JP3377646B2 - Solid oxide fuel cell module - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、内部構造内に積層され
たセル内の発電層、すなわち発電部に供給された供給燃
料、および供給空気の電気化学的反応により、発電を行
っているときに、これらの発電部に発生する熱で、電気
化学的反応に必要な作動温度を維持できるようにした固
体電解質型燃料電池（以下ＳＯＦＣという）モジュール
に関する。 【０００２】 【従来の技術】図２は、従来のＳＯＦＣモジュールの基
本構成を示す模式図である。図において、０１は発電部
を収容する内部構造、０２は発電部で発生する熱の放散
を防止するため、内部構造０１を包囲して設けた断熱
材、０３は断熱材０２を保持するとともに、ＳＯＦＣモ
ジュールの外構を形成するモジュール外壁、０４はモジ
ュール外壁０３とともに断熱材を保持し、ＳＯＦＣモジ
ュールの内構を形成するモジュール内壁、０６は空気側
再生熱交換器、０７は燃料側再生熱交換器、０８は輻射
変換体である。 【０００３】このような、ＳＯＦＣモジュールにおい
て、発電に必要とする作動温度が約１０００℃と高温で
あり、内部構造０１内の発電部は、この高温に維持する
必要がある。このため、自立型ＳＯＦＣモジュールと称
するＳＯＦＣモジュールでは、発電時の発電部に発生す
る自己発熱により、内部構造０１内に必要な高温の作動
温度を発生させ、保持するようにしている。 【０００４】すなわち、電気化学的反応によって発電を
行わせるため、常温の供給燃料ＳＦ、および供給空気Ｓ
Ａを内部構造０１内に供給した場合、これらの供給ガス
ＳＦ、ＳＡにより内部構造０１内が冷却され、作動温度
を維持できなくなることがある。このため、内部構造０
１の上部のモジュール内壁４内に、燃料側再生熱交換器
０７を設置して、この燃料側再生熱交換器０７内に外部
から導入した常温の供給燃料ＳＦを、発電に使用され高
温になった排気燃料ＥＦで８００℃程度まで加熱すると
ともに、モジュール内壁０４の下端部に、空気側再生熱
交換器０６を設置して、空気側再生熱交換器０６内に外
部から導入した常温の供給空気ＳＡを、発電部における
発電、若しくは内部構造０１内の冷却に使用され、高温
になった排気空気ＥＡで、同様に８００℃程度まで加熱
して、これらの加熱された供給ガスＳＡ、ＳＦを内部構
造０１内に供給するようにしている。 【０００５】さらに、前述したように、モジュール外壁
０３とモジュール内壁０４の間に断熱材０２を配置し、
モジュール内壁０４の内部に画成された内部構造０１を
断熱材０２で包囲することにより、内部構造内０１内か
らの熱の流出を防止して、内部構造０１内の保温を行う
ようにしている。 【０００６】一方、発電部に発生する自己発熱は、内部
構造０１内を流れる供給空気ＳＡ、および供給燃料ＳＦ
の加熱、さらには、輻射変換体０８への輻射熱を介し
て、空気側再生熱交換器０６から流出し、内部構造０１
へ流入する空気の予熱、上述した燃料側再生熱交換器０
７、および空気側再生熱交換器０６で、供給燃料ＳＦお
よび供給空気ＳＡの予熱に用いられ、ＳＯＦＣモジュー
ルの熱効率を高めるために直接使用されるほか、モジュ
ール外壁０３と、燃料側再生熱交換器０７および空気側
再生熱交換器０６から流出する排気燃料ＥＳおよび排気
空気ＥＡによって外部へ放散される。このうち、燃料側
再生熱交換器０７および空気側再生熱交換器０６で回収
されず排気燃料ＥＦおよび排気空気ＥＡに含まれ、外部
へ放散される熱の一部は、図示省略した、ＳＯＦＣモジ
ュールを構成する外部の機器によって回収するようにし
ている。 【０００７】しかし、ＳＯＦＣモジュール熱効率の改善
に間接的にも使用されず、モジュール外壁０３から外部
へ放散される熱は、発電に使用された燃料発熱量全体の
２０％に相当し、特に、内部構造０１下部に位置するモ
ジュール外壁０３、および下面からの放散熱量は、全体
の放散熱量に対し約半分を占め、ＳＯＦＣモジュールの
熱効率に著しく影響し、燃料発熱量全体の電気量に変換
される割合、すなわち、特徴となっている、ＳＯＦＣモ
ジュールの発電効率の向上を阻害する原因となってい
る。 【０００８】また、ＳＯＦＣモジュールの熱効率を上げ
るため、このモジュール外壁０３からの放散熱を少なく
するため断熱を強化した場合、内部構造０１での空気の
温度上昇が大きくなり、内部構造０１内の温度上昇が生
じ、発電部を適切な作動温度範囲に制御することが困難
