(57)【要約】【課題】  燃料電池の発熱部分であるスタックを収容する容器自体に熱交換機能を付与することで、スタック等の発電機器を高温に維持させて発電効率を低下させることなく、発電装置からの過剰な熱を除去して、この発電装置を安全に取り扱えるようにする。【解決手段】  スタック５を主に、セラミック燃焼器６、セラミック熱交換器７等を収容するために、外面と内面を連通する通気孔２１を複数箇所に開けた金属壁２２からなる外表材２３と、金属壁２２の内側に配置した通気性を有する多孔質素材２４とで積層形成した遮熱容器３と、遮熱容器３内に、スタック５等の周囲に形成した熱交換用空隙２５と、を備え、遮熱容器３の各通気孔２１から冷却用空気を取り込み、この冷却用空気を前記熱交換用空隙２５に流動させながら、スタック５等で発生する反応熱を熱交換するように構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質で燃料ガス（４）を高温で反応させて発電するスタック（５）を備えた燃料電池（１）であって、
前記スタック（５）を収容するために、外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、該金属壁（２２）の内側に配置した通気性を有する多孔質素材（２４）とで積層形成した遮熱容器（３）と、
前記遮熱容器（３）内に、前記スタック（５）、セラミック燃焼器（６）及びセラミック熱交換器（７）の周囲に形成した熱交換用空隙（２５）と、を備え、
前記遮熱容器（３）周囲の各通気孔（２１）から冷却用空気を取り込み、この冷却用空気を前記熱交換用空隙（２５）に流動させながら、前記スタック（５）、セラミック燃焼器（６）及びセラミック熱交換器（７）で発生する反応熱を熱交換するように構成した、ことを特徴とする遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項２】
前記燃料電池（１）は電解質として安定化ジルコニアを用いた固体電解質形燃料電池である、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項３】
前記遮熱容器（３）内に、前記スタック（５）と共にセラミック燃焼器（６）を収容した、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項４】
前記遮熱容器（３）内に、前記スタック（５）と共にセラミック熱交換器（７）を収容した、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項５】
前記遮熱容器（３）内に、前記スタック（５）と共に、セラミック燃焼器（６）、セラミック熱交換器（７）、プレリフォーマ（８）及びアノード排ガス管寄せ（９）を収容した、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項６】
前記プレリフォーマ（８）及びアノード排ガス管寄せ（９）を、前記スタック（５）と同一の材料で形成した、ことを特徴とする請求項５の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項７】
前記プレリフォーマ（８）及びアノード排ガス管寄せ（９）を、前記スタック（５）と類似する形状に形成した、ことを特徴とする請求項５の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項８】
前記遮熱容器（３）内において、アノードガスとカソードガスの流れは平行かつ対向流となるように配置し、前記プレリフォーマ（８）をより高温域に設置し、前記スタック（５）の高温部分をカソードガスの入口（１３）に設置した、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項９】
前記遮熱容器（３）は、
その外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、
該金属壁（２２）の内面側に配置した通気性を有する多孔質素材（２４）と、
該多孔質素材（２４）の内面側に配置した、通気孔（２１）を有するセラミックタイル（２６）と、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項１０】
前記遮熱容器（３）は、
その外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、
該金属壁（２２）の内面側に配置した通気性を有する多孔質素材（２４）と、
前記金属壁（２２）と前記多孔質素材（２４）との間に配置した中間層となるガラス繊維体（２７）と、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項１１】
