(57)【要約】【課題】発熱部からの過剰な放熱を阻止するとともに、断熱容量の削減及び製造費の削減を図り、熱自立及び熱効率の向上を遂行可能にする。【解決手段】燃料電池モジュール１０は、燃料電池スタック２８と、熱交換器３０と、蒸発器３２と、改質器３４と、少なくとも前記燃料電池スタック２８、前記熱交換器３０、前記蒸発器３２又は前記改質器３４を昇温させる燃焼器３６とを備える。燃料電池モジュール１０は、内側断熱層７０及び外側断熱層７２により囲繞される。内側断熱層７０は、高温領域で使用される一方、外側断熱層７２は、低温領域で使用されるとともに、前記内側断熱層７０は、前記外側断熱層７２よりも金属成分を多く含有して構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックと、酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給する前に加熱する熱交換器と、炭化水素を主体とする原燃料と水を蒸発させた水蒸気との混合燃料を生成する蒸発器と、前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、少なくとも前記燃料電池スタック、前記熱交換器、前記蒸発器又は前記改質器を昇温させる燃焼器とを備える燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池モジュールを囲繞する複数の断熱層を備え、
複数の前記断熱層は、内側断熱層が外側断熱層よりも金属成分を多く含有して構成されることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池モジュールにおいて、複数の前記断熱層は、前記内側断熱層が前記外側断熱層よりも緻密体で構成されることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池モジュールにおいて、前記内側断熱層と前記外側断熱層との間に流体通路が設けられるとともに、
前記流体通路には、前記燃料電池モジュールからの放熱を吸収可能な流体が通流することを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、前記流体は、前記熱交換器に供給される前の前記酸化剤ガスであることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項５】
請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、前記流体は、前記蒸発器に供給される前の前記水であることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項６】
請求項１又は２記載の燃料電池モジュールにおいて、前記内側断熱層と前記外側断熱層との間に第１流体通路及び第２流体通路が設けられるとともに、
前記第１流体通路には、前記熱交換器に供給される前の前記酸化剤ガスが通流する一方、
前記第２流体通路には、前記蒸発器に供給される前の前記水が通流することを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記外側断熱層の一部にろ過部が設けられるとともに、
前記ろ過部には、前記流体通路を流通する前の前記流体をろ過するためのろ過用孔部が形成されることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする燃料電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池が積層される燃料電池スタックと、酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給する前に加熱する熱交換器と、炭化水素を主体とする原燃料と水を蒸発させた水蒸気との混合燃料を生成する蒸発器と、前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、少なくとも前記燃料電池スタック、前記熱交換器、前記蒸発器又は前記改質器を昇温させる燃焼器とを備える燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この固体電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