となる、新たな不具合が生じる。 【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ＳＯＦＣモジュールの不具合を解消するため、内部
構造内の温度上昇を大きくすることなく、発電部を適切
な作動温度範囲に制御することができるとともに、モジ
ュール外壁、特に内部構造の下部に位置するモジュール
外壁から外部へ放散される熱量を低減して、ＳＯＦＣモ
ジュールの発電効率を向上させることのできる、固体電
解質型燃料電池モジュールを提供することを課題とす
る。 【００１０】 【課題を解決するための手段】このため、本発明の固体
電解質型燃料電池は、次の手段とした。 【００１１】（１）断熱材で包囲されたモジュール内壁
内部の上部に画成され発電部を設けた内部構造内下方に
設置され、発電部で加熱された高温の排気空気を外部に
排出する排気管を貫通させた上部輻射変換体と、上部輻
射変換体の下方に間隔を設けて配置され、外部からモジ
ュール内壁内に供給空気を導入する配管の出口を下面に
開口させた下部輻射変換体とからなり、外周縁がモジュ
ール内壁面に挿着されて支持され、通気性を有する多孔
質材で形成された輻射変換体を設けた。 【００１２】（２）下部輻射変換体の下方に、下部輻射
変換体の下面から流入する供給空気の流れを均一にする
第１のヘッダを介装し、モジュール内壁面に外周縁が挿
着されて支持され、通気性を有する多孔質材で形成され
た空気予熱器用多孔体を設けた。 【００１３】（３）空気予熱器用多孔体との間に、配管
により第１のヘッダ内に供給され、空気予熱用多孔体を
通過して流入する大部分の供給空気の流れを均一にする
第２のヘッダを介装し、第２のヘッダで均一に導入され
た供給空気を、内部構造内の発電、若しくは冷却に使用
されて加熱され内部構造内から前記排気管を介して外部
に排出される排気空気を導入して作動温度に近い温度に
加熱し、上部輻射変換体と下部輻射変換体との間に供給
し、第１のヘッダ内に供給され下部輻射変換体の内部を
通過した一部分の供給空気とともに、上部輻射変換体内
部を通過させて内部構造内に供給する空気側再生熱交換
器をモジュール内壁の下端に設けた。 【００１４】 【作用】本発明の固体電解質型燃料電池モジュールは、
上述した手段により、モジュール内壁の下方に配管で導
入された、常温に近い供給空気は、上方の内部構造内の
高温で加熱された下部輻射変換体の下方に導入される。
そして、下部輻射変換体の下方に導入された供給空気の
一部は、セラミック材等の多孔質材で形成された下部輻
射変換体、および同様に多孔質材で形成され上方の内部
構造内の高温で加熱された上部輻射変換体の内部を加熱
されながら通過し、高温となって内部構造内に流入す
る。 【００１５】さらに、下部輻射変換体の下方に導入され
た供給空気の大部分は、第１のヘッダで均一の流れにさ
れて、同様に、上方の内部構造の高温で加熱された空気
予熱器用多孔体内を加熱されながら流れ、空気予熱器用
多孔体の下方の第２のヘッダに流入する。第２のヘッダ
に流入した供給空気は、第２のヘッダで空気予熱器用多
孔体の出口から均一に集積され、第２のヘッダの下方、
すなわち、モジュール内壁の下端に設けられた空気側再
生熱交換器内に導入される。空気側再生熱交換器に導入
された供給空気は、内部構造内の発電に使用され、若し
くは内部構造内の冷却に使用され、高温になり外部へ排
出される途中の排気空気で加熱され、高温となって上部
輻射変換体と下部輻射変換体との間に供給され、第１の
ヘッダ内に供給され下部輻射変換体の内部を通過し、下
部輻射変換体を冷却した一部分の供給空気と混合され
て、上部輻射変換体内部を通過して内部構造内に供給さ
れる。 【００１６】このように、内部構造内の発電部で発生し
た熱で、新たにモジュール内壁の下部に設置した下部輻
射変換体と空気予熱用多孔体とを加熱し、高温にし、こ
れを通過する供給空気を、余分に加熱し、モジュール外
壁に伝達される熱量を減らすようにしたので、その分、
モジュール外壁の下部部分から外部への放熱を低減する
ことができる。 【００１７】これにより、ＳＯＦＣモジュールの熱効率
が著しく向上し、発電効率を上げることができる。ま
た、内部構造の断熱構造は従来通りであり、モジュール
外壁下部および下面からの放散していた熱が、新設した
下部輻射変換体、および空気予熱用多孔体で吸収される
供給空気の加熱に使用されるだけであるため、内部構造
内の温度上昇が生じることもなく、発電部の適切な作動
温度範囲の制御を困難にすることはない。さらに、常温
の供給空気を作動温度近くまで加熱していた、空気側再
