WO2019021481A1 - 燃料電池システム - Google Patents

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fuel
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篠原　幹弥
柳澤　政成
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Nissan Motor Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system.
  • a fuel cell system including a fuel cell operating at a relatively high temperature, such as a solid oxide fuel cell (SOFC) or a molten carbonate fuel cell, the fuel cell system for suppressing heat dissipation to the outside And a peripheral device such as a reformer used for the operation of the fuel cell.
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • molten carbonate fuel cell a fuel cell operating at a relatively high temperature
  • a peripheral device such as a reformer used for the operation of the fuel cell.
  • WO 2012-128368 proposes an example of a fuel cell system in which a fuel cell module including a fuel cell and a reformer is accommodated in a heat insulating material. Furthermore, in the fuel cell system, a hermetic housing that encloses the heat insulating material is provided from the viewpoint of suppressing heat dissipation to the outside. Then, a sealing material is provided in the hole of the housing provided for passing the piping and wiring to the fuel cell module to suppress the heat radiation from the hole to the outside.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a fuel cell system capable of protecting a heat protection component from heat by a fuel cell module in a heat insulating material while suppressing cost increase. It is to do.
  • a fuel cell system having a fuel cell module including a fuel cell and a reformer.
  • This fuel cell system has a housing provided with a high temperature chamber in which the fuel cell module is disposed, and a low temperature chamber in which a gas supply system for supplying fuel and an oxidant to the fuel cell module is disposed. Furthermore, the fuel cell system has a supply path that defines the cross section of the housing so as to define the high temperature chamber and the low temperature chamber, and allows the gas supply system to supply the fuel and the oxidant to the fuel cell module. Insulating bulkheads are provided.
  • FIG. 1 is a view for explaining the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a diagram schematically showing the heat flowing into and out of the high temperature chamber and the low temperature chamber.
  • FIG. 2B is a diagram for explaining an example of a method of designing a low temperature room.
  • FIG. 3 is a view for explaining the configuration of the fuel cell system according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a view for explaining the configuration of the fuel cell system according to the third embodiment.
  • FIG. 5 is a view for explaining the configuration of a fuel cell system according to a modification of the third embodiment.
  • FIG. 6 is a view for explaining the configuration of the fuel cell system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a view for explaining a further modification of the fuel cell system.
  • FIG. 8 is a view for explaining a further modification of the fuel cell system.
  • FIG. 1 shows the configuration of a fuel cell system S according to a first embodiment of the present invention.
  • the fuel cell system S is mounted on, for example, a vehicle.
  • the fuel cell system S includes a fuel cell stack 10 as a fuel cell constituting the fuel cell module 1 and a reformer 12.
  • the fuel cell stack 10 is configured by stacking a plurality of fuel cells or unit cells of the fuel cells.
  • each unit cell of the fuel cell that is a power source is a solid oxide fuel cell (SOFC). That is, the fuel cell stack 10 receives the supply of fuel and oxidant (air) at a suitable operating temperature of, for example, 600 ° C. to 800 ° C. to generate power.
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • the reforming device 12 reforms the fuel before reforming supplied from a fuel storage unit such as a fuel tank (not shown) into fuel gas in a state suitable for use by the reforming catalyst for power generation of the fuel cell stack 10 Do.
  • the fuel reformed by the reformer 12 is supplied to the fuel cell stack 10 via the reforming fuel supply passage 14 as described above.
  • the housing 16 is formed in a substantially rectangular shape, and each wall forming the rectangular shape is made of a watertight material.
  • the housing 16 is made of, for example, stainless steel or a desired metal material having water-tightness and thermal conductivity similar to that of stainless steel.
  • the housing 16 is disposed in a normal temperature region which is under the same temperature environment as the outside air. Then, the casing 16 is provided with a heat insulating partition 18 which divides the cross section of the casing 16 so as to define the high temperature chamber H and the low temperature chamber L.
  • the heat insulation partition 18 is comprised with heat insulation materials, such as a silica-type ceramics, according to the heat insulation performance calculated
  • the heat insulating partition 18 of the present embodiment is formed of a material having a lower thermal conductivity than the material forming the housing 16.
  • the high temperature chamber H is configured as a space in the housing 16 defined by the heat insulating partition wall 18 and the high temperature chamber wall portion 16 a as a wall portion surrounding the fuel cell module 1.
  • the low temperature chamber L is configured as a space in the housing 16 separated by the heat insulating partition 18 with respect to the high temperature chamber wall portion 16 a. That is, the low temperature chamber L is configured as a space defined by the heat insulating partition wall 18 and the low temperature chamber wall portion 16 b constituting the housing 16.
  • the heat insulation partition 18 of this embodiment is comprised so that it may become heat transfer performance lower than the high temperature chamber wall part 16a which comprises the housing
  • the heat insulating partition wall 18 desirably has a lower thickness than the high temperature chamber wall portion 16a and the low temperature chamber wall portion 16b by appropriately adjusting the thickness, the area of the heat transfer surface, and the constituent material (thermal conductivity). Heat transfer performance is configured.
  • casing 16 and the heat insulation partition 18 which considered heat transfer performance is mentioned later.
  • fuel gas alcohol vapor, hydrocarbon gas such as methane, or mixed gas of these hydrocarbon gas and hydrogen gas
  • the gas supply system 20 which supplies the air of is arranged.
  • an air pipe 22 as an oxidant pipe for supplying air from an air supply source (not shown) to the fuel cell stack 10, and an air flow control valve 24 provided in the air pipe 22.
  • the air pipe 22 is supplied from the outside of the housing 16 through the first air passage passage hole 40 provided in the low temperature chamber wall portion 16 b and the second air passage passage hole 42 provided in the heat insulating partition 18.
  • the source and the cathode inlet of the fuel cell stack 10 are extended so as to be connected.
  • the air flow control valve 24 provided in the air pipe 22 adjusts the flow rate of air supplied from the air supply means to the fuel cell stack 10 via the air pipe 22.
  • the fuel pipe 26 passes from the outside of the housing 16 through the first fuel pipe passage hole 44 provided in the low temperature chamber wall portion 16 b and the second fuel pipe passage hole 46 provided in the heat insulating partition 18.
  • the fuel supply and the reformer 12 are extended to be connected.
  • the fuel flow control valve 30 provided in the fuel pipe 26 regulates the flow rate of the fuel supplied to the reformer 12 from the fuel supply means such as a fuel tank (not shown) or the evaporator or the like via the fuel pipe 26.
  • the exhaust pipe 31 is a not-shown exhaust combustor or an exhaust pipe for discharging the exhaust gas from the fuel cell stack 10 to the outside air. More specifically, the exhaust pipe 31 penetrates the first exhaust gas passage passage hole 48 provided in the low temperature chamber wall portion 16 b of the housing 16 and the second exhaust gas passage passage hole 50 provided in the heat insulating partition 18. Thus, the fuel cell stack 10 is connected to the exhaust combustor and the like.
  • the first air passage passage hole 40 in which the air piping 22 is inserted, the first fuel passage passage hole 44 in which the fuel piping 26 is inserted, and the exhaust pipe 31 are inserted.
  • Water-tight sealing materials 60, 62, 64 are provided in the first exhaust gas pipe line passage holes 48 in the closed state, respectively.
  • the water-tight sealing materials 60, 62, 64 are made of relatively inexpensive general-purpose sealing materials. Examples of general-purpose sealing materials include sealing materials such as lip packings for vehicles, squeezed packings (O-rings), and gaskets.
  • the water-tight sealing materials 60, 62, 64 are thus provided in the holes through which the pipes provided in the low temperature chamber wall portion 16b of the watertight housing 16 are inserted. Water tightness in the housing 16 can be realized without providing a sealing material on the heat insulating partition 18 which may be exposed to high temperature.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining heat transfer models in the housing 16 and the heat insulating partition wall 18.
  • FIG. 2A is a diagram for explaining an aspect of heat absorption and heat dissipation in the high temperature chamber H and the low temperature chamber L.
  • the heat generated from the heat of the fuel cell module 1 into the high temperature chamber H is mainly the outside of the housing 16 and the inside of the low temperature chamber L via the high temperature chamber wall portion 16a and the heat insulating partition 18 respectively.
  • the amount of heat released from the high temperature chamber H to the outside of the housing 16 via the high temperature chamber wall portion 16a is also referred to as "high temperature chamber external released heat Qo2.”
  • the amount of heat transferred from the high temperature chamber H to the low temperature chamber L via the heat insulating partition 18 is also referred to as "low temperature chamber inflow heat amount Qi1".
  • the high-temperature chamber external heat release quantity Qo2 is the total heat transfer area and thickness of the high-temperature chamber wall portion 16a, the thermal conductivity of the material constituting the high-temperature chamber wall portion 16a, and the temperature in the high-temperature chamber It depends on the difference between the room temperature T2 ′ ′) and the temperature outside the casing 16 (hereinafter also referred to as “outside temperature Tex”).
  • the low temperature chamber inflow heat amount Qi1 is the heat transfer area of the heat insulation partition 18 (hereinafter also referred to as “heat insulation partition area S2”), the thickness of the heat insulation partition 18 (hereinafter referred to as “heat insulation partition thickness d2”), The thermal conductivity of the material constituting the thermal insulation partition 18 (hereinafter also referred to as “thermal insulation partition thermal conductivity ⁇ 2”), and the temperature in the low temperature room (hereinafter also referred to as “low temperature room temperature T1”) It depends on the difference.
  • the heat transmitted from the high temperature chamber H to the low temperature chamber L through the heat insulating partition 18 is released to the outside of the housing 16 through the low temperature chamber wall portion 16 b.
  • the amount of heat released from the low temperature chamber L to the outside of the housing 16 through the low temperature chamber wall portion 16b is also referred to as "low temperature chamber external heat release Qo1.”
  • the low-temperature chamber external heat release Qo1 is the total heat transfer area of the low-temperature chamber wall portion 16b (hereinafter also referred to as “low-temperature chamber housing wall area S1"), the thickness of the low-temperature chamber wall portion 16b (below) “Also referred to as“ low-temperature chamber housing wall thickness d1 ”, the thermal conductivity of the material constituting the low-temperature chamber wall portion 16b (hereinafter also referred to as“ case wall thermal conductivity ⁇ 1 ”), and the low-temperature chamber temperature T1 It depends on the difference in temperature Tex.