前記遮熱容器（３）は、
その外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、
該金属壁（２２）の内面側に配置した通気性を有する多孔質素材（２４）と、
前記金属壁（２２）と前記多孔質素材（２４）との間に配置した中間層となる金属メッシュと、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項１２】
前記遮熱容器（３）の多孔質素材（２４）は、セラミック多孔体である、ことを特徴とする請求項９、１０又は１１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項１３】
前記遮熱容器（３）の多孔質素材（２４）の内面側に、通気孔（２１）を有するセラミックタイル（２６）を配置した、ことを特徴とする請求項１０、１１又は１２の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項１４】
前記遮熱容器（３）は、
その外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、
該金属壁（２２）の内面側に配置した通気性を有するセラミックブランケット等の通気性断熱材（２８）と、
前記金属壁（２２）と前記通気性断熱材（２８）との間に配置した中間層となるガラス繊維体（２７）と、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項１５】
前記遮熱容器（３）は、
その外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、
該金属壁（２２）の内面側に配置した通気性を有するセラミックブランケット等の通気性断熱材（２８）と、
前記金属壁（２２）と前記通気性断熱材（２８）との間に配置した中間層となる金属メッシュと、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項１６】
前記遮熱容器（３）は、
その外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、
該金属壁（２２）の内面側に配置した、外面と内面を連通する通気筒（２９）を複数箇所に設けた通気性が低い難通気性断熱材（３０）と、
前記金属壁（２２）と前記難通気性断熱材（３０）との間に配置した中間層となるガラス繊維体（２７）と、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項１７】
前記遮熱容器（３）は、
その外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、
該金属壁（２２）の内面側に配置した、外面と内面を連通する通気筒（２９）を複数箇所に設けた通気性が低い難通気性断熱材（３０）と、
前記金属壁（２２）と前記難通気性断熱材（３０）との間に配置した中間層となる金属メッシュと、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項１８】
前記遮熱容器（３）は、
その外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、
該金属壁（２２）の内面側に配置した、外面と内面を連通する通気筒（２９）を複数箇所に設けると共に、複数のセラミック製中空バルーン（３１）を形成した通気性が低い難通気性断熱材（３０）と、
前記金属壁（２２）と前記難通気性断熱材（３０）との間に配置した中間層となるガラス繊維体（２７）と、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【請求項１９】
前記遮熱容器（３）は、
その外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、
該金属壁（２２）の内面側に配置した、外面と内面を連通する通気筒（２９）を複数箇所に設けると共に、複数のセラミック製中空バルーン（３１）を形成した通気性が低い難通気性断熱材（３０）と、
前記金属壁（２２）と前記難通気性断熱材（３０）との間に配置した中間層となる金属メッシュと、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池における発熱反応で生じる高温の熱についてスタック等を収容する容器自体で冷却する遮熱容器を備えた燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電装置である。燃料電池には電解質の種類に応じて様々な種類がある。例えば、電解質として陽イオン交換膜を用いた固体高分子形燃料電池、電解質としてリン酸を用いたリン酸形燃料電池、電解質として炭酸リチウム、炭酸カリウムを用いた溶融炭酸塩形燃料電池、電解質として安定化ジルコニア等を用いた固体電解質形燃料電池（ＳＯＦＣ、Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）がある。