生熱交換器の負荷を、下部輻射変換体および空気予熱用
多孔体の加熱により小さくすることができ、コンパクト
化が図れる。 【００１８】 【実施例】以下本発明の固体電解質型燃料電池モジュー
ルの実施例を、図面にもとづき説明する。図１は、本発
明の固体電解質型燃料電池モジュールの一実施例の基本
構成を示す模式図である。 【００１９】図において、１は、モジュール内壁１０内
に画成され発電部を収容する内部構造、２は、モジュー
ル外壁３とモジュール内壁１０の間に充填され、内部構
造内で発生する熱の外部への放散を防止する断熱材、４
は、外周縁がモジュール内壁１０の内面に挿着され支持
された上部輻射変換体で、図２に示す輻射変換体０８と
同様に内部構造１の底面に、上面を接して配置してい
る。５は、同様に外周縁をモジュール内壁１０の内面に
挿着し支持された、下部輻射変換体で、上部輻射変換体
４と間隔を設けて、その下方に配置されている。この上
部輻射体４と下部輻射体５で輻射変換体６が形成され、
内部構造１の高温により加熱されて供給空気ＳＡを加熱
するようにしている。また、輻射変換体６はセラミック
多孔体からなり、その内部を供給空気ＳＡ等の気体が通
過できる構造にされている。 【００２０】７は、輻射変換体６と同様に、外周縁がモ
ジュール内壁１０の内面に挿着され、下部輻射変換体５
の下方に間隔を設けて設置された空気予熱用多孔体で、
同様に、内部を気体が通過できる素材で形成されてい
る。８は、下部輻射変換体５と空気予熱用多孔体７の間
に設けられた第１のヘッダで、配管１１で外部から下部
輻射変換体５の下方に導入される供給空気ＳＡを、均一
に空気予熱用多孔体７に流入させる。９は、空気予熱用
多孔体７の下方に設けられた第２のヘッダで、空気予熱
用多孔体を通過する供給空気を均等に集め、均一の流れ
にする。 【００２１】１２は、モジュール内壁１０内部の下端に
配置された空気側再生熱交換器で、第２のヘッダ９で集
積された供給空気ＳＡを内部に導入する空気取入口、内
部構造１内の発電、若しくは冷却を行い加熱された排気
空気ＥＡを輻射変換体６、および空気予熱用多孔体７を
貫通して設けた排気管１３を通じて導入する排気導入口
を具え、導入した供給空気を排気空気ＥＡで高温に加熱
するようにしている。また、空気側再生熱交換器１２に
は、加熱した供給空気ＳＡを、上部輻射変換体４と下部
輻射変換体５の間に排出する空気排出管１４、第２のヘ
ッダ９内に排出する空気排出管１５、および供給空気Ｓ
Ａの加熱を行った排気空気ＥＡを外へ排出する排気排出
管１６が設けられている。 【００２２】また、モジュール内壁１０内の上部には、
図２で示したものと同様の、常温の供給燃料ＳＦを導入
し、内部構造１内の発電で加熱された排気燃料ＥＦで、
８００℃程度まで加熱する燃料側再生熱交換器１７が設
置されている。 【００２３】本実施例は、上述のように構成され、外部
からの供給空気ＳＡは、新設の下部輻射変換体４の下方
に流入し、一部は、下部輻射変換体５を通過して、上部
輻射変換体４に流入する。この上昇時に、内部構造１か
らの放熱を吸収し、高温になるとともに、モジュール内
壁１０下方への伝熱を低減し、モジュール外壁３からの
外部への熱放散を低減する。 【００２４】また、残りの大部分は、下部輻射変換体４
の下に設けられた第１のヘッダ８で均一に分配され、更
に、空気予熱用多孔体７で予熱されたのち、空気側再生
熱交換器１２へ流入する。空気側再生熱交換器１２で、
さらに排気空気ＥＡで予熱された供給空気ＳＡは、既設
の上部輻射変換体４の下方に流入し、前述した下部輻射
体５を通過した供給空気ＳＡと共に、上部輻射変換体４
で加熱され、さらに高温となり、内部構造１へ入り発電
部で供給燃料ＳＦと反応し、発電を行い発熱を生ずる。
発電部の自己発熱は、内部構造１の発電部を高温に保持
するとともに、内部構造１内を流れる供給空気ＳＡの加
熱に効率良く利用され、その他はモジュール外壁３から
放散される。 【００２５】このように、供給空気ＳＡは、新設の下部
輻射変換体５、および空気予熱用多孔体７で予熱され、
従来装置より余分に供給空気ＳＡに加熱して熱を奪うこ
とにより、内部構造１の下部に位置するモジュール外壁
３からの放散熱を減少させ、モジュールの効率向上を図
ることができる。また、供給空気ＳＡの予熱に放散熱を
用いることにより、空気側再生熱交換器１２の容量を小
さくすることができ、コンパクト化を図ることができ
る。 【００２６】 【発明の効果】以上述べたように、本発明の固体電解質