固体酸化物形燃料電池に供給される燃料ガスは、通常、改質装置によって炭化水素系の原燃料から生成される水素ガス、ＣＯ、メタンが使用されている。改質装置では、一般的に、メタンやＬＮＧ等の化石燃料等の炭化水素系の原燃料から改質原料ガスを得た後、この改質原料ガスに水蒸気改質や部分酸化改質、又はオートサーマル改質等を施すことにより、改質ガス（燃料ガス）が生成されている。
【０００４】
ところで、上記の固体酸化物形燃料電池の運転温度は、数百℃と相当に高温であり、通常、数百℃（６００〜８００℃前後）に設定されている。このため、外部への放熱が大きくなって熱効率が低下する一方、固体酸化物形燃料電池を断熱収容するための断熱容量が相当に大きくなり、断熱コストが高騰するという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池用改質システムは、図９に示すように、改質器１ａ、高温変成器２ａ、低温変成器３ａ及び選択酸化器４ａを含んでおり、これらが個別の内側断熱材５ａにより覆われている。各内側断熱材５ａを覆って外側断熱材６ａが設けられるとともに、前記外側断熱材６ａ内には、各反応器（１ａ、２ａ、３ａ及び４ａ）の排熱を回収するための熱回収熱交換器７ａが設けられている。
【０００６】
また、特許文献２に開示されている燃料電池発電システムは、図１０に示すように、燃料電池１ｂと、この燃料電池１ｂに供給される燃料ガスを改質する改質器２ｂと、前記燃料電池１ｂの燃料排ガスを燃焼させる燃焼器３ｂと、前記燃焼器３ｂの燃焼排ガスと前記燃料電池１ｂに供給される空気等を熱交換させる熱回収熱交換器４ｂとを備えている。
【０００７】
燃料電池１ｂ、改質器２ｂ、燃焼器３ｂ及び熱回収熱交換器４ｂは、断熱材で形成されたケーシング５ｂ内に収納されている。ケーシング５ｂは、高温用断熱材で形成されたケーシング本体６ｂと、前記ケーシング本体６ｂの外側を覆い、且つ高温用断熱材より熱伝達率が小さい断熱材よりなる断熱層７ｂとを備えている。
【０００８】
さらにまた、特許文献３に開示されている断熱容器構造では、図１１に示すように、容器１ｃが内側断熱層２ｃと外側断熱層３ｃとからなる二重構造を有している。内側断熱層２ｃの内部は、燃料を燃焼用空気により燃焼させた燃焼ガスの流路４ｃを構成するとともに、前記内側断熱層２ｃと外側断熱層３ｃとの間は、燃焼用空気の供給流路５ｃとを構成し、前記流路４ｃは、改質器６ｃ及び燃焼器７ｃが収容されている。供給流路５ｃに導入される燃焼用空気は、流路４ｃ内の燃焼ガスにより予熱され、内側断熱層２ｃの内部に供給されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−６８１３５号公報
【特許文献２】特開２００４−８７３６２号公報
【特許文献３】特開２００５−１９４１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の特許文献１では、改質器１ａ、高温変成器２ａ、低温変成器３ａ及び選択酸化器４ａが、それぞれ内側断熱材５ａにより個別に覆われているため、構造が複雑化するとともに、製造費が高騰するという問題がある。しかも、内側断熱材５ａと外側断熱材６ａとは、機能による差別化がなされておらず、改質システム全体の熱効率の向上を図ることができないという問題がある。
【００１１】
また、上記の特許文献２では、高温機器である燃料電池１ｂ、改質器２ｂ及び熱回収熱交換器４ｂとケーシング本体６ｂとの間に、多くの空間が存在している。このため、ケーシング本体６ｂ内には、対流が発生し易く、放熱が促進されてしまうおそれがある。さらに、ケーシング本体６ｂと断熱層７ｂとの熱伝達率の関係が示されているものの、特に高温機器からの輻射熱を抑制することができないという問題がある。
【００１２】
さらにまた、上記の特許文献３では、容器１ｃを構成する内側断熱層２ｃと外側断熱層３ｃとは、単に断熱機能を有するだけである。これにより、特に、改質器６ｃ及び燃焼器７ｃからの輻射熱を抑制することができず、断熱容量の削減を図ることができないという問題がある。
【００１３】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、発熱部からの過剰な放熱を阻止するとともに、断熱容量の削減及び製造費の削減を図り、しかも熱自立の促進及び熱効率の向上が遂行可能な燃料電池モジュール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】
【００１４】
