高温反应部的隔热结构的制作方法

1.本发明涉及高温反应部的隔热结构。

背景技术：

2.作为利用通过电化学反应的发电方式的发电装置的一种，已知具有优异的发电效率以及环保等的特性的燃料电池。其中，固体氧化物燃料电池(sofc：solid oxide fuel cell)，使用氧化锆陶瓷等的陶瓷作为电解质，使用对城市煤气、天然气、煤气化气等的燃料改性而生成的氢以及一氧化碳进行发电。另外已知固体氧化物燃料电池，具备为了提高离子传导率达到约700～1100℃左右的高的工作温度的反应部(发电室)，作为用途广泛的高效率的高温型燃料电池。
3.例如专利文献1中公开了该种的固体氧化物燃料电池的一个例子，显示有用于通过使供给于具有燃料极和空气极的筒状的电池堆(单元管)的内部和外部的燃料气体和氧化剂气体反应而产生电力的结构。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2016－115629号公报

技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.如所述，因为固体氧化物燃料电池具备具有高的工作温度的反应部，所以为了在起动时迅速地升温，或为了有效地维持高温的工作温度，有用隔热体至少部分地包围设置燃料电池单元的反应部的情况。另一方面，为了将在反应部发电的电力向外部输出，需要使反应部内的具有燃料电池单元的电池堆的端部附近，延伸直到隔热体的外部。因此，在隔热体上设置电池堆的端部附近能够插通而形成的贯通孔。
9.在该贯通孔的附近，以在插通到贯通孔中的电池堆的表面和隔热体的表面之间确保一定程度的间隙的方式设计，但实际上由于设计误差等的原因，有电池堆的表面与隔热体的表面发生接触的情况。像这样电池堆和隔热体发生接触时，为了保护电池堆，在电池堆的表面上设置包含绝缘材料的绝缘膜。
10.可是隔热体中，以成型性或保证强度
·
加工性等作为目的，有使用含有金属元素的粘合剂成分的情况。作为该种粘合剂成分，使用例如相对于胶态二氧化硅(sio2或其水合物)作为稳定剂含有钠这样的碱金属的成分。若包含该粘合剂成分的隔热体在高温环境下长时间与电池堆接触，则有在隔热体的内部金属元素的浓缩进行，并且在工作温度区域内形成熔融相的情况。例如，如前所述含有包含钠这样的碱金属的胶态二氧化硅作为粘合剂成分的隔热体，相对于包含氧化铝(al2o3)的绝缘膜，若在高温环境下经过长时间接触，则熔点降低，有在790℃左右形成熔融相的可能性。在该状況下，若在隔热体和电池堆之间施加某种程度的大的负电位，则浓缩后金属元素离子化后，从隔热体侧向电池堆侧移动，发生电
池堆上的绝缘膜的变性或绝缘性下降。若该情况进一步进行则有因短路电流导致的绝缘破坏的可能性。
11.本发明的至少一个实施方式是鉴于上述情况而形成的，目的在于提供在高温环境下电池堆与隔热体长时间发生接触时，能够防止绝缘膜的变性或绝缘性下降的高温反应部的隔热结构。
12.用于解决课题的手段
13.本发明的至少一个实施方式的高温反应部的隔热结构为解决上述课题，具备：
14.具备至少一个的反应部的电池堆；
15.含有包含金属元素的粘合剂成分，至少部分地包围所述反应部，并且以与设置于所述电池堆上的绝缘膜相对的方式设置的隔热体；和
16.以抑制来自所述金属元素的金属离子从所述隔热体向所述绝缘膜进行移动的方式构成的金属离子移动抑制机构。
17.发明效果
18.根据本发明的至少一个实施方式，能够提供在高温环境下经过长时间电池堆与隔热体进行接触时，能够防止绝缘膜的变性或绝缘性降低的高温反应部的隔热结构。
附图说明
19.图1是显示本发明的一个实施方式的固体氧化物燃料电池模块的全体构成的立体图。
20.图2是显示图1的固体氧化物燃料电池盒的内部构成的截面图。
21.图3是图2的氧化性气体排出间隙附近的放大图。
22.图4是一同显示固体氧化物燃料电池盒的内部构成与多个电池堆的集电机构的概略图。
23.图5是图4的第1变形例。
24.图6是图4的第2变形例。
25.图7是显示其他的实施方式的金属离子移动抑制机构所具备的温度控制部的框图。
26.图8是以每个工序显示图7的温度控制部进行的温度控制方法的流程图。
27.图9是显示其他的实施方式的金属离子移动抑制机构的概略构成图。
28.图10是显示其他的实施方式的金属离子移动抑制机构的概略构成图。
具体实施方式
29.以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。但是，作为实施方式记载或图示的构成构件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等，没有将本发明的范围限于此的意图，只不过是说明例而已。
30.图1是显示本发明的一个实施方式的固体氧化物燃料电池模块100的全体构成的立体图，图2是显示图1的固体氧化物燃料电池盒102的内部构成的截面图。
31.固体氧化物燃料电池模块100具备：多个固体氧化物燃料电池盒102、和收纳多个固体氧化物燃料电池盒102的压力容器104。另外固体氧化物燃料电池模块100具有：燃料气