  • low temperature room L when low temperature room temperature T1 is more than predetermined temperature, low temperature room L is constituted so that low temperature room external discharge calorific value Qo1 becomes target heat balance which becomes more than low temperature room heat influx Qi1.
  • the low temperature chamber wall portion 16 b and the heat insulating partition wall 18 are configured. More specifically, the low temperature chamber housing wall area S1, the low temperature chamber housing wall thickness d1, the housing wall thermal conductivity ⁇ 1, the heat insulating partition area S2, the heat insulating partition thickness d2, and the like so as to satisfy the target heat balance.
  • the heat insulating partition thermal conductivity ⁇ 2 is determined.
  • FIG. 2B is an example of a map showing the relationship between the low temperature room temperature T1, the low temperature room external heat release Qo1, and the low temperature room inflow heat Qi1.
  • the outside temperature Tex and the high temperature room temperature T2 do not fluctuate for the sake of explanation.
  • curves of low-temperature room external heat release Qo1 in three states in which combinations of values of low-temperature room housing wall area S1, housing wall thermal conductivity ⁇ 1, and low-temperature room housing wall thickness d1 are different from one another Show.
  • the low-temperature room external heat release Qo1 at low-temperature room case wall area S1 S1 0
  • case wall thermal conductivity ⁇ 1 ⁇ 1 0
  • low-temperature room case wall thickness d1 d1 0 (S1 0 , ⁇ 1 0 shows a curve C0 indicating the change to a cold room temperature T1 of d1 0) by the solid line.
  • the low-temperature chamber housing wall area S1 S1 2
  • the housing wall thermal conductivity .lambda.1 .lambda.1 2
  • cold room KatamitaikabeAtsu d1 d1 cold room external release heat Qo1 in 2 (S1 2, ⁇ 1 2, d1
  • a curve C2 showing the change of 2 ) with respect to the low temperature room temperature T1 is shown by a dashed dotted line.
  • a dotted line indicates a curve C3 showing a change of the heat quantity Qi1 (S2, ⁇ 2, d2) flowing into the low temperature room with respect to the low temperature room temperature T1.
  • the low temperature room external heat release quantity Qo1 (S1, ⁇ 1, d1) is the low temperature room housing wall surface area S1, the housing wall thermal conductivity ⁇ 1, and the low temperature room housing wall thickness d1.
  • the low temperature room temperature T1 approaches the outside temperature Tex
  • the temperature gradient between the low temperature room L and the outside air of the housing 16 decreases, so the low temperature room external heat release Qo1 (S1, ⁇ 1, d1) also decreases.
  • the difference between the low temperature room temperature T1 and the outside air temperature Tex becomes larger as the temperature is closer to the high temperature room temperature T2. Therefore, as the low temperature chamber temperature T1 approaches the high temperature chamber temperature T2, the temperature gradient between the low temperature chamber L and the outside of the housing 16 increases, so the low temperature chamber external heat release Qo1 (S1, ⁇ 1, d1) becomes large. Become.
  • the low temperature room external heat release quantity Qo1 (S1, ⁇ 1, d1) is a curve C0 ⁇ according to the values of the low temperature room case wall area S1, the case wall thermal conductivity ⁇ 1 and the low temperature room case wall thickness d1. As indicated as C2, the sensitivities differ according to the change of the value of the low temperature room temperature T1.
  • the low temperature chamber external heat release Qo1 (S1, ⁇ 1, d1) increases. Become.
  • the casing wall thermal conductivity ⁇ 1 increases, the low-temperature room external heat release Qo1 (S1, ⁇ 1, d1) increases.
  • the low temperature chamber external heat release Qo1 (S1, ⁇ 1, d1) decreases. Become.
  • the low-temperature room external heat release quantity Qo1 (S1, ⁇ 1, d1) is appropriately determined depending on the values of the low-temperature room case wall area S1, the case wall thermal conductivity ⁇ 1, and the low-temperature room case wall thickness d1. It takes different states as shown by the curves C0 to C2 of 2B.
  • the low temperature room inflow heat amount Qi1 increases as the low temperature room temperature T1 increases (high temperature room temperature The closer to T2, the smaller the value, and the smaller the temperature of the low temperature room T1 (the closer to the outside temperature Tex), the larger the value.
  • the heat amount Qi1 (S2, ⁇ 2, d2) flowing into the low temperature chamber also decreases.
  • the difference between the low temperature room temperature T1 and the high temperature room temperature T2 increases as the outside air temperature Tex approaches. Therefore, since the temperature gradient between the low temperature chamber L and the high temperature chamber H becomes larger as the low temperature chamber temperature T1 becomes closer to the outside temperature Tex, the low temperature chamber inflow heat amount Qi1 (S2, ⁇ 2, d2) becomes larger.
  • the low temperature room inflow heat quantity Qi1 (S2, ⁇ 2, d2) is also the value of the low temperature room temperature T1 according to the values of the heat insulation partition area S2, the heat insulation partition thermal conductivity ⁇ 2, and the heat insulation partition thickness d2.
  • the reference temperature Tref defined in the present embodiment is the upper limit value of the low temperature chamber temperature T1 permitted from the viewpoint of heat resistance in the gas supply system 20 in the low temperature chamber L or a value obtained by subtracting a predetermined margin from the upper limit value.
  • the low temperature chamber external discharge is performed in a region where the low temperature chamber temperature T1 is at or above the reference temperature Tref.
  • the heat insulating partition wall area S2, the heat insulating partition wall thermal conductivity ⁇ 2, and the heat insulating partition wall thickness d2 are determined.
  • the low temperature chamber inflow heat quantity Qi1 (S2, ⁇ 2, d2) according to the low temperature chamber temperature T1 is a curve C3 in the figure. It becomes decided.
  • the low temperature chamber external heat release Qo1 (S1, ⁇ 1, d1) is equal to or higher than the low temperature chamber inflow heat Qi1 (S2, ⁇ 2, d2)
  • the low temperature chamber housing wall area S1, the low temperature chamber housing wall thickness d1, and the housing wall thermal conductivity ⁇ 1 are determined.
  • cold room housing wall area S1 S1 0 or S1
  • the housing wall thermal conductivity .lambda.1 .lambda.1 0 or .lambda.1 1
  • can be defined as cold room KatamitaikabeAtsu d1 d1 0 or d1 1.
  • the fuel cell module 1 including the fuel cell stack 10 is disposed in the high temperature chamber H.
  • the inside of the high temperature chamber H becomes a high temperature environment due to the heat generated by the operation of the fuel cell module 1.
  • the fuel cell stack 10 constituting the fuel cell module 1 is constituted by a solid oxide fuel cell having an operating temperature of about 600 ° C. to 800 ° C., and the solid oxide fuel cell
  • the reformer 12, which performs fuel reforming for power generation, also operates at high temperatures. Therefore, high heat is released by the operation of the fuel cell module 1 configured by the fuel cell stack 10 and the reformer 12.
  • the heat insulating partition 18 is provided to divide the cross section of the housing 16 between the high temperature chamber H and the low temperature chamber L, the heat conduction from the high temperature chamber H to the low temperature chamber L is suitably shut off. Therefore, heat inflow from the high temperature chamber H to the low temperature chamber L is suppressed, and heat damage to the gas supply system 20 in the low temperature chamber L can be suppressed.
  • the heat flowing into the low temperature chamber L has a heat transfer performance higher than that of the heat insulating partition 18 The heat is dissipated to the outside through the Accordingly, excessive heat retention in the low temperature chamber L is suppressed.
  • the housing 16 has a watertight structure, and the first air pipeline passage hole 40, the first fuel pipeline passage hole 44, and the first exhaust gas pipeline passage hole provided in the low temperature chamber wall portion 16b. Since the water-tight seal members 60, 62, 64 are respectively provided at 48, the entry of water into the housing 16, particularly the entry of water into the high-temperature chamber H is suppressed. As a result, it is possible to suppress the occurrence of problems such as the decrease in the temperature of the fuel cell stack 10 and the reformer 12 and the oxidation deterioration of the components constituting them due to the entry of water into the high temperature chamber H.
  • the suppression of the entry of water into the high temperature chamber H can be achieved by passing the first air passage passage hole 40 of the low temperature chamber wall portion 16b constituting the low temperature chamber L and the first fuel passage.
  • This is realized by providing the water-tight seal members 60, 62, 64 in the hole 44 and the first exhaust gas passage passage hole 48. That is, by providing the water-tight sealing members 60, 62, 64 on the low temperature chamber wall portion 16b constituting the low temperature chamber L having improved heat dissipation, entry of water can be suppressed, so that the heat of the high temperature chamber H It is possible to lower the heat resistance standards required for the water-tight seal members 60, 62, 64 as compared to the case where the seal members are provided at positions susceptible to the influence.
  • each water-tight sealing material 60, 62, 64 can be made of the general-purpose sealing material described above instead of a special material having high heat resistance, the water-tight sealing materials 60, 62, 64 are provided. It is possible to suppress the cost increase due to
  • the fuel cell system S of the present embodiment includes a fuel cell module 1 including a fuel cell stack 10 and a reformer 12.
  • the fuel cell system S includes a high temperature chamber H in which the fuel cell module 1 is disposed, and a low temperature chamber L in which a gas supply system 20 for supplying the fuel cell module 1 with air as fuel and oxidant is disposed.
  • a housing 16 is provided. Further, the fuel cell system S divides the cross section of the housing 16 so as to define the high temperature chamber H and the low temperature chamber L, and supplies the fuel and air to the fuel cell module 1 by the gas supply system 20 respectively.
  • a first fuel line passage hole 44 and a first air line passage hole 40 are provided as an acceptable supply passage.
  • the heat insulating partition 18 suppresses heat inflow from the high temperature chamber H to the low temperature chamber L in which the fuel cell module 1 serving as a heat source is disposed in the housing 16, and the low temperature chamber L is configured.
  • the heat in the low temperature chamber L can be dissipated from the low temperature chamber wall portion 16 b.
  • it is possible to suppress the retention of excess heat that affects the gas supply system 20 disposed in the low temperature chamber L. That is, while achieving simplification of the system configuration and cost reduction, desired heat dissipation in the low temperature chamber L can be realized.
  • the housing 16 has a watertight structure.
