JP5716235B2 - Upper or lower core for heat exchange of solid oxide fuel cell, and solid oxide fuel cell - Google Patents

Upper or lower core for heat exchange of solid oxide fuel cell, and solid oxide fuel cell Download PDF

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Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部又は下部中子及びそれを備えた固体酸化物形燃料電池に関する。   The present invention relates to an upper or lower core for heat exchange of a solid oxide fuel cell and a solid oxide fuel cell including the same.

燃料電池は、電気化学反応による発電方式を利用した発電装置であり、優れた発電効率及び環境対応等の特性を有する。このため、２１世紀を担う都市型のエネルギー供給システムとして、実用化に向けた研究開発が進んでいる。   A fuel cell is a power generation device that uses a power generation method based on an electrochemical reaction, and has excellent power generation efficiency and environmental characteristics. For this reason, research and development for practical use is progressing as an urban energy supply system for the 21st century.

従来の燃料電池の一例としてワンスルータイプの燃料電池が提案されている。このワンスルータイプの燃料電池とは、燃料ガスの流動方法について、セルチューブの一端（例えば上端）から供給された燃料ガスがセルチューブの他端（例えば下端）から排出されるタイプの燃料電池である。また、酸化剤ガスは燃料ガスとは、対向流となるよう異なる端部から供給・排出されている。   As an example of a conventional fuel cell, a one-through type fuel cell has been proposed. This one-through type fuel cell is a type of fuel cell in which the fuel gas supplied from one end (for example, the upper end) of the cell tube is discharged from the other end (for example, the lower end) of the cell tube. . The oxidant gas is supplied and discharged from a different end so as to be opposed to the fuel gas.

また、発電を行うためには、燃料電池モジュール内が約８００℃から１０００℃となるような高温環境における化学反応を利用するため、外部から燃料ガス及び酸化剤ガスを供給する際に、ガスを予熱しておく必要がある。これは、供給するガスの予熱を行わないと、燃料電池セルの温度を低下させる結果、発電効率の低下及び発電自体の不安定化を招く危険性があるからである。   Further, in order to generate power, a chemical reaction in a high temperature environment in which the inside of the fuel cell module is about 800 ° C. to 1000 ° C. is used. It is necessary to preheat. This is because if the supplied gas is not preheated, the temperature of the fuel battery cell is lowered, resulting in a risk that power generation efficiency is lowered and power generation itself is unstable.

この予熱は、効率の面から高温の排出ガスを利用して行われる。すなわち、排出室から排出された高温の排出燃料ガスと燃料電池に供給される酸化剤ガス（空気）とを熱交換し、酸化剤ガスを予熱する。また、高温の排出酸化剤ガスと燃料電池に供給される燃料ガスとを熱交換し、燃料ガスを予熱する。このため、排出ガスの排出経路内には、熱交換を効率的に行うための補助機器として中子が設置されている（例えば、特許文献１及び２参照）。   This preheating is performed using high-temperature exhaust gas from the viewpoint of efficiency. That is, heat exchange is performed between the high-temperature exhaust fuel gas discharged from the discharge chamber and the oxidant gas (air) supplied to the fuel cell to preheat the oxidant gas. Further, heat exchange is performed between the high-temperature exhaust oxidant gas and the fuel gas supplied to the fuel cell to preheat the fuel gas. For this reason, a core is installed in the exhaust gas discharge path as an auxiliary device for efficiently performing heat exchange (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開２００２−６３９１６号公報JP 2002-63916 A 特開２００４−１２７６４０号公報JP 2004-127640 A

しかしながら、特許文献２の提案の中子では、中子本体にセンタリング機能を設ける際、周囲からセンタリング部を溶接する又は突起を形成するので、その設置に工数や手間がかかる、という問題がある。   However, in the core proposed in Patent Document 2, when the centering function is provided in the core body, the centering portion is welded or a projection is formed from the periphery, so that there is a problem that installation takes time and labor.

よって、簡易な構成の中子の出現が切望されている。   Therefore, the appearance of a simple core is desired.

本発明は、前記問題に鑑み、簡易な構成の固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子又は下部中子、及びそれを備えた固体酸化物形燃料電池を提供することを課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an upper core or a lower core for heat exchange of a solid oxide fuel cell having a simple configuration, and a solid oxide fuel cell including the same. .