体供给管106、和多个燃料气体供给支管106a。另外固体氧化物燃料电池模块100具有：燃料气体排出管108、和多个燃料气体排出支管108a。另外固体氧化物燃料电池模块100具有：氧化性气体供给管(未图示)、和氧化性气体供给支管(未图示)。另外固体氧化物燃料电池模块100具有：氧化性气体排出管(未图示)、和多个氧化性气体排出支管(未图示)。
32.燃料气体供给管106设置于压力容器104的内部，连接于根据固体氧化物燃料电池模块100的发电量而供给规定气体组成和规定流量的燃料气体g的燃料供给系统(未图示)，并且，连接于多个燃料气体供给支管106a。该燃料气体供给管106，将从燃料供给系统(未图示)供给的规定流量的燃料气体分支导向多个燃料气体供给支管106a。
33.燃料气体供给支管106a连接于燃料气体供给管106，并且，连接于多个固体氧化物燃料电池盒102。该燃料气体供给支管106a是将从燃料气体供给管106供给的燃料气体以大致均等的流量导向多个固体氧化物燃料电池盒102，使多个固体氧化物燃料电池盒102的发电性能大致均匀化的构件。
34.燃料气体排出支管108a，连接于多个固体氧化物燃料电池盒102，并且，连接于燃料气体排出管108。该燃料气体排出支管108a是将从固体氧化物燃料电池盒102排出的燃料气体排气导向燃料气体排出管108的构件。另外，燃料气体排出管108连接于多个燃料气体排出支管108a，并且，一部分配置于压力容器104的内部。该燃料气体排出管108将从燃料气体排出支管108a以大致均等的流量导出的燃料气体排气导向压力容器104的外部的燃料气体排出系统(未图示)。
35.压力容器104，在内部的压力为0.1mpa～约1mpa、内部的温度为大气温度～约550℃下被运用，利用保有耐压性和对氧化性气体中所含的氧等的氧化剂具有耐腐蚀性的材质。例如优选sus304等的不锈钢系材料。
36.固体氧化物燃料电池盒102，如图2所示，具有多个电池堆110、反应部112(发电部)、燃料气体供给室114、燃料气体排出室116、氧化性气体供给室118、和氧化性气体排出室120。另外固体氧化物燃料电池盒102具有：上部管板122a、下部管板122b、上部隔热体124a、和下部隔热体124b。上部隔热体124a以及下部隔热体124构成反应部112的隔热结构的至少一部分。
37.反应部112是配置各个电池堆110所具备的多个燃料电池单元126，使燃料气体和氧化性气体电化学反应而进行发电的区域。反应部112的电池堆110纵长方向的中央附近的温度，在固体氧化物燃料电池模块100的常规运行时，成为约700℃～1100℃的高温气氛。为了保持这样的反应部112的高温气氛，反应部112通过形成于上部隔热体124a和下部隔热体124b之间，从而被上部隔热体124a以及下部隔热体124b部分地包围。
38.燃料气体供给室114为被固体氧化物燃料电池盒102的上部外壳128a和上部管板122a包围的区域。另外，燃料气体供给室114通过上部外壳128a所具备的燃料气体供给孔130a与燃料气体供给支管106a(参照图1)连通。另外，燃料气体供给室114中，电池堆110的一个端部以电池堆110的基体管132的内部相对于燃料气体供给室114开放而配置。该燃料气体供给室114，将从燃料气体供给支管106a(未图示)经由燃料气体供给孔130a供给的燃料气体以大致均匀的流量导向多个电池堆110的基体管132的内部，使多个电池堆110的发电性能大致均匀化。
39.燃料气体排出室116为被固体氧化物燃料电池盒102的下部外壳128b和下部管板
122b包围的区域。另外，燃料气体排出室116，通过下部外壳128b所具备的燃料气体排出孔130b和燃料气体排出支管108a(参照图1)连通。另外，燃料气体排出室116中，电池堆110的另一个端部以电池堆110的基体管132的内部相对于燃料气体排出室116开放而配置。该燃料气体排出室116，将通过多个电池堆110的基体管132的内部而供给到燃料气体排出室116的燃料气体排气聚集，经由燃料气体排出孔130b导向燃料气体排出支管108a(未图示)。
40.氧化性气体供给室118为被固体氧化物燃料电池盒102的下部外壳128b和下部管板122b和下部隔热体124b包围的区域。另外，氧化性气体供给室118，通过下部外壳128b所具备的氧化性气体供给孔134a和氧化性气体供给支管(参照图1)连通。该氧化性气体供给室118，将从氧化性气体供给支管(参照图1)经由氧化性气体供给孔134a而供给的规定流量的氧化性气体经由后述的氧化性气体供给间隙138a导向反应部112。
41.还有，氧化性气体的气体组成以及供给量，根据固体氧化物燃料电池模块100的发电量而决定。
42.氧化性气体排出室120为被固体氧化物燃料电池盒102的上部外壳128a和上部管板122a和上部隔热体124a包围的区域。另外，氧化性气体排出室120，通过上部外壳128a所具备的氧化性气体排出孔134b和氧化性气体排出支管(参照图1)连通。该氧化性气体排出室120，将从反应部112经由后述的氧化性气体排出间隙138b排出到氧化性气体排出室120的氧化性气体排气，经由氧化性气体排出孔134b导向氧化性气体排出支管(参照图1)。