【０００３】
例えば、実用化されているリン酸形燃料電池は、ビルなどに設置し、都市ガスを原料にして運転される発電装置である。この発電装置を床や地面に据え付け、原料となる都市ガスの配管を敷設し、発生する電気の配線と温水や蒸気等の熱の配管を敷設することで電気や温水、熱を供給することができる。
【０００４】
燃料電池発電装置は、水素と酸素から直流の電気を発生する燃料電池本体（スタック）、都市ガスを水素に改質する燃料改質装置、発電した直流の電気を交流にするインバーターと燃料改質装置やスタックから出た排熱を回収して、蒸気や温水に変える排熱回収装置等で構成されている。
【０００５】
このような燃料電池を家庭用の発電装置として利用する傾向にある。例えば、従来より固体高分子形燃料電池は家庭用、小型業務用として実用化されつつある。しかし、この固体高分子形燃料電池は発電出力が最大で５０ｋＷ程度であった。また、発電効率（ＬＨＶ）も３５〜４０％であった。そこで、小型かつ発電効率の高い固体電解質形燃料電池が着目されている。
【０００６】
この固体電解質形燃料電池は、その発電効率を高めるために、高温度において固体電解質の酸素イオン導電性を高くする必要がある。そこで、この固体電解質形燃料電池は発電作動温度を１０００℃程度に維持する必要がある。一方で、スタックで発生する熱のうち過剰な熱は除去する必要がある。
【０００７】
このようなスタック等で発生する過剰な熱を除去する手段として、例えば特許文献１の特開平９−７６２４公報「固体電解質型燃料電池」のように、電池発熱反応に伴い生じる熱の除去を、スタックに供給する燃料ガス又は酸化剤（空気）ガスと熱交換して行う手段が提案されている。
【特許文献１】特開平９−７６２４
【０００８】
この特許文献１の燃料電池では、固体電解質を介して、高温で燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることによって、直接発電を行う平板型若しくは一体積層型のスタックを備える固体電解質型燃料電池において、スタックを収容する発電室内に外壁と隣接して配置され、スタックで発生する反応熱を、スタックに供給する燃料ガス若しくは酸化剤ガスと熱交換して、冷却する放射型熱交換器を設けていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特に、燃料電池を家庭用の発電装置として利用する際には、コンパクトの状態のまま、人が手に触れても火傷しない程度の約４０〜６０℃までに温度を低下させる必要があった。しかし、従来の高熱を除去する手段では、元々業務用を目的としているので、冷却効果はあるが、人がこの燃料電池発電装置に手で触れることまで考慮してないので、安全性に問題を有していた。
【００１０】
一方、単に冷却するだけであれば、発電装置を大掛かりな構成にして、冷却装置（熱交換器）を組み込むことで容易に解決することができる。しかし、家庭用の発電装置としては、例えば従来のエアコンの室外機と同程度の容積（例えば、幅２５０〜２９０ｍｍ×長さ４００〜５００ｍｍ×高さ４００〜５００ｍｍ）内で嵩張らないようにすることが望ましいとされている。
【００１１】
そこで、発電装置をコンパクトにするためには、プレリフォーマ、アノード排ガス管寄せを、スタック等の部品を近接させて配置する必要がある。このような機器類が近接した状態で１０００℃程度の高温状態で稼動し続けると高温機器間の熱膨張により熱変形差による機器の破損が生じやすくなるという問題を有していた。
【００１２】
また、１０００℃程度の高温状態で稼動し続けると．アノード排ガスから水分を容易に分離できず、下流の金属製の高温度熱交換器が腐食しやすくなるという問題を有していた。