  • casing 16 is suppressed. Therefore, even if the heat insulating partition 18 in the housing 16 is not provided with a sealing material for blocking the entry of moisture, the entry of moisture into the high temperature chamber H is suitably suppressed. That is, the penetration of water into the high temperature chamber H can be suppressed without using an expensive sealing material having high heat resistance for the heat insulating partition 18 exposed to high temperature, and as a result, the water comes into contact with the fuel cell module 1 It is possible to suppress the temperature decrease and the oxidation deterioration of the fuel cell module 1 caused by the above.
  • the gas supply system 20 includes a fuel pipe 26 for supplying fuel to the fuel cell module 1 from the outside of the housing 16 via the low temperature chamber L, and a low temperature chamber L from the outside of the housing 16 And an air pipe 22 as an oxidant pipe for supplying air to the fuel cell module 1.
  • the low temperature chamber wall portion 16b of the housing 16 has a first fuel pipe passage through hole 44 as a fuel pipe passage through which the fuel pipe 26 is inserted and an oxidant pipe through hole through which the air pipe 22 is inserted.
  • the first air passage passage hole 40 is formed. Watertight seal members 60 and 62 are provided in the first fuel pipe passage passing hole 44 and the first air pipe passage passing hole 40, respectively.
  • the water tightness of the first fuel pipeline passage hole 44 and the first air pipeline passage hole 40 can be further improved by the water-tight seal members 60, 62, so that moisture intrudes into the inside of the housing 16.
  • entry of water into the high temperature chamber H can be suppressed more reliably.
  • the water-tight sealing materials 60 and 62 are provided on the low temperature chamber wall portion 16b of the low temperature chamber L whose heat dissipation has been improved as described above. Therefore, it is not necessary to use a special material having high heat resistance for the water-tight sealing materials 60 and 62, so the water-tight sealing materials 60 and 62 can be used as a general purpose sealing material for vehicle lip packing, squeezed packing (O It can be configured by a ring) or a gasket or the like. As a result, it is possible to preferably prevent the entry of moisture into the high temperature chamber H while suppressing the cost increase due to the water tight sealing materials 60 and 62.
  • the low temperature chamber L when the temperature of the low temperature chamber L (low temperature chamber temperature T1) becomes equal to or higher than the reference temperature Tref, which is a predetermined temperature, the low temperature chamber L goes from the low temperature chamber L to the outside of the housing 16. It is designed such that the low temperature room external heat release quantity Qo1 which is the released heat quantity satisfies the target heat balance which is equal to or higher than the low temperature room inflow heat quantity Qi1 which is the heat inflow from the high temperature room H via the heat insulating partition 18.
  • the heat radiation performance of the low temperature chamber L exceeds the heat inflow.
  • the low temperature chamber temperature T1 reaches the reference temperature Tref
  • the heat balance in the low temperature chamber L becomes the heat dissipation side, and the rise in the low temperature chamber temperature T1 is suppressed.
  • the area of the low temperature chamber wall 16b of the housing 16 (low temperature chamber housing wall area S1), the thermal conductivity of the low temperature chamber wall 16b (housing wall, so as to satisfy the target heat balance condition Thermal conductivity ⁇ 1), thickness of low temperature chamber wall portion 16b (low temperature chamber housing wall thickness d1), area of thermal insulation partition 18 (thermal insulation partition area S2), thermal conductivity of thermal insulation partition 18 (thermal insulation partition thermal conductivity ⁇ 2) And the thickness of the heat insulating partition 18 (insulating partition thickness d2) are determined.
  • the low-temperature chamber L capable of realizing the above-described target heat balance condition.
  • the space (volume) of the vehicle equipped with the fuel cell system S at least one of each area, each heat conductivity, and each thickness is appropriately adjusted to realize the target heat balance condition.
  • the fuel cell system S to be obtained can be constructed.
  • the low temperature chamber L capable of maintaining the low temperature chamber temperature T1 at or below the reference temperature Tref can be configured. Therefore, the versatility and thickness selectivity of the material that can be selected to form the high temperature chamber wall portion 16a and the heat insulating partition wall 18 are expanded, so that the cost of the material can be reduced and the design freedom is increased. improves.
  • the heat dissipation in the low-temperature chamber L becomes higher, and conversely, the low-temperature chamber housing wall area S1 is smaller than the heat-insulating partition area S2
  • the relative magnitude relationship between the low temperature chamber housing wall area S1 and the heat insulating partition area S2 is appropriately adjusted according to the desired reference temperature Tref.
  • the low temperature room L which satisfies the heat balance can be simply configured.
  • the fuel cell constituting the fuel cell stack 10 is a solid oxide fuel cell.
  • FIG. 3 is a view for explaining the configuration of the fuel cell system according to the second embodiment.
  • the heat insulation surrounding the fuel cell module 1 including the fuel cell stack 10 and the reformer 12 in the high temperature chamber H A covering 70 is provided.
  • the heat insulation covering 70 is formed in a hollow substantially rectangular shape, and the fuel cell module 1 is accommodated inside. With this configuration, the release of heat from the inside of the heat insulating covering 70 that accommodates the fuel cell module 1 to the outside is suppressed, and the heat loss due to the temperature decrease of the fuel cell module 1 is suppressed. This means that the heat release to the space between the high temperature chamber wall portion 16a and the heat insulating cover 70 in the high temperature chamber H is suppressed. Therefore, the heat flowing into the low temperature chamber L from the high temperature chamber H through the heat insulating partition 18 can also be reduced, which contributes to further enhancing the effect of suppressing excessive heat retention in the low temperature chamber L.
  • the high temperature chamber H is provided with a thermal insulation covering 70 surrounding the fuel cell module 1.
  • FIG. 4 is a view for explaining the configuration of the fuel cell system according to the third embodiment.
  • the side portion facing the low temperature chamber L which is a partial region of the heat insulating covering 70 is described in the first embodiment. It is configured as a heat insulating partition 18. That is, the heat insulating partition 18 is configured integrally with the heat insulating covering 70. Further, in the present embodiment, a portion other than the heat insulating partition wall 18 in the heat insulating covering 70 is provided in close contact with the inner surface of the high temperature chamber wall portion 16 a.
  • the heat insulating partition 18 can be configured easily and at low cost. That is, the complication of the operation
  • a portion other than the heat insulating partition wall 18 in the heat insulating covering 70 is provided in close contact with the inner surface of the high temperature chamber wall portion 16 a.
  • the heat that can not be blocked by the heat insulating cover 70 is directly transmitted to the low heat insulating low temperature chamber wall portion 16 a without passing through a space, and is released to the outside of the housing 16. Therefore, the function of releasing the heat in the high temperature chamber H to the outside of the housing 16 through the high temperature chamber wall portion 16a is further improved.
  • the heat insulating covering 70 is formed so that the thickness of the heat insulating partition 18 and the thickness of the other portion are different.
  • the thickness of the heat insulating partition 18 in the heat insulating covering 70 is thicker than the other parts of the heat insulating covering 70 by a predetermined thickness.
  • the heat insulating property in the heat transfer path to the low temperature chamber L through the heat insulating partition 18 is better than the heat insulating property in the heat transfer path to the outside of the housing 16 through the heat insulating covering 70 and the high temperature chamber wall portion 16a. It's getting higher. Therefore, the heat insulation coating 70 can not completely shut off the heat and the heat leaks, and the function of releasing the heat to the outside of the housing 16 without flowing into the low temperature chamber L is more suitably exhibited.
  • the portion of the heat insulating covering 70 other than the heat insulating partition wall 18 is provided in close contact with substantially the entire inner surface of the high temperature chamber wall portion 16 a.
  • the housing 16 supports and reinforces the thermal insulation coating 70 and also functions to enhance the strength.
  • the support / reinforcing function by bringing the thermal insulation coating 70 in close contact with the inner surface of the housing 16 in this manner is the case where the fuel cell system S is mounted on a moving object such as a vehicle which may be exposed to external force such as vibration. Especially useful for
  • a partial region of the heat insulating covering 70 is configured as the heat insulating partition wall 18.
  • the heat insulating partition 18 can be configured while suppressing the complexity and cost of the operation for configuring the fuel cell system S as compared with the case where the heat insulating covering 70 and the heat insulating partition 18 are separately configured. it can.
  • the heat insulating covering 70 is provided in contact with the high temperature chamber wall portion 16 a of the housing 16.
  • the heat that can not be blocked by the thermal insulation coating 70 is directly applied to the low thermal insulation low temperature chamber wall 16a without a space, at least in the area where the thermal insulation coating 70 and the high temperature chamber wall 16a are in contact. It is transmitted and released to the outside of the housing 16. Therefore, the function of releasing the heat in the high temperature chamber H to the outside of the housing 16 through the high temperature chamber wall portion 16a is further improved.
  • the portions other than the heat insulating partition 18 in the heat insulating covering 70 are provided in close contact with substantially the entire inner surface of the high temperature chamber wall portion 16 a.
  • the configuration is not limited to this, and a partial region of a portion other than the heat insulating partition 18 in the heat insulating covering 70 may be in contact with the high temperature chamber wall portion 16 a.
  • FIG. 5 is a view for explaining a modification of the third embodiment.
  • the heat insulating partition 18 is provided with an air layer 18 b. Thereby, the heat insulation to heat transfer from the high temperature chamber H to the low temperature chamber L can be further improved.
  • the heat insulating partition 18 and the other portions of the heat insulating covering 70 are formed to have the same thickness, or even if the heat insulating partition 18 is formed relatively thin, an air layer with high heat insulating performance.
  • the inflow of heat from the high temperature chamber H to the low temperature chamber L can be suppressed more reliably by 18 b. Therefore, even in the heat insulating covering 70, even if the heat insulating covering 70 is configured such that the portion of the heat insulating partition 18 and the other portions have a uniform thickness, the function of suppressing heat from the high temperature chamber H to the low temperature chamber L is suitably maintained.
  • the design freedom can be improved.
  • FIG. 6 is a view for explaining the configuration of the fuel cell system according to the fourth embodiment.
  • the fuel cell system S of the present embodiment is a fuel tank 90 as a fuel supply device disposed outside the housing 16. And an air blower 92 as an oxidant supply device disposed outside the housing 16.
  • the fuel tank 90 stores fuel in a liquid state inside.
  • the fuel tank 90 is provided with a pump 90 a for delivering the internal fuel to the fuel pipe 26. Further, the air blower 92 takes in the outside air and sends out the air to the air piping 22.