43.上部管板122a，在上部外壳128a的顶板和上部隔热体124a之间，以相对于上部外壳128a的顶板以及上部隔热体124a大致平行的方式固定于上部外壳128a的侧板。另外上部管板122a，具有对应于固体氧化物燃料电池盒102所具备的电池堆110的个数的多个贯通孔，该贯通孔中分别插入有电池堆110。该上部管板122a，经由未图示的密封构件以及粘接构件中的任意一种或两种气密地支持多个电池堆110的一个端部，并且隔离开燃料气体供给室114和氧化性气体排出室120。
44.下部管板122b，在下部外壳128b的底板和下部隔热体124b之间，以相对于下部外壳128b的底板以及下部隔热体124b大致平行的方式固定于下部外壳128b的侧板。另外下部管板122b，具有对应于固体氧化物燃料电池盒102所具备的电池堆110的个数的多个贯通孔，该贯通孔中分别插入有电池堆110。该下部管板122b，经由未图示的密封构件以及粘接构件中的任意一种或两种气密地支持多个的电池堆110的另一个端部，并且隔离开燃料气体排出室116和氧化性气体供给室118。
45.上部隔热体124a，以至少部分地包围反应部112的方式，相对于上部外壳128a的顶板以及上部管板122a大致平行地配置于上部外壳128a的下端部，并固定于上部外壳128a的侧板。另外，上部隔热体124a中，对应于固体氧化物燃料电池盒102所具备的电池堆110的个数设置有多个贯通孔。该贯通孔的直径设定为比电池堆110的外径大。上部隔热体124a，具有形成于该贯通孔的内表面和插通于上部隔热体124a的电池堆110的外表面之间的氧化性气体排出间隙138b。
46.该上部隔热体124a，是将反应部112和氧化性气体排出室120隔开的构件，抑制上部管板122a的周围的气氛高温化而强度降低或由于氧化性气体中所含有的氧化剂导致的腐蚀增加。上部管板122a等由因科镍合金(inconel)等的具有高温耐久性的金属材料形成，是防止上部管板122a等暴露于反应部112内的高温下与上部外壳128a间的温度差变大导致
发生热变形的构件。另外，上部隔热体124a，是使通过反应部112被暴露于高温中的氧化性气体排气通过氧化性气体排出间隙138b而导向氧化性气体排出室120的构件。
47.根据本实施方式，通过上述的固体氧化物燃料电池盒102的结构，形成为使燃料气体和氧化性气体在电池堆110的内侧和外侧相对而流动的结构。基于此，氧化性气体排气与通过基体管132的内部被供给到反应部112中的燃料气体之间进行热交换，冷却到由金属材料形成的上部管板122a等不产生压曲等的变形的温度而供给到氧化性气体排出室120。另外，燃料气体，通过与从反应部112排出的氧化性气体排气的热交换而被升温，被供给到反应部112。其结果，能够不使用加热器等而将预热升温到适宜发电的温度的燃料气体供给到反应部112。
48.下部隔热体124b，以至少部分地包围反应部112的方式，相对于下部外壳128b的底板以及下部管板122b大致平行地配置于下部外壳128b的上端部，固定于上部外壳128a的侧板。另外，下部隔热体124b中，对应于固体氧化物燃料电池盒102所具备的电池堆110的个数，设置有多个的贯通孔。该贯通孔的直径设定为比电池堆110的外径大。下部隔热体124b具有形成于该贯通孔的内表面和插通下部隔热体124b的电池堆110的外表面之间的氧化性气体供给间隙138a。
49.该下部隔热体124b，是将反应部112和氧化性气体供给室118隔开的构件，抑制下部管板122b的周围的气氛高温化而强度降低或由于氧化性气体中含有的氧化剂导致的腐蚀増加。下部管板122b等由因科镍合金等的具有高温耐久性的金属材料形成，是防止下部管板122b等暴露于高温下与下部外壳128b间的温度差变大导致发生变形的构件。另外，下部隔热体124b，是使被供给到氧化性气体供给室118的氧化性气体通过氧化性气体供给间隙138a导向反应部112的构件。
50.根据本实施方式，通过上述的固体氧化物燃料电池盒102的结构，形成为使燃料气体和氧化性气体在电池堆110的内侧和外侧相对而流动的结构。基于此，经过基体管132的内部通过反应部112的燃料气体排气与供给到反应部212的氧化性气体之间进行热交换，被冷却到由金属材料形成的下部管板122b等不产生压曲等的变形的温度而排出到燃料气体排出室116。另外，氧化性气体通过与燃料气体排气的热交换而被升温，被供给到反应部112。其结果是，能够不使用加热器等将升温到发电所必需的温度的氧化性气体供给到反应部112。
51.在此，图3是图2的氧化性气体排出间隙138b附近的放大图。在反应部112发电产生的直流电力，通过连接于多个燃料电池单元126(参照图2)的含有ni/ysz等的作为引线膜的集电体140导出到电池堆110的端部附近之后，由下述的固体氧化物燃料电池盒102的集电机构142集电，输出到各个固体氧化物燃料电池盒102的外部。如图3所示，集电体140设置于基体管132上，并且，上层侧由含有氧化铝(al2o3)等的绝缘材料的密封绝缘膜144覆盖。
