CN109071218B - 重整器、单元堆装置、燃料电池模块和燃料电池装置 - Google Patents

Abstract

本公开的重整器具有被供给原燃料气体和水来进行重整反应的筒状的重整器主体，在该重整器主体的内部包括产生水蒸气的气化部以及使该气化部产生的水蒸气与原燃料气体反应而生成重整气体的重整部，重整器主体至少在内周面和外周面中的任一方上设置有凸部和相比其它部位而言表面粗糙度大的粗糙部中的至少一方。

Description

重整器、单元堆装置、燃料电池模块和燃料电池装置

技术领域

本发明涉及用于生成向燃料电池单元供给的重整气体的重整器、以及具备该重整器的单元堆装置、燃料电池模块及燃料电池装置。

背景技术

近年，作为下一代能源，提议了多种将能够使用重整气体(燃料气体，换言之也称为含氢气体)和空气(含氧气体)得到电力的燃料电池单元收纳在收纳容器内而成的燃料电池模块、将燃料电池模块收纳在外装壳体内而成的燃料电池装置。作为燃料电池单元，举出了形成为在内部具有供重整气体沿着长度方向流通的气体流路的中空平板状且在支承体的表面依次设置有燃料侧电极层、固体电解质层和氧侧电极层的固体氧化物型燃料电池单元。燃料电池模块构成为将排列多个该燃料电池单元的燃料单元堆收容在壳体内，在约600℃～1000℃的温度下进行发电运转。

其中，作为用于发电的重整气体使用含氢气体，将含氢气体和含氧气体(通常使用空气)供给至燃料电池单元，使含氧气体与燃料电池单元的氧电极接触，同时使含氢气体与燃料电池单元的燃料电极接触，发生规定的电极反应，进行发电。为此，对于生成向燃料电池单元供给的含氢气体而言，例如已知有使天然气等烃和水蒸气发生重整反应而生成作为含氢气体的重整气体的水蒸气重整法，也提议了用于进行这种重整的重整器(例如参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开WO2009/119616

发明内容

本公开的重整器具有被供给原燃料气体和水来进行重整反应的沿着水平方向延伸的筒状的重整器主体。在重整器主体的内部包括产生水蒸气的气化部以及使该气化部产生的水蒸气与原燃料气体反应而生成重整气体的重整部。所述重整器主体至少在内周面和外周面中的任一方上设置有凸部和相比其它部位而言表面粗糙度大的粗糙部中的至少一方。

附图说明

图1是示出第一实施方式的单元堆装置的一例的结构图。

图2是示出第一实施方式的重整器的结构的一例的立体图，是以能看到重整器的内部的方式切去一部分进行表示的外观立体图。

图3是示出第一实施方式的重整器的结构的一例的剖视图，是将图1 的A部放大并剖视观察的图。

图4是示出第一实施方式的一例的重整器的垂直于中心轴线的剖面的剖视图，是图3的X-X部的剖视图。

图5是示出第二实施方式的重整器1A的结构的一例的剖视图。

图6是示出第二实施方式的一例的重整器1A的垂直于中心轴线14的剖面的剖视图，是图5的Y-Y部的剖视图。

图7是示出第二实施方式的一例的重整器1A的垂直于中心轴线14的剖面的剖视图，是图5的Z-Z部的剖视图。

图8A是示出从中心轴线方向观察的盖体15的图。

图8B是盖体15的剖视图。

图9是示出第三实施方式的重整器1B的结构的一例的剖视图。

图10是示出本实施方式的一例的重整器1B所具备的重整器主体2和盖体15的结合部的结构的一例的剖视图，是将图9的B部放大表示的图。

图11是燃料电池模块的垂直于中心轴线的剖面的剖视图。

图12是从侧向对燃料电池模块内进行观察的简要图。

图13是示出本实施方式的一例的燃料电池装置的结构的分解立体图。

具体实施方式

图1是示出第一实施方式的单元堆装置20的一例的结构图。另外，在以后的图中，对相同部件赋予相同符号。图1所示的单元堆装置20如下构成：将在内部具有气体流路的柱状的多个燃料电池单元22以立设的状态排列并将燃料电池单元22之间经由集电部件(未图示)彼此电连接而形成单元堆23，在单元堆23的上方配置重整器1。

构成单元堆23的燃料电池单元22的下端被绝缘性的粘合材料固定于向燃料电池单元22供给重整气体(含氢气体)的歧管21，歧管21的端部与重整气体供给管10的一端连接。此外，重整气体供给管10的另一端与后述的重整气体送出口9连接。另外，这里所说的歧管21的端部是指歧管21的侧面中的与燃料电池单元22的排列方向正交的侧面，是与重整器1的重整气体送出口9这侧同侧的侧面。另外，只要能经由歧管21向燃料电池单元22供给重整气体即可，重整气体供给管10的一端也可与歧管21 的上表面或下表面连接。