  • the fuel tank 90 and the air blower 92 are located outside the housing 16, particularly in the fuel cell system S, at a position where the heat transfer from the housing 16 is less affected, preferably at a low temperature environment similar to the outside air. It is arranged. That is, the fuel and air delivered from the fuel tank 90 and the air blower 92 disposed under such a low temperature environment to the fuel piping 26 and the air piping 22 also become low temperature with respect to the temperature of the high temperature chamber H.
  • such low temperature fuel and air pass through the low temperature chamber L and are supplied to the fuel cell module 1. Therefore, even if heat flows from the high temperature chamber H into the low temperature chamber L, excessive heat rise in the low temperature chamber L is suppressed by the cold heat from the fuel piping 26 and the air piping 22 through which low temperature fuel and air pass. Ru.
  • the fuel tank 90 as a fuel supply device for delivering fuel to the fuel pipe 26 and the air blower 92 as an oxidant supply device for delivering air to the air piping 22 are disposed outside the housing 16. Be done.
  • a fuel tank 90 and an air blower 92 which are supply sources of fuel and air, are disposed in a relatively low temperature region outside the housing 16.
  • the configuration of the fuel cell system S according to the present embodiment can contribute to both the function of maintaining the low temperature chamber L in the low temperature environment and the heating of the fuel and air to a temperature suitable for supply to the fuel cell module 1. . As a result, it contributes to the improvement of the energy efficiency in the fuel cell system S.
  • the configuration of the fuel cell system S of the present embodiment exhibits a more preferable effect when the fuel cell system S is mounted on a vehicle.
  • the specifications of the fuel tank 90 and the air blower 92 are determined according to the specifications such as the required range and output of each vehicle type.
  • the fuel tank 90 and the air blower 92 are disposed in the low temperature chamber L of the housing 16, it is required to change the specification of the fuel cell system S according to the type of vehicle.
  • the fuel tank 90 and the air blower 92 which require different specifications for each vehicle type, are disposed outside the housing 16, so that the specifications according to the vehicle type in advance.
  • the fuel cell system S can be mounted on the vehicle only by applying the housing 16 of the common specification and the fuel cell module 1 in the inside to the vehicle on which the fuel tank 90 and the air blower 92 are mounted. That is, when the fuel cell system S is mounted on a vehicle, the versatility with respect to the vehicle type and the like is improved, which is more preferable from the viewpoint of productivity and cost.
  • the reference temperature Tref can be set to a desired value according to the situation other than the upper limit value or the upper limit value of the low temperature chamber temperature T1 permitted from the viewpoint of heat resistance in the gas supply system 20 in the low temperature chamber L.
  • the low temperature chamber temperature T1 may be set to a value significantly lower than the heat resistant upper limit value to more reliably suppress the heat damage of the gas supply system 20.
  • the fuel cell stack 10 is configured by a solid oxide fuel cell.
  • the fuel cell stack 10 may be composed of a solid polymer fuel cell, a molten carbonate fuel cell, or another type of fuel cell that generates heat during operation of a phosphoric acid fuel cell or the like.
  • the methods described in FIGS. 2A and 2B can be implemented as well.
  • the fuel cell module 1 is configured by the fuel cell stack 10 and the reformer 12 has been described, but the fuel cell module 1 generates heat when operating other evaporators or the like. Other devices may be included. Furthermore, when fuel reforming is not required due to, for example, the type of fuel cell constituting the fuel cell stack 10, the fuel cell module 1 may not include the reformer 12.
  • the heat insulating partition wall 18 is configured to partition the cross section of the housing 16 in a substantially linear cross section, as shown in FIG. 1 and the like, for example.
  • the heat insulating partition 18 may be configured in a shape other than a substantially linear cross section. That is, if the heat insulating partition 18 is in a form in which at least a part of the side defining the high temperature chamber H constitutes the wall of the housing 16 (high temperature chamber wall 16a), It is good.
  • the heat insulation partition 18 which made one part bend, ensuring the high temperature chamber wall part 16a.