52.还有，图中未示出的氧化性气体供给间隙138a附近的构成也与图3所示的氧化性气体排出间隙138b附近的构成大致相同。另外本说明书中，涉及图3所示的氧化性气体排出间隙138b附近的构成的事项，只要没有特别的记载，对于氧化性气体供给间隙138a附近也能够适用。
53.图4是一同显示固体氧化物燃料电池盒102的内部构成与多个电池堆110的集电机构142的概略图。图4中，为了易于理解图示，省略了图2所示的固体氧化物燃料电池盒102的
详细构成的一部分。
54.固体氧化物燃料电池盒102具备的多个的电池堆110，为了将在各个电池堆110发电产生电力在上部隔热体124a以及下部隔热体124b的外侧集电，各个端部的附近延伸直至上部隔热体124a以及下部隔热体124b，各个电池堆110的端部附近被相互电连接(图4中省略了详细的图示，实际上，各个电池堆110的集电体140(参照图2)被相互电连接)。
55.图4的例子中，由于各个电池堆110通过集电机构142被相互串联连接，从而使得从各个电池堆110导出的电力导出到固体氧化物燃料电池盒102的外部。该集电机构142，作为固体氧化物燃料电池盒102的正极以及负极，含有导出到外部的正极导线144a以及负极导线144b、和连接各个电池堆110间的中间导线146a、146b、
…
146e。
56.集电机构142的正极导线144a以及负极导线144b，构成为通过在固体氧化物燃料电池盒102的外部与其他的固体氧化物燃料电池盒102的集电机构142连接，从而各个固体氧化物燃料电池盒102的发电电力被串联或并联连接之后，向固体氧化物燃料电池模块100的外部导出。向外部导出的直流电力由逆变器等转换为规定的交流电力，并向电力负荷供给。
57.可是上部隔热体124a以及下部隔热体124b中，以成型性或保证强度
·
加工性等作为目的，有使用包含金属元素的粘合剂成分的情况。作为该种的粘合剂成分，例如使用相对于胶态二氧化硅(sio2或其水合物)作为稳定剂含有碱金属(li、na、k、rb、cs)的组成。
58.另外在上部隔热体124a以及下部隔热体124b具有的贯通孔的附近(即氧化性气体供给间隙138a或氧化性气体排出间隙138b)，设计为在插通贯通孔的电池堆110的表面和上部隔热体124a以及下部隔热体124b的表面之间保证一定程度的间隙，但实际上由于设计误差等的原因，有电池堆110的表面与上部隔热体124a或下部隔热体124b的至少一个表面发生接触的情况。
59.含有该粘合剂成分的上部隔热体124a或下部隔热体124b的至少一个，若在高温环境下长时间与电池堆110接触，则有在上部隔热体124a或下部隔热体124b的至少一个的内部，所述的金属元素的浓缩进行，并且在工作温度区域中形成熔融相的情况。例如，包含含有钠作为金属元素的胶态二氧化硅作为粘合剂成分的隔热体，若相对于设置在电池堆110上的含有氧化铝(al2o3)的密封绝缘膜在高温环境下长时间接触，则熔点降低，有在790℃左右形成熔融相的可能性。该状況下，若在上部隔热体124a或下部隔热体124b的至少一个和电池堆110之间施加某种程度大的负电位，则浓缩后的金属元素离子化后，从上部隔热体124a或下部隔热体124b的至少一个侧向电池堆110侧移动，会产生电池堆上的绝缘膜的变性或绝缘性下降。若其进一步进行则有因短路电流导致的绝缘破坏的可能性。
60.该课题，通过以下说明的具备金属离子抑制机构150而适当地被解决。金属离子移动抑制机构150构成为，抑制金属元素的金属离子从上部隔热体124a或下部隔热体124b的至少一个向密封绝缘膜144发生移动。通过具备该金属离子抑制机构150，使上部隔热体124a或下部隔热体124b的至少一个相对于电池堆110即使在高温环境下发生长时间接触时，也能够有效地抑制来自上部隔热体124a或下部隔热体124b中的至少一个中所含有的粘合剂成分的金属离子向电池堆110侧发生移动。
61.图4所示的金属离子移动抑制机构150，包含以将电池堆110相对于上部隔热体124a以及下部隔热体124b的至少一个的电位抑制在阈值以下的方式，将电池堆110和上部
隔热体124a以及下部隔热体124b电连接的连接线152。通过由该连接线152将电池堆110和上部隔热体124a以及下部隔热体124b电连接，能够将电池堆110相对于上部隔热体124a或下部隔热体124b的至少一个的电位抑制在阈值以下。由此，即使上部隔热体124a或下部隔热体124b的至少一个相对于电池堆110在高温环境下发生长时间接触时形成了熔融相，也能够抑制作为阳离子的金属离子(na
+
或si
2+
)从上部隔热体124a或下部隔热体124b的至少一个侧向电池堆110侧进行移动。其结果是，能够防止设置于电池堆110的密封绝缘膜144的变性或绝缘性降低。
62.连接线152，连接相对于电池堆110被电连接的正极导线144a、负极导线144b、中间导线146a、146b、
…
146e中的任意个与上部隔热体124a以及下部隔热体124b之间。连接线152的连接端，可根据阈值的大小决定。例如，连接线152的连接端越设置于接近正极导线144a的位置阈值变得越小，所述的金属离子的移动抑制效果也变小。另一方面，连接线152的连接端越设置于接近负极导线144b的位置阈值变得越大，所述的金属离子的移动抑制效果也变大。
