発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

のように、セルスタック１１０のカソード部への空気Ａの供給を外部マニホールド１５０，１５５によって行う場合に、補機損失の低減によって燃料電池システムの運転効率の向上を図ることができるが、外部マニホールド１５０，１５５を設けることで、セルスタック１１０および外部マニホールド１５０，１５５を含むモジュールが大きな体積を占めることになる。また、外部マニホールド１５０に供給する空気を予熱する空気熱交換器１４０を、ホットモジュール１００内の他の機器と独立して設ける場合に、ホットモジュール１００全体が大型化してしまう。ホットモジュール１００の大型化は、ホットモジュール１００の運転効率の低下やコスト増にもつながる。 本発明が解決しようとする課題は、空気熱交換器によって予熱した空気を、外部マニホールドを介してセルスタックに供給する形式の燃料電池ホットモジュールにおいて、従来よりも全体を小型化することができる燃料電池ホットモジュールを提供することにある。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

発明にかかる燃料電池ホットモジュールにおいては、セルスタックを構成する燃料電池のカソードに空気を供給するマニホールド部（空気マニホールド）と、マニホールド部に供給する空気を加熱する熱交換部とが、一体として構成された空気熱交換器を有している。さらに、その空気熱交換器が、セルスタックと分離して据え置かれるのではなく、セルスタックに接触して配置されている。これらの効果により、空気マニホールドを独立した部材として構成し、空気熱交換器をセルスタックから独立して据え置いていた従来一般の燃料電池ホットモジュールに比べて、ホットモジュール全体を小型化することが可能となる。 加えて、空気熱交換器がセルスタックに接触して配置されることで、セルスタックからの輻射および熱伝導を、燃焼ガスとの熱交換に加えて、空気熱交換器での空気の加熱に利用することができる。ホットモジュールの小型化の効果と、セルスタックからの熱の利用の効果により、ホットモジュールにおける熱効率が高められる。その結果、ホットモジュールの運転効率の向上を図ることができる。 ここで、空気熱交換器が、マニホールド部が設けられた部位において、セルスタックに接触している場合には、熱交換部において、燃焼ガスとの熱交換によって既にある程度高温まで加熱された状態でマニホールド部に到達した空気を、マニホールド部において、セルスタックからの輻射および熱伝導によって加熱することになる。これにより、セルスタックからの熱を、空気の加熱に効率的に利用することができる。 また、熱交換部において、空気流路を流れる空気が、マニホールド部に向かって下流側へと流れるほど、燃焼ガス流路の上流側を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を受けるものである場合には、空気流路の上流側で、既にある程度の高温まで加熱された状態で下流側に達した空気を、燃焼ガス流路の上流側を流れる高温の燃焼ガスで加熱することになる。よって、空気流路の下流側のまだ高温になっていない空気を燃焼ガス流路の上流側を流れる高温の燃焼ガスで加熱する場合と比較して、燃焼ガスの熱を、空気の加熱に効率的に利用することができる。 この場合に、熱交換部において、燃焼ガス流路が、空気流路と交差する流路である交差路を複数有し、複数の交差路は、マニホールド部に近い位置から遠い位置まで並んで配置されており、燃焼ガスが、マニホールドに近い交差路から、マニホールドから遠い交差路へと順に流れながら、空気流路を流れる空気との間で熱交換を行うものである構成によれば、簡素な構成により、空気流路の下流側を流れる空気を、燃焼ガス流路の上流側を流れる高温の燃焼ガスで加熱するように、燃焼ガス流路を構築することができる。 また、熱交換部において、空気流路と燃焼ガス流路が、直交流型のプレートフィン構造をとっている場合には、簡素な構成により、空気流路を流れる空気と燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスとの間の効率的な熱交換を実現することができる。