另外，在单元堆23的两端部配置有用于收集通过燃料电池单元22的发电而产生的电流并将其引出到外部的具有电流引出部的导电部件(未图示)。其中，作为燃料电池单元22，例举了形成为在内部具有供重整气体沿着长度方向流通的重整气体流路的中空平板状且在支承体的表面依次设置有燃料电极层、固体电解质层和氧电极层的固体氧化物型燃料电池单元。另外，在作为燃料电池单元22而使用固体氧化物型燃料电池单元的情况下，燃料电池单元22的发电温度为600℃～1000℃左右的极高温度。另外，作为燃料电池单元22可使用所谓的圆筒型、横向条纹型。

在上述的单元堆装置20中，向后述的重整器1供给天然气、煤油等原燃料进行重整反应。将通过该重整反应得到的重整气体经由重整气体供给管10供给至歧管21，供给至歧管21的重整气体被供给至燃料电池单元 22。进而，从燃料电池单元22的外侧供给作为含氧气体的空气，使用重整气体(含氢气体)和空气(含氧气体)，在燃料电池单元22中进行发电。

此外，在位于单元堆23和重整器1之间的燃烧部24中，构成为使燃料电池单元22中进行的发电所未使用的剩余的重整气体燃烧。由此，能够利用剩余的重整气体燃烧所产生的燃烧热使重整器1的温度上升。因此，重整器1中能够有效地进行重整反应。另外，图1中，使用图中的箭头示出了气体的流动。本实施方式的燃料电池模块是将上述单元堆装置20收纳在收纳容器内而成的燃料电池模块，且本实施方式的燃料电池装置具备该燃料电池模块、用于使燃料电池模块运行的辅助设备、以及收容燃料电池模块和辅助设备的外装壳体。

图2是示出第一实施方式的重整器1的结构的一例的立体图，是以能看到重整器1的内部的方式切去一部分进行表示的外观立体图。图2的重整器1具备在一端部设置供给原燃料气体和水的供给口7且沿着水平方向延伸的筒状的重整器主体2。

进而，在该重整器主体2的内部包括从供给口7供给原燃料气体和水的导入部13、由该水产生水蒸气的气化部3和使气化部3产生的水蒸气与原燃料气体发生重整反应而生成重整气体的重整部5(第一重整部5a和第二重整部5b)。重整器1中，为了进行有效的作为重整反应的水蒸气重整，使供给至导入部13的水在气化部3气化为水蒸气并与原燃料气体混合，将混合了水蒸气的原燃料气体供给至第一重整部5a。另外，导入部13由于导入了的水的一部分有时发生气化，因而也具有作为气化部的功能。此外，可以不划分为第一重整部5a和第二重整部5b，只设为一个重整部5。此外，在重整器主体2的另一端部设置有送出重整气体的重整气体送出口 9。

其中，图2所示的重整器1还具有沿垂直于重整器主体2的中心轴线 14的方向延伸的划分重整器主体2的三个分隔壁11。这些分隔壁11分别在下方侧具有原燃料气体、水蒸气以及重整气体能流通的可流通部12。其中，下方侧是指重整器1的内部的在高度方向上从下端至约2/3的高度为止的区域。此外，分隔壁11的可流通部12以外的部分被遮挡，形成原燃料气体、水蒸气以及重整气体无法流通的不可流通部。另外，通过由传热性高的部件形成分隔壁11，能够促进对流过重整器主体2的内部的流体和重整催化剂的传热，由此能够提高重整效率。

可流通部12可由安装于分隔壁11的开口部的网眼状的部件构成。或者，作为沿着一个方向细长地延伸的多个开口部，可由设置于分隔壁11 的多个狭缝状的切口来构成。重整器1的内部利用三个分隔壁11从供给口7一侧至重整气体送出口9一侧依次划分为导入部13、气化部3、第一重整部5a和第二重整部5b。另外，可为不设置导入部13或气化部3的结构。重整器1所具备的分隔壁11可为一个或两个，也可为四个以上。另外，上述分隔壁11中，示出了仅在下方侧设置可流通部12的例子，但也可在整个高度方向上设置可流通部12。但是，该情况下，如后所述最上部可设为不可流通部。

其中，供给管8也可为原燃料供给管和水供给管这样的双重管。另外，在设为双重管的情况下，除了在原燃料供给管的内侧设置水供给管以外，也可形成为在水供给管的内侧设置原燃料供给管的形状。然而，当然也可以单独设置原燃料供给管和水供给管。