63.图4中，示例了连接中间导线146c和上部隔热体124a以及下部隔热体124b之间的连接线152，也可以如同图中虚线所示与负极导线144b连接。连接于负极导线144b的情况下，与连接于中间导线146a、146b、
…
146e的情况相比由于连接于负极侧，从而能够得到更大的金属离子移动抑制效果。但是，由于随着连接线152的连接端靠近负极侧正极侧的电位变高，兼顾考虑后决定连接端即可。
64.图5是图4的第1变形例。在第1变形例中，金属离子移动抑制机构150，还包含设置于所述的连接线152上的可变电阻器154。可变电阻器154相对于连接线152串联设置，是其电阻值可变而构成的电阻器。通过调整连接线152上的可变电阻器154的电阻值，能够任意调整电池堆110相对于上部隔热体124a以及下部隔热体124b的电位的大小。基于此，即使固定连接线152的连接端，通过调整阈值的大小，能够容易地调整所述的金属离子移动抑制效果的大小。
65.图6是图4的第2变形例。在第2变形例中，金属离子移动抑制机构150，还包含设置于所述的连接线152上的固定电阻器156、和能够向固定电阻器156供给直流电流的直流电源158。图6中，直流电源158相对于固定电阻器156串联设置，但也可并联设置。通过调整连接线152上的直流电源158的输出，通过调整施加于固定电阻器156的电位，能够任意调整电池堆110相对于上部隔热体124a以及下部隔热体124b的电位的大小。基于此，即使固定连接线152的连接端，通过调整阈值的大小，能够容易地调整所述的金属离子移动抑制效果的大小。
66.其他的实施方式的金属离子移动抑制机构150，也可具备用于将上部隔热体124a、下部隔热体124b或密封绝缘膜144的至少一个的温度控制为允许温度阈值以下的温度控制部160。温度控制部160，通过控制有相互接触的可能性的上部隔热体124a、下部隔热体124b或密封绝缘膜144的至少一个的温度，也能有效地抑制在高温环境下经过长时间接触的情况下生成熔融相。
67.图7是显示其他的实施方式的金属离子移动抑制机构150具备的温度控制部160的框图，图8是以每个工序显示通过图7的温度控制部160进行的温度控制方法的流程图。
68.图7所示的温度控制部160，例如通过对如电脑这样的电子运算装置安装规定的程
序，能够执行图8所示的温度控制方法而构成。温度控制部160，具备温度检测部162、相关数据存储部164、和参数控制部166。温度检测部162，将成为温度管理对象的上部隔热体124a、下部隔热体124b或密封绝缘膜144的至少一个的温度，作为例如如热电偶这样的温度传感器的测定值进行检测。相关数据存储部164，预先存储温度检测部162和成为控制对象的参数的相关数据。参数控制部166控制成为控制对象的参数。
69.具有该构成的温度控制部160中，如图8所示，首先通过温度检测部162取得成为温度管理对象的上部隔热体124a、下部隔热体124b或密封绝缘膜144的至少一个的温度(步骤s1)。然后温度控制部160，基于存储在相关数据存储部164中的相关的相关数据，算出用于将温度检测部162的温度检测值调整为目标温度(允许温度阈值以下)的参数控制量(步骤s2)。然后，参数控制部166，基于步骤s2中算出的参数控制量，控制参数(步骤s3)。基于此，能够控制性地将上部隔热体124a、下部隔热体124b或密封绝缘膜144的至少一个的温度抑制在允许温度阈值以下。
70.还有，通过参数控制部166处理的参数，能够采用例如相对于电池堆110的氧化气体供给温度、燃料气体/氧化气体供给量的比、以及在固体氧化物燃料电池模块100的冷态启动时实施的升温控制中的向氧化气体的燃料添加量等。
71.图9是显示其他的实施方式的金属离子移动抑制机构150的概略构成图。图9所示的金属离子移动抑制机构150，包含构成为向密封绝缘膜144和隔热体(上部隔热体124a以及下部隔热体124b)之间的间隙(即氧化性气体供给间隙138a以及氧化性气体排出间隙138b)供给冷却介质的冷却介质供给部170。冷却介质例如为氧化性气体。
72.冷却介质供给部170，具备相对于与各个电池堆110对应的氧化性气体供给间隙138a或氧化性气体排出间隙138b分别喷出冷却介质的多个喷嘴部172a以及172b。对应于氧化性气体供给间隙138a的喷嘴部172a，沿着在氧化性气体供给间隙138a流动的氧化性气体的流路，以从外侧向反应部112喷出冷却介质的方式设置。对应于氧化性气体排出间隙138b的喷嘴部172b，以沿着在氧化性气体排出间隙138b流动的氧化性气体的流路，以从反应部112向外侧喷出冷却介质的方式设置。基于此，通过从冷却介质供给部170供给的冷却介质降低氧化性气体供给间隙138a或氧化性气体排出间隙138b的温度，抑制熔融相的形成。
73.还有，如图9所示冷却介质供给部170不过是一个方式，能够广泛采用相对于氧化性气体供给间隙138a或氧化性气体排出间隙138b供给冷却介质的构成。