型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、発電を行う発電層が設けられた発電部を、
適切な作動温度範囲に制御することができるとともに、
モジュール外壁から外部へ放散され、固体電解質型燃料
電池の発電効率の向上に寄与しない放散熱量を低減する
ことができる。これにより、熱効率に秀れた固体電解質
型燃料電池モジュールとすることができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generation layer in a cell laminated in an internal structure, that is, an electrochemical supply of supplied fuel and supplied air to a power generation unit. The present invention relates to a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC) module that can maintain an operating temperature required for an electrochemical reaction with heat generated in these power generation units during power generation by a chemical reaction. FIG. 2 is a schematic diagram showing a basic configuration of a conventional SOFC module. In the figure, 01 is an internal structure that houses the power generation unit, 02 is a heat insulating material provided to surround the internal structure 01 to prevent the dissipation of heat generated in the power generation unit, and 03 holds the heat insulating material 02, A module outer wall forming the outer structure of the SOFC module, 04 holds a heat insulating material together with the module outer wall 03, a module inner wall forming the SOFC module inner structure, 06 is an air-side regenerative heat exchanger, and 07 is a fuel-side regenerative heat exchange. Vessel 08 is a radiation converter. In such an SOFC module, the operating temperature required for power generation is as high as about 1000 ° C., and the power generation section in the internal structure 01 needs to be maintained at this high temperature. For this reason, in an SOFC module called a self-contained SOFC module, a necessary high operating temperature is generated and held in the internal structure 01 by self-heating generated in the power generation unit during power generation. That is, in order to generate electric power by an electrochemical reaction, the supply fuel SF and the supply air S at normal temperature are used.