图3是示出第一实施方式的重整器1的结构的一例的剖视图，是将图 1的A部放大并剖视观察的图。虽未图示，但气化部3可具备陶瓷球。由此，可增加气化部3内的表面积，能够有效地使原燃料气体的温度上升，除此以外，能够有效地使为了在第一重整部5a和第二重整部5b进行水蒸气重整而供给的水气化为水蒸气。

在第一重整部5a和第二重整部5b的内部具备图2和图3中未图示的用于重整反应的重整催化剂。另外，作为重整催化剂可使用重整效率、耐久性优异的重整催化剂。例如可使用在γ-氧化铝、α-氧化铝、堇青石等多孔质载体担载有Ru、Pt等贵金属、Ni、Fe等廉价金属的重整催化剂等。此外，重整催化剂可使用适合在第一重整部5a和第二重整部5b中进行的重整反应且通常已知的重整催化剂。虽未图示，但分隔壁11防止气化部3 内的陶瓷球以及第一重整部5a和第二重整部5b内的重整催化剂产生偏差。

此时，重整催化剂因自重下沉而偏向下方，在上方与重整器主体2的内表面之间产生间隙。由此，在分隔壁11整体成为可流通部12的情况下，由于原燃料气体、水蒸气被加热而温度上升并在上方流动，从而导致原燃料气体和水蒸气与重整催化剂的接触效率降低，可能无法充分进行重整反应。该情况下，不仅生成重整气体的效率降低，而且重整未充分进行的重整气体被供给至燃料电池单元22的话，有可能使燃料电池单元22发生碳析出，导致燃料电池单元22劣化。

对此，本实施方式的重整器1由于在分隔壁11的下方侧具有可流通部12，因而能够在重整器1内使流体在下方流动而提高流体与重整催化剂的接触效率，有效地使原燃料气体和水蒸气发生重整反应而生成重整气体。另外，在分隔壁11的上方侧具有使原燃料气体、水蒸气以及重整气体不流通的不可流通部的情况下，能够在重整器1内使流体更容易在下方流动。此外，由于能够抑制重整反应未充分进行的重整气体向燃料电池单元22供给，因而能够抑制燃料电池单元22的发电效率降低及燃料电池单元22的劣化。

其中，如图1、2、3所示，供给口7在重整器主体2的一端部处比中心轴线14靠上侧设置。在燃料电池模块内配置了重整器1的情况下，燃料电池模块的内部由于燃料电池单元22中进行的发电和燃烧部24中进行的燃烧而使上方成为高温。由此，燃料电池模块的上方所配置的重整器1 中，由于供给口7位于上方，因而供给至重整器1的原燃料气体、水的温度上升，在重整器1中能够有效地生成水蒸气，除此以外，还能够使原燃料气体和水蒸气进行重整反应而生成重整气体。

此外，由于重整器1通过位于重整器1的下方的燃烧部24中进行的燃烧而被加热，因而重整器1的靠近燃烧部24的部分因热而容易受到应力。由此，在供给口7位于下方的情况下，由于供给管8的焊接至重整器主体2的焊接部分变成靠近燃烧部24的位置，因而有可能在焊接部分应力集中而产生裂纹。然而，针对这种情况，如上所述，通过供给口7位于上方，由此原燃料供给管8的焊接至重整器主体2的焊接部分离开燃烧部 24，从而能够缓和应力，抑制产生裂纹。

此外，如图2所示，重整气体送出口9在重整器主体2的另一端部处设置于中心轴线14的左侧或右侧。在重整气体送出口9配置于上方的情况下，通过未填充重整催化剂的地方的重整气体从重整气体送出口9供给至重整气体供给管10，重整不充分的重整气体有可能被供给至燃料电池单元22。此外，在重整气体送出口9配置于下方的情况下，与上述供给口7的情况相同，应力集中在重整气体供给管10的焊接至重整器主体2的焊接部。

与此相对，如本实施方式那样将重整气体送出口9设置在中心轴线14 的左侧或右侧的情况下，能够抑制重整不充分的重整气体流入重整气体送出口9。进而，通过使重整气体供给管10的焊接至重整器主体2的焊接部离开燃烧部24，从而能够抑制应力集中。另外，可将重整气体送出口9 设置在左右方向的中央部。

其中，如图3所示，重整器主体2在一端部和另一端部具有盖体15。盖体15在盖体外周部16具有在中心轴线14的方向上朝向重整器主体2 的外侧延伸的盖体折回部17，盖体折回部17接触重整器主体2的内表面。通过这种结构，盖体15和重整器主体2的内表面的接触面积变大，即便在由于燃烧部24中进行的加热而产生热梯度的情况下，或者发生热膨胀、热收缩的情况下，也能抑制重整器主体2的变形。进而，能够缓和对盖体 15的焊接至重整器主体2的焊接部施加的应力。另外，也可不具有盖体折回部17，而是直接焊接于重整器主体2。

