(57)【要約】【課題】基体管の破損を防ぐことができ、中子を介した短絡回路の形成による発電機能の低下を防ぐことが可能な固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子及び固体酸化物形燃料電池を提供すること。【解決手段】本発明の固体酸化物形燃料電池モジュール１００の熱交換用中子２０は、固体酸化物形燃料電池モジュール１００の略円筒形状の基体管１０２内における熱交換部に配置される中子本体２０１と、中子本体２０１の上方に設けられ、基体管１０２内に供給される燃料ガス１２１を通過する切欠き部２０２ａが設けられた絶縁性セラミックスからなる支持部材２０２と、を具備し、絶縁性支持部材２０２は、中子本体２０１に対して相対的に外径ｄ２が大きいことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形燃料電池の略円筒形状の基体管内における熱交換部に配置される中子本体と、
前記中子本体の上方に設けられ、前記基体管内に供給される燃料ガスを通過する切欠き部が設けられた絶縁性セラミックスからなる支持部材と、を具備し、
前記支持部材は、前記中子本体に対して相対的に外径が大きいことを特徴とする、固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子。
【請求項２】
前記中子本体の上端に設けられ、前記中子本体に対して相対的に外径が小さい接続部材を備え、前記支持部材が前記接続部材に設けられた、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子。
【請求項３】
前記中子本体の下端に設けられ、一端部が前記基体管を収容するケーシングに固定された固定部材を備え、
前記固定部材は、前記中子本体に対して相対的に外径が小さい、請求項１又は請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子。
【請求項４】
前記絶縁性セラミックスが、アルミナ及びジルコニアの少なくとも一方からなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子。
【請求項５】
略円筒形状の基体管の内部に燃料ガスを供給すると共に、前記基体管の外面に設けられた燃料電池セルに酸化剤ガスを供給することにより、前記燃料電池セルで前記燃料ガスと前記酸化剤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、
前記基体管の熱交換部に設けられた請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子と、
前記基体管を収容するケーシングに設けられ、絶縁材を介して前記固定部材を前記ケーシングに位置決めして固定する位置決め部材とを備えたことを特徴とする、固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
前記絶縁材が、接着材及び断熱材の少なくとも一方である、請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
前記固定部材と前記ケーシングとの間に設けられ、前記ケーシングと前記固定部材との間を絶縁する絶縁部材を備えた、請求項５又は請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子及び固体酸化物形燃料電池に関し、例えば、固体酸化物形燃料電池の基体管の熱交換部に配置される固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子及び固体酸化物形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体酸化物形燃料電池の基体管内における熱交換部に配置され、当該熱交換部における基体管内から排出される高温の排出燃料ガスと燃料電池セルに供給される空気との熱交換を効率的に行う補助機器としての熱交換用中子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この熱交換用中子は、基体管が配置されたケーシングの底面上に、位置決め部材が設けられた絶縁板を介して配置されることにより、基体管内の所望の位置に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７４５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、固体酸化物形燃料電池の基体管内に配置される熱交換用中子は、基体管内で振動及び回転して基体管を破損させる可能性がある。