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、固体酸化物形燃料電池のセルチューブの熱交換部に設けられ、隘路を形成する固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子であって、前記セルチューブの上端開口に支持される支持部材と、前記支持部材から垂下される支持棒と、前記支持棒の下端部に設けた前記セルチューブの内周面の複数の箇所で支持される芯出し部材と、前記芯出し部材から垂下される第１の中子本体とを具備することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子にある。 A first invention of the present invention for solving the above-described problem is provided in a heat exchange portion of a cell tube of a solid oxide fuel cell, and in an upper part for heat exchange of the solid oxide fuel cell forming a bottleneck. A plurality of locations on the inner peripheral surface of the cell tube provided at the lower end of the support rod, a support rod suspended from the support member, a support member suspended from the upper end opening of the cell tube in a centering member supported, in the solid oxide fuel heat exchanger for the upper core of a battery, characterized by comprising a first core body, which is suspended from the centering member.

第２の発明は、第１の発明において、前記第１の中子本体は、一端又は両端が閉塞された中空円筒体であると共に、第１の中子本体体の下端部に芯出し部材を有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子にある。   In a second aspect based on the first aspect, the first core body is a hollow cylindrical body whose one end or both ends are closed, and a centering member is provided at the lower end of the first core body. It is in the upper core for heat exchange of the solid oxide fuel cell characterized by having.

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記芯出し部材が、三角形又は多角形であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子にある。   A third invention is the upper core for heat exchange of a solid oxide fuel cell according to the first or second invention, wherein the centering member is triangular or polygonal.

第４の発明は、固体酸化物形燃料電池のセルチューブの熱交換部に設けられ、隘路を形成する固体酸化物形燃料電池の熱交換用下部中子であって、略円筒状の燃料電池のセルチューブの下端開口から挿入される第２の中子本体と、前記第２の中子本体の上端に設けた前記セルチューブの内周面の複数の箇所で支持される芯出し部材とを具備することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の熱交換用下部中子にある。 A fourth invention is a lower core for heat exchange of a solid oxide fuel cell which is provided in a heat exchange part of a cell tube of a solid oxide fuel cell and forms a bottleneck, and is a substantially cylindrical fuel cell A second core body inserted from the lower end opening of the cell tube, and a centering member supported at a plurality of locations on the inner peripheral surface of the cell tube provided at the upper end of the second core body. It is in the lower core for heat exchange of the solid oxide fuel cell.

第５の発明は、第４の発明において、前記芯出し部材が、三角形又は多角形であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の熱交換用下部中子にある。   A fifth invention is the lower core for heat exchange of a solid oxide fuel cell according to the fourth invention, wherein the centering member is triangular or polygonal.

第６の発明は、筒状のセルチューブの内部に第１ガスを供給すると共に、前記セルチューブの外面に設けられた燃料電池セルに第２ガスを供給することにより、前記燃料電池セルにおいて前記第１ガスと前記第２ガスとを電気化学的に反応させて発電する固体酸化物形燃料電池であって、第１乃至３のいずれか一つの固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子がセルチューブの上部側に設けられると共に、第４又は５の固体酸化物形燃料電池の熱交換用下部中子がセルチューブの下部側に設けられることを特徴とする固体酸化物形燃料電池にある。   According to a sixth aspect of the present invention, the first gas is supplied to the inside of the cylindrical cell tube, and the second gas is supplied to the fuel cell provided on the outer surface of the cell tube. A solid oxide fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting a first gas and the second gas, wherein the solid oxide fuel cell in any one of the first to third solid heat exchange fuel cells A solid oxide fuel cell characterized in that a child is provided on the upper side of the cell tube and a lower core for heat exchange of the fourth or fifth solid oxide fuel cell is provided on the lower side of the cell tube. It is in.

第７の発明は、第６の発明において、前記セルチューブの一端から前記第１ガスが供給されると共に、前記セルチューブの他端から前記第１ガスが排出されるワンスルータイプの燃料電池であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池にある。 A seventh invention is the one-through type fuel cell according to the sixth invention , wherein the first gas is supplied from one end of the cell tube and the first gas is discharged from the other end of the cell tube. This is a solid oxide fuel cell.

第８の発明は、第６又は７の発明において、前記第１ガスは燃料ガスであり、前記第２ガスは酸化剤ガスであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池にある。 An eighth invention is the solid oxide fuel cell according to the sixth or seventh invention , wherein the first gas is a fuel gas and the second gas is an oxidant gas.

第９の発明は、第６又は７の発明において、前記第１ガスは酸化剤ガスであり、前記第２ガスは燃料ガスであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池にある。 A ninth invention is the solid oxide fuel cell according to the sixth or seventh invention , wherein the first gas is an oxidant gas and the second gas is a fuel gas.

本発明によれば、簡易な構成の固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子及び下部中子を用いて、セルチューブの熱交換部での熱交換を良好とすると共に、固体酸化物形燃料電池への当該上下中子の設置が簡易となり、作業効率が向上する。   According to the present invention, by using the upper core and the lower core for heat exchange of a solid oxide fuel cell having a simple configuration, the heat exchange in the heat exchange section of the cell tube is improved, and the solid oxide The installation of the upper and lower cores to the fuel cell becomes simple, and the working efficiency is improved.