图4是第一实施方式的一例的重整器1的垂直于中心轴线14的剖面的剖视图，是图3的X-X部的剖视图。如图3和图4所示，本实施方式的重整器1所具备的重整器主体2在内周面25具有凸部27，在外周面26 具有与其它部位相比表面粗糙度大的粗糙部28。另外，本实施方式的重整器1所具备的重整器主体2设置凸部27或粗糙部28中的至少一方即可。此外，凸部27可设置在外周面26，粗糙部28可设置在内周面25。

通过这种结构，重整器主体2的内周面25和外周面26的表面积增加，从而能够增加重整器1从外部吸收热的面积和将吸收的热向气化催化剂、重整催化剂散出的面积。即，能够提高重整器1从外部吸收热的效率和将吸收的热向气化催化剂、重整催化剂散出的效率。通过提高这些热效率，可促进气化反应、重整反应，能够有效地使水气化并同时使原燃料气体和水蒸气发生重整反应而生成重整气体。

此外，如图4所示，在本实施方式中，凸部27的表面形成粗糙部28。由此，能够进一步增加重整器主体2的内侧的表面积，进一步提高热效率。其中，如图3所示，在本实施方式中，在气化部3设置有凸部27。由此，能够提高气化部3中的气化反应效率。另外，可在气化部3设置凸部27 和粗糙部28中的任一方，也可在气化部3设置凸部27和粗糙部28二者。此外，同样如图3所示，在本实施方式中，凸部27和粗糙部28在重整器主体2的中心轴线14方向上延伸。由此，能够进一步增加重整器主体2 的表面积并进一步提高热效率。另外，凸部27和粗糙部28可分别设置在不同的位置，可设置多个。在将凸部27和粗糙部28设置在不同位置的情况下，能够避免从外部吸收热的部位及将吸收的热散出的部位集中在特定场所。此外，在将凸部27和粗糙部28设置多个的情况下，能够进一步有效地进行气化反应、重整反应。

本实施方式的重整器主体2例如能够通过使一张板材变形成圆筒状并对该板材的边彼此进行焊接来制造。在本实施方式中，设置于内周面25 的凸部27和设置于外周面26的粗糙部28在重整器主体2的同一部位处分别设置在相反侧的面上。这种结构能够如下形成：在制造重整器主体2 时，通过对一张板材进行焊接而在板材的边彼此的焊接部分同时生成凸部 27和粗糙部28。另外，本实施方式的重整器主体2也可用焊接以外的方法进行设置。此时，只要能够适当形成凸部27、粗糙部28即可。例如，可以使用制造时能够形成凸部27的模具等并利用挤出成型来制作，也可包括使制出的重整器主体的表面的一部分粗糙化的工序(例如喷砂加工等)。

其中，凸部27和粗糙部28优选比中心轴线14靠上侧设置。由于燃烧部24进行的加热，与重整器主体2的中心轴线14相比下方成为高温，下方相较上方而言容易发生热膨胀、热收缩。因此，若凸部27和粗糙部 28比中心轴线14靠下侧设置，则因热引起的应力集中在凸部27和粗糙部 28，有可能产生裂纹。通过将凸部27和粗糙部28比中心轴线14靠上侧设置，由此凸部27和粗糙部28离开燃烧部24，从而能够抑制这种应力集中，缓和施加于凸部27和粗糙部28的应力。

此外，凸部27优选在内周面25中设置在重整器主体2的上端以外的位置。如图4所示，可以在分隔壁11设置切口部来避免与凸部27发生机械干扰，在具有该切口部的情况下，在分隔壁11与重整器主体2的内表面之间产生间隙。此时，在凸部27在内周面25中设置于重整器主体2的上端的位置的情况下，在上端部处分隔壁11与重整器主体2的内表面之间产生间隙，此外，由于重整催化剂因自重下沉，同样在上端部处与重整器主体2的内表面之间产生间隙。由此，存在如下可能性：原燃料气体、水蒸气因被加热而温度上升并流向上方，穿过该间隙并通过分隔壁11，与催化剂的接触效率降低。对此，通过在上端以外的位置设置凸部27，由此分隔壁11与重整器主体2的内表面之间的间隙变成与重整催化剂的间隙不同的位置，因而能够避免这种接触效率降低。在本实施方式中，凸部27 设置在重整器主体2的斜上方且从上端旋转45度左右的位置。另外，旋转角度可适当设定，但设在从上端向左右旋转90度的范围内。