このような場合には、熱交換用中子を介して形成される短絡回路による短絡により固体酸化物形燃料電池の発電機能が低下する可能性がある。このため、熱交換用中子による基体管の破損を防ぐことが可能な中子が望まれている。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、基体管の破損を防ぐことができ、中子を介した短絡回路の形成による発電機能の低下を防ぐことが可能な固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子及び固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子は、固体酸化物形燃料電池の略円筒形状の基体管内における熱交換部に配置される中子本体と、前記中子本体の上方に設けられ、前記基体管内に供給される燃料ガスを通過する切欠き部が設けられた絶縁性セラミックスからなる支持部材と、を具備し、前記支持部材は、前記中子本体に対して相対的に外径が大きいことを特徴とする。
【０００７】
本発明の固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子によれば、中子本体が回転及び振動した場合であっても、中子本体より相対的に外径が大きい絶縁性セラミックスで構成された支持部材が基体管の内壁と当接するので、中子本体による基体管の破損を防ぐことができ、中子を介した短絡に基づく発電機能の低下を防ぐことが可能となる。しかも、中子本体より相対的に外径が大きい絶縁性支持部材によって基体管内における熱交換用中子の位置決めを行うことも可能となる。
【０００８】
本発明の固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子においては、前記中子本体の上端に設けられ、前記中子本体に対して相対的に外径が小さい接続部材を備え、前記支持部材が前記接続部材に設けられたことが好ましい。この構成により、基体管内における燃料ガスの通過断面積が大きくなるので、基体管内を効率良く燃料ガスを流すことが可能となる。
【０００９】
本発明の固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子においては、前記中子本体の下端に設けられ、一端部が前記基体管を収容するケーシングに固定された固定部材を備え、前記固定部材は、前記中子本体に対して相対的に外径が小さいことが好ましい。この構成により、基体管から排出される排出燃料ガスの流れの妨げを防ぎつつ、基体管内からの熱交換用中子の落下を防いで基体管内に中子本体を確実に固定できる。
【００１０】
本発明の固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子においては、前記絶縁性支持部材が、アルミナ及びジルコニアの少なくとも一方からなることが好ましい。この構成により、絶縁性支持部材による基体管の破損及び破損に伴う短絡回路の形成をより一層効率良く防ぐことができる。
【００１１】
本発明の固体酸化物形燃料電池は、略円筒形状の基体管の内部に燃料ガスを供給すると共に、前記基体管の外面に設けられた燃料電池セルに酸化剤ガスを供給することにより、前記燃料電池セルで前記燃料ガスと前記酸化剤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、前記基体管の熱交換部に設けられた上記固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子と、前記基体管を収容するケーシングに設けられ、絶縁材を介して前記固定部材を前記ケーシングに位置決めして固定する位置決め部材とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の固体酸化物形燃料電池によれば、中子本体が回転及び振動した場合であっても、中子本体より相対的に外径が大きい絶縁性支持部材が基体管の内壁と当接するので、中子本体による基体管の破損を防ぐことができ、中子を介した短絡に基づく発電機能の低下を防ぐことが可能となる。しかも、中子本体より相対的に外径が大きい絶縁性支持部材によって基体管内における熱交換用中子の位置決めを行うことも可能となる。
【００１３】
本発明の固体酸化物形燃料電池においては、前記絶縁材が、接着材であることが好ましい。この構成により、熱交換用中子を効率良く固定することが可能となる。
【００１４】
本発明の固体酸化物形燃料電池においては、前記絶縁材が、断熱材であることが好ましい。この構成により、熱交換用中子への熱伝導を防ぐことが可能となる。
【００１５】