本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックと、酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給する前に加熱する熱交換器と、炭化水素を主体とする原燃料と水を蒸発させた水蒸気との混合燃料を生成する蒸発器と、前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、少なくとも前記燃料電池スタック、前記熱交換器、前記蒸発器又は前記改質器を昇温させる燃焼器とを備える燃料電池モジュールに関するものである。
【００１５】
燃料電池モジュールは、前記燃料電池モジュールを囲繞する複数の断熱層を備え、複数の前記断熱層は、内側断熱層が外側断熱層よりも金属成分を多く含有して構成されている。
【００１６】
また、複数の断熱層は、内側断熱層が外側断熱層よりも緻密体で構成されることが好ましい。このため、比較的緻密体である内側断熱層は、高温度域の輻射熱を抑制する一方、比較的多孔体である外側断熱層は、低温度域の熱伝導を抑制することができる。従って、内側断熱層及び外側断熱層は、それぞれの温度域で最適な断熱が可能になり、燃料電池モジュールの放熱の低減、熱自立の促進、熱効率の向上、断熱材の容量削減及び製造費の削減を図ることができる。
【００１７】
さらに、内側断熱層と外側断熱層との間に流体通路が設けられるとともに、前記流体通路には、燃料電池モジュールからの放熱を吸収可能な流体が通流することが好ましい。これにより、流体通路を通流する流体は、内側断熱層で断熱されずに放熱された熱を効果的に吸収することができ、燃料電池モジュールの放熱の低減、熱自立の促進及び熱効率の向上を図ることが可能になる。
【００１８】
さらにまた、流体は、熱交換器に供給される前の酸化剤ガスであることが好ましい。従って、放熱吸収により昇温された酸化剤ガスが、燃料電池モジュールに供給されるため、熱交換器の性能及び効率を高く設定する必要がなく、前記熱交換器の簡素化及び低コスト化を図ることができる。
【００１９】
また、流体は、蒸発器に供給される前の水であることが好ましい。このため、放熱吸収により昇温された水が、燃料電池モジュールに供給されることにより、蒸発器の性能及び効率を高く設定する必要がなく、前記蒸発器の簡素化及び低コスト化を図ることができる。
【００２０】
さらに、内側断熱層と外側断熱層との間に第１流体通路及び第２流体通路が設けられるとともに、前記第１流体通路には、熱交換器に供給される前の酸化剤ガスが通流する一方、前記第２流体通路には、蒸発器に供給される前の水が通流することが好ましい。これにより、放熱吸収により昇温された酸化剤ガス及び水が、燃料電池モジュールに供給されるため、熱交換器及び蒸発器の性能及び効率を高く設定する必要がなく、前記熱交換器及び前記蒸発器の簡素化及び低コスト化を図ることができる。
【００２１】
さらにまた、外側断熱層の一部にろ過部が設けられるとともに、前記ろ過部には、流体通路を流通する前の流体をろ過するためのろ過用孔部が形成されることが好ましい。従って、ろ過部は、流体の吸入孔として機能するとともに、燃料電池モジュールに塵埃等の異物が進入したり、前記異物による詰まりが発生したりすることを阻止し、圧力損失の増加を抑制することができる。
【００２２】
また、燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることが好ましい。すなわち、運転温度が高く、起動時及び停止時の昇温及び降温が広範囲である高温型燃料電池モジュールに適用することにより、前記燃料電池モジュールの放熱の低減、熱自立の促進及び熱効率の向上を図ることが可能になる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、燃料電池モジュールを囲繞する複数の断熱層は、内側断熱層が外側断熱層よりも金属成分を多く含有している。このため、金属成分が多い内側断熱層は、高温度域の輻射熱を抑制する一方、金属成分の少ない外側断熱層は、低温度域の熱伝導を抑制することができる。従って、内側断熱層及び外側断熱層は、それぞれの温度域で最適な断熱が可能になり、燃料電池モジュールの放熱の低減、熱自立の促進、熱効率の向上、断熱材の容量削減及び製造費の削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池モジュール１０の断面説明図であり、図２は、前記燃料電池モジュール１０を組み込む燃料電池システム１２の機械系回路を示す概略構成説明図である。
【００２５】