【００１３】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、燃料電池の発熱部分であるスタックを収容する容器自体に熱交換機能を付与することで、スタック等の発電機器を高温に維持させて発電効率を低下させることなく、発電装置からの過剰な熱を除去し、この発電装置を安全に取り扱うことができる遮熱容器を備えた燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、固体電解質で燃料ガス（４）を高温で反応させて発電するスタック（５）を備えた燃料電池（１）であって、前記スタック（５）を収容するために、外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、該金属壁（２２）の内側に配置した通気性を有する多孔質素材（２４）とで積層形成した遮熱容器（３）と、前記遮熱容器（３）内に、前記スタック（５）、セラミック燃焼器（６）及びセラミック熱交換器（７）の周囲に形成した熱交換用空隙（２５）と、を備え、前記遮熱容器（３）周囲の各通気孔（２１）から冷却用空気を取り込み、この冷却用空気を前記熱交換用空隙（２５）に流動させながら、前記スタック（５）、セラミック燃焼器（６）及びセラミック熱交換器（７）で発生する反応熱を熱交換するように構成した、ことを特徴とする遮熱容器を備えた燃料電池が提供される。
前記燃料電池（１）は電解質として安定化ジルコニアを用いた固体電解質形燃料電池である。
前記遮熱容器（３）内に、前記スタック（５）と共にセラミック燃焼器（６）又はセラミック熱交換器（７）を収容することができる。
【００１５】
前記遮熱容器（３）内に、前記スタック（５）と共に、セラミック燃焼器（６）、セラミック熱交換器（７）、プレリフォーマ（８）及びアノード排ガス管寄せ（９）を収容した。
前記プレリフォーマ（８）及びアノード排ガス管寄せ（９）を、前記スタック（５）と同一の材料で形成した。
前記プレリフォーマ（８）及びアノード排ガス管寄せ（９）を、前記スタック（５）と類似する形状に形成した。
前記遮熱容器（３）内において、アノードガスとカソードガスの流れは平行かつ対向流となるように配置し、前記プレリフォーマ（８）をより高温域に設置し、前記スタック（５）の高温部分をカソードガスの入口（１３）に設置した。
【００１６】
前記遮熱容器（３）は、その外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、該金属壁（２２）の内面側に配置した通気性を有する多孔質素材（２４）と、該多孔質素材（２４）の内面側に配置した、通気孔（２１）を有するセラミックタイル（２６）と、から成る壁面で形成したものである。
【００１７】
前記遮熱容器（３）は、その外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、該金属壁（２２）の内面側に配置した通気性を有する多孔質素材（２４）と、前記金属壁（２２）と前記多孔質素材（２４）との間に配置した中間層となるガラス繊維体（２７）又は金属メッシュと、から成る壁面で形成したものである。
【００１８】
前記遮熱容器（３）の多孔質素材（２４）は、セラミック多孔体である。
前記遮熱容器（３）の多孔質素材（２４）の内面側に、通気孔（２１）を有するセラミックタイル（２６）を配置した。
【００１９】
前記遮熱容器（３）は、その外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、該金属壁（２２）の内面側に配置した通気性を有するセラミックブランケット等の通気性断熱材（２８）と、前記金属壁（２２）と前記通気性断熱材（２８）との間に配置した中間層となるガラス繊維体（２７）又は金属メッシュと、から成る壁面で形成したものである。
【００２０】
前記遮熱容器（３）は、その外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、該金属壁（２２）の内面側に配置した、外面と内面を連通する通気筒（２９）を複数箇所に設けた通気性が低い難通気性断熱材（３０）と、前記金属壁（２２）と前記難通気性断熱材（３０）との間に配置した中間層となるガラス繊維体（２７）又は金属メッシュと、から成る壁面で形成したものである。
【００２１】
前記遮熱容器（３）は、その外面と内面を連通する通気孔（２１）を複数箇所に開けた金属壁（２２）からなる外表材（２３）と、該金属壁（２２）の内面側に配置した、外面と内面を連通する通気筒（２９）を複数箇所に設けると共に、複数のセラミック製中空バルーン（３１）を形成した通気性が低い難通気性断熱材（３０）と、前記金属壁（２２）と前記難通気性断熱材（３０）との間に配置した中間層となるガラス繊維体（２７）又は金属メッシュと、から成る壁面で形成したものである、ことを特徴とする請求項１の遮熱容器を備えた燃料電池。
【発明の効果】
【００２２】
上述したように、本発明では、遮熱容器（３）の金属壁（２２）の通気孔（２１）から冷却用空気を取り込み、この冷却用空気をスタック（５）の周囲に形成した熱交換用空隙（２５）に経由させてスタック（５）で発生する反応熱を熱交換することができる。このように、スタック（５）を収容する遮熱容器（３）自体に熱交換機能を付与したので、スタックを高温に維持させて発電効率を低下させることなく、発電装置からの放熱量を低減することができる。