本発明の固体酸化物形燃料電池においては、前記固定部材と前記ケーシングとの間に設けられ、前記ケーシングと前記固定部材との間を絶縁する絶縁部材を備えたことが好ましい。この構成により、熱交換用中子とケーシングとの間を効率良く絶縁することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基体管の破損を防ぐことができ、中子を介した短絡回路の形成による発電機能の低下を防ぐことが可能な固体酸化物形燃料電池の熱交換用中子及び固体酸化物形燃料電池を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池モジュールを表す断面模式図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池の熱交換用下部中子の模式的な斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換用下部中子の上面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換用下部中子の上面図である。
【図４】図４は、本実施の形態に係る熱交換用下部中子の配置例の説明図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本実施の形態に係る位置決め部材の説明図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本実施の形態に係る位置決め部材の説明図である。
【図６】図６は、本実施の形態に係る固定部材の下端部の拡大図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態に係る熱交換用下部中子の模式的な斜視図である。
【図８】図８は、本実施の形態に係る熱交換用下部中子の配置例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。また、以下の各実施の形態は適宜組み合わせて実施可能である。また、各実施の形態において共通する構成要素には同一の符号を付し、説明の重複を避ける。
【００１９】
図１は、本実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池モジュールを表す断面模式図である。図１に示すように、本実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池モジュール（以下、単に、「燃料電池モジュール」ともいう）１００は、断熱材によって構成されたケーシング１０１と、このケーシング１０１内に配置され、略円筒形状の複数の基体管１０２と、この基体管１０２の上部に設けられ、基体管１０２の上部を支持する上管板１０３ａと、基体管１０２の下部に設けられ、基体管１０２の下部を支持する下管板１０３ｂと、上部管板１０３ａと下管板１０３ｂとの間に配置された上断熱体１０４ａ及び下断熱体１０４ｂとを備える。
【００２０】
上断熱体１０４ａと下断熱板１０４ｂと基体管１０２とケーシング１０１との間の空間には、発電室１０５が設けられている。ケーシング１０１と上管板１０３ａとの間の空間には、燃料供給室１０６が設けられている。ケーシング１０１と下管板１０３ｂとの間には、燃料排出室１０７が設けられている。下管板１０３ｂと下断熱体１０４ｂとの間の空間には、空気供給室１０８が設けられている。上管板１０３ａと上断熱体１０４ａとの間の空間には、空気排出室１０９が設けられている。
【００２１】
上管板１０３ａは、ケーシング１０１の上部に配置された板状部材であり、下管板１０３ｂは、ケーシング１０１の下部に配置された板状部材である。基体管１０２は、多孔質セラミックスから形成された略円筒形状の管材である。基体管１０２は、管軸方向における中央部に燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電を行なう複数の燃料電池セル１１０が設けられている。基体管１０２は、一方の開口端が燃料供給室１０６内に配置され、他方の開口端が燃料排出室１０７に配置されるように、上管板１０３ａと下管板１０３ｂとの間に支持されている。また、基体管１０２は、燃料電池セル（発電素子）１１０が発電室１０５内に位置するように配置されている。
【００２２】
上断熱体１０４ａは、ケーシング１０１の上部に配置される。上断熱体１０４ａは、断熱材料を用いたブランケット状又はボード状の断熱部材である。下断熱材１０４ｂは、ケーシング１０１の下部に配置される。下断熱材１０４ｂは、断熱材料を用いたブランケット状又はボード状の断熱部材である。上断熱体１０４ａ及び下断熱体１０４ｂには、基体管１０２が挿通される孔１１１ａ，１１１ｂが設けられている。この孔１１１ａ，１１１ｂは、直径が基体管１０２の直径よりも大きく形成されている。