燃料電池システム１２は、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。燃料電池システム１２は、燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電する燃料電池モジュール（ＳＯＦＣモジュール）１０と、前記燃料電池モジュール１０に原燃料（例えば、都市ガス）を供給する原燃料供給装置（燃料ガスポンプを含む）１６と、前記燃料電池モジュール１０に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置（空気ポンプを含む）１８と、前記燃料電池モジュール１０に水を供給する水供給装置（水ポンプを含む）２０とを備える。
【００２６】
燃料電池モジュール１０は、図示しないが、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される固体電解質（固体酸化物）をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体２２とセパレータ２４とが積層される固体酸化物形の燃料電池２６を設け、複数の前記燃料電池２６が鉛直方向に積層される固体酸化物形の燃料電池スタック２８を備える。
【００２７】
燃料電池スタック２８の積層方向上端側（又は積層方向下端側）には、酸化剤ガスを前記燃料電池スタック２８に供給する前に加熱する熱交換器３０と、原燃料と水蒸気との混合燃料を生成するために、水を蒸発させる蒸発器３２と、前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器３４とが配設される。
【００２８】
燃料電池スタック２８の積層方向下端側（又は積層方向上端側）には、少なくとも燃料電池スタック２８、熱交換器３０、蒸発器３２又は改質器３４を昇温させる燃焼器３６と、前記燃料電池スタック２８を構成する燃料電池２６に積層方向（矢印Ａ方向）に沿って締め付け荷重を付与するための荷重付与機構３８とが配設される。
【００２９】
改質器３４は、都市ガス（原燃料）中に含まれるエタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ6）及びブタン（Ｃ4Ｈ10）等の高級炭化水素（Ｃ2+）を、主としてメタン（ＣＨ4）、水素、ＣＯを含む燃料ガスに水蒸気改質するための予備改質器であり、数百℃の作動温度に設定される。
【００３０】
燃料電池２６は、作動温度が数百℃と高温であり、電解質・電極接合体２２では、燃料ガス中のメタンが改質されて水素、ＣＯが得られ、この水素、ＣＯがアノード電極に供給される。
【００３１】
図１に示すように、熱交換器３０は、燃料電池スタック２８から排出される使用済み反応ガス（以下、排ガス又は燃焼排ガスともいう）を流すための第１排ガス通路４４と、被加熱流体である空気を排ガスと対向流に流すための空気通路４６とを有する。第１排ガス通路４４は、蒸発器３２に水を蒸発させるための熱源として排ガスを供給するための第２排ガス通路４８に連通する。第１排ガス通路４４は、排気管５０に連通する。空気通路４６の上流側は、空気供給管５２に連通するとともに、前記空気通路４６の下流側は、燃料電池スタック２８の酸化剤ガス供給連通孔５３に連通する。
【００３２】
蒸発器３２は、互いに同軸上に配設される外管部材５４ａと内管部材５４ｂとを備える二重管構造を採用し、この二重管は、第２排ガス通路４８内に配置される。外管部材５４ａと内管部材５４ｂとの間には、原燃料通路５６が形成されるとともに、前記内管部材５４ｂ内には、水通路５８が形成される。蒸発器３２の第２排ガス通路４８は、主排気管６０に連通する。
【００３３】
外管部材５４ａには、改質器３４の入口部に連結される混合燃料供給管６２が接続される。改質器３４の出口側には、改質ガス供給路６４の一端が連結されるとともに、前記改質ガス供給路６４の他端は、燃料電池スタック２８の燃料ガス供給連通孔６６に連通する。なお、蒸発器３２は、上記の二重管構成に代えて、加熱部と混合部（例えば、エジェクタ型混合部）とを備える構成を採用してもよい。
【００３４】
図２に示すように、原燃料供給装置１６は、原燃料通路５６に接続される。酸化剤ガス供給装置１８は、空気供給管５２に接続されるとともに、水供給装置２０は、水通路５８に接続される。
【００３５】
図１に示すように、燃料電池モジュール１０は、複数の断熱層、第１の実施形態では、内側断熱層７０及び外側断熱層７２により囲繞される。内側断熱層７０は、高温領域で使用される一方、外側断熱層７２は、低温領域で使用されるとともに、例えば、前記内側断熱層７０は、前記外側断熱層７２よりも金属成分を多く含有して構成される。