【００２３】
スタック（５）、プレリフォーマ（８）、アノード排ガス管寄せ（９）、セラミック燃焼器（６）及びセラミック熱交換器（７）などを遮熱容器（３）内に収容したので、高温機器からの放熱量を極限まで低減し、発電装置としてコンパクトに構成することができる。
【００２４】
プレリフォーマ（８）およびアノード排ガス管寄せ（９）を、スタック（５）と同材料かつ類似形状としたため、高温機器間の熱膨張が同一にでき、熱変形差による破損を防止することができる。また、アノード排ガスからの水分分離が可能になり、下流の金属製高温度熱交換器の腐食を防止できるとともに、発電装置への給水が不要になった。
【００２５】
更に、アノードガスとカソードガスに対して平行、対向流方式の採用が可能となり、プレリフォーマ（吸熱機器）をより高温域に設置し、スタックの高温部分をカソードガスの入口に設置することが可能になり、冷却がより容易になった。
【００２６】
遮熱容器（３）を形成する金属壁（２２）と多孔質素材（２４）それぞれに、外面と内面を連通する通気孔（２１）と多数の通孔を形成してあるので、多数の通孔を通って冷却空気が熱交換用空隙（２５）に均等に流れ、スタック（５）を始めプレリフォーマ（８）、アノード排ガス管寄せ（９）、セラミック燃焼器（６）及びセラミック熱交換器（７）を均一な温度場とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明は、スタック等の発電機器について通気機能を有する遮熱容器内に収容し、この遮熱容器の壁面から取り込んだ冷却用空気をこのスタック等の発電機器の周囲に形成した熱交換用空隙に通過させて、このスタック等の発電機器を高温に維持させて発電効率を低下させることなく、発電装置からの過剰な熱を除去することができる遮熱容器を備えた燃料電池である。
【実施例１】
【００２８】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の遮熱容器を備えた燃料電池の全体側断面図である。図２は遮熱容器を備えた燃料電池の全体平断面図である。
本発明の燃料電池発電装置は、電解質として安定化ジルコニアを用いた固体電解質形燃料電池（ＳＯＦＣ）１と高温メタル熱交換器２とから成るものである。この固体電解質型燃料電池１は、遮熱容器３内に、固体電解質で天然ガス等の燃料ガス４を高温で反応させて発電するスタック５と、セラミック燃焼器６、セラミック熱交換器７と、プレリフォーマ８と、アノード排ガス管寄せ９、安定化ジルコニアチューブ１０を備えた燃料電池である。
【００２９】
このように構成した燃料電池１を起動する時は、先ず燃料ガス４の天然ガス（あるいは水素）をセラミック燃焼器６に供給して燃焼する。この１２００〜１５００℃程度の燃焼ガスを熱源としてセラミック熱交換器７を高温に維持する。
【００３０】
次に、スタック５の発電反応に使用する水は蒸気発生器１１で水蒸気とし、燃料ガス４となる天然ガスは、熱交換器１２で予熱する。この予熱した天然ガスと水蒸気を混合し、固体電解質型燃料電池１の下部に設けた燃料ガス入口１３から導入し、燃料入口マニホールド１４からプレリフォーマ８を構成する燃料極に開口させた燃料通路内に分岐して流入する。燃料通路を通過中に燃料極で反応しなかった未反応の燃料ガスは、アノード排ガスとしてスタック５の下流側のアノード排ガス管寄せ９を経て、
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燃料出口マニホールド１５から排出される。水素と水蒸気とからなるアノード排ガスは、上述したセラミック燃焼器６に送られる。
【００３１】
一方、スタック５の発電反応に使用される酸化剤としての空気Ａは、高温メタル熱交換器２において、セラミック熱交換器７から排出される約９００℃の燃焼ガスを熱源として約７００℃に加熱され、更に、セラミック熱交換器７において、セラミック燃焼器６から排出される１２００〜１５００℃の燃焼ガスを熱源として約９００℃に加熱され、スタック５に供給される。また、セラミック熱交換器７を経て高温メタル熱交換器２より排出される燃焼ガスは、熱交換器１２を介して天然ガスの加熱に利用される。
【００３２】
本発明の燃料電池１では、スタック５、セラミック燃焼器６及びセラミック熱交換器７を遮熱容器３内に収容している。実施例１の遮熱容器３は、外面と内面を連通する通気孔２１を複数箇所に開けた金属壁２２からなる外表材２３と、金属壁２２の内面側に配置した通気性を有する多孔質素材２４とで形成した容器である。更に、遮熱容器３内に、スタック５、セラミック燃焼器６及びセラミック熱交換器７と共に、プレリフォーマ８、アノード排ガス管寄せ９を収容した。