図１は、固体酸化物形燃料電池モジュールを表す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a solid oxide fuel cell module. 図２は、固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the upper core for heat exchange of the solid oxide fuel cell. 図３は、セルチューブ内に熱交換用上部中子を設置した状態図である。FIG. 3 is a state diagram in which the upper core for heat exchange is installed in the cell tube. 図４は、固体酸化物形燃料電池の熱交換用下部部中子の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of the lower core for heat exchange of the solid oxide fuel cell. 図５は、セルチューブ内に熱交換用下部中子を設置した状態図である。FIG. 5 is a state diagram in which the lower core for heat exchange is installed in the cell tube. 図６−１は、底絶縁板に設けた位置決め部材の概略図である。FIG. 6A is a schematic diagram of a positioning member provided on the bottom insulating plate. 図６−２は、底絶縁板に設けた位置決め部材の概略図である。FIG. 6B is a schematic view of a positioning member provided on the bottom insulating plate.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.

本発明による実施例に係る固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子又は下部中子、及びそれを備えた固体酸化物形燃料電池について、図面を参照して説明する。図１は、固体酸化物形燃料電池モジュールを表す概略構成図である。   An upper or lower core for heat exchange of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, and a solid oxide fuel cell including the same will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a solid oxide fuel cell module.

本実施例の固体酸化物形燃料電池モジュール（以下「燃料電池モジュール」ともいう）１００は、図１に示すように、断熱材であるケーシング１０１と、略円筒状に形成された複数のセルチューブ１０２と、セルチューブ１０２の両端を支持する上下の管板（第１仕切り部材）１０３ａ、１０３ｂと、これら上下の管板１０３ａ、１０３ｂの間に配置された上下の断熱体１０４ａ、１０４ｂとから構成されている。   As shown in FIG. 1, a solid oxide fuel cell module (hereinafter also referred to as “fuel cell module”) 100 according to the present embodiment includes a casing 101 that is a heat insulating material and a plurality of cell tubes formed in a substantially cylindrical shape. 102, upper and lower tube plates (first partition members) 103a and 103b that support both ends of the cell tube 102, and upper and lower heat insulators 104a and 104b disposed between the upper and lower tube plates 103a and 103b. Has been.

上下の断熱体１０４ａ、１０４ｂに挟まれた空間には、発電室１０５が形成されている。ケーシング１０１と上管板１０３ａとの間には、燃料供給室１０６が形成されている。ケーシング１０１と下管板１０３ｂとの間には、燃料排出室１０７が形成されている。下管板１０３ｂと下断熱体１０４ｂとの間には、空気供給室１０８が形成されている。上管板１０３ａと上断熱体１０４ａとの間には、空気排出室１０９が形成されている。   A power generation chamber 105 is formed in a space between the upper and lower heat insulators 104a and 104b. A fuel supply chamber 106 is formed between the casing 101 and the upper tube plate 103a. A fuel discharge chamber 107 is formed between the casing 101 and the lower tube plate 103b. An air supply chamber 108 is formed between the lower tube plate 103b and the lower heat insulator 104b. An air discharge chamber 109 is formed between the upper tube plate 103a and the upper heat insulator 104a.

上管板１０３ａは、ケーシング１０１の長手方向（図１の上下方向）の一方（上側）に配置された板状の部材であり、下管板１０３ｂは、ケーシング１０１の長手方向の他方（下側）に配置された板状の部材である。セルチューブ１０２は、多孔質セラミックスから形成された略円筒状の管であり、長手方向（図１の上下方向）における中央部に発電を行なう複数の燃料電池セル１１０が設けられている。セルチューブ１０２は、一方の開口端が燃料供給室１０６に開口し、他方の開口端が燃料排出室１０７に開口するように、上下の管板１０３ａ、１０３ｂに支持されている。また、セルチューブ１０２は、燃料電池セル（発電素子）１１０が発電室１０５内にのみ位置するように配置されている。   The upper tube plate 103a is a plate-like member disposed on one side (upper side) of the casing 101 in the longitudinal direction (vertical direction in FIG. 1), and the lower tube plate 103b is the other side (lower side) of the casing 101 in the longitudinal direction. ) Is a plate-shaped member. The cell tube 102 is a substantially cylindrical tube made of porous ceramics, and is provided with a plurality of fuel cells 110 that generate power at the center in the longitudinal direction (vertical direction in FIG. 1). The cell tube 102 is supported by the upper and lower tube plates 103a and 103b so that one open end opens to the fuel supply chamber 106 and the other open end opens to the fuel discharge chamber 107. Further, the cell tube 102 is arranged so that the fuel battery cell (power generation element) 110 is located only in the power generation chamber 105.