【００３６】
具体的には、内側断熱層７０は、ＴｉＯ2（酸化チタン）、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）又はＡｇ（銀）等を含有するとともに、前記内側断熱層７０は、外側断熱層７２よりも緻密体で構成される。外側断熱層７２は、真空乃至ポーラス構造を採用する。内側断熱層７０及び外側断熱層７２としては、例えば、図３に示す各種の製品が使用可能である。
【００３７】
このように構成される燃料電池モジュール１０の動作について、以下に説明する。
【００３８】
図２に示すように、原燃料供給装置１６の駆動作用下に、原燃料通路５６には、例えば、都市ガス（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10を含む）等の原燃料が供給される。一方、水供給装置２０の駆動作用下に、水通路５８には、水が供給されるとともに、空気供給管５２には、酸化剤ガス供給装置１８を介して酸化剤ガスである、例えば、空気が供給される。
【００３９】
図１に示すように、蒸発器３２では、原燃料通路５６を流れる原燃料に水蒸気が混在されて混合燃料が得られ、この混合燃料は、混合燃料供給管６２を介して改質器３４の入口部に供給される。混合燃料は、改質器３４内で水蒸気改質され、Ｃ2+の炭化水素が除去（改質）されてメタンを主成分とする改質ガスが得られる。この改質ガスは、改質器３４の出口部に連通する改質ガス供給路６４を通って燃料電池スタック２８の燃料ガス供給連通孔６６に供給される。
【００４０】
このため、改質ガス中のメタンが改質されて水素ガス、ＣＯが得られる。この水素ガス、ＣＯを主成分とする改質ガス（燃料ガス）は、アノード電極（図示せず）に供給される。
【００４１】
一方、空気供給管５２から熱交換器３０に供給される空気は、この熱交換器３０の空気通路４６に沿って移動する際、第１排ガス通路４４に沿って移動する後述する排ガスとの間で熱交換が行われ、所望の温度に予め加温されている。熱交換器３０で加温された空気は、燃料電池スタック２８の酸化剤ガス供給連通孔５３に供給され、図示しないカソード電極に供給される。
【００４２】
従って、電解質・電極接合体２２では、燃料ガスと空気との電気化学反応により発電が行われる。各電解質・電極接合体２２の外周部に排出される高温（数百℃）の排ガスは、熱交換器３０の第１排ガス通路４４を通って空気と熱交換を行い、この空気を所望の温度に加温して温度低下が惹起される。
【００４３】
この排ガスは、第２排ガス通路４８に沿って移動することにより、水通路５８を通過する水を蒸発させる。蒸発器３２を通過した排ガスは、主排気管６０を介して外部に排出される。
【００４４】
この場合、第１の実施形態では、図１に示すように、燃料電池モジュール１０が、複数の断熱層である内側断熱層７０及び外側断熱層７２により囲繞されるとともに、前記内側断熱層７０は、前記外側断熱層７２よりも金属成分を多く含有して構成されている。
【００４５】
ここで、内側断熱層７０は、燃料電池モジュール１０を直接囲繞しており、高温度域の断熱層を構成する一方、外側断熱層７２は、前記内側断熱層７０の外周に配置されており、低温度域の断熱層を構成している。このため、金属成分が多い内側断熱層７０は、燃料電池モジュール１０の運転による高温度域の輻射熱を抑制する一方、金属成分の少ない外側断熱層７２は、低温度域の熱伝達を抑制することができる。
【００４６】
従って、内側断熱層７０及び外側断熱層７２は、それぞれの温度域で最適な断熱が可能になり、燃料電池モジュール１０の放熱の低減、熱自立の促進、熱効率の向上、断熱層の容量削減及び製造費の削減を確実に図ることができるという効果が得られる。
【００４７】
また、内側断熱層７０は、外側断熱層７２よりも緻密体で構成されている。このため、緻密体である内側断熱層７０は、一層高温度域の輻射熱の抑制を図る一方、真空乃至ポーラス構造の外側断熱層７２は、一層低温度域の熱伝導を抑制することが可能になるという利点がある。
【００４８】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池モジュール８０の断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池モジュール１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３〜第６の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