【００３３】
図３は実施例１の遮熱容器の壁面の拡大断面図である。
実施例１の遮熱容器３は、通気孔２１を複数箇所に開けた金属壁２２からなる外表材２３と、この金属壁２２の内側に配置した通気性を有するセラミック製の多孔質素材２４と、この多孔質素材２４の内側に、通気孔２１を複数箇所に開けたセラミックタイル２６を配置したものである。
【００３４】
この遮熱容器３では、金属壁２２の通気孔２１から冷却用空気を取り込み、この冷却用空気とスタック５、セラミック燃焼器６及びセラミック熱交換器７で発生する熱を熱交換するように、スタック５及びセラミック熱交換器７の周囲に熱交換用空隙２５を形成している。
【００３５】
本発明では、遮熱容器３の金属壁２２の通気孔２１から冷却用空気を取り込み、この冷却用空気をスタック５の周囲に形成した熱交換用空隙２５に経由させてスタック５で発生する反応熱を熱交換する。このように、スタック５を収容する遮熱容器３自体に熱交換機能を付与したので、スタック５を高温に維持させて発電効率を低下させることなく、発電装置からの過剰な熱を除去することができる。特に、遮熱容器３の周囲に多数の通気孔２１を開けて、この遮熱容器３自体に熱交換機能を付与しているので、この内部に収容したスタック５等の発電機器を高温に維持させて発電効率を低下させることなく、発電装置からの放熱量を低減することができる。
【００３６】
スタック５、プレリフォーマ８、アノード排ガス管寄せ９、セラミック燃焼器６及びセラミック熱交換器７などを遮熱容器３内に収容したので、高温機器からの放熱量を極限まで低減し、発電装置としてコンパクトに構成することができる。
【実施例２】
【００３７】
図４は実施例２の燃料電池のスタック部分を示す拡大正面図である。
実施例２の燃料電池１では、プレリフォーマ８及びアノード排ガス管寄せ９を、スタック５と同一の材料で形成することで、高温機器間の熱膨張が同一になり、熱変形差による破損を防止することができる。
【００３８】
遮熱容器３内において、アノードガスとカソードガスの流れは並行かつ対向流となるように配置し、図１に示すように、スタック５の高温部分をカソードガスの入口１３に設置することで、プレリフォーマ８がより高温域に設置されるために、この部分の冷却がより容易になった。
【実施例３】
【００３９】
図５は実施例３の遮熱容器の壁面の拡大断面図である。
実施例３の遮熱容器３は、通気孔２１を複数箇所に開けた金属壁２２からなる外表材２３と、この金属壁２２の内面側に配置したセラミック多孔体２４とから成る壁面で形成したものである。この実施例３の遮熱容器３では、形状保持性を有する多孔体を使用したので、実施例１のセラミックタイル２６を省略することができる。
【実施例４】
【００４０】
図６は実施例４の遮熱容器の壁面の拡大断面図である。図７は実施例４の遮熱容器における温度変化を示す温度変化のグラフである。
実施例４の遮熱容器３は、その外面と内面を連通する通気孔２１を複数箇所に開けた金属壁２２からなる外表材２３と、金属壁２２の内面側に配置した通気性を有する多孔質素材２４と、金属壁２２と多孔質素材２４との間に配置した中間層となるガラス繊維体２７と、から成る壁面で形成したものである。このガラス繊維体２７は低温部、流体拡散、遮熱層として機能する部分である。セラミック多孔体２４は、高温部の遮熱層として機能する部分である。このように、中間層にガラス繊維体２７を挟み込むことによって、図７のグラフに示すように、熱交換機能を高めることができる。この図７と図１１のグラフは、上下方向に温度を、左から右に遮熱容器３の厚みを表している。
【００４１】
実施例４の遮熱容器３は、中間層のガラス繊維体２７に代えて金属メッシュを挟み込むことができる。この金属メッシュを中間層に挟み込んだ遮熱容器３でも高い熱交換機能を発揮することができる。
【００４２】
図８は実施例４の他の形態の遮熱容器の壁面の拡大断面図である。
実施例４の遮熱容器３では、その多孔質素材２４の内面側に、セラミックタイル２６を配置することも可能である。このセラミックタイル２６にも複数箇所に通気孔２１を開ける必要がある。
【実施例５】
【００４３】
図９は実施例５の遮熱容器の壁面の拡大断面図である。
実施例５の遮熱容器３は、その外面と内面を連通する通気孔２１を複数箇所に開けた金属壁２２からなる外表材２３と、金属壁２２の内面側に配置した通気性を有するセラミックブランケット等の通気性断熱材２８と、金属壁２２と通気性断熱材２８との間に配置した中間層となるガラス繊維体２７と、から成る壁面で形成したものである。
【００４４】
実施例５の遮熱容器３は、中間層のガラス繊維体２７に代えて金属メッシュを挟み込むことができる。この金属メッシュを中間層に挟み込んだ遮熱容器３でも高い熱交換機能を発揮することができる。