【００２３】
なお、孔１１１ａ，１１１ｂの内周面の形状は、特に制限されるものではなく、平滑面として形成されていてもよく、螺旋状又は直線状の凹部（溝部）又は凸部（畝状突起部）が形成されていてもよい。孔１１１ａ，１１１ｂの内周面に凹部又は凸部を設けることにより、基体管１０２と孔１１１ｂとの間を通って発電室１０５に流入する酸化剤ガスに、排出燃料ガス１２１ａ及び下断熱体１０４ｂの熱が伝達されやすくなるので、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、基体管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の熱が伝達されやすくなるので、基体管１０２に導入される燃料ガス１２１を高温にして発電室１０５の温度を高温に保ちやすくすることができる。
【００２４】
また、基体管１０２の上端部内には、熱交換用上部中子１０が配置され、基体管１０２の下端部内には、熱交換用下部中子（熱交換用中子）２０が配置される。これらの熱交換用上部中子１０及び熱交換用下部中子２０を配置することにより、熱交換用上部中子１０と基体管１０２との間の燃料ガス１２１の流路断面積及び熱交換用下部中子２０と基体管１０２との間の排出燃料ガス１２１ａの流路断面積が小さくなるので、基体管１０２の外周を流れる酸化剤ガスである空気１２２と燃料ガス１２１及び排出燃料ガス１２１ａとの熱交換が良好となる。
【００２５】
このように、本実施の形態に係る燃料電池モジュール１００においては、基体管１０２における上断熱体１０４ａとの対向面を含む領域が上部熱交換部１２３ａとなり、基体管１０２における下断熱体１０４ｂとの対向面を含む領域が下部熱交換部１２３ｂとなる。そして、上部熱交換部１２３ａでは、基体管１０２内に導入される燃料ガス１２１と排出される排出空気１２２ａとの間で熱交換がなされ、下部熱交換部１２３ｂでは、発電室１０５内に導入される空気１２２と排出燃料ガス１２１ａとの間で熱交換がなされる。以下、上述した燃料電池モジュール１００の熱交換用下部中子２０について詳細に説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池の熱交換用下部中子２０の模式的な斜視図であり、図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換用下部中子２０の上面図である。図２に示すように、本実施の形態に係る熱交換用下部中子２０は、略円筒形状の基体管１０２内における熱交換部１２３ｂに配置される中子本体２０１と、この中子本体２０１の上方であって熱交換部１２３ｂの上方に配置され、基体管１０２内における熱交換用下部中子２０を位置決めする支持部材２０２とを具備する。中子本体２０１と支持部材２０２との間は接続部材２０３によって接続される。中子本体２０１の下端には、熱交換用中子２０をケーシング１０１の底面に固定する固定部材２０４が接続されている。この熱交換用下部中子２０は、中子本体２０１の外径ｄ１、支持部材２０２の外径ｄ２、接続部材２０３の外径ｄ３及び固定部材２０４の外径ｄ４がそれぞれ異なる異径構造を有する。なお、本実施の形態では、支持部材２０２が接続部材２０３の上端に接続された例について説明するが、支持部材２０２は、中子本体２０１の上方に配置すればよく、例えば、接続部材２０３の中央部に配置してもよい。
【００２７】
中子本体２０１は、略円柱形状をなしており、ステンレススチールなどの金属材料で形成された中実部材である。この中子本体２０１は、外径ｄ１が基体管１０２の内径より小さくなるように形成される。このように中子本体２０１を形成することにより、中子本体２０１の外周面と基体管１０２の内周面との間の空間を狭くすることが可能となるので、熱交換部１２３ｂにおける排出燃料ガス１２１ａと空気１２１との熱交換を効率良く行うことが可能となる。なお、本実施の形態では、中子本体２０１が略円筒形状である例について説明したが、中子本体２０１は、中子本体２０１の外面と基体管１０２の内周面との間の空間に排出燃料ガス１２１ａを流すことができる形状であれば必ずしも略円柱形状である必要はない。同様に、中子本体２０１は、必ずしも中実部材で構成する必要はなく、例えば、円筒形状などの中空部材としてもよい。
【００２８】