燃料電池モジュール８０は、複数の断熱層である金属メッキ層８２、内側断熱層７０及び外側断熱層７２により囲繞される。この金属メッキ層８２は、例えば、銀メッキやアルミニウムメッキ等により構成される。
【００５０】
これにより、第２の実施形態では、燃料電池モジュール８０を囲繞して金属メッキ層８２が設けられるため、この金属メッキ層８２を介し、高温度域の輻射熱を一層確実に抑制することができるという効果が得られる。
【００５１】
なお、第２の実施形態では、燃料電池モジュール８０を金属メッキ層８２、内側断熱層７０及び外側断熱層７２の３層の断熱層で囲繞しているが、これに限定されるものではなく、例えば、４層以上の断熱層を設けることも可能である。
【００５２】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池モジュール９０の断面説明図である。
【００５３】
燃料電池モジュール９０は、内側断熱層７０と外側断熱層７２とを有するとともに、前記内側断熱層７０及び前記外側断熱層７２の間に、流体通路９２が設けられる。流体通路９２には、通路入口９４から燃料電池モジュール９０の放熱を吸収可能な流体、例えば、熱交換器３０に供給される前の空気（酸化剤ガス）が導入される。
【００５４】
流体通路９２は、燃料電池モジュール９０の全周を周回して設けられていてもよく、あるいは、複数本に分割して設けられていてもよい。流体通路９２の上部側には、空気管路５２ａが連通しており、前記空気管路５２ａが熱交換器３０の空気通路４６に連通する。
【００５５】
このように構成される第３の実施形態では、流体通路９２を流れる空気は、内側断熱層７０で断熱されずに放熱された熱を効果的に吸収することができ、燃料電池モジュール９０の放熱の低減、熱自立の促進及び熱効率の向上を図ることが可能になる。しかも、放熱吸収により昇温された空気は、燃料電池モジュール９０の熱交換器３０に供給されている。このため、熱交換器３０の性能及び効率を高く設定する必要がなく、前記熱交換器３０の簡素化及び低コスト化を図ることができるという利点がある。
【００５６】
図６は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池モジュール１００の断面説明図である。
【００５７】
燃料電池モジュール１００は、内側断熱層７０及び外側断熱層７２により囲繞されるとともに、前記内側断熱層７０と前記外側断熱層７２との間に、流体通路１０２が設けられる。この流体通路１０２には、通路入口１０４から燃料電池モジュール１００の放熱を吸収可能な流体、例えば、蒸発器３２に供給される前の水が導入される。流体通路１０２の上部側には、内管部材５４ｂが連通する。
【００５８】
このように構成される第４の実施形態では、流体通路１０２を流通する水は、内側断熱層７０で断熱されずに放熱された熱を効果的に吸収することができ、燃料電池モジュール１００の放熱の低減、熱自立の促進及び熱効率の向上を図ることが可能になる。しかも、放熱吸収により昇温された水は、燃料電池モジュール１００の蒸発器３２に供給されている。従って、蒸発器３２の性能及び効率を高く設定することがなく、前記蒸発器３２の簡素化及び低コスト化を図ることができる。
【００５９】
図７は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池モジュール１１０の断面説明図である。
【００６０】
燃料電池モジュール１１０は、内側断熱層７０及び外側断熱層７２により囲繞されるとともに、前記内側断熱層７０と前記外側断熱層７２との間に、第１流体通路１１２ａ及び第２流体通路１１２ｂが設けられる。第１流体通路１１２ａには、流体入口１１４ａから熱交換器３０に供給される前の空気が導入される一方、第２流体通路１１２ｂには、流体入口１１４ｂから蒸発器３２に供給される前の水が導入される。
【００６１】
このように構成される第５の実施形態では、放熱吸収により昇温された空気及び水が、燃料電池モジュール１１０に供給されている。このため、熱交換器３０及び蒸発器３２の性能及び効率を高く設定する必要がなく、前記熱交換器３０及び前記蒸発器３２の簡素化及び低コスト化を図ることができるという効果がある。
【００６２】
図８は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池モジュール１２０の断面説明図である。