74.图10是显示其他的实施方式的金属离子移动抑制机构150的概略构成图。金属离子移动抑制机构150，包含在氧化性气体排出间隙138b中，以包含密封绝缘膜144和上部隔热体124a相对的区域的方式设置的绝缘构件180。
75.图10中，在氧化性气体排出间隙138b中，电池堆110侧的密封绝缘膜144上的部分，在与上部隔热体124a相对的区域的范围设置有绝缘构件180。如此在氧化性气体排出间隙138b中，通过绝缘构件180介于上部隔热体124a和密封绝缘膜144之间，上部隔热体124a不与密封绝缘膜144直接接触，即使电池堆110与上部隔热体124a接触，也能够从结构上防止金属离子向密封绝缘膜144发生移动。
76.该绝缘构件180，也可是由相较于绝缘膜传导率低的材料构成。基于此，绝缘构件180能够在相对薄的膜厚下发挥充分的绝缘性能，能够有效地防止金属离子的移动。
77.还有，图10中显示了绝缘构件180设置于电池堆110侧的情况，也可设置于上部隔
热体124a侧。该情况也同样，通过绝缘构件180的介在上部隔热体124a不与密封绝缘膜144直接接触，即使电池堆110与上部隔热体124a接触，也能够从结构上防止金属离子向密封绝缘膜144移动。
78.另外在图10中显示绝缘构件180相对于密封绝缘膜144作为另一个构件构成的情况，也可与密封绝缘膜144一体地构成。该情况下，与绝缘构件180一体地构成的密封绝缘膜144，可以在氧化性气体排出间隙138b中在与上部隔热体124a对向的区域的范围至少部分地膜厚大而构成。
79.还有，图10中显示设置于氧化性气体排出间隙138b的绝缘构件180，绝缘构件180同样也可设置于氧化性气体供给间隙138a。
80.如以上说明的上述的各实施方式的固体氧化物燃料电池模块100以及固体氧化物燃料电池盒102通过具备金属离子移动抑制机构，在高温环境下隔热体长时间接触于设置于引线膜上的绝缘膜时，能够防止绝缘膜的变性或绝缘性降低。
81.还有，上述的实施方式中，固体氧化物燃料电池盒102，通过如图2所示地配置燃料气体供给室114和燃料气体排出室116和氧化性气体供给室118和氧化性气体排出室120，形成为燃料气体和氧化性气体在电池堆110的内侧和外侧相对而流动结构，但也可是其他的结构。例如，可以是在电池堆110的内侧和外侧平行地流动，或者也可以是氧化性气体向与电池堆110的纵长方向正交的方向流动。
82.此外，在不脱离本发明的主旨的范围内，所述的实施方式中的构成要素可以适当使用公知的构成要素进行替换，另外，所述的实施方式也可适当的组合。
83.所述各个实施方式中记载的内容，例如按照以下理解。
84.(1)本发明的一个实施方式的高温反应部的隔热结构，具备：
85.电池堆(例如所述实施方式的电池堆110)，其具备包含至少一个燃料电池单元(例如所述实施方式的燃料电池单元126)的反应部(例如所述实施方式的反应部112)；
86.隔热体(例如所述实施方式的上部隔热体124a或下部隔热体124b)，其含有包含金属元素的粘合剂成分，至少部分地包围所述反应部，并且，以与设于所述电池堆上的绝缘膜(例如所述实施方式的密封绝缘膜144)相对的方式配置；
87.金属离子移动抑制机构(例如所述实施方式的金属离子移动抑制机构150)，其构成为抑制来自所述金属元素的金属离子从所述隔热体向所述绝缘膜移动。
88.根据所述(1)的构成，固体氧化物燃料电池盒通过具备金属离子移动抑制机构，即使在隔热体相对于电池堆在高温环境下经过长时间接触的情况下，也能够抑制来自隔热体中所含有的粘合剂成分中的金属元素的金属离子向电池堆侧的绝缘膜移动。
89.(2)一个实施方式，在所述(1)的构成中，
90.所述金属离子移动抑制机构，包含以将所述电池堆相对于所述隔热体的电位抑制在阈值以下的方式电连接所述电池堆和所述隔热体的连接线(例如所述实施方式的连接线152)。
91.根据所述(2)的构成，通过由连接线电连接电池堆和隔热体，能够将电池堆相对于隔热体的电位抑制在阈值以下。基于此，即使在隔热体相对于电池堆在高温环境下经过长时间接触的情况下形成有熔融相，也能够抑制来自隔热体中含有的粘合剂成分中所含的金属元素的金属离子向电池堆侧的绝缘膜移动。
92.(3)一个实施方式，在所述(2)的构成中，
93.所述至少一个电池堆包含通过中间连接线(例如所述实施方式的中间连接线146a～146e)相互电连接的多个电池堆，
94.所述连接线将所述中间连接线连接于所述隔热体。
95.根据所述(3)的构成，通过在连接多个电池堆间的中间连接线和隔热体之间连接连接线，能够将电池堆相对于隔热体的电位抑制在阈值以下。特别是具备多个中间连接线时，通过选择连接连接线的中间连接线，能够任意调整电池堆相对于隔热体的电位的大小。
96.(4)一个实施方式，在所述(2)或(3)的构成中，
97.所述金属离子移动抑制机构包含设于所述连接线上的可变电阻器(例如所述实施方式的可变电阻器154)。
98.根据所述(4)的构成，可变电阻器设于电连接电池堆和隔热体的连接线上。该情况下，通过调整可变电阻器的电阻值，能够任意调整电池堆相对于隔热体的电位的大小。