When A is supplied into the internal structure 01, the inside of the internal structure 01 may be cooled by these supply gases SF and SA, and the operating temperature may not be maintained. Therefore, the internal structure 0
A fuel-side regenerative heat exchanger 07 is installed in the module inner wall 4 on the upper side of the fuel cell 1, and the normal-temperature supply fuel SF introduced from the outside into the fuel-side regenerative heat exchanger 07 is used for power generation and becomes hot. The exhaust gas EF is heated to about 800 ° C., and an air-side regenerative heat exchanger 06 is installed at the lower end of the module inner wall 04 to supply room-temperature supply air introduced from outside into the air-side regenerative heat exchanger 06. The SA is heated to about 800 ° C. by the high temperature exhaust air EA which is used for power generation in the power generation unit or for cooling the internal structure 01, and the heated supply gas SA, SF is internally heated. It is supplied in the structure 01. Further, as described above, the heat insulating material 02 is disposed between the module outer wall 03 and the module inner wall 04,
By surrounding the internal structure 01 defined inside the module inner wall 04 with the heat insulating material 02, heat is prevented from flowing out from inside the internal structure 01, and the internal structure 01 is kept warm. . On the other hand, the self-heating generated in the power generation unit is caused by the supply air SA flowing through the internal structure 01 and the supply fuel SF.
Through the radiant heat from the air-side regenerative heat exchanger 06 via the radiant heat to the radiant converter 08,
Preheating of the air flowing into the fuel-side regenerative heat exchanger 0
7 and the air-side regenerative heat exchanger 06 are used for preheating the supplied fuel SF and the supplied air SA, and are directly used to enhance the thermal efficiency of the SOFC module. 07 and the exhaust fuel ES and exhaust air EA flowing out of the air-side regenerative heat exchanger 06 are radiated to the outside. Among them, a part of the heat not recovered by the fuel-side regenerative heat exchanger 07 and the air-side regenerative heat exchanger 06 and contained in the exhaust fuel EF and the exhaust air EA and radiated to the outside is partly omitted from the SOFC module. Is collected by an external device constituting the device. However, the heat dissipated from the module outer wall 03 to the outside, which is not used indirectly for improving the thermal efficiency of the SOFC module, is equivalent to 20% of the entire fuel calorific value used for power generation. The amount of heat dissipated from the module outer wall 03 located at the lower part of the structure 01 and the lower surface accounts for about half of the total amount of heat dissipated, significantly affects the thermal efficiency of the SOFC module, and is converted into the amount of electricity of the entire fuel calorific value. That is, this is a cause of obstructing improvement of the power generation efficiency of the SOFC module, which is a characteristic feature. When the heat insulation is reinforced to reduce the heat dissipated from the outer wall 03 of the module in order to increase the thermal efficiency of the SOFC module, the temperature rise of the air in the internal structure 01 increases, and the temperature in the internal structure 01 increases. This raises a new problem that makes it difficult to control the power generation unit within an appropriate operating temperature range. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems of the conventional SOFC module by setting the power generation unit within an appropriate operating temperature range without increasing the temperature rise in the internal structure. A solid oxide fuel cell module that can be controlled and that can reduce the amount of heat dissipated to the outside from the module outer wall, particularly the module outer wall located below the internal structure, and improve the power generation efficiency of the SOFC module The task is to provide [0010] Therefore, the solid oxide fuel cell of the present invention has the following means. [0011] (1) defined in the upper portion of the heat insulating material in enclosed module inner wall <br/> Internal installed inside the structure in the lower provided with a power generating unit, the hot exhaust air heated by the power generating unit Outside
An upper radiant converter to the exhaust pipe was passed through the discharge, it is arranged with a spacing below the upper radiation converter, the lower surface of the outlet of the pipe for introducing the supply air from outside into the module inner wall
Consists of a lower radiation conversion body was opened, the outer peripheral edge is being inserted into the module inner wall surface supporting lifting, provided with a radiation conversion body formed of porous material having air permeability. [0012] (2) below the lower radiation converter, interposed the first header to equalize the flow of supply air flowing from the lower surface of the lower radiation converter, the outer circumferential edge is inserted into the module inner wall surface supported Te, formed by a porous material having air permeability
A porous body for an air preheater was provided. (3) Piping between the air preheater porous body
Is supplied into the first header, and the second header is interposed to make the flow of most of the supply air flowing through the porous body for preheating air uniform. The second header uniformly introduces the supply air. The supplied air is heated and used for power generation or cooling in the internal structure, and is externalized from the internal structure through the exhaust pipe.