【００６３】
燃料電池モジュール１２０は、内側断熱層７０及び外側断熱層７２により囲繞されるとともに、前記内側断熱層７０と前記外側断熱層７２との間に、複数の流体通路１２２が形成される。各流体通路１２２の下端部側が閉塞されるとともに、前記流体通路１２２の上端部側は、管路１２４を介してポンプ１２６に連通する。このポンプ１２６の吐出側には、空気供給管５２が接続される。
【００６４】
外側断熱層７２の一部には、ろ過部１２８が設けられる。ろ過部１２８は、外側断熱層７２の下部側に流体通路１２２と外部とを連通する複数のろ過用孔部１３０を有する。外側断熱層７２には、ろ過部１２８を避けてこの外側断熱層７２を周回する水通路１３２が形成される。この水通路１３２は、例えば、内管部材５４ｂを介して水通路５８に連通していてもよい。
【００６５】
このように構成される第６の実施形態では、ポンプ１２６の吸引作用下に、ろ過部１２８を構成する複数のろ過用孔部１３０を介して外部から流体通路１２２に空気が吸引される。この空気は、流体通路１２２を流通する際に、放熱吸収により昇温された後、空気供給管５２を介して燃料電池モジュール１２０に供給される。これにより、熱交換器３０の性能及び効率を高く設定する必要がなく、前記熱交換器３０の簡素化及び低コスト化を図ることができる。
【００６６】
しかも、流体通路１２２に吸引される空気は、ろ過部１２８を通っている。従って、燃料電池モジュール１２０内に塵埃等の異物が侵入したり、前記異物による詰まりが発生したりすることを阻止し、圧力損失の増加を抑制することが可能になる。また、外側断熱層７２に設けられている水通路１３２を流通する水により、放熱を良好に回収することが可能になり、熱効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池モジュールの断面説明図である。
【図２】前記燃料電池モジュールを組み込む燃料電池システムの機械系回路を示す概略構成説明図である。
【図３】前記燃料電池モジュールを構成する内側断熱層及び外側断熱層の使用例の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池モジュールの断面説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池モジュールの断面説明図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池モジュールの断面説明図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池モジュールの断面説明図である。
【図８】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池モジュールの断面説明図である。
【図９】特許文献１の燃料電池用改質システムの説明図である。
【図１０】特許文献２の燃料電池発電システムの説明図である。
【図１１】特許文献３の断熱容器構造の説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０、８０、９０、１００、１１０、１２０…燃料電池モジュール
１２…燃料電池システム              １６…原燃料供給装置
１８…酸化剤ガス供給装置            ２０…水供給装置
２２…電解質・電極接合体            ２４…セパレータ
２６…燃料電池                      ２８…燃料電池スタック
３０…熱交換器                      ３２…蒸発器
３４…改質器                        ３６…燃焼器
３８…荷重付与機構                  ５２…空気供給管
５６…原燃料通路                    ５８、１３２…水通路
７０…内側断熱層                    ７２…外側断熱層
８２…金属メッキ層
９２、１０２、１１２ａ、１１２ｂ、１２２…流体通路
１２４…管路                        １２６…ポンプ
１２８…ろ過部                      １３０…ろ過用孔部
【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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