接下来，对第二实施方式的重整器进行说明。图5是示出第二实施方式的重整器1A的结构的一例的剖视图。本实施方式的重整器1A与第一实施方式的重整器1在分隔壁的构造不同，除此以外的构造相同，因而对于相同部位赋予相同符号并省略说明。另外，对于未图示的陶瓷球，也能够与第一实施方式同样设置于气化部3。

在第一重整部5a和第二重整部5b的内部具备用于重整反应的重整催化剂4。另外，作为重整催化剂4优选使用重整效率、耐久性优异的重整催化剂4，例如可使用在γ-氧化铝、α-氧化铝、堇青石等多孔质载体担载有Ru、Pt等贵金属、Ni、Fe等廉价金属的重整催化剂等。此外，重整催化剂4可使用适合在第一重整部5a和第二重整部5b中进行的重整反应且通常已知的合适重整催化剂。分隔壁11A防止气化部3内的陶瓷球以及第一重整部5a和第二重整部5b内的重整催化剂产生偏差。

图6是第二实施方式的一例的重整器1A的垂直于中心轴线14的剖面的剖视图，是图5的Y-Y部的剖视图。在第一重整部5a和第二重整部5b 内，重整催化剂4因自重下沉而偏向下方，在上方与重整器主体2的内表面之间产生间隙。本实施方式的分隔壁11A在分隔壁的大致整体上设置有能够供原燃料气体、水蒸气以及重整气体流通的开口，中心轴线14的下方侧的开口面积大于中心轴线14的上方侧的开口面积。在图6所示的例子中，分隔壁11A构成为，在壁整体设置有向左右方向延伸的狭缝状的开口(简称“狭缝”)110。中心轴线14的上方侧例如为分隔壁11A的上方侧的半圆部分，中心轴线14的下方侧例如为分隔壁11A的下方侧的半圆部分。在上方侧的半圆部分设置的多个狭缝110所形成的开口的面积之和与在下方侧的半圆部分设置的多个狭缝110所形成的开口的面积之和相比，下方侧的多个狭缝110所形成的开口的面积之和更大。原燃料气体和水蒸气容易流过开口面积大的分隔壁的下方侧。重整催化剂4因自重下沉而偏向下方，但通过分隔壁11A而使流体在重整器1内较多地流向下方侧而提高与重整催化剂4的接触效率，从而能够有效地使原燃料气体和水蒸气发生重整反应而生成重整气体。此外，由于在上方侧也被开口，因而能够抑制通过分隔壁11A时不必要的压力损失的增加。

重整器主体2内设置的所有分隔壁可以都是这种分隔壁11A，也可以至少一个分隔壁是这种分隔壁11A。分隔壁11A上设置的开口不限于向左右方向延伸的狭缝，也可为向上下方向延伸的狭缝，也可为斜向延伸的狭缝。开口的形状不限于狭缝状，也可为组合包括圆形、矩形、多边形和狭缝状在内的多种形状而成的形状。此外，在一个开口跨上方侧的半圆部分和下方侧的半圆部分设置时，可将上方侧的半圆部分处的开口部分的面积作为上方侧的开口面积，将下方侧的半圆部分处的开口部分的面积作为下方侧的开口面积。

分隔壁11A设置为，下方侧的开口面积大于上方侧的开口面积。换言之，上方侧的半圆部分的开口以外的实体部分的面积大于下方侧的半圆部分的实体部分的面积。可以利用上方侧的实体部分的大小，例如在实体部分连接套管并将热电偶插入套管内，来测定重整器1内的温度。

设置在重整器主体2内的多个分隔壁除了上述那种分隔壁11A以外，可包括下方侧的开口面积小于上方侧的开口面积的分隔壁、下方侧的开口面积和上方侧的开口面积相同的分隔壁。图7是第二实施方式的一例的重整器1A的垂直于中心轴线14的剖面的剖视图，是图5的Z-Z部的剖视图。本例子所示的分隔壁11B为下方侧的开口面积和上方侧的开口面积相同的情况。例如，设置于上方侧的半圆部分的狭缝110和设置于下方侧的半圆部分的狭缝110隔着中心轴线14对称。狭缝110由于为上下对称，因而开口面积上下相同。另外，狭缝110无需一定为上下对称，只要开口面积相同，则狭缝110的配置、大小、形状等可不同。分隔壁11B由于开口面积为上下相同，通过分隔壁11B的气体不会特别因分隔壁11B而使流动偏向。

本实施方式中，作为分隔壁，包括下方侧的开口面积大的分隔壁11A 和开口面积上下相同的分隔壁11B。通过组合不同种类的分隔壁，能够有目的地使在重整器主体2内流动的气体流偏向，例如能够提高与重整催化剂4的接触效率。