Exhaust air discharged to the air is heated to a temperature close to the operating temperature, and supplied between the upper radiation converter and the lower radiation converter.
Then, the inside of the lower radiation conversion body supplied in the first header is
With the part of the supply air that has passed,
An air-side regenerative heat exchanger supplied to the internal structure through the section was provided at the lower end of the inner wall of the module. The solid oxide fuel cell module of the present invention has the following features:
By the above-described means, the supply air near room temperature, which is introduced by piping below the inner wall of the module, is introduced below the high-temperature heated lower radiation converter in the upper internal structure.
Then, the portion of the feed air introduced below the lower radiation converter, a ceramic material such as a lower radiation converter is formed by a porous material, and likewise formed of a porous material in the internal structure of the upper the interior of the upper portion radiant converter which is heated at a high temperature passes while being heated, it flows into the internal structure of a high temperature. Furthermore, the majority of the supply air introduced below the lower radiant converter is made uniform in the first header and likewise for the high temperature heated air preheater of the upper internal structure. It flows while being heated in the porous body, and flows into the second header below the porous body for the air preheater. The supply air that has flowed into the second header is uniformly accumulated at the second header from the outlet of the porous body for the air preheater.
That is, it is introduced into the air-side regenerative heat exchanger provided at the lower end of the module inner wall. Feed air introduced into the air-side the regenerative heat exchanger is used for power generation in the internal structure, or be used for cooling in the internal structure, is heated in the middle of the exhaust air is discharged to the outside becomes hot, hot Become upper
A first radiant converter and a lower radiant converter.
Supplied in the header, passes through the inside of the lower radiation converter,
Mixed with a part of the supply air that has cooled the radiant converter
Then, it passes through the inside of the upper radiation conversion body and is supplied into the internal structure. As described above, the heat generated in the power generation unit in the internal structure heats the lower radiation conversion body and the air preheating porous body newly installed at the lower part of the inner wall of the module, and raises the temperature to pass through it. Since the supply air was heated extra, and the amount of heat transferred to the outer wall of the module was reduced,
Heat radiation to the outside from the lower part of the module outer wall can be reduced. As a result, the thermal efficiency of the SOFC module is significantly improved, and the power generation efficiency can be increased. In addition, the heat insulation structure of the internal structure is the same as before, and it is used for heating the supply air where the heat dissipated from the lower and lower surfaces of the outer wall of the module is absorbed by the newly installed lower radiation converter and the porous body for air preheating. Therefore, the temperature in the internal structure does not increase, and it does not make it difficult to control an appropriate operating temperature range of the power generation unit. Further, the load on the air-side regenerative heat exchanger, which heats the supply air at room temperature to near the operating temperature, can be reduced by heating the lower radiation conversion body and the porous body for air preheating, thereby achieving compactness. An embodiment of a solid oxide fuel cell module according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of one embodiment of the solid oxide fuel cell module of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an internal structure which is defined in the module inner wall 10 and accommodates the power generation unit, and 2 denotes a space filled between the module outer wall 3 and the module inner wall 10 to generate heat inside the internal structure. Insulation to prevent radiation to the surface, 4
Is an upper radiation conversion body whose outer peripheral edge is inserted and supported on the inner surface of the module inner wall 10, and is disposed in contact with the upper surface of the bottom surface of the internal structure 1 like the radiation conversion body 08 shown in FIG. Reference numeral 5 denotes a lower radiation conversion body which is similarly supported by inserting the outer peripheral edge thereof into the inner surface of the module inner wall 10, and is disposed below the upper radiation conversion body 4 with an interval provided therebetween. A radiation converter 6 is formed by the upper radiator 4 and the lower radiator 5,
The supply air SA is heated by the high temperature of the internal structure 1 and is heated. The radiation conversion body 6 is made of a porous ceramic body and has a structure through which a gas such as supply air SA can pass. Reference numeral 7 denotes a lower radiation converter 5 whose outer peripheral edge is inserted into the inner surface of the module inner wall 10 like the radiation converter 6.