  • the fuel cell module 1 may be surrounded by a heat insulating covering 70.

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Abstract

燃料電池及び改質装置を含む燃料電池モジュールを有する燃料電池システムであって、燃料電池モジュールが配置される高温室と、燃料電池モジュールに燃料及び酸化剤を供給するガス供給系統が配置される低温室と、を備えた筐体と、高温室と低温室を画定するように筐体の断面を区画するとともに、ガス供給系統による燃料電池モジュールへの燃料及び酸化剤の供給を許容する供給路が形成された断熱隔壁と、を備えた燃料電池システムを提供する。

Description

燃料電池システム
　本発明は、燃料電池システムに関する。
　固体酸化物型燃料電池（SOFC：Solid Oxide Fuel Cell）や溶融炭酸塩形燃料電池等の比較的高温で動作する燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、外部への放熱を抑制すべく、燃料電池と、燃料電池の運転に用いる改質装置等の周辺装置と、を含む燃料電池モジュールを断熱材に収容する。
　例えば、ＷＯ２０１２－１２８３６８には、燃料電池及び改質装置を含む燃料電池モジュールを断熱材に収容した燃料電池システムの一例が提案されている。さらに、この燃料電池システムでは、さらに外部への放熱を抑える観点から上記断熱材を囲う気密性の筐体を設けている。そして、燃料電池モジュールへの配管及び配線を通すために設ける筐体の孔にシール材を設けて、当該孔からの外部への放熱を抑制している。
　ＷＯ２０１２－１２８３６８の燃料電池システムでは、断熱材の周囲全体を気密性の筐体で囲っているため、断熱材により遮断しきれず漏れ出る熱が当該断熱材と筐体の間の気密空間に滞留する。したがって、この気密空間に配置される配管等の熱保護部品を熱害から保護すべく、当該気密空間を換気するエアブロア等の換気装置を別途設けている。そのため、システム構成が複雑になり、コストアップにつながるという問題があった。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コストアップを抑制しつつ、断熱材内の燃料電池モジュールによる熱から熱保護部品を保護し得る燃料電池システムを提供することにある。
　本発明のある態様によれば、燃料電池及び改質装置を含む燃料電池モジュールを有する燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池モジュールが配置される高温室と、燃料電池モジュールに燃料及び酸化剤を供給するガス供給系統が配置される低温室と、を備えた筐体を有する。さらに、燃料電池システムは、高温室と低温室を画定するように筐体の断面を区画するとともに、ガス供給系統による燃料電池モジュールへの燃料及び酸化剤の供給を許容する供給路が形成された断熱隔壁を備える。
図１は、第１実施形態による燃料電池システムの構成を説明する図である。 図２Ａは、高温室及び低温室に流出入する熱を模式的に示した図である。 図２Ｂは、低温室の設計方法の一例を説明する図である。 図３は、第２実施形態による燃料電池システムの構成を説明する図である。 図４は、第３実施形態による燃料電池システムの構成を説明する図である。 図５は、第３実施形態の変形例による燃料電池システムの構成を説明する図である。 図６は、第４実施形態による燃料電池システムの構成を説明する図である。 図７は、燃料電池システムのさらなる変形態様を説明する図である。 図８は、燃料電池システムのさらなる変形態様を説明する図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムＳの構成を示している。
　本実施形態に係る燃料電池システムＳは例えば車両等に搭載される。図示のように、燃料電池システムＳは、燃料電池モジュール１を構成する燃料電池としての燃料電池スタック１０と、改質装置１２と、を備えている。
　燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池または燃料電池の単位セルを積層して構成される。本実施形態では、発電源である燃料電池の個々の単位セルは、固体酸化物型燃料電池（SOFC：Solid Oxide Fuel Cell）である。すなわち、燃料電池スタック１０は、例えば、６００℃～８００℃の好適な作動温度で燃料及び酸化剤（空気）の供給を受けて発電を行う。
　改質装置１２は、図示しない燃料タンク等の燃料貯留部から供給される改質前の燃料を、改質用触媒によって燃料電池スタック１０の発電に用いるために適切な状態の燃料ガスに改質する。改質装置１２で改質された燃料は、上述のように改質燃料供給通路１４を介して燃料電池スタック１０に供給される。
　そして、本実施形態の燃料電池システムＳは、高温室Ｈと、低温室Ｌと、を有する筐体１６を備えている。筐体１６は略矩形状に形成され、該矩形形状を形成する各壁部が水密性の材質で構成されている。具体的に、筐体１６は、例えば、ステンレス又はステンレスに類する水密性及び熱伝導率を有する所望の金属材料により形成される。
　また、本実施形態の燃料電池システムＳでは、筐体１６は外気と同程度の温度環境下となる常温領域に配置される。そして、筐体１６には、高温室Ｈ及び低温室Ｌを画定するように、該筐体１６の断面を区画する断熱隔壁１８が設けられている。なお、断熱隔壁１８は、求められる断熱性能に応じて、例えばシリカ系セラミックス等の断熱材料で構成される。特に、本実施形態の断熱隔壁１８は、筐体１６を構成する材料よりも低い熱伝導率を有する材料で構成される。
　より詳細には、高温室Ｈは、断熱隔壁１８及び燃料電池モジュール１を囲う壁部としての高温室壁部１６ａで画定された筐体１６内の空間として構成される。また、低温室Ｌは、高温室壁部１６ａに対して断熱隔壁１８により隔てられた筐体１６内の空間として構成する。すなわち、低温室Ｌは、断熱隔壁１８及び筐体１６を構成する低温室壁部１６ｂで画定される空間として構成される。
　そして、本実施形態の断熱隔壁１８は、筐体１６を構成する高温室壁部１６ａ及び低温室壁部１６ｂよりも低い熱伝達性能となるように構成する。より詳細には、断熱隔壁１８は、厚さ、伝熱面の面積、及び構成材料（熱伝導率）を適宜調節することで、高温室壁部１６ａ及び低温室壁部１６ｂよりも低い所望の熱伝達性能に構成されている。なお、熱伝達性能を考慮した筐体１６及び断熱隔壁１８の設計方法の詳細については後述する。
　また、低温室Ｌには、燃料電池スタック１０及び改質装置１２に燃料ガス（アルコール蒸気、又はメタン等の炭化水素系ガス、又はこれら炭化水素系ガスと水素ガスの混合ガス）及び酸化剤としての空気を供給するガス供給系統２０が配置されている。
　本実施形態のガス供給系統２０は、図示しない空気供給源からの空気を燃料電池スタック１０に供給するための酸化剤配管としての空気配管２２と、空気配管２２に設けられた空気流量調整弁２４と、図示しない燃料供給源からの燃料ガスを改質装置１２に供給するための燃料配管２６と、燃料配管２６に設けられた燃料流量調整弁３０と、燃料電池スタック１０からの排ガス（オフガス）を排出する排気管３１と、を有する。
　空気配管２２は、筐体１６の外部から低温室壁部１６ｂに設けられた第１空気管路通過孔４０及び断熱隔壁１８に設けられた第２空気管路通過孔４２を通って上記空気供給源と燃料電池スタック１０のカソード極入口を連結するように伸長する。
　そして、空気配管２２に設けられた空気流量調整弁２４は、上記空気供給手段から空気配管２２を介して燃料電池スタック１０に供給される空気の流量を調節する。
　一方、燃料配管２６は、筐体１６の外部から低温室壁部１６ｂに設けられた第１燃料管路通過孔４４及び断熱隔壁１８に設けられた第２燃料管路通過孔４６を通って上記燃料供給源と改質装置１２を連結するように伸長する。
　そして、燃料配管２６に設けられた燃料流量調整弁３０は、図示しない燃料タンク等の燃料供給手段又は蒸発器から燃料配管２６を介して改質装置１２に供給される燃料の流量を調節する。
　さらに、排気管３１は、燃料電池スタック１０からの排ガスを図示しない排気燃焼器又は外気に排出する管路である。より詳細には、排気管３１は、筐体１６の低温室壁部１６ｂに設けられた第１排ガス管路通過孔４８及び断熱隔壁１８に設けられた第２排ガス管路通過孔５０を貫通して燃料電池スタック１０と上記排気燃焼器等を接続する。
　また、本実施形態では、空気配管２２が挿通された状態の第１空気管路通過孔４０、燃料配管２６が挿通された状態の第１燃料管路通過孔４４、及び排気管３１が挿通された状態の第１排ガス管路通過孔４８に、それぞれ、水密性シール材６０、６２、６４が設けられている。水密性シール材６０、６２、６４は、比較的安価な汎用のシール材で構成される。汎用のシール材としては、例えば、車両用のリップパッキン、スクィーズドパッキン（Ｏリング）、又はガスケット等のシール材である。
　すなわち、本実施形態では、このように、水密性シール材６０、６２、６４を水密構造の筐体１６の低温室壁部１６ｂに設けられた各配管を通す孔に設ける構成とすることで、高温にさらされ得る断熱隔壁１８にシール材を設けることなく、筐体１６内の水密性を実現することができる。
　次に、上記構成の燃料電池システムＳにおける伝達性能を考慮した筐体１６及び断熱隔壁１８の設計方法の一例について説明する。
　図２Ａ及び図２Ｂは、筐体１６及び断熱隔壁１８における伝熱モデルを説明する図である。特に、図２Ａは、高温室Ｈ及び低温室Ｌにおける吸熱及び放熱の態様を説明する図である。
　図２Ａに示すように、燃料電池モジュール１の熱から高温室Ｈ内に発せられる熱は、主として、高温室壁部１６ａ及び断熱隔壁１８を介して、それぞれ筐体１６の外部及び低温室Ｌ内に伝達する。なお、以下では、高温室Ｈから高温室壁部１６ａを介して筐体１６の外部に放出される熱の熱量を「高温室外部放出熱量Ｑｏ２」とも称する。また、高温室Ｈから断熱隔壁１８を介して低温室Ｌに伝達される熱の熱量を「低温室流入熱量Ｑｉ１」とも称する。
　ここで、高温室外部放出熱量Ｑｏ２は、高温室壁部１６ａの総伝熱面積、厚さ、高温室壁部１６ａを構成する材料の熱伝導率、及び高温室内の温度（以下では、「高温室温度Ｔ２」とも称する）と筐体１６の外部の温度（以下では、「外気温Ｔｅｘ」とも称する）の差に依存する。
　また、低温室流入熱量Ｑｉ１は、断熱隔壁１８の伝熱面積（以下では、「断熱隔壁面積Ｓ２」とも称する）、断熱隔壁１８の厚さ（以下では、「断熱隔壁厚ｄ２」とも称する）、断熱隔壁１８を構成する材料の熱伝導率（以下では、「断熱隔壁熱伝導率λ２」とも称する）、及び低温室内の温度（以下では、「低温室温度Ｔ１」とも称する）と外気温Ｔｅｘの差に依存する。
　さらに、高温室Ｈから断熱隔壁１８を介して低温室Ｌに伝達される熱は、低温室壁部１６ｂを介して筐体１６の外部に放出される。以下では、低温室Ｌから低温室壁部１６ｂを介して筐体１６の外部に放出される熱の熱量を「低温室外部放出熱量Ｑｏ１」とも称する。