图8A是示出从中心轴线方向观察的盖体15的图，图8B是盖体15 的剖视图。设置了重整气体送出口9的盖体15面向重整部5，重整部5 所收纳的重整催化剂4中的粒径较小的催化剂有可能通过重整气体送出口 9而流到重整气体供给管10中。本实施方式的重整器1A如图8A、图8B 所示，具备能够防止重整催化剂4从重整气体送出口9流出的流出防止部件90。流出防止部件90包括与重整气体送出口9隔开规定间隔地设置的带状部91和将带状部91的两端部固定于重整器主体2的内表面(盖体15 的内表面)的固定部92。

本实施方式中，带状部91为两条，两条平行地沿着上下方向延伸。在带状部91的两端部分别连接固定部92，带状部91经由固定部92与盖体15的内表面连接。通过该固定部92，带状部91被保持为与重整气体送出口9在内侧隔开规定间隔的状态。其中，规定间隔小于收纳的重整催化剂4的最小粒径。进而，带状部91彼此的间隔也小于收纳的重整催化剂4 的最小粒径。由此，能够抑制重整催化剂4穿过流出防止部件90。此外，重整催化剂4由于带状部91而远离重整气体送出口9，因而能够抑制重整气体送出口9被重整催化剂4堵塞、送出的重整气体的量减 少的状况。

构成流出防止部件90的材料只要是具有与重整催化剂4接触等也不发生变形的强度、高温高湿环境下也不发生腐蚀的材料即可，例如可以使用耐腐蚀性的不锈钢等金属材料。

另外，流出防止部件90只要是能够抑制重整催化剂4从重整气体送出口9流出的结构，则不限于向上下方向延伸的带状部91，也可为向左右方向延伸的构件，还可为斜向延伸的构件。进而，就带状部91而言，通过适当设定重整气体送出口9的大小和带状部91的大小，可为一条带状部91，也可为三条以上的带状部91。

接下来，对第三实施方式的重整器进行说明。图9是示出第三实施方式的重整器1B的结构的一例的剖视图。本实施方式的重整器1B与第一实施方式的重整器1在盖体15的构造上不同，除此以外的构造相同，对相同部位赋予相同符号并省略说明。另外，对于未图示的陶瓷球，可与第一实施方式同样设置于气化部3。

图10是示出本实施方式的一例的重整器1B所具备的重整器主体2和盖体15的结合部的结构的一例的剖视图，是将图9的B部放大表示的图。如图10所示，在盖体外周部16中，将盖体折回部17焊接于重整器主体2 的焊接部的表面成为粗糙面，盖体外周部16的表面具有盖体外周部粗糙部19。通过这种结构，能够在使用通过燃料电池单元22的发电、燃烧部24的燃烧而产生的热对重整器1B进行加热时，增大重整器1B从其外部接收热的表面积，使重整器1的内部温度上升，有效地生成重整气体。

图11是燃料电池模块40的垂直于中心轴线14的剖面处的剖视图。燃料电池模块40具备上述的单元堆装置20和收纳单元堆装置20的收纳容器41。收纳容器41由一面开口的箱体31和堵塞箱体31的开口31a的容器盖体32构成。在本实施方式中，箱体31为长方体形状，长方体的六面中面积最大的一对面中的一个面开口。与开口31a相对的另一个面31b 为箱体31的底面31b，其它四个面为箱体31的侧面。

对于燃料电池模块40中的含氧气体和废气的流动，说明各自的流路结构。在本实施方式中，含氧气体是存在于燃料电池模块40的外部的空气。用于将该空气从外部供给至燃料电池模块内的管状的空气导入部33 设置在容器盖体32的外表面。

容器盖体32具有供含氧气体和由收纳室排出的废气中的任一种气体流动的第一气体流路以及与第一气体流路相邻配设且供含氧气体和废气中的任意另一种气体流动的第二气体流路。在本实施方式中，将设置在内侧即箱体31侧的气体流路设为第一气体流路34，在第一气体流路34中流动废气。此外，将设置在外侧的气体流路设为第二气体流路35，在第二气体流路35中流工作为含氧气体的空气。另外，图中示出了在容器盖体32 的内侧(箱体31侧)设置第一气体流路34、在外侧(外表面侧)设置第二气体流路35的例子，但也可将第一气体流路和第二气体流路设置于容器盖体32的内侧(箱体31侧)或容器盖体32的外侧(外表面侧)。另外，通过将后述的第二隔热件46与第一气体流路34隔开间隙配置，还能够取代第一气体流路34而将该间隙设为供含氧气体和废气中的任意另一种气体流动的第五气体流路。

