱を行うため、発電室への供給温度を高くで
き、若しくは所定温度の供給空気を予熱して、発電室へ
するための空気熱交換器を小型化することができる。(2) The radiant converter installed between the power generation chamber and the lower tube sheet collects the radiant heat from the power generation chamber and heats the supply air, so that the temperature supplied to the power generation chamber can be increased. Alternatively, it is possible to reduce the size of the air heat exchanger for preheating the supply air at a predetermined temperature to the power generation chamber.
【図１】本発明の固体電解質燃料電池モジュールの一実
施例を示す側断面図。FIG. 1 is a side sectional view showing one embodiment of a solid oxide fuel cell module of the present invention.
【図２】従来の固体電解質燃料電池モジュールの一例を
示す側断面図である。FIG. 2 is a side sectional view showing an example of a conventional solid oxide fuel cell module.
１ 発電室 ２ スタック ３ 燃料供給室 ４ 燃料供給管 ５ 燃料排出室 ８ 空気排出管 ９ 断熱材 １０ 上部管板 １１ 下部管板 １２ 容器 １３ 燃料導入管 １４ 燃料排出管 １５ 空気導入管 １６ 空気排出管 １０１ 輻射変換体 １０２ 空気供給室 １０３ 空気熱交換器 １０４ 空気供給管 ０６ 空気熱交換器 ０７ 輻射変換体 ＳＡ 供給空気 ＥＡ 排空気 ＳＦ 燃料ガス ＥＦ 排燃料 REFERENCE SIGNS LIST 1 power generation chamber 2 stack 3 fuel supply chamber 4 fuel supply pipe 5 fuel discharge chamber 8 air discharge pipe 9 heat insulating material 10 upper tube sheet 11 lower pipe sheet 12 container 13 fuel introduction pipe 14 fuel discharge pipe 15 air introduction pipe 16 air discharge pipe Reference Signs List 101 radiant converter 102 air supply chamber 103 air heat exchanger 104 air supply pipe 06 air heat exchanger 07 radiant converter SA supply air EA exhaust air SF fuel gas EF exhaust fuel
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永田 勝己 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株 式会社長崎造船所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/24 H01M 8/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Katsumi Nagata 1-1, Akunouramachi, Nagasaki-shi Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Shipyard (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 8/24 H01M 8/12
Claims (1)
た発電室、前記発電室に垂設され、電解質を介して内側
に燃料極、外側に空気極を配置した固体電解質燃料電池
を複数個直列に接続し、下端を閉鎖した円筒状にされた
スタック、前記容器内の前記発電室上方に画成された燃
料供給室、前記発電室と前記燃料供給室の間に区画さ
れ、前記スタックの上端を開口させた燃料排出室、一端
を前記燃料供給室に開口させ、他端を前記スタックの下
端内部に開口させて、前記スタックの内部に挿通された
燃料供給管、および前記容器内の前記発電室下方に設置
され、前記発電室に供給する供給空気を予熱する空気熱
交換器を具える固体電解質燃料電池モジュールにおい
て、前記発電室の上方に設置され、多孔体のセラミック
からなる素材で成形されて前記燃料排出室との間に空気
供給室を形成し前記空気供給室に供給される予熱された
供給空気を通過させて加熱する輻射変換体と、前記空気
熱交換器で予熱された供給空気を前記空気供給室に移送
する空気供給管を設けたことを特徴とする固体電解質燃
料電池モジュール。1. A solid electrolyte fuel cell having a power generation chamber defined inside a container covered with a heat insulating material, a fuel electrode suspended from the power generation chamber, and a fuel electrode disposed inside and an air electrode disposed outside through an electrolyte. A plurality of stacks connected in series, a cylindrical stack having a closed lower end, a fuel supply chamber defined above the power generation chamber in the container, partitioned between the power generation chamber and the fuel supply chamber, A fuel discharge chamber having an open upper end of the stack, one end being open to the fuel supply chamber, and the other end being open inside the lower end of the stack, and a fuel supply pipe inserted into the inside of the stack, and the container A solid electrolyte fuel cell module provided with an air heat exchanger that pre-heats supply air supplied to the power generation chamber, the porous ceramic being installed above the power generation chamber ;
It is formed of a material consisting of a preheated is formed an air supply chamber provided in the air supply chamber between the fuel discharge chamber
A solid electrolyte fuel cell module comprising: a radiant converter for heating by passing supply air ; and an air supply pipe for transferring supply air preheated by the air heat exchanger to the air supply chamber.
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|---|---|---|---|
| JP08913895A JP3258518B2 (en) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | Solid electrolyte fuel cell module |
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| JP08913895A JP3258518B2 (en) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | Solid electrolyte fuel cell module |
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| JPH08287939A JPH08287939A (en) | 1996-11-01 |
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