支持部材２０２は、略円柱形状をなしており、例えば、アルミナ及びジルコニアなどの絶縁性セラミックス材料による中実部材として形成される。この支持部材２０２は、外径ｄ２が基体管１０２の内径以下に形成されると共に、中子本体２０１の外径ｄ１より相対的に大きく形成される。このように支持部材２０２を形成することにより、支持部材２０２の外面と基体管１０２内面とが近接して配置されるので、熱交換用下部中子２０が回転又は振動した場合であっても、支持部材２０２の外面と基体管１０２の内面とが当接することにより、金属材料で構成された中子本体２０１と基体管１０２との接触による基体管１０２の損傷を防ぐことが可能となる。そして、支持部材２０２は、絶縁性セラミックス材料で構成されているので、支持部材２０２の外面と基体管１０２の内面とが当接しても、基体管１０２の内周面の損傷及び損傷に伴う短絡を防ぐことが可能となる。
【００２９】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、支持部材２０２は、上面視にて略円形形状をなしており、外周面から内側に向けて切り欠かれた複数の切欠き部２０２ａを有する。このように複数の切欠き部２０２ａを設けることにより、支持部材２０２の外径ｄ２を基体管１０２の内径と略同一にした場合であっても、切欠き部２０２ａを介して燃料ガス１２１を基体管１０２の熱交換部１２３ｂに向けて供給することが可能となる。そして、支持部材２０２の外径ｄ２を基体管１０２の内径と略同一にした場合には、基体管１０２の内周面と支持部材２０２の非切欠き部２０３ｂとが当接するので、基体管１０２における熱交換用下部中子の位置を安定化させることが可能となる。なお、切欠き部２０２ａの数に特に制限はなく、例えば、図３Ａに示すように、３つの切欠き部２０２ａを設けてもよく、図３Ｂのように４つの切欠き部２０２ａを設けてもよい。切欠き部２０２ａの数を増やすことにより、熱交換用中子２０を基体管１０２内に配置した際の支持部材２０２における燃料ガス１２１の通過断面積が増大するので、熱交換部１２３ｂに向けて効率良く燃料ガス１２１を供給することが可能となる。また、切欠き部２０２ａの数を少なくすることにより、基体管１０２と当接し得る非切欠き部２０２ｂの面積が増大するので、基体管１０２に熱交換用中子２０を安定して支持することが可能となる。
【００３０】
接続部材２０３は、略円柱形状をなしており、ステンレススチールなどの金属材料で形成された中実部材である。接続部材２０３は、中子本体２０１と溶接によって接続され、支持部材２０２と接着材などによって接着される。なお、接続部材２０３は、上端部の外周面にネジ山を設けて支持部材２０２に設けられたネジ穴に螺合して固定してもよい。この接続部材２０３は、外径ｄ３が中子本体２０１の外径ｄ１より相対的に小さくなるように形成される。このように接続部材２０２を形成することにより、基体管１０２における燃料ガス１２１の通過断面積が大きくなるので、燃料ガス１２１を均一に分配して熱交換部１２３ｂに向けて効率良く供給することが可能となる。なお、本実施の形態では、接続部材２０３が略円筒形状である例について説明したが、接続部材２０３は、熱交換部１２３ｂに向けて燃料ガス１２１を供給できる形状であれば略円柱形状である必要はない。同様に、接続部材２０３は、必ずしも中実部材で構成する必要はなく、例えば、円筒形状などの中空部材としてもよい。
【００３１】
固定部材２０４は、略円柱形状をなしており、ステンレススチールなどの金属材料で形成された中実部材である。固定部材２０４は、一端側が中子本体２０１と溶接によって接続される。この固定部材２０３は、外径ｄ４が中子本体２０１の外径ｄ１より相対的に小さくなるように形成される。このように固定部材２０４を形成することにより、ケーシング１０１内の燃料排出室１０７における固定部材２０４の占有率を小さくできるので、排出燃料ガス１２１ａの流れの妨げを防いて均一に分配して排出口１０１ｂから排出することが可能となる。なお、本実施の形態では、固定部材２０４が略円筒形状である例について説明したが、固定部材２０４は、熱交換用下部中子２０をケーシング１０１に固定できる形状であれば略円柱形状である必要はない。同様に、固定部材２０３は、必ずしも中実部材で構成する必要はなく、例えば、円筒形状などの中空部材としてもよい。
【００３２】
次に、図４を参照して熱交換用下部中子２０の配置の一例について説明する。図４は、本実施の形態に係る熱交換用下部中子２０の配置例の説明図である。図４に示すように、本実施の形態では、熱交換用下部中子２０は、中子本体２０１が基体管１０２内における熱交換部１２３ｂ内に配置され、支持部材２０２及び接続部２０３が基体管１０２内における熱交換部１２３ｂの上方に配置され、固定部材２０４が熱交換部１２３ｂの下方に配置される。固定部材２０４の下端は、基体管１０２外のケーシング１０１上に固定され、ケーシング１０１に設けられた位置決め部材１０１ａによって位置決めされる。このように固定部材２０４をケーシング１０１の底面に配置することにより、基体管１０２内からの熱交換用中子２０の落下を防いで確実に中子本体２０１を基体管１０２における熱交換部１２３ｂに配置することが可能となる。固定部材２０４の下端は、位置決め部材１０１ａと固定部材２０４との間に設けられた絶縁材３０によって固定される。このように、絶縁材３０を介して固定部材２０４の下端部を固定することにより、ケーシング１０１及び位置決め部材１０１ａと熱交換用中子２０との間を絶縁することができる。位置決め部材１０１ａは、例えば、ステンレススチールなどの金属材料で構成される。また、絶縁材３０としては、グラスウールなどの断熱材及び接着材を用いることができる。