99.(5)一个实施方式，在所述(2)或(3)的构成中，
100.所述金属离子移动抑制机构包含设于所述连接线上的固定电阻器(例如所述实施方式的固定电阻器156)、和能够向所述固定电阻器供给直流电力的直流电源(例如所述实施方式的直流电源158)。
101.根据所述(5)的构成，固定电阻器以及直流电源设于电连接电池堆和隔热体的连接线上。该情况下，通过调整直流电源的输出，能够任意调整电池堆相对于隔热体的电位的大小。
102.(6)一个实施方式，在所述(1)到(5)的任意一个构成中，
103.所述金属离子移动抑制机构具备用于将所述绝缘膜的温度控制成为允许温度阈值以下的温度控制部(例如所述实施方式的温度控制部160)。
104.根据所述(6)的构成，由于通过温度控制部将绝缘膜的温度控制成为允许温度阈值以下，即使在电池堆相对于隔热体在高温环境下经过长时间接触的情况下也能够有效地抑制形成熔融相。其结果是，能够抑制来自隔热体中含有的粘合剂成分的金属离子向电池堆侧的绝缘膜移动。
105.(7)一个实施方式，在所述(6)的构成中，
106.所述金属离子移动抑制机构，通过调整燃料气体以及氧化性气体对于所述电池堆的供给量比、或所述氧化性气体的供给温度，控制所述绝缘膜的温度。
107.根据所述(7)的构成，通过调整这些参数，能够将绝缘膜的温度控制成为允许温度阈值以下。
108.(8)一个实施方式中，在所述(1)到(7)的任意一个构成中，
109.所述金属离子移动抑制机构包含冷却介质供给部(例如所述实施方式的冷却介质供给部170)，其构成为向所述绝缘膜以及所述隔热体之间的间隙(例如所述实施方式的氧化性气体供给间隙138a或氧化性气体排出间隙138b)供给冷却介质。
110.根据所述(8)的构成，通过向绝缘膜以及隔热体之间的间隙供给冷却介质，能够有效地抑制形成熔融相。其结果是，能够抑制来自隔热体中含有的粘合剂成分的金属离子向电池堆侧的绝缘膜移动。
111.(9)一个实施方式，在所述(1)到(8)的任意一个构成中，
112.所述金属离子移动抑制机构，是在所述绝缘膜和所述隔热体相对的区域中，设于所述绝缘膜或所述隔热体中的至少一个的表面上的绝缘构件(例如所述实施方式的绝缘构件180)。
113.根据所述(9)的构成，绝缘构件设于绝缘膜或隔热体的至少一个的表面。基于此，即使在隔热体相对于电池堆在高温环境下经过长时间接触的情况下，由于绝缘构件介于隔热体和绝缘膜之间，从而能够在结构上抑制来自隔热体中含有的粘合剂成分的金属离子向电池堆侧的绝缘膜移动。
114.(10)一个实施方式，在所述(9)的构成中，
115.所述绝缘构件，由导电率比所述绝缘膜低的材料形成。
116.根据所述(10)的构成，通过由导电率比所述绝缘膜低的材料形成绝缘构件，即使在隔热体相对于电池堆在高温环境下经过长时间接触的情况下，也能够抑制来自隔热体中含有的粘合剂成分的金属离子向电池堆侧的绝缘膜移动。
117.(11)一个实施方式，在所述(1)到(10)的任意一个构成中，
118.所述粘合剂成分，在胶态二氧化硅中包含所述金属元素作为稳定剂。
119.根据所述(11)的构成，在具备使用在胶态二氧化硅中包含金属元素作为稳定剂的粘合剂成分的隔热体的固体氧化物燃料电池盒中，即使在隔热体相对于电池堆在高温环境下经过长时间接触的情况下，也能够抑制来自隔热体中含有的粘合剂成分的金属离子向电池堆侧的绝缘膜移动。
120.(12)一个实施方式，在所述(1)到(11)的任意一个构成中，
121.所述金属元素为碱金属。
122.根据所述(12)的构成，在具备使用包含碱金属作为金属元素的粘合剂成分的隔热体的固体氧化物燃料电池盒中，即使在隔热体相对于电池堆在高温环境下经过长时间接触的情况下，也能够抑制来自隔热体中含有的粘合剂成分的金属离子向电池堆侧的绝缘膜移动。
123.(13)一个实施方式，在所述(1)到(12)的任意一个构成中，
124.所述隔热体具有能够插通所述电池堆的贯通孔(例如所述实施方式的氧化性气体供给间隙138a或氧化性气体排出间隙138b)，
125.所述绝缘膜在所述电池堆插入所述贯通孔后与所述隔热体相对。
126.根据所述(13)的构成，在形成于隔热体的贯通孔中插入有电池堆而成的固体氧化物燃料电池盒中，即使在隔热体相对于电池堆在高温环境下经过长时间接触的情况下，也能够抑制来自隔热体中含有的粘合剂成分的金属离子向电池堆侧的绝缘膜移动。
127.(14)一个实施方式，在所述(1)到(13)的任意一个构成中，
128.所述电池堆是所述反应部为发电部的固体氧化物燃料电池。
129.根据所述(14)的构成，在所述反应部为发电部的固体氧化物燃料电池中，即使在隔热体相对于电池堆在高温环境下经过长时间接触的情况下，也能够抑制起因于隔热体中含有的粘合剂成分的金属离子向电池堆一侧的绝缘膜移动。
130.(15)一个实施方式，在所述(1)到(13)的任意一个构成中，
131.所述电池堆，是所述反应部为氢产生部的固体氧化物电解单元。
132.根据所述(15)的实施方式，也能够适用于与燃料电池单元筒相同构成施加电流制