【実施例６】
【００４５】
図１０は実施例６の遮熱容器の壁面の拡大断面図である。図１１は実施例６の遮熱容器における温度変化を示す温度変化のグラフである。
実施例６の遮熱容器３は、その外面と内面を連通する通気孔２１を複数箇所に開けた金属壁２２からなる外表材２３と、金属壁２２の内面側に配置した、外面と内面を連通する通気筒２９を複数箇所に設けた通気性が低い難通気性断熱材３０と、金属壁２２と難通気性断熱材３０との間に配置した中間層となるガラス繊維体２７と、から成る壁面で形成したものである。本発明の遮熱容器３は、上述したように金属壁２２の内面側に多孔質素材２４、通気性断熱材２８を貼り付けるだけでなく、熱伝導率の低い難通気性断熱材３０を用いることもできる。この難通気性断熱材３０にも複数箇所に通気筒２９を開けている。このように実施例６の遮熱容器３は、図１１のグラフに示すように、熱交換機能を高めることができる。金属壁２２と難通気性断熱材３０との中間層のガラス繊維体２７は、熱交換機能を高めるだけでなく、変形緩衝層としても機能する。
【００４６】
実施例６の遮熱容器３でも、中間層のガラス繊維体２７に代えて金属メッシュを挟み込むことができる。この金属メッシュを中間層に挟み込んだ遮熱容器３でも高い熱交換機能を発揮することができる。
【実施例７】
【００４７】
図１２は実施例７の遮熱容器の壁面の拡大断面図である。
実施例７の遮熱容器３は、その外面と内面を連通する通気孔２１を複数箇所に開けた金属壁２２からなる外表材２３と、金属壁２２の内面側に配置した、外面と内面を連通する通気筒２９を複数箇所に設けると共に、複数のセラミック製中空バルーン３１を形成した通気性が低い難通気性断熱材３０と、金属壁２２と難通気性断熱材３０との間に配置した中間層となるガラス繊維体２７と、から成る壁面で形成したものである。この難通気性断熱材３０にセラミック製中空バルーン３１を設けることにより、熱伝導率を更に低くすることができる。この難通気性断熱材３０にも複数箇所に通気筒２９を開けている。金属壁２２と難通気性断熱材３０との中間層のガラス繊維体２７は、熱交換機能を高めるだけでなく、変形緩衝層としても機能する。
【００４８】
実施例７の遮熱容器３は、中間層のガラス繊維体２７に代えて金属メッシュを挟み込むことができる。この金属メッシュを中間層に挟み込んだ遮熱容器３でも高い熱交換機能を発揮することができる。
【００４９】
なお、本発明は上述した発明の実施の形態に限定されず、燃料電池の発熱部分であるスタックを収容する容器自体に熱交換機能を付与し、スタック等のからの過剰な熱を除去することができる構成であれば、図示したような構成に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の遮熱容器を備えた燃料電池は、高温になる燃料電池のような発電装置に利用できるだけでなく、高温になる燃焼器等の高温になる機器類に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の遮熱容器を備えた燃料電池の全体側断面図である。
【図２】遮熱容器を備えた燃料電池の全体平断面図である。
【図３】実施例１の遮熱容器の壁面の拡大断面図である。
【図４】実施例２の燃料電池のスタック部分を示す拡大正面図である。
【図５】実施例３の遮熱容器の壁面の拡大断面図である。
【図６】実施例４の遮熱容器の壁面の拡大断面図である。
【図７】実施例４の遮熱容器における温度変化を示す温度変化のグラフである。
【図８】実施例４の他の形態の遮熱容器の壁面の拡大断面図である。
【図９】実施例５の遮熱容器の壁面の拡大断面図である。
【図１０】実施例５の遮熱容器の壁面の拡大断面図である。
【図１１】実施例６の遮熱容器における温度変化を示す温度変化のグラフである。
【図１２】実施例７の遮熱容器の壁面の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  燃料電池
３  遮熱容器
４  燃料ガス
５  スタック
６  セラミック燃焼器
７  セラミック熱交換器
８  プレリフォーマ
９  アノード排ガス管寄せ
１３  カソードガスの入口
２１  通気孔
２２  金属壁
２３  外表材
２４  多孔質素材（セラミック多孔体）
２５  熱交換用空隙
２６  セラミックタイル
２７  ガラス繊維体
２８  通気性断熱材（セラミックブランケット）
２９  通気筒
３０  難通気性断熱材
３１  セラミック製中空バルーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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