　ここで、低温室外部放出熱量Ｑｏ１は、低温室壁部１６ｂの総伝熱面積（以下では、「低温室筐体壁面積Ｓ１」とも称する）、低温室壁部１６ｂの厚さ（以下では、「低温室筐体壁厚ｄ１」とも称する）、低温室壁部１６ｂを構成する材料の熱伝導率（以下では、「筐体壁熱伝導率λ１」とも称する）、及び低温室温度Ｔ１と外気温Ｔｅｘの差に依存する。
　そして、本実施形態では、低温室温度Ｔ１が所定温度以上である場合に、低温室外部放出熱量Ｑｏ１が低温室流入熱量Ｑｉ１以上となる目標熱収支条件を満たすように、低温室Ｌを構成する低温室壁部１６ｂ及び断熱隔壁１８を構成する。より詳細には、上記目標熱収支条件を満たすように、低温室筐体壁面積Ｓ１、低温室筐体壁厚ｄ１、筐体壁熱伝導率λ１、断熱隔壁面積Ｓ２、断熱隔壁厚ｄ２、及び断熱隔壁熱伝導率λ２を定める。
　図２Ｂは、低温室温度Ｔ１と低温室外部放出熱量Ｑｏ１及び低温室流入熱量Ｑｉ１との関係を示すマップの一例である。なお、以下では、説明化のため、外気温Ｔｅｘ及び高温室温度Ｔ２が変動しないものと仮定する。
　また、図２Ｂにおいて、低温室筐体壁面積Ｓ１、筐体壁熱伝導率λ１、及び低温室筐体壁厚ｄ１の値の組み合わせがそれぞれ異なる３つの状態における低温室外部放出熱量Ｑｏ１の曲線を示す。具体的に、低温室筐体壁面積Ｓ１＝Ｓ１0、筐体壁熱伝導率λ１＝λ１0、及び低温室筐体壁厚ｄ１＝ｄ１0における低温室外部放出熱量Ｑｏ１（Ｓ１0，λ１0，ｄ１0）の低温室温度Ｔ１に対する変化を示す曲線Ｃ０を実線で示している。
　さらに、低温室筐体壁面積Ｓ１＝Ｓ１1、筐体壁熱伝導率λ１＝λ１1、及び低温室筐体壁厚ｄ１＝ｄ１1における低温室外部放出熱量Ｑｏ１（Ｓ１1，λ１1，ｄ１1）の低温室温度Ｔ１に対する変化を示す曲線Ｃ１を破線で示している。また、低温室筐体壁面積Ｓ１＝Ｓ１2、筐体壁熱伝導率λ１＝λ１2、及び低温室筐体壁厚ｄ１＝ｄ１2における低温室外部放出熱量Ｑｏ１（Ｓ１2，λ１2，ｄ１2）の低温室温度Ｔ１に対する変化を示す曲線Ｃ２を一点鎖線で示している。
　また、図２Ｂにおいて、低温室流入熱量Ｑｉ１（Ｓ２，λ２，ｄ２）の低温室温度Ｔ１に対する変化を示す曲線Ｃ３を点線で示している。
　図示のように、低温室外部放出熱量Ｑｏ１（Ｓ１，λ１，ｄ１）は、低温室筐体壁面積Ｓ１、筐体壁熱伝導率λ１、及び低温室筐体壁厚ｄ１の値にかかわらず、低温室温度Ｔ１が小さいほど（外気温Ｔｅｘに近いほど）小さい値をとり、低温室温度Ｔ１が大きいほど（高温室温度Ｔ２に近いほど）大きくなる。
　すなわち、低温室温度Ｔ１が外気温Ｔｅｘに近づくと、低温室Ｌと筐体１６の外気との間の温度勾配が小さくなるため、低温室外部放出熱量Ｑｏ１（Ｓ１，λ１，ｄ１）も小さくなる。一方、低温室温度Ｔ１は、高温室温度Ｔ２に近いほど外気温Ｔｅｘとの差が大きくなる。したがって、低温室温度Ｔ１が高温室温度Ｔ２に近いほど、低温室Ｌと筐体１６の外部との間の温度勾配が大きくなるため、低温室外部放出熱量Ｑｏ１（Ｓ１，λ１，ｄ１）が大きくなる。
　さらに、低温室外部放出熱量Ｑｏ１（Ｓ１，λ１，ｄ１）は、低温室筐体壁面積Ｓ１、筐体壁熱伝導率λ１、及び低温室筐体壁厚ｄ１の値に応じて各曲線Ｃ０～Ｃ２として示されるように、低温室温度Ｔ１の値の変化に応じた感度が異なる。
　例えば、低温室筐体壁面積Ｓ１が大きいほど、低温室壁部１６ｂを介した筐体１６の外部への伝熱量が増加するので、低温室外部放出熱量Ｑｏ１（Ｓ１，λ１，ｄ１）は大きくなる。また、同様に筐体壁熱伝導率λ１が大きいほど、低温室外部放出熱量Ｑｏ１（Ｓ１，λ１，ｄ１）は大きくなる。さらに、低温室筐体壁厚ｄ１が大きいほど、低温室壁部１６ｂを介した筐体１６の外部への伝熱量が減少するので、低温室外部放出熱量Ｑｏ１（Ｓ１，λ１，ｄ１）は小さくなる。したがって、低温室外部放出熱量Ｑｏ１（Ｓ１，λ１，ｄ１）は、これら低温室筐体壁面積Ｓ１、筐体壁熱伝導率λ１、及び低温室筐体壁厚ｄ１の値に応じて適宜、図２Ｂの各曲線Ｃ０～Ｃ２に示すような異なる状態を取る。
　さらに、低温室流入熱量Ｑｉ１（Ｓ２，λ２，ｄ２）は、断熱隔壁面積Ｓ２、断熱隔壁熱伝導率λ２、及び断熱隔壁厚ｄ２の値にかかわらず、低温室温度Ｔ１が大きいほど（高温室温度Ｔ２に近いほど）小さい値をとり、低温室温度Ｔ１が小さいほど（外気温Ｔｅｘに近いほど）大きい値をとる。
　すなわち、低温室温度Ｔ１が高温室温度Ｔ２に近いほど、低温室Ｌと高温室Ｈの間の温度勾配が小さくなるため、低温室流入熱量Ｑｉ１（Ｓ２，λ２，ｄ２）も小さくなる。一方、低温室温度Ｔ１は、外気温Ｔｅｘに近いほど高温室温度Ｔ２との差が大きくなる。したがって、低温室温度Ｔ１が外気温Ｔｅｘに近いほど、低温室Ｌと高温室Ｈの間の温度勾配が大きくなるため、低温室流入熱量Ｑｉ１（Ｓ２，λ２，ｄ２）が大きくなる。
　さらに、図示は省略するが、低温室流入熱量Ｑｉ１（Ｓ２，λ２，ｄ２）も、断熱隔壁面積Ｓ２、断熱隔壁熱伝導率λ２、及び断熱隔壁厚ｄ２の値に応じて低温室温度Ｔ１の値の変化に対する感度が異なる複数の状態を取る。
　さらに、本実施形態で定める基準温度Ｔｒｅｆは、低温室Ｌ内のガス供給系統２０において耐熱の観点から許容される低温室温度Ｔ１の上限値又は当該上限値から所定のマージンを減算した値が用いられる。
　したがって、本実施形態では、ガス供給系統２０の耐熱保護の観点から、低温室温度Ｔ１を基準温度Ｔｒｅｆ以下に維持すべく、低温室温度Ｔ１が基準温度Ｔｒｅｆ以上となる領域において、低温室外部放出熱量Ｑｏ１（Ｓ１，λ１，ｄ１）が低温室流入熱量Ｑｉ１（Ｓ２，λ２，ｄ２）以上となるように、低温室筐体壁面積Ｓ１、筐体壁熱伝導率λ１、低温室筐体壁厚ｄ１、断熱隔壁面積Ｓ２、断熱隔壁熱伝導率λ２、及び断熱隔壁厚ｄ２を定める。
　例えば、断熱隔壁面積Ｓ２、断熱隔壁厚ｄ２、及び断熱隔壁熱伝導率λ２を決めた場合、低温室温度Ｔ１に応じた低温室流入熱量Ｑｉ１（Ｓ２，λ２，ｄ２）が図の曲線Ｃ３のように定まる。これに対し、低温室温度Ｔ１が基準温度Ｔｒｅｆ以上となる領域において、低温室外部放出熱量Ｑｏ１（Ｓ１，λ１，ｄ１）が低温室流入熱量Ｑｉ１（Ｓ２，λ２，ｄ２）以上となるように、低温室筐体壁面積Ｓ１、低温室筐体壁厚ｄ１、筐体壁熱伝導率λ１を定める。
　具体的に、図２Ｂでは、曲線Ｃ０及び曲線Ｃ１で表される低温室外部放出熱量Ｑｏ１を参照して、低温室筐体壁面積Ｓ１＝Ｓ１0又はＳ１1、筐体壁熱伝導率λ１＝λ１0又はλ１1、及び低温室筐体壁厚ｄ１＝ｄ１0又はｄ１1と定めることができる。
　なお、上記説明では外気温Ｔｅｘ及び高温室温度Ｔ２が変動しないと仮定したが、外気温Ｔｅｘ又は高温室温度Ｔ２が変動する場合であっても、当該変動を考慮して図２Ｂに示すグラフにおける低温室外部放出熱量Ｑｏ１及び低温室流入熱量Ｑｉ１の曲線を適宜定めることができる。したがって、外気温Ｔｅｘ又は高温室温度Ｔ２の値に応じた当該曲線を用いて、適宜、低温室筐体壁面積Ｓ１、筐体壁熱伝導率λ１、及び低温室筐体壁厚ｄ１を定めることができる。
　以上説明した本実施形態の燃料電池システムＳでは、高温室Ｈには、燃料電池スタック１０を含む燃料電池モジュール１が配置されている。高温室Ｈ内は、燃料電池モジュール１の作動による発熱で高温環境となる。
　特に、本実施形態では、燃料電池モジュール１を構成する燃料電池スタック１０が６００℃～８００℃程度の作動温度である固体酸化物型燃料電池で構成されるとともに、この固体酸化物型燃料電池における発電のための燃料改質を行う改質装置１２も同様に高温で動作する。したがって、これら燃料電池スタック１０及び改質装置１２で構成される燃料電池モジュール１の作動によって高い熱が放出される。
　これに対して、本実施形態の燃料電池システムＳの構成によると、高温室Ｈが高温室壁部１６ａを介して外気と接しているため、燃料電池モジュール１の発熱の一部を高温室壁部１６ａを介して放出することができる。
　一方で、断熱隔壁１８が、高温室Ｈと低温室Ｌは筐体１６の断面を区画して設けられているため、高温室Ｈから低温室Ｌへの熱伝導が好適に遮断される。したがって、高温室Ｈから低温室Ｌ内へ熱流入が抑制され、低温室Ｌ内のガス供給系統２０に対する熱害を抑制することができる。
　さらに、仮に断熱隔壁１８によって高温室Ｈから低温室Ｌ内への熱伝達の完全に遮断できなくとも、低温室Ｌ内に流入した熱は断熱隔壁１８より熱伝達性能が高い低温室壁部１６ｂを介して外部に放熱される。したがって、低温室Ｌ内における過剰な熱の滞留が抑制される。
　また、筐体１６は水密構造を有しており、且つ低温室壁部１６ｂに設けられた第１空気管路通過孔４０、第１燃料管路通過孔４４、及び第１排ガス管路通過孔４８に、それぞれ、水密性シール材６０、６２、６４が設けられているので、筐体１６内部への水分の侵入、特に高温室Ｈ内への水分の侵入が抑制される。これにより、高温室Ｈ内への水分の侵入に起因する燃料電池スタック１０及び改質装置１２の温度の低下及びこれらを構成する部品の酸化劣化等の不具合の発生を抑制することができる。
　特に、本実施形態では、このような高温室Ｈ内への水分の侵入の抑制を、低温室Ｌを構成する低温室壁部１６ｂの第１空気管路通過孔４０、第１燃料管路通過孔４４、及び第１排ガス管路通過孔４８に各水密性シール材６０、６２、６４を設けることで実現している。すなわち、各水密性シール材６０、６２、６４を放熱性が向上した低温室Ｌを構成する低温室壁部１６ｂに設けることで水分の侵入を抑制することができるので、高温室Ｈの熱の影響を受け易い位置にこれらシール材を設ける場合と比較して各水密性シール材６０、６２、６４に要求される耐熱性の基準を低くすることができる。
　すなわち、各水密性シール材６０、６２、６４を高い耐熱性を有する特殊な材料ではなく、上述した汎用のシール材で構成することができるので、各水密性シール材６０、６２、６４を設けることによるコストアップを抑制することができる。
　以上説明した本実施形態の燃料電池システムＳによれば、以下の作用効果を奏する。
　本実施形態の燃料電池システムＳは、燃料電池スタック１０及び改質装置１２を含む燃料電池モジュール１を備える。そして、燃料電池システムＳは、燃料電池モジュール１が配置される高温室Ｈと、燃料電池モジュール１に燃料及び酸化剤としての空気を供給するガス供給系統２０が配置される低温室Ｌと、を備える筐体１６を有する。さらに、燃料電池システムＳは、高温室Ｈと低温室Ｌを画定するように筐体１６の断面を区画するとともに、ガス供給系統２０による燃料電池モジュール１への燃料の供給及び空気の供給をそれぞれ許容する供給路としての第１燃料管路通過孔４４及び第１空気管路通過孔４０と、を備える。
　これにより、筐体１６内において、熱源となる燃料電池モジュール１が配置された高温室Ｈから低温室Ｌへの熱流入を断熱隔壁１８により抑制しつつ、低温室Ｌを構成する筐体１６の低温室壁部１６ｂから該低温室Ｌ内の熱を放熱することができる。これにより、低温室Ｌ内にエアブロア等の装置を設けることなく、低温室Ｌ内に配置されるガス供給系統２０に影響を及ぼすほどの過剰の熱の滞留を抑制することができる。すなわち、システム構成の簡素化及びコストダウンを図りつつも、低温室Ｌ内の所望の放熱性を実現することができる。
　また、本実施形態の燃料電池システムＳでは、筐体１６は水密構造を有する。