A porous body for air preheating installed at intervals below the
Similarly, it is formed of a material through which gas can pass. Reference numeral 8 denotes a first header provided between the lower radiation conversion body 5 and the porous body 7 for air preheating. The first header 8 uniformly supplies the supply air SA introduced below the lower radiation conversion body 5 from the outside via the pipe 11. It is made to flow into the porous body 7 for air preheating. Reference numeral 9 denotes a second header provided below the air preheating porous body 7, which uniformly collects supply air passing through the air preheating porous body 7 so as to form a uniform flow. Reference numeral 12 denotes an air-side regenerative heat exchanger disposed at the lower end inside the module inner wall 10, an air inlet for introducing the supply air SA accumulated in the second header 9 into the inside, and the inside of the internal structure 1. The exhaust air EA that has been heated by power generation or cooling is provided through an exhaust pipe 13 provided through the radiant converter 6 and the air preheating porous body 7, and the introduced supply air is exhausted air. The EA is heated to a high temperature. Further, the air-side regenerative heat exchanger 12 supplies the heated supply air SA with an air discharge pipe 14 for discharging between the upper radiant converter 4 and the lower radiant converter 5, and an air for discharging into the second header 9. Discharge pipe 15 and supply air S
An exhaust discharge pipe 16 is provided for exhausting the exhaust air EA having heated A. In the upper part of the module inner wall 10,
A normal temperature supply fuel SF similar to that shown in FIG. 2 was introduced, and the exhaust fuel EF heated by power generation in the internal structure 1 was used.
A fuel-side regenerative heat exchanger 17 for heating to about 800 ° C. is provided. The present embodiment is configured as described above, and the supply air SA from the outside flows in below the newly installed lower radiation converter 4 and partially passes through the lower radiation converter 5. It flows into the upper radiation conversion body 4. At the time of the rise, the heat radiation from the internal structure 1 is absorbed, the temperature becomes high, the heat transfer to the lower part of the module inner wall 10 is reduced, and the heat radiation from the module outer wall 3 to the outside is reduced. Most of the remaining part is the lower radiation converter 4.
After being uniformly distributed by the first header 8 provided under the air-cooling device 1 and further preheated by the air preheating porous body 7, it flows into the air-side regenerative heat exchanger 12. In the air-side regenerative heat exchanger 12,
Further, the supply air SA preheated by the exhaust air EA flows below the existing upper radiant converter 4, and together with the supply air SA passing through the lower radiator 5, the upper radiant converter 4.
, The temperature further rises, enters the internal structure 1, reacts with the supplied fuel SF in the power generation unit, generates power, and generates heat.
The self-heating of the power generation unit keeps the power generation unit of the internal structure 1 at a high temperature, is efficiently used for heating the supply air SA flowing in the internal structure 1, and the other is radiated from the module outer wall 3. As described above, the supply air SA is preheated by the newly provided lower radiation converter 5 and the air preheating porous body 7,
By heating the supply air SA more than in the conventional apparatus to remove heat, the heat dissipated from the module outer wall 3 located below the internal structure 1 can be reduced, and the efficiency of the module can be improved. In addition, by using the dissipated heat for preheating the supply air SA, the capacity of the air-side regenerative heat exchanger 12 can be reduced, and the size can be reduced. As described above, according to the solid oxide fuel cell module of the present invention, the power generation unit having the power generation layer for generating power according to the configuration shown in the claims is provided.
It can be controlled to an appropriate operating temperature range,
The amount of heat dissipated from the outer wall of the module to the outside and not contributing to the improvement of the power generation efficiency of the solid oxide fuel cell can be reduced. Thus, a solid oxide fuel cell module having excellent thermal efficiency can be obtained.