造氢的固体氧化物电解单元(soec)筒。该情况下，所述实施方式中的发电部替换为不发电而产生氢的氢产生部即可。
133.符号说明
134.100固体氧化物燃料电池模块
135.102 固体氧化物燃料电池盒
136.104 压力容器
137.106 燃料气体供给管
138.106a 燃料气体供给支管
139.108 燃料气体排出管
140.108a 燃料气体排出支管
141.110 电池堆
142.112 反应部
143.114 燃料气体供给室
144.116 燃料气体排出室
145.118 氧化性气体供给室
146.120 氧化性气体排出室
147.122a 上部管板
148.122b 下部管板
149.124a 上部隔热体
150.124b 下部隔热体
151.126 燃料电池单元
152.128a 上部外壳
153.128b 下部外壳
154.130a 燃料气体供给孔
155.130b 燃料气体排出孔
156.132 基体管
157.134a 氧化性气体供给孔
158.134b 氧化性气体排出孔
159.138a 氧化性气体供给间隙
160.138b 氧化性气体排出间隙
161.142 集电机构
162.144 密封绝缘膜
163.144a 正极导线
164.144b 负极导线
165.146a～146e中间连接线
166.150 金属离子移动抑制机构
167.152 连接线
168.154 可变电阻器
169.156 固定电阻器
170.158 直流电源
171.160 温度控制部
172.162 温度检测部
173.164 相关数据存储部
174.166 参数控制部
175.170 冷却介质供给部
176.172 喷嘴部
177.180 绝缘构件

技术特征：

1.一种高温反应部的隔热结构，其具备：具备至少一个反应部的电池堆；隔热体，所述隔热体含有包含金属元素的粘合剂成分，至少部分地包围所述反应部，并且，以与设于所述电池堆上的绝缘膜相对的方式配置；金属离子移动抑制机构，所述金属离子移动抑制机构构成为抑制来自所述金属元素的金属离子从所述隔热体向所述绝缘膜进行移动。2.根据权利要求1所述的高温反应部的隔热结构，其中，所述金属离子移动抑制机构，包含以将所述电池堆相对于所述隔热体的电位抑制在阈值以下的方式电连接所述电池堆和所述隔热体的连接线。3.根据权利要求2所述的高温反应部的隔热结构，其中，所述至少一个电池堆，包含通过中间连接线被相互电连接的多个电池堆，所述连接线，将所述中间连接线连接于所述隔热体。4.根据权利要求2或3所述的高温反应部的隔热结构，其中，所述金属离子移动抑制机构包含设于所述连接线上的可变电阻器。5.根据权利要求2或3所述的高温反应部的隔热结构，其中，所述金属离子移动抑制机构包含设于所述连接线上的固定电阻器、和能够向所述固定电阻器供给直流电力的直流电源。6.根据权利要求1-5中任一项所述的高温反应部的隔热结构，其中，所述金属离子移动抑制机构具备用于将所述绝缘膜的温度控制成为允许温度阈值以下的温度控制部。7.根据权利要求6所述的高温反应部的隔热结构，其中，所述金属离子移动抑制机构，通过调整燃料气体以及氧化性气体相对于所述电池堆的供给量比、或所述氧化性气体的供给温度，从而控制所述绝缘膜的温度。8.根据权利要求1-7中任一项所述的高温反应部的隔热结构，其中，所述金属离子移动抑制机构包含冷却介质供给部，所述冷却介质供给部构成为向所述绝缘膜以及所述隔热体之间的间隙供给冷却介质。9.根据权利要求1-8中任一项所述的高温反应部的隔热结构，其中，所述金属离子移动抑制机构是，在所述绝缘膜和所述隔热体相对的区域中，设于所述绝缘膜或所述隔热体中的至少一个的表面上的绝缘构件。10.根据权利要求9所述的高温反应部的隔热结构，其中，所述绝缘构件由导电率比所述绝缘膜低的材料形成。11.根据权利要求1-10中任一项所述的高温反应部的隔热结构，其中，所述粘合剂成分在胶态二氧化硅中包含所述金属元素作为稳定剂。12.根据权利要求1-11中任一项所述的高温反应部的隔热结构，其中，所述金属元素为碱金属。13.根据权利要求1-12中任一项所述的高温反应部的隔热结构，其中，所述隔热体具有能够插通所述电池堆的孔，所述绝缘膜在所述电池堆插入所述孔后与所述隔热体相对。14.根据权利要求1-13中任一项所述的高温反应部的隔热结构，其中，所述电池堆是所述反应部为发电部的固体氧化物燃料电池。15.根据权利要求1-13中任一项所述的高温反应部的隔热结构，其中，所述电池堆是所
述反应部为氢产生部的固体氧化物电解单元。

技术总结

提供一种高温反应部的隔热结构，在高温环境下电池堆与隔热体长时间发生接触时，能够防止绝缘膜的变性或绝缘性下降。高温反应部的隔热结构具备包围反应部的隔热体(124a、124b)。隔热体(124a、124b)含有包含金属元素的粘合剂成分，以与设于电池堆(111)上的绝缘膜(144)相对的方式配置。来自金属元素的金属离子从隔热体向绝缘膜的移动被金属离子移动抑制机构(150)抑制。金属离子移动抑制机构(150)是连接线(152)、温度控制部(160)、冷却介质供给部(170)、绝缘构件(180)等。绝缘构件(180)等。绝缘构件(180)等。