　これにより、筐体１６内部の水分の侵入が抑制される。したがって、筐体１６の内の断熱隔壁１８に水分の侵入を遮断するためのシール材を設けずとも、高温室Ｈ内への水分の侵入が好適に抑制される。すなわち、高温にさらされる断熱隔壁１８に高い耐熱性を有する高価なシール材を用いることなく高温室Ｈ内への水分の侵入を抑制でき、結果として、水分が燃料電池モジュール１に水分が接触することに起因する燃料電池モジュール１の温度低下及び酸化劣化の抑制を図ることができる。
　特に、本実施形態では、ガス供給系統２０は、筐体１６の外部から低温室Ｌを介して燃料電池モジュール１に燃料を供給する燃料配管２６と、筐体１６の外部から低温室Ｌを介して燃料電池モジュール１に空気を供給する酸化剤配管としての空気配管２２と、を有する。そして、筐体１６の低温室壁部１６ｂには、燃料配管２６が挿通される燃料配管通過孔としての第１燃料管路通過孔４４と、空気配管２２が挿通される酸化剤配管通過孔としての第１空気管路通過孔４０と、が形成される。そして、第１燃料管路通過孔４４及び第１空気管路通過孔４０には、水密性シール材６０、６２が設けられる。
　これにより、水密性シール材６０、６２によって第１燃料管路通過孔４４及び第１空気管路通過孔４０の水密性をより向上させることができるので、筐体１６内部への水分の侵入、特に高温室Ｈ内への水分の侵入をより確実に抑制することができる。
　特に、本実施形態では、既に説明したように放熱性が向上した低温室Ｌの低温室壁部１６ｂに水密性シール材６０、６２を設けている。したがって、水密性シール材６０、６２に高い耐熱性を有する特殊な材料を用いずに済むので、水密性シール材６０、６２を汎用のシール材である車両用のリップパッキン、スクィーズドパッキン（Ｏリング）、又はガスケット等で構成することができる。結果として、水密性シール材６０、６２を構成することによるコストアップを抑制しつつ、高温室Ｈ内への水分の侵入を好適に防止することができる。
　一方、本実施形態では、低温室Ｌは、該低温室Ｌの温度（低温室温度Ｔ１）が所定温度である基準温度Ｔｒｅｆ以上となる場合に、該低温室Ｌから筐体１６の外部への放出熱量である低温室外部放出熱量Ｑｏ１が、断熱隔壁１８を介した高温室Ｈからの流入熱量である低温室流入熱量Ｑｉ１以上となる目標熱収支条件を満たすように設計される。
　すなわち、低温室温度Ｔ１が基準温度Ｔｒｅｆ以上の領域において、低温室Ｌの放熱性能が流入熱量を上回ることとなる。これにより、低温室温度Ｔ１が基準温度Ｔｒｅｆに到達した場合、低温室Ｌ内の熱収支が放熱側になって低温室温度Ｔ１の上昇が抑制される。結果として、低温室温度Ｔ１を低下させるための追加の換気装置等を設けることなく、低温室温度Ｔ１の過剰な温度上昇を抑制することが可能となる低温室Ｌの構成を提供することができる。
　特に、本実施形態では、目標熱収支条件を満たすように、筐体１６の低温室壁部１６ｂの面積（低温室筐体壁面積Ｓ１）、低温室壁部１６ｂの熱伝導率（筐体壁熱伝導率λ１）、低温室壁部１６ｂの厚さ（低温室筐体壁厚ｄ１）、断熱隔壁１８の面積（断熱隔壁面積Ｓ２）、断熱隔壁１８の熱伝導率（断熱隔壁熱伝導率λ２）、及び断熱隔壁１８の厚さ（断熱隔壁厚ｄ２）が定められる。
　これにより、上記目標熱収支条件を実現し得る低温室Ｌのより具体的な構成が実現されることとなる。特に、燃料電池システムＳを搭載する車両のスペース（容積）の制限などに応じて、各面積、各熱伝導率、及び各厚さの少なくとも何れかを適宜調節して目標熱収支条件を実現し得る燃料電池システムＳを構築することができる。
　特に、目標熱収支条件を満たすように、低温室筐体壁面積Ｓ１と断熱隔壁面積Ｓ２の比率を定めることが好ましい。
　これにより、低温室筐体壁面積Ｓ１と断熱隔壁面積Ｓ２を適切に設定することで、高温室壁部１６ａ及び断熱隔壁１８を構成する材料の断熱性能やこれらの厚さに依存することなく、低温室温度Ｔ１を基準温度Ｔｒｅｆ以下に維持できる低温室Ｌを構成することができる。したがって、高温室壁部１６ａ及び断熱隔壁１８を形成するために選択し得る材料の汎用性及び厚さの選択性が広がるので、材料のコストダウンを図ることが可能であるとともに、設計自由度が向上する。
　より具体的に、低温室筐体壁面積Ｓ１を断熱隔壁面積Ｓ２よりも大きくするほど低温室Ｌ内の放熱性が高くなり、逆に低温室筐体壁面積Ｓ１を断熱隔壁面積Ｓ２よりも小さくするほど低温室Ｌ内の放熱性が低くなるので、所望の基準温度Ｔｒｅｆに応じて、低温室筐体壁面積Ｓ１と断熱隔壁面積Ｓ２の相対的な大小関係を適切に調整することで、目標熱収支条件を満たす低温室Ｌを簡易に構成することができる。
　また、本実施形態の燃料電池システムＳにおいて、燃料電池スタック１０を構成する燃料電池は、固体酸化物型燃料電池である。このように、動作温度が高温である固体酸化物型燃料電池により構成される燃料電池スタック１０、及びその改質装置１２等からなる燃料電池モジュール１を有する燃料電池システムＳにおいて、低コストに低温室Ｌ内の放熱性を向上させることはより重要視されるところ、上述した本実施形態に係る構成であれば当該要求を実現できる。
　（第２実施形態）
　以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図３は、第２実施形態による燃料電池システムの構成を説明する図である。
　図示のように、本実施形態の燃料電池システムＳでは、第１実施形態で説明した構成に加えて、高温室Ｈに、燃料電池スタック１０及び改質装置１２からなる燃料電池モジュール１を囲う断熱被覆体７０が設けられている。
　断熱被覆体７０は、中空の略矩形状に形成され、内部に燃料電池モジュール１が収容されている。この構成により、燃料電池モジュール１を収容する断熱被覆体７０内から外部への熱の放出が抑制され、燃料電池モジュール１の温度低下による熱損失が抑制される。これは、すなわち、高温室Ｈ内における高温室壁部１６ａと断熱被覆体７０の間の空間への熱放出が抑制されることを意味する。したがって、高温室Ｈから断熱隔壁１８を介して低温室Ｌに流入する熱も低減させることができ、低温室Ｌ内の過剰な熱滞留を抑制する効果をさらに高めることにも寄与する。
　以上説明した本実施形態の燃料電池システムＳによれば、以下の作用効果を奏する。
　本実施形態の燃料電池システムＳでは、高温室Ｈには、燃料電池モジュール１を囲う断熱被覆体７０が設けられる。
　これにより、燃料電池モジュール１の熱損失を抑制しつつも、高温室Ｈから断熱隔壁１８を介した低温室Ｌへの熱流入量をさらに低減させ、当該低温室Ｌの過剰な熱滞留を抑制する効果をさらに高めることができる。
　（第３実施形態）
　以下、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態又は第２実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図４は、第３実施形態による燃料電池システムの構成を説明する図である。
　図示のように、本実施形態では、第２実施形態で説明した断熱被覆体７０において、当該断熱被覆体７０の一部領域である低温室Ｌと対向する辺部を、第１実施形態で説明した断熱隔壁１８として構成する。すなわち、断熱隔壁１８が断熱被覆体７０と一体に構成されている。また、本実施形態では、断熱被覆体７０における断熱隔壁１８以外の部分が、高温室壁部１６ａの内面に密着して接するよう設けられている。
　本実施形態によれば、断熱被覆体７０と断熱隔壁１８を一体に構成することで、簡易且つ低コストに断熱隔壁１８を構成することができる。すなわち、断熱被覆体７０と断熱隔壁１８に別個の断熱材料で構成することによる作業の煩雑化及び材料コストの増加を好適に抑制することができる。
　また、断熱被覆体７０における断熱隔壁１８以外の部分が、高温室壁部１６ａの内面に密着して接するよう設けられている。これにより、断熱被覆体７０により遮断しきれない熱は、空間を介することなく直接的に断熱性の低い高温室壁部１６ａに伝達され、筐体１６の外部に放出されることとなる。したがって、高温室壁部１６ａを介して高温室Ｈ内の熱を筐体１６の外部に放出する機能がより向上することとなる。
　さらに、本実施形態では図に示すように、断熱被覆体７０は、断熱隔壁１８の厚さとそれ以外の部分の厚さが異なるように形成されている。特に、断熱被覆体７０における断熱隔壁１８の厚さは、断熱被覆体７０におけるそれ以外の部分よりも所定厚さ分厚く構成されている。
　これにより、断熱被覆体７０及び高温室壁部１６ａを介した筐体１６の外部への熱伝達経路における断熱性よりも、断熱隔壁１８を介した低温室Ｌへの熱伝達経路における断熱性が高くなっている。したがって、断熱被覆体７０で遮断しきれず熱が漏れ出る場合であって、当該熱を低温室Ｌに流入させることなく筐体１６外部へ放出させる機能がより好適に発揮されることとなる。
　また、本実施形態では、断熱被覆体７０における断熱隔壁１８以外の部分が、高温室壁部１６ａの内面の略全体に亘って密着するように設けられている。これにより、筐体１６が断熱被覆体７０を支持及び補強し、強度を高める機能も果たすこととなる。このように断熱被覆体７０を筐体１６の内面に密着させることによる支持・補強機能は、燃料電池システムＳが振動等の外力にさらされる可能性にある車両等の移動体に搭載される場合に特に有用である。
　以上説明した本実施形態の燃料電池システムＳによれば、以下の作用効果を奏する。
　本実施形態の燃料電池システムＳでは、断熱被覆体７０の一部領域が、断熱隔壁１８として構成される。
　これにより、断熱被覆体７０と断熱隔壁１８を別個に構成する場合と比べて、燃料電池システムＳを構成するための作業の煩雑性及びコストを抑制しつつ、当該断熱隔壁１８を構成することができる。
　また、本実施形態の燃料電池システムＳでは、断熱被覆体７０は、筐体１６の高温室壁部１６ａに接するように設けられている。
　これにより、断熱被覆体７０により遮断しきれない熱は、少なくとも断熱被覆体７０と高温室壁部１６ａが接触する領域において、空間を介することなく直接的に断熱性の低い高温室壁部１６ａに伝達され、筐体１６の外部に放出されることとなる。したがって、高温室壁部１６ａを介して高温室Ｈ内の熱を筐体１６の外部に放出する機能がより向上することとなる。
　なお、本実施形態では、断熱被覆体７０における断熱隔壁１８以外の部分が、高温室壁部１６ａの内面の略全体に亘って密着するように設けられている例について説明した。しかしながら、これに限られず、断熱被覆体７０における断熱隔壁１８以外の部分の一部の領域が、高温室壁部１６ａに接する構成であっても良い。
　（変形例）
　以下、第３実施形態の変形例について説明する。
　図５は、第３実施形態の変形例について説明する図である。
　図示のように、本変形例では、上記第３実施形態の構成に加えて、断熱隔壁１８に空気層１８ｂが設けられている。これにより、高温室Ｈから低温室Ｌに至る熱伝達に対する断熱性をより向上させることができる。
　特に、この場合、断熱被覆体７０における断熱隔壁１８とそれ以外の部分を同じ厚さに構成するか、或いは断熱隔壁１８を相対的に薄く形成した場合であっても、高い断熱性能の空気層１８ｂによって高温室Ｈから低温室Ｌへの熱の流入をより確実に抑制することができる。したがって、断熱被覆体７０において断熱隔壁１８の部分とその他の部分を均一の厚さに構成した断熱被覆体７０であっても、高温室Ｈから低温室Ｌへの熱の抑制機能を好適に維持しつつその設計自由度を向上させることができる。