【００３３】
図５Ａ及び図５Ｂは、本実施の形態に係る位置決め部材１０２ａの説明図である。なお、図５Ａ及び図５Ｂにおいては、図４のＶ−Ｖ線断面を模式的に示している。図５Ａに示すように、位置決め部材１０２ａは、内径ｄ５が固定部材２０４の外径ｄ４に対して相対的に大きい平面視にて略円環形状となるように設けてもよい。このように位置決め部材１０２ａを設けることにより、固定部材２０４の下端部の外周面の全面を位置決め部材１０２ａによって支持できるので、固定部材２０４を効率良く位置決めすることが可能となる。この場合、絶縁材３０は、図５Ａに示すように、固定部材２０４の下端部の外周の全面に亘って設けてもよく、部分的に設けてもよい。また、図５Ｂに示すように、位置決め部材１０２ａは、固定部材２０４の下端部の外周面に対向する複数の箇所（図５に示す例では、３箇所）に点状に設けてもよい。この場合、絶縁材３０は、各位置決め部材１０２ａと固定部材２０４との間にそれぞれ配置する。このように位置決め部材１０２ａを設けることにより、位置決め部材１０２ａの設置に伴うコストの削減及び重量増大の抑制が可能となる。
【００３４】
次に、本実施の形態に係る燃料電池モジュール１００の動作について説明する。燃料電池モジュール１００の空気供給室１０８には、空気１２２が導入される。この空気１２２は。下断熱材１０４ｂの孔１１１ｂと基体管１０２との間の隙間を通って、発電室１０５内に供給される。また、燃料供給室１０６には燃料ガス１２１が導入される。この燃料ガス１２１は、基体管１０２の内部を通って発電室１０５内に供給される。これらの発電室１０５内に導入された空気１２２及び燃料ガス１２１は、燃料電池セル１１０で発電に用いられる。発電に用いられた空気１２２は、空気排出室１０９を介して排出口１０１ａから燃料電池モジュール１００の外部に排出空気１２２ａとして排出される。発電に用いられた燃料ガス１２１は、燃料排出室１０７を介して排出口１０１ｂから燃料電池モジュール１００の外部に排出空気１２２ａとして排出される。
【００３５】
ここで、本実施の形態に係る燃料電池モジュールにおいては、空気１２２と燃料ガス１２１とは、発電室１０５内で基体管１０２の内側又は外側を互いに逆向きに流れている。これにより、発電に用いられて高温となった排出燃料ガス１２１ａが熱交換用中子２０の外面を流れて発電に用いられる前の空気１２２とが下部熱交換部１２３ｂで熱交換すると共に、発電に用いられて高温となった排出空気１２２ａと発電に利用される前の燃料ガス１２２とが上部熱交換部１２３ａで熱交換する。これにより、反応に利用されて高温となった排出燃料ガス１２１ａ及び排出空気１２２ａが熱交換により冷却された後、燃料排出室１０７及び空気排出室１０９に供給される。この結果、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と共に、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℃）にすることが可能となる。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池モジュール１００の熱交換用下部中子２０によれば、中子本体２０１が基体管１０２で回転及び振動した場合であっても、中子本体２０１より外径２０２が大きい絶縁性セラミックスで構成された支持部材２０２が基体管１０２の内壁と当接するので、中子本体２０１による基体管１０２の破損及び破損による短絡を防ぐことができ、熱交換用下部中子２０を介した短絡に基づく発電機能の低下を防ぐことが可能となる。しかも、中子本体２０１より外径ｄ２が大きい支持部材２０２によって基体管内における熱交換用下部中子２０の位置決めを行うことも可能となる。
【００３７】
なお、上述した実施の形態においては、中子本体２０１と支持部材２０２とを接続部材２０３によって接続した例について説明したが、熱交換用下部中子２０は、この構成に限定されない。熱交換用下部中子２０は、接続部材２０３を介さずに中子本体２０１と支持部材２０２とを固定した構成であってもよい。
【００３８】