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の固体電解質型燃料電池モジュールの一
実施例の基本構成を示す模式図、 【図２】従来の固体電解質型燃料電池モジュールの基本
構成を示す模式図である。 【符号の説明】 １ 内部構造 ２ 断熱材 ３ モジュール外壁 ４ 上部輻射変換体 ５ 下部輻射変換体 ６ 輻射変換体 ７ 空気予熱用多孔体 ８ 第１のヘッダ ９ 第２のヘッダ １０ モジュール内壁 １１ 配管 １２ 空気側再生熱交換器 １３ 排気管 １４，１５ 空気排出管 １６ 排気排出管 １７ 燃料側再生熱交換器BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of one embodiment of a solid oxide fuel cell module of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing a basic configuration of a conventional solid oxide fuel cell module. FIG. [Description of Signs] 1 Internal structure 2 Insulation material 3 Module outer wall 4 Upper radiation converter 5 Lower radiation converter 6 Radiation converter 7 Air preheating porous body 8 First header 9 Second header 10 Module inner wall 11 Pipe 12 Air side regenerative heat exchanger 13 Exhaust pipes 14, 15 Air exhaust pipe 16 Exhaust exhaust pipe 17 Fuel side regenerative heat exchanger

───────────────────────────────────────────────────── 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 8/04 - 8/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Katsumi Nagata 1-1, Akunouramachi, Nagasaki City Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Shipyard (58) Field surveyed (Int. Cl. ⁷ , DB name) H01M 8/04 -8/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 断熱材で包囲されモジュール内壁内上部
に区画された内部構造内に設けられた発電部に供給され
る供給燃料と供給空気の電気化学的反応による発熱で、
作動温度を維持し発電を行うようにした固体電解質型燃
料電池モジュールにおいて、前記内部構造内下方に設置
され、前記発電部で加熱された高温の排気空気を排出
し、前記内部構造内を発電に必要な作動温度に維持する
排気管を貫通させた上部輻射変換体、および前記上部輻
射変換体下方に間隔を設けて設置され、前記供給空気を
外部から前記モジュール内壁内に移送する配管の出口を
下面に開口させた下部輻射変換体からなり、前記モジュ
ール内壁に挿着され、通気性を有する多孔体で形成され
た輻射変換体と、前記下部輻射変換体下方に第１のヘッ
ダを介装して前記モジュール内壁に挿着され、通気性を
有する多孔体で形成された空気予熱器用多孔体と、前記
空気予熱器用多孔体との間に第２のヘッダを介装して前
記モジュール内壁内下端に設置され、前記配管により前
記第１のヘッダ内に供給され、空気予熱器用多孔体内部
を通過して導入された前記供給空気の大部分を、前記内
部構造内から前記排気管を介して外部に排出される前記
排気空気を導入して加熱し、前記上部輻射変換体と前記
下部輻射変換体との間に供給し、前記第１のヘッダ内に
供給され前記下部輻射変換体を通過した前記供給空気の
一部分と共に、前記上部輻射変換体内部を通過させて前
記内部構造内に供給する空気側再生熱交換器とを具えた
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池モジュール。(57) [Claims] [Claim 1] An upper part inside a module inner wall surrounded by a heat insulating material
The heat generated by the electrochemical reaction between supply fuel and supply air supplied to the power generation unit provided in the internal structure partitioned into
In the solid oxide fuel cell module to perform the maintaining the operating temperature power generation, discharge the installed inside structure in the lower side, the exhaust air of the heated high temperature by the power generating unit
And maintain the internal structure at the operating temperature required for power generation.
Upper radiation converter the exhaust pipe was passed through, and is Installation provided apart in the upper radiation converter bottom side was opened an outlet pipe for transferring to the supply the module inner wall from the outside air to the lower surface It is formed of a lower radiation conversion body, is inserted into the inner wall of the module , and is formed of a porous body having air permeability.
And a radiation converter, wherein the first header is inserted into the module inner wall interposed lower radiation converter bottom side, ventilation
And air pre dexterity porous body formed of a porous body having said between the air preheater dexterity porous body interposed a second header disposed in said module inner wall within the lower end, before the said pipe
The inside of the porous body for the air preheater is supplied into the first header.
Most of the supply air introduced through the
The exhaust air discharged from the internal structure through the exhaust pipe to the outside is introduced and heated, and the upper radiation conversion body and the upper radiation converter are heated.
Supply between the lower radiation converter and the first header.
Of the supply air supplied and passed through the lower radiation conversion body
A solid oxide fuel cell module, comprising: an air-side regenerative heat exchanger that, together with a part thereof, passes through the upper radiation conversion body and supplies the internal structure.