上断熱体１０４ａは、ケーシング１０１の長手方向の一方（上側）に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状などに形成された部材である。下断熱材１０４ｂは、ケーシング１０１の長手方向の他方（下側）に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状などに形成された部材である。各断熱体１０４ａ、１０４ｂには、セルチューブ１０２が挿通される孔１１１ａ，１１１ｂが形成され、孔１１１ａ，１１１ｂの直径はセルチューブ１０２の直径よりも大きく形成されている。   The upper heat insulator 104a is a member that is disposed on one side (upper side) in the longitudinal direction of the casing 101 and is formed in a blanket shape or a board shape using a heat insulating material. The lower heat insulating material 104b is a member that is disposed on the other side (lower side) of the casing 101 in the longitudinal direction and formed in a blanket shape or a board shape using a heat insulating material. The heat insulators 104a and 104b are formed with holes 111a and 111b through which the cell tubes 102 are inserted, and the diameters of the holes 111a and 111b are larger than the diameter of the cell tubes 102.

なお、孔１１１ａ，１１１ｂの内周面は、略円筒状に形成されていてもよいし、螺旋状または直線状の凹部（溝）または凸部（畝状突起）が形成されていてもよく、特に限定するものではない。このような構成にすることで、セルチューブ１０２と孔１１１ｂとの間を通って発電室１０５に流入する空気に、排出燃焼ガス１２１ａ及び下断熱体１０４ｂの熱が伝達されやすくなり、発電室１０５の温度を高温に保ちやすくすることができる。同様に、セルチューブ１０２と孔１１１ａとの間を通って発電室１０５から排出される排出空気１２２ａの熱を伝達することでセルチューブ１０２に導入される燃料ガス１２１を高温とすることができる。   The inner peripheral surfaces of the holes 111a and 111b may be formed in a substantially cylindrical shape, or may be formed with a spiral or linear concave portion (groove) or convex portion (a ridge-like projection), There is no particular limitation. With such a configuration, the heat of the exhaust combustion gas 121a and the lower heat insulator 104b is easily transmitted to the air flowing into the power generation chamber 105 through the space between the cell tube 102 and the hole 111b. The temperature of can be easily maintained at a high temperature. Similarly, the fuel gas 121 introduced into the cell tube 102 can be heated to high temperature by transferring the heat of the exhaust air 122a discharged from the power generation chamber 105 through the space between the cell tube 102 and the hole 111a.

また、セルチューブ１０２の上端開口部及び下端開口部には熱交換用上部中子１０、下部中子２０が挿入されており、これら上部又は下部中子１０、２０の外周壁とセルチューブ１０２内壁との隘路間に燃料ガス１２１を供給させて、セルチューブ１０２の外周を流れる酸化剤ガスである空気１２２との熱交換を良好としている。
すなわち、上断熱体１０４ａ領域が上部熱交換部１２３ａを形成し、下断熱体１０４ｂ領域が下部熱交換部１２３ｂを形成している。そして、上部熱交換部１２３ａでは導入される燃料ガス１２１と排出される排出空気１２２ａとの熱交換がなされ、下部熱交換部１２３ｂでは、導入される空気１２２と排出燃料ガス１２１ａとの熱交換がなされる。 In addition, the upper core 10 and the lower core 20 for heat exchange are inserted into the upper end opening and the lower end opening of the cell tube 102. The outer peripheral wall of the upper or lower core 10, 20 and the inner wall of the cell tube 102 are inserted. The fuel gas 121 is supplied between the bottleneck and the heat exchange with the air 122 which is the oxidant gas flowing on the outer periphery of the cell tube 102.
That is, the upper heat insulating body 104a region forms the upper heat exchanging portion 123a, and the lower heat insulating body 104b region forms the lower heat exchanging portion 123b. The upper heat exchange section 123a exchanges heat between the introduced fuel gas 121 and the discharged exhaust air 122a, and the lower heat exchange section 123b exchanges heat between the introduced air 122 and the exhaust fuel gas 121a. Made.

ここで、上記構成からなる燃料電池モジュール１００の動作の概要を説明する。   Here, an outline of the operation of the fuel cell module 100 configured as described above will be described.