容器盖体32包括用于堵塞箱体31的开口31a的平板状的盖体主体 32a、设置于盖体主体32a的面向箱体31的内表面侧且规定第一气体流路34的第一流路部件34a、以及设置于盖体主体32a的面向外侧的外表面侧且规定第二气体流路35的第二流路部件35a。第一流路部件34a和第二流路部件35a都是大致矩形板状的部件，在四边上，在第二流路部件35a的第一面(一主面)侧和第一流路部件34a的第一面(一主面)侧设置有以流路宽度的量立设的部分。通过将立设的四边部分与盖体主体32a的内表面或外表面接合，由此盖体主体32a与第一流路部件34a的间隙成为第一气体流路34，盖体主体32a与第二流路部件35a的间隙成为第二气体流路 35。即，在本实施方式中，盖体主体32a成为划分第一气体流路34和第二气体流路35的流路划分部。

在本实施方式的燃料电池模块40中，通过在平板状的盖体主体32a 上将第一流路部件34a和第二流路部件35a以设有间隙的方式重叠接合，由此能够容易地形成空气的流路和废气的流路。此外，通过在容器盖体32 上设置气体流路，由此能够使设置于箱体31的气体流路变少，从而能够使箱体31的结构为简单结构。

在本实施方式中，用于导入空气的空气导入部33与第二气体流路35 连通。空气导入部33例如设置在容器盖体32的下方端部，从空气导入部 33导入的空气从下方朝向上方流过第二气体流路35。另外，可以使第二气体流路35为蛇行流路。而且，为了使空气在第二气体流路35的上方端部处向收纳容器41的内部即容器盖体32的内侧流入，在盖体主体32a的上方端部设置有沿厚度方向(左右方向)贯通的孔、狭缝等流入口32b。在本实施方式中，作为流入口32b，设置有沿单元堆23的燃料电池单元 22的排列方向并列配置的多个贯通孔。通过形成为设有多个贯通孔的结构，能够抑制机械强度降低，使足量的空气向容器盖体32的内侧流入。

从流入口32b流入收纳容器41的内部的空气在重整器1的上方经由形成在箱体31内的第三气体流路36越过重整器1、单元堆23而流到箱体 31的底面31b侧。另外，第三气体流路36由与箱体31的内侧面中的和重整器1相对的内侧面、即工作时位于上部的内侧面平行的板状部件构成的流路壁即第三流路部件36a来规定。

第三气体流路36在流动方向的下游侧且在重整器1和单元堆23与底面31b之间的位置处与含氧气体导入板37连接。含氧气体导入板37例如通过将两个板状部件隔开间隙且在外周接合而成，且仅与第三气体流路36 连通的部分以及用于对单元堆23供给作为含氧气体的空气的含氧气体导入口37a开放，除此以外的部分被堵塞。

第三气体流路36设置于作为燃料电池单元22的长度方向一端侧的上方侧，空气导入部33和含氧气体导入口37a设置于作为燃料电池单元22 的长度方向另一端侧的下方侧。

含氧气体导入板37在设置于第三流路部件36a的连通孔36b处与第三气体流路36连接，流过第三气体流路36的空气通过连通孔36b而流入含氧气体导入板37内。

在本实施方式中，第三气体流路36具有从第二气体流路35到含氧气体导入板37进行连接的主流路部分36c、以及从含氧气体导入板37与主流路部分36c连接的位置进一步向箱体31的底面31b侧延伸的延伸设置部分36d。另外，也可不设置延伸设置部分36d，仅由主流路部分36c构成第三气体流路36。

流入含氧气体导入板37的空气沿箱体31的底面31b流向下方，从设置于流动方向下游端部的含氧气体导入口37a排出，并供给至单元堆23 的燃料电池单元22之间。

供给至燃料电池单元22之间的空气在燃料电池单元22中与从重整器 1经由歧管21供给的重整气体一起用于发电反应，在各燃料电池单元22 中进行发电。

发电反应中未使用的重整气体和空气在单元堆23与重整器1之间的燃烧部24中燃烧，产生高温的废气。废气经由在第一流路部件34a中设置于上方的连通孔34b流入第一气体流路34，沿盖体主体32a流向下方。如前所述，从外部流入的空气在第二气体流路35中朝向上方流动，废气在与第二气体流路35相邻的第一气体流路34中朝向下方流动，其间隔着盖体主体32a在比较低温的空气与比较高温的废气之间进行热交换，空气被加热，同时废气被冷却。

经热交换后的废气在作为第一气体流路34的下游端部的下方侧端部处，经由以与第二气体流路35的流动方向正交的方式横穿第二气体流路 35的排出部42而向第二气体流路35的外侧排出。