また、上述した実施の形態においては、中子本体２０１の下部に固定部材２０４を設けて熱交換用下部中子２０を固定する例について説明したが、熱交換用下部中子２０は、この構成に限定されない。熱交換用下部中子２０は、固定部材２０４設けずに中子本体２０１を基体管１０２に固定した構成であってもよい。
【００３９】
さらに、上述した実施の形態においては、ケーシング１０１に設けた位置決め部材１０１ａによって固定部材２０４を位置決めする例について説明したが、位置決め部材１０１ａは、必ずしも設ける必要はない。
【００４０】
さらに、上述した実施の形態においては、固定部材２０４の下端をケーシング１０１上に設置した例について説明したが、図６に示すように、固定部材２０４とケーシング１０１の底面との間に絶縁部材３１を配置してもよい。このように絶縁部材３１を設けることにより、固定部材２０４を保持して熱交換用下部中子２０の回転を防ぐことができると共に、固定部材２０４とケーシング１０１との間をより確実に絶縁して短絡を防ぐことが可能となる。また、このように絶縁部材３１を配置することにより、ケーシング１０１の底面の全面に亘って絶縁部材を設ける必要がないので、コストの大幅な削減及び固体酸化物形燃料電池モジュール１００の組立性及び運搬性が大幅に向上する。絶縁部材３１としては、各種絶縁材料を用いることが可能である。絶縁性樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトンなどの耐熱性に優れた絶縁性樹脂が好ましい。このような耐熱性に優れた絶縁性樹脂を用いることにより、運転時に高温となるケーシング１０１においても、長期に亘って固定部材２０４とケーシング１０１との間の絶縁が可能となる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下においては、上述した第１の実施の形態との相違点を中心に説明し、説明の重複を避ける。
【００４２】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る熱交換用下部中子２１の模式的な斜視図である。図７に示すように、本実施の形態に係る熱交換用下部中子２１は、ステンレススチールなどの金属材料で構成された略円筒形状の中子本体２０５の上端に、上述した第１の実施の形態に係る熱交換用下部中子２０と同様の支持部材２０２が設けられている。中子本体２０５は、下端部２０５ａが切り欠かれて径が拡張されている。また、中子本体２０５は、外径ｄ６が支持部材２０２の外径ｄ２に対して相対的に小さく形成されている。
【００４３】
図８は、本実施の形態に係る熱交換用下部中子２１の配置例の説明図である。図８に示すように、本実施の形態に係る熱交換用下部中子２１は、基体管１０２の下端の開口から基体管１０２内に挿入され、中子本体２０５の上部から中央部の範囲が基体管１０２における熱交換部１２３ｂに配置される。また、熱交換用下部中子２１は、中子本体２０５の下端部２０５ａの外周面と基体管１０２の内周面とが接着材によって固定される。このように熱交換用下部中子２１を配置することによっても、上述した第１の実施の形態に係る熱交換用下部中子２０と同様に、中子本体２０５が基体管１０２で回転及び振動した場合であっても、中子本体２０５より外径２０２が大きい絶縁性セラミックスで構成された支持部材２０２が基体管１０２の内壁と当接するので、中子本体２０１による基体管１０２の破損及び破損による短絡を防ぐことができ、熱交換用下部中子２１を介した短絡に基づく発電機能の低下を防ぐことが可能となる。しかも、中子本体２０５より外径ｄ２が大きい支持部材２０２によって基体管内における熱交換用下部中子２１の位置決めを行うことも可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  熱交換用上部中子
１０１  ケーシング
１０１ａ  位置決め部材
１０２  基体管
１０３ａ  上管板
１０３ｂ  下管板
１０４ａ  上断熱体
１０４ｂ  下断熱体
１０５  発電室
１０６  燃料供給室
１０７  燃料排出室
１０８  空気供給室
１０９  空気排出室
１１０  燃料電池セル
１１１ａ，１１１ｂ  孔
１２１  燃料ガス
１２１ａ  排出燃料ガス
１２２  空気
１２２ａ  排出空気
１２３ａ  上部熱交換部
１２３ｂ  下部熱交換部
２０，２１  熱交換用下部中子
２０１，２０５  中子本体
２０２  支持部材
２０３  接続部材
２０３ａ  切欠き部
２０３ｂ  非切欠き部
２０４  固定部材
２０５ａ  下端部
３０  絶縁材
３１  絶縁部材
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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