　（第４実施形態）
　以下、第４実施形態について説明する。なお、第１～３実施形態の何れかの要素と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図６は、第４実施形態による燃料電池システムの構成を説明する図である。
　図示のように、本実施形態の燃料電池システムＳは、図４で説明した第２実施形態の燃料電池システムＳに加えて、筐体１６の外部に配置された燃料供給装置としての燃料タンク９０と、筐体１６の外部に配置された酸化剤供給装置としてのエアブロア９２と、を有している。
　燃料タンク９０は、内部に液体状態の燃料を貯留する。そして、燃料タンク９０には、内部の燃料を燃料配管２６に送り出すポンプ９０ａが設けられている。また、エアブロア９２は、外気を取り込み、空気配管２２に空気を送り出す。
　そして、これら燃料タンク９０及びエアブロア９２は、筐体１６の外部、特に燃料電池システムＳ内に筐体１６からの熱伝達の影響が少ない位置、好ましくは外気と同程度の低温環境である位置に配置されている。すなわち、このような低温環境下に配置される燃料タンク９０及びエアブロア９２から燃料配管２６及び空気配管２２に送り出される燃料及び空気も、高温室Ｈの温度に対して低温となる。
　本実施形態では、このような低温の燃料及び空気は、低温室Ｌを通過して燃料電池モジュール１に供給される。したがって、高温室Ｈから低温室Ｌ内に熱が流入しても、低温の燃料及び空気が通る燃料配管２６及び空気配管２２からの冷熱により、当該低温室Ｌ内の過剰な温度上昇が抑制される。
　以上説明した本実施形態の燃料電池システムＳによれば、以下の作用効果を奏する。
　本実施形態によれば、筐体１６の外部に、燃料配管２６に燃料を送り出す燃料供給装置としての燃料タンク９０と、空気配管２２に空気を送り出す酸化剤供給装置としてのエアブロア９２と、が配置される。
　すなわち、筐体１６の外部の相対的な低温領域に燃料及び空気の供給源である燃料タンク９０及びエアブロア９２が配置される。これにより、燃料タンク９０及びエアブロア９２から燃料配管２６及び空気配管２２にそれぞれ送り出される低温の燃料及び空気が低温室Ｌを経由するにあたり、低温室Ｌ内の冷却し、その温度上昇を抑制することができる。
　さらに、逆に低温室Ｌ内を冷却することで受熱する燃料及び空気は、昇温して高温室Ｈ内の燃料電池モジュール１に供給されるにあたり好適な温度に近づく。したがって、本実施形態の燃料電池システムＳの構成により、低温室Ｌを低温環境に維持する機能及び燃料電池モジュール１への供給に適する温度への燃料及び空気の加熱の双方に寄与することができる。結果として、燃料電池システムＳにおけるエネルギー効率の向上にも資することとなる。
　さらに、本実施形態の燃料電池システムＳの構成は、当該燃料電池システムＳが車両に搭載される場合により好ましい効果を発揮する。具体的には、車両において燃料電池システムＳを搭載する場合には、車種毎の要求される航続距離や出力等のスペックに応じて燃料タンク９０及びエアブロア９２の仕様が決められている。
　したがって、例えば筐体１６の低温室Ｌ内に燃料タンク９０及びエアブロア９２を配置する構成をとると、車種に応じて燃料電池システムＳの仕様を変更することが要求される。しかしながら、本実施形態の燃料電池システムＳのように、車種毎に異なる仕様が要求される燃料タンク９０及びエアブロア９２を筐体１６の外部に配置するようにしたことで、予め車種に応じた仕様の燃料タンク９０及びエアブロア９２を搭載した車両に、共通仕様の筐体１６及びその内部の燃料電池モジュール１を適用するだけで、車両に燃料電池システムＳの搭載が可能となる。すなわち、燃料電池システムＳの車両への搭載にあたり、車種等に対する汎用性が向上するので、生産性及びコストの観点からより好適となる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を、上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上記実施形態に対し、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で様々な変更及び修正が可能である。
　基準温度Ｔｒｅｆは、低温室Ｌ内のガス供給系統２０において耐熱の観点から許容される低温室温度Ｔ１の上限値又は当該上限値以外にも、状況に応じて所望の値に設定することができる。例えば、低温室温度Ｔ１を耐熱上限値よりも大幅に低い値に設定して、ガス供給系統２０の熱害をより確実に抑制するようにしても良い。
　さらに、上記実施形態では、燃料電池スタック１０が固体酸化物型燃料電池により構成される例を説明した。しかしながら、燃料電池スタック１０は、固体高分子型燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、又はりん酸形燃料電池等の作動時に発熱を伴う他の種類の燃料電池により構成しても良い。
　また、上記各実施形態及び変形例は、任意に組み合わせが可能である。例えば、第１実施形態の図２Ａ及び図２Ｂで説明した低温室壁部１６ｂ及び断熱隔壁１８の面積、熱伝導率、及び厚さの設定は、第２～第４実施形態の燃料電池システムＳにも適用が可能である。例えば、図５に示す第３実施形態の燃料電池システムＳにおいては、筐体壁熱伝導率λ１として、断熱隔壁１８の材料部分の熱伝導率λａ及び空気層１８ｂの熱伝導率λｂの合成熱伝導率λｔｏｔａｌを採用することで、図２Ａ及び図２Ｂで説明した方法を同様に実行できる。なお、この合成熱伝導率λｔｏｔａｌは、例えば、（１／λａ）＋（１／λｂ）＝（１／λｔｏｔａｌ）に既知のλａ及びλｂを当てはめて解くことで算出することができる。また、図６に示す第４実施形態では、低温室流入熱量Ｑｉ１として、燃料配管２６及び空気配管２２の燃料及び空気から低温室Ｌに与えられる冷熱分を減算するなどして補正することで、図２Ａ及び図２Ｂで説明した方法を同様に実行できる。
　さらに、上記各実施形態及び変形例では、燃料電池モジュール１が燃料電池スタック１０及び改質装置１２で構成される例を説明したが、燃料電池モジュール１が他の蒸発器等の作動時に発熱をともなう他の装置を含んでいても良い。さらに、例えば燃料電池スタック１０を構成する燃料電池のタイプ等によって燃料の改質が要求されない場合には、燃料電池モジュール１が改質装置１２を含まなくても良い。
　また、上記各実施形態及び変形例では、断熱隔壁１８は、例えば図１等に示すように、断面略直線状に筐体１６の断面を区画する形状に構成されている。しかしながら、断熱隔壁１８は、断面略直線状以外の形状に構成されても良い。すなわち、断熱隔壁１８は、少なくとも高温室Ｈを画定する辺の一部が筐体１６の壁部（高温室壁部１６ａ）を構成する形態であれば、断面略直線状以外の形状に構成しても良い。
　例えば、図７に示すように、高温室壁部１６ａを確保しつつ一部を屈曲させた断熱隔壁１８としても良い。さらに、図８に示すように、図７の構成に加えて、燃料電池モジュール１を断熱被覆体７０で囲う構成としても良い。

Claims (12)

  1. 　燃料電池を含む燃料電池モジュールを有する燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池モジュールが配置される高温室と、前記燃料電池モジュールに燃料及び酸化剤を供給するガス供給系統が配置される低温室と、を備えた筐体と、
    　前記高温室と前記低温室を画定するように前記筐体の断面を区画するとともに、前記ガス供給系統による前記燃料電池モジュールへの燃料及び酸化剤の供給を許容する供給路が形成された断熱隔壁と、
    　を備えた、
    　燃料電池システム。
  2. 　請求項１に記載の燃料電池システムであって、
    　前記筐体は、水密構造を有する、
    　燃料電池システム。
  3. 　請求項２に記載の燃料電池システムであって、
    　前記ガス供給系統は、前記筐体の外部から前記低温室及び前記供給路を介して前記燃料電池モジュールに燃料を供給する燃料配管と、前記筐体の外部から前記低温室及び前記供給路を介して前記燃料電池モジュールに酸化剤を供給する酸化剤配管と、を有し、
    　前記筐体の低温室壁部には、前記燃料配管が挿通される燃料配管通過孔と、前記酸化剤配管が挿通される酸化剤配管通過孔と、が形成され、
    　前記燃料配管通過孔及び前記酸化剤配管通過孔には、水密性シール材が設けられる、
    　燃料電池システム。
  4. 　請求項３に記載の燃料電池システムであって、
    　前記水密性シール材は、汎用のシール材で構成される、
    　燃料電池システム。
  5. 　請求項３又は４に記載の燃料電池システムであって、
    　前記筐体の外部に、前記燃料配管に燃料を送り出す燃料供給装置と、前記酸化剤配管に酸化剤を送り出す酸化剤供給装置と、が配置される、
    　燃料電池システム。
  6. 　請求項１～５の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
    　前記高温室には、前記燃料電池モジュールを囲う断熱被覆体が設けられた、
    　燃料電池システム。
  7. 　請求項６に記載の燃料電池システムであって、
    　前記断熱被覆体の一部領域が、前記断熱隔壁として構成される、
    　燃料電池システム。
  8. 　請求項６又は７に記載の燃料電池システムであって、
    　前記断熱被覆体は、前記筐体の高温室壁部に接するように設けられた、
    　燃料電池システム。
  9. 　請求項１～８の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
    　前記低温室は、該低温室の温度が所定温度以上となる場合に、該低温室から前記筐体の外部への放出熱量が、前記断熱隔壁を介した前記高温室からの流入熱量以上となる目標熱収支条件を満たすように構成された、
    　燃料電池システム。
  10. 　請求項９に記載の燃料電池システムであって、
    　前記目標熱収支条件を満たすように、前記筐体の低温室壁部の面積、前記筐体の低温室壁部の熱伝導率、前記筐体の低温室壁部の厚さ、前記断熱隔壁の面積、前記断熱隔壁の熱伝導率、及び前記断熱隔壁の厚さの少なくとも何れか一つが定められた、
    　燃料電池システム。
  11. 　請求項１０に記載の燃料電池システムであって、
    　前記目標熱収支条件を満たすように、前記筐体の低温室壁部の面積と前記断熱隔壁の面積の比率が定められた、
    　燃料電池システム。
  12. 　請求項１～１１の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池は、固体酸化物型燃料電池である、
    　燃料電池システム。
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