燃料電池モジュール１００の空気供給室１０８には空気１２２が流入する。該空気１２２は下断熱材１０４ｂの孔１１１ｂとセルチューブ１０２との隙間を通って、発電室１０５内に供給される。
一方、燃料供給室１０６には燃料ガス１２１が流入する。該燃料ガス１２１はセルチューブ１０２の基体管の内部を通って発電室１０５内に供給される。空気１２２と燃料ガス１２１とは、燃料電池セル１１０において発電に利用される。その後排出空気１２２ａは空気排出室１０９に流入し、排出燃料ガス１２１ａは燃料排出室１０７に流入し、それぞれ燃料電池モジュール１００の外部に排出口１０１ａ、１０１ｂからそれぞれ排出される。 Air 122 flows into the air supply chamber 108 of the fuel cell module 100. The air 122 is supplied into the power generation chamber 105 through a gap between the hole 111 b of the lower heat insulating material 104 b and the cell tube 102.
On the other hand, the fuel gas 121 flows into the fuel supply chamber 106. The fuel gas 121 is supplied into the power generation chamber 105 through the inside of the base tube of the cell tube 102. The air 122 and the fuel gas 121 are used for power generation in the fuel battery cell 110. Thereafter, the discharged air 122a flows into the air discharge chamber 109, and the discharged fuel gas 121a flows into the fuel discharge chamber 107 and is discharged from the discharge ports 101a and 101b to the outside of the fuel cell module 100, respectively.

この時、空気１２２と燃料ガス１２１とは、セルチューブ１０２の内面または外面を互いに逆向きに流れている。このことにより、発電に利用され高温となった燃料ガスおよび空気が、発電に利用される前の空気および燃料ガスとそれぞれ熱交換される。すなわち、セルチューブ１０２の軸方向両端部であって燃料電池セル１１０が形成されていない上部熱交換部１２３ａ、下部熱交換部１２３ｂの熱交換領域において、燃料ガス１２１と空気１２２とが熱交換される。   At this time, the air 122 and the fuel gas 121 are flowing in opposite directions on the inner surface or outer surface of the cell tube 102. As a result, the fuel gas and air that have been used for power generation and have reached a high temperature are each subjected to heat exchange with the air and fuel gas before being used for power generation. That is, the fuel gas 121 and the air 122 are heat-exchanged in the heat exchanging regions of the upper heat exchanging portion 123a and the lower heat exchanging portion 123b, which are axial end portions of the cell tube 102 and where the fuel cell 110 is not formed. The

上述したように燃料電池モジュール１００では、反応に利用されて高温となった排出燃料ガス１２１ａおよび排出空気１２２ａが熱交換により冷却された後、燃料排出室１０７および空気排出室１０９に供給される。このことにより、金属部材を有する上管板１０３ａと下管板１０３ｂとが高温雰囲気に晒されることを抑制することができる。その結果、燃料電池モジュール１００では、燃料電池セル１１０における運転温度を高温化、例えば８００℃から９５０℃にすることを可能にしている。   As described above, in the fuel cell module 100, the exhausted fuel gas 121a and the exhausted air 122a, which have been used for the reaction and become high temperature, are cooled by heat exchange and then supplied to the fuel exhaust chamber 107 and the air exhaust chamber 109. This can prevent the upper tube plate 103a and the lower tube plate 103b having metal members from being exposed to a high temperature atmosphere. As a result, in the fuel cell module 100, the operating temperature of the fuel cell 110 can be increased, for example, from 800 ° C. to 950 ° C.

次に、上述した燃料電池システムの燃料電池モジュール１００に使用されるセルチューブ（燃料電池）１０２の熱交換部に用いる熱交換用上部中子１０又は下部中子２０について詳細に説明する。   Next, the upper core 10 or the lower core 20 for heat exchange used in the heat exchange part of the cell tube (fuel cell) 102 used in the fuel cell module 100 of the fuel cell system described above will be described in detail.

図２は、固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子の斜視図である。図３は、セルチューブ内に熱交換用上部中子を設置した状態図である。なお、図３中、（Ａ）〜（Ｃ）図示はセルチューブの軸方向から中子の設置状況をみた概略図である。
図２及び図３に示すように、本実施例のセルチューブ（燃料電池）１０２の上部熱交換部１２３ａに用いる熱交換用上部中子１０は、セルチューブ１０２の上端開口に支持される鍔１１ａを有する支持部材１１と、上部支持部材１１から垂下される支持棒１２と、支持棒１２の下端部に設けた芯出し部材である三角プレート１３と、三角プレート１３から垂下される第１の中子本体１４とからなるものである。
第１の中子本体１４は、両端が閉塞された中空円筒体である。 FIG. 2 is a perspective view of the upper core for heat exchange of the solid oxide fuel cell. FIG. 3 is a state diagram in which the upper core for heat exchange is installed in the cell tube. 3, (A) to (C) are schematic views showing the installation state of the core from the axial direction of the cell tube.
As shown in FIGS. 2 and 3, the upper core 10 for heat exchange used in the upper heat exchanging portion 123 a of the cell tube (fuel cell) 102 of the present embodiment is supported by the upper end opening of the cell tube 102. , A support rod 12 suspended from the upper support member 11, a triangular plate 13 serving as a centering member provided at the lower end of the support rod 12, and a first medium suspended from the triangular plate 13. It consists of a child main body 14.
The first core body 14 is a hollow cylindrical body whose both ends are closed.

本実施例では第１の中子本体１４の両端に芯出し部材である三角プレート１３を設けているが、芯出しが良好に行われる場合には、いずれか一方のみで足りる。
この三角プレート１３を設けることにより、中子本体１４の中心軸とセルチューブ１０２の中心軸とが重なるように上部中子１０をセンタリングし、セルチューブ１０２の内周面と中子本体１４との間に等間隔の隙間が形成され、均一な熱交換が実現できる。 In this embodiment, the triangular plate 13 which is a centering member is provided at both ends of the first core body 14, but only one of them is sufficient when the centering is performed satisfactorily.
By providing the triangular plate 13, the upper core 10 is centered so that the center axis of the core body 14 and the center axis of the cell tube 102 overlap, and the inner peripheral surface of the cell tube 102 and the core body 14 are aligned. Evenly spaced gaps are formed between them, and uniform heat exchange can be realized.

芯出し部材であるプレートの形状は、三角形に限定されるものではなく、セルチューブ内の芯出しが可能であればいずれの形状であってもよく、複数の箇所で支持される形状、例えば多角形（５角形、６角形等）の星型としてもよい。   The shape of the plate, which is the centering member, is not limited to a triangle, and may be any shape as long as centering in the cell tube is possible. The star shape may be a square (pentagon, hexagon, etc.).

また、プレート以外に、中実や中空の棒を三角形や多角形の星型として、芯出し部材を構成するようにしてもよい。さらに、芯出し部材とセルチューブ１０２内周面との接触は点に限定されず、線又は面（曲面）で支持する構造としてもよい。   In addition to the plate, the centering member may be configured by using a solid or hollow rod as a triangular or polygonal star. Furthermore, the contact between the centering member and the inner peripheral surface of the cell tube 102 is not limited to a point, and may be configured to be supported by a line or a surface (curved surface).

ここで、従来のセンタリング部は、中子本体の外周壁に少なくとも３方向から複数のセンタリング部材を溶接して設けるので、その溶接作業に手間がかかっていたが、本実施例の熱交換用上部中子１０とすることで、簡易な構成となり、作業効率が向上する。また、芯出し部材であるプレートは溶接の場合に比べ取り付け・取り外しが容易なため、運転条件に応じた中子径の選択も容易になり、中子の汎用性が向上する。   Here, since the conventional centering portion is provided by welding a plurality of centering members from at least three directions on the outer peripheral wall of the core body, it takes time and effort to perform the welding operation. By setting it as the core 10, it becomes a simple structure and working efficiency improves. Further, since the plate as the centering member is easier to attach and detach than in the case of welding, it is easy to select the core diameter according to the operating conditions, and the versatility of the core is improved.

また、セルチューブの上端開口から支持棒１２を介して垂下し、この支持棒の下端部に第１の中子本体１４を設けることで、熱交換部１２３ａの必要領域のみに中子を設置でき、中子の部材をコンパクト化させることができる。   Further, the core can be installed only in a necessary region of the heat exchanging portion 123a by hanging from the upper end opening of the cell tube through the support rod 12 and providing the first core body 14 at the lower end of the support rod. The core member can be made compact.

図４は、固体酸化物形燃料電池の熱交換用下部中子の斜視図である。図５は、セルチューブ内に熱交換用下部中子を設置した状態図である。図５中、（Ａ）図示はセルチューブの軸方向から中子の設置状況をみた概略図である。
図４及び図５に示すように、本実施例のセルチューブ（燃料電池）１０２の下部熱交換部１２３ｂに用いる熱交換用下部中子２０は、上端部が閉塞すると共に下端が開放の第２の中子本体２１と、第２の中子本体２１の上端部に設けられた芯出し部材である三角プレート１３とからなるものである。 FIG. 4 is a perspective view of the lower core for heat exchange of the solid oxide fuel cell. FIG. 5 is a state diagram in which the lower core for heat exchange is installed in the cell tube. In FIG. 5, (A) illustration is the schematic which looked at the installation condition of the core from the axial direction of the cell tube.
As shown in FIGS. 4 and 5, the lower core 20 for heat exchange used for the lower heat exchanging portion 123 b of the cell tube (fuel cell) 102 of the present embodiment is a second core whose upper end is closed and whose lower end is open. The core body 21 and the triangular plate 13 that is a centering member provided at the upper end of the second core body 21 are provided.

第２の中子本体２１の下端はケーシング１０１に設けた底絶縁板３０に対して自重で当接されている。
芯出し部材は上述したものと同様である。
また、第２の中子本体２１の下端に位置決めを確実にするために、位置決め部材３２を設けるようにしてもよい。
図６−１及び図６−２は、底絶縁板に設けた位置決め部材の概略図である。
図６−１においては、底絶縁板３０の上に位置決め部材３２を三箇所設け、第２の中子本体２１の端部の位置決めを確実としている。 The lower end of the second core body 21 is in contact with the bottom insulating plate 30 provided on the casing 101 by its own weight.
The centering member is the same as described above.
Further, a positioning member 32 may be provided in order to ensure positioning at the lower end of the second core body 21.
6A and 6B are schematic views of a positioning member provided on the bottom insulating plate.
In FIG. 6A, three positioning members 32 are provided on the bottom insulating plate 30 to ensure the positioning of the end portion of the second core body 21.

図６−２は、底絶縁板３０の上にリング状の位置決め部材３３を設け、第２の中子本体２１の端部の位置決めを確実としている。   6B, the ring-shaped positioning member 33 is provided on the bottom insulating plate 30 to ensure the positioning of the end portion of the second core body 21. FIG.

従来のセンタリング部は中子本体の外周壁に溶接をして設けるので、その手間がかかっていたが、本実施例の中子とすることで、簡易な構成となり、作業効率が向上する。   Since the conventional centering portion is provided by welding on the outer peripheral wall of the core body, it takes time and effort. However, by using the core of this embodiment, the configuration becomes simple and the working efficiency is improved.

また、下部中子はセルチューブ１０２の下端部から挿入して設置するだけで良いので、その作業が簡易となる。また、中子を再利用する場合においても、抜出すだけでよいので、例えば接着剤や溶接等により中子を設置した場合と比べて、その取り外し作業が簡易となり、再利用におけるコスト低減、工程短縮に寄与することができる。   Further, since the lower core has only to be inserted and installed from the lower end of the cell tube 102, the operation is simplified. In addition, even when the core is reused, it is only necessary to pull it out. For example, compared with the case where the core is installed by means of adhesive or welding, the removal work is simplified, and the cost for reuse is reduced. This can contribute to shortening.

なお、本実施例では、燃料ガス１２１をセルチューブ１０２内部に供給すると共に、酸化剤ガスである空気１２２をセルチューブ１０２の外面に供給することとしたが、逆に、セルチューブ１０２内部に酸化剤ガスを供給し、セルチューブ１０２の外面に燃料ガスを供給してもよく、この場合には燃料電池セル１１０を構成する燃料極（図示せず）及び空気極（図示せず）の配置を逆にすればよい。   In this embodiment, the fuel gas 121 is supplied into the cell tube 102 and the air 122, which is an oxidant gas, is supplied to the outer surface of the cell tube 102. The agent gas may be supplied and the fuel gas may be supplied to the outer surface of the cell tube 102. In this case, the arrangement of the fuel electrode (not shown) and the air electrode (not shown) constituting the fuel cell 110 is arranged. Just reverse.

更に、燃料ガス１２１及び酸化剤ガスである空気１２２の流動方向を逆とし、燃料ガス１２１をセルチューブ１０２の下端部から供給し、酸化剤ガスである空気１２２を上部側から下部側へ流動させるようにしてもよい。この場合、セルチューブ１０２に設けられた上部中子１０、下部中子２０は、前述した熱交換とは逆の熱伝導に基づく熱交換を行うようにすればよい。   Further, the flow directions of the fuel gas 121 and the air 122 as the oxidant gas are reversed, the fuel gas 121 is supplied from the lower end of the cell tube 102, and the air 122 as the oxidant gas is caused to flow from the upper side to the lower side. You may do it. In this case, the upper core 10 and the lower core 20 provided in the cell tube 102 may perform heat exchange based on heat conduction opposite to the heat exchange described above.

このように、本発明によれば、簡易な構成の固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子１０及び下部中子２０を用いて、セルチューブ１０２の熱交換部１２３ａ、１２３ｂでの熱交換を良好とすると共に、固体酸化物形燃料電池への当該上下中子の設置が簡易となり、作業効率が向上する。   As described above, according to the present invention, the heat in the heat exchanging portions 123a and 123b of the cell tube 102 is obtained by using the upper core 10 and the lower core 20 for heat exchange of the solid oxide fuel cell having a simple configuration. In addition to good replacement, the installation of the upper and lower cores in the solid oxide fuel cell is simplified, and the working efficiency is improved.

１０ 熱交換用上部中子
１１ａ 鍔
１１ 支持部材
１２ 支持棒
１３三角プレート
１４ 第１の中子本体
２０ 熱交換用下部中子
２１ 第２の中子本体
１０２ セルチューブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Upper core for heat exchange 11a 鍔 11 Support member 12 Support rod 13 Triangular plate 14 First core main body 20 Lower core for heat exchange 21 Second core main body 102 Cell tube

Claims (9)

固体酸化物形燃料電池のセルチューブの熱交換部に設けられ、隘路を形成する固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子であって、
前記セルチューブの上端開口に支持される支持部材と、
前記支持部材から垂下される支持棒と、
前記支持棒の下端部に設けた前記セルチューブの内周面の複数の箇所で支持される芯出し部材と、
前記芯出し部材から垂下される第１の中子本体とを具備することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子。 An upper core for heat exchange of a solid oxide fuel cell that is provided in a heat exchange part of a cell tube of a solid oxide fuel cell and forms a bottleneck,
A support member supported by the upper end opening of the cell tube;
A support rod suspended from the support member;
A centering member supported at a plurality of locations on the inner peripheral surface of the cell tube provided at the lower end of the support rod;
An upper core for heat exchange of a solid oxide fuel cell, comprising: a first core body depending from the centering member. 請求項１において、
前記第１の中子本体は、一端又は両端が閉塞された中空円筒体であると共に、第１の中子本体の下端部に芯出し部材を有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子。 In claim 1,
The first core body is a hollow cylindrical body whose one or both ends are closed, and has a centering member at a lower end portion of the first core body. Upper core for heat exchange. 請求項１又は２において、
前記芯出し部材が、三角形又は多角形であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子。 In claim 1 or 2,
An upper core for heat exchange of a solid oxide fuel cell, wherein the centering member is triangular or polygonal. 固体酸化物形燃料電池のセルチューブの熱交換部に設けられ、隘路を形成する固体酸化物形燃料電池の熱交換用下部中子であって、
略円筒状の燃料電池のセルチューブの下端開口から挿入される第２の中子本体と、
前記第２の中子本体の上端に設けた前記セルチューブの内周面の複数の箇所で支持される芯出し部材とを具備することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の熱交換用下部中子。 A lower core for heat exchange of a solid oxide fuel cell that is provided in a heat exchange part of a cell tube of a solid oxide fuel cell and forms a bottleneck,
A second core body inserted from the lower end opening of the cell tube of the substantially cylindrical fuel cell;
And a centering member supported at a plurality of locations on the inner peripheral surface of the cell tube provided at the upper end of the second core body. Nakako. 請求項４において、
前記芯出し部材が、三角形又は多角形であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の熱交換用下部中子。 In claim 4,
The lower core for heat exchange of a solid oxide fuel cell, wherein the centering member is triangular or polygonal. 筒状のセルチューブの内部に第１ガスを供給すると共に、前記セルチューブの外面に設けられた燃料電池セルに第２ガスを供給することにより、前記燃料電池セルにおいて前記第１ガスと前記第２ガスとを電気化学的に反応させて発電する固体酸化物形燃料電池であって、
請求項１乃至３のいずれか一つの固体酸化物形燃料電池の熱交換用上部中子がセルチューブの上部側に設けられると共に、
請求項４又は５の固体酸化物形燃料電池の熱交換用下部中子がセルチューブの下部側に設けられることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。 The first gas and the first gas are supplied to the fuel cell by supplying the first gas into the cylindrical cell tube and supplying the second gas to the fuel cell provided on the outer surface of the cell tube. A solid oxide fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting with two gases,
An upper core for heat exchange of the solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 3 is provided on an upper side of the cell tube,
6. The solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein the lower core for heat exchange of the solid oxide fuel cell according to claim 5 is provided on the lower side of the cell tube. 請求項６において、
前記セルチューブの一端から前記第１ガスが供給されると共に、前記セルチューブの他端から前記第１ガスが排出されるワンスルータイプの燃料電池であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。 In claim 6,
A solid oxide fuel cell, wherein the first gas is supplied from one end of the cell tube and the first gas is discharged from the other end of the cell tube. 請求項６又は７において、
前記第１ガスは燃料ガスであり、前記第２ガスは酸化剤ガスであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。 In claim 6 or 7,
The solid oxide fuel cell, wherein the first gas is a fuel gas and the second gas is an oxidant gas. 請求項６又は７において、
前記第１ガスは酸化剤ガスであり、前記第２ガスは燃料ガスであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。 In claim 6 or 7 ,
The solid oxide fuel cell, wherein the first gas is an oxidant gas and the second gas is a fuel gas.
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