从排出部42排出的废气供给至热交换器。在热交换器中，废气与从外部供给的介质进行热交换，被加热后的介质例如直接或间接地被用于供热水装置，通过对废气进行热交换而产生的冷凝水随后被再次用于重整器 1中的水蒸气重整。另外，在本实施方式中，在第二气体流路35的更外侧设置有第四气体流路43，从排出部42排出的废气流入第四气体流路43，沿第四气体流路43流向上方。在第四气体流路43例如配置用于使燃烧部 24中未燃烧的未燃烧气体燃烧的燃烧催化剂，从而能够使未燃烧气体不从燃料电池模块40排出到外部。第四气体流路43与第一气体流路34和第二气体流路35同样由第四流路部件43a来规定。

沿第四气体流路43流向上方的废气在作为第四气体流路43的下游侧端部的上方侧端部处与和热交换器连接的连接管44连通，经由连接管44 供给至热交换器。

此外，在收纳容器41内，为了避免燃料电池模块40内的热被极端散出而导致燃料电池单元22的温度降低并减少发电量，适当地设置有用于将燃料电池模块40内的温度维持在高温的隔热件。

第一隔热件45以覆盖底面31b整体的方式设置在箱体31的底面31b 和含氧气体导入板37之间。第二隔热件46设置在单元堆23和第一气体流路34的第一流路部件34a之间。第三隔热件47设置在工作时位于歧管 21的下方侧的位置。单元堆23由设置在工作时位于左右侧和下方侧的位置的第一隔热件45、第二隔热件46和第三隔热件47包围三侧，进而，由于在上方设置有燃烧部24，因而能够抑制因散热导致燃料电池单元22的温度降低。

进而，在含氧气体导入板37和单元堆23之间设置有沿单元堆23的排列方向延伸的带状的第四隔热件48。第四隔热件48在上下隔开间隔地平行配置有两条。在隔着单元堆23而与第四隔热件48相反的一侧也同样在上下隔开间隔地平行配置有两条第四隔热件48，这两条第四隔热件48 设置在第二隔热件46和单元堆23之间。设置在含氧气体导入板37和单元堆23之间的第四隔热件48配设于含氧气体导入板37的与单元堆23相对的面上设置的隔热件固定部件37b，高度位置被定位。由此，在输送状态或运行状态下，能够在合适位置支承单元堆装置20。

进而，设置在第二隔热件46和单元堆23之间的第四隔热件48嵌入第二隔热件46的与单元堆23相对的面上设置的槽状凹部46a，高度位置被定位。由此，在输送状态或运行状态下，能够在合适位置支承单元堆装置20。

如图11所示，在本实施方式中，单元堆23和重整器主体2的距离设为D1，重整器主体2和第三流路部件36a的距离设为D2时，D1＞D2。即，与重整器主体2和单元堆23的间隙相比，重整器主体2和第三流路部件36a的间隙更窄。在收纳容器41内，相对热的气体流向上方。特别是在燃烧部24中燃烧后的高温废气在流向重整器1的上方的第三流路部件36a侧后，经由连通孔34b流入第一气体流路34。通过使重整器主体2 和第三流路部件36a的间隙窄，由此废气停留在重整器主体2和第三流路部件36a的间隙中的时间变长。流过第三流路36的空气经由第三流路部件36a与废气进行热交换而被加热，废气停留在重整器主体2和第三流路部件36a的间隙中的时间越长，越能够提高经由第三流路部件36a进行的废气与空气的热交换的效率。即，通过使废气停留在重整器主体2和第三流路部件36a的间隙中的时间变得更长，由此停留的废气和流过第三流路部件36a的空气的热交换量增加，停留的废气温度降低。由此，能够降低重整器主体2的上方侧因热产生的应力。特别是在上述凸部27和粗糙部 28中的至少任一方设置于重整器主体2的上方侧的情况下，能够更有效地降低应力。

如上所述，重整器主体2上设置有凸部27和粗糙部28中的至少任一方，能够提高从外部吸收热的效率以及将吸收的热向气化催化剂、重整催化剂散出的效率。进而，通过设为D1＞D2，由此废气停留在重整器主体 2和第三流路部件36a的间隙中的时间变长，除了能够使流过第三流路36 的空气进一步变暖以外，还能够降低重整器主体2的上方侧产生的应力。

图12是从侧面对其它实施方式的燃料电池模块40内进行观察的简要图。在本实施方式中，如图12所示，重整器主体2设置为相对于单元堆 23的排列方向(纸面左右方向)倾斜。构成单元堆23的燃料电池单元22 具有完全相同的外形，因此，各燃料电池单元22的上表面以相同高度对齐。通过使重整器主体2倾斜，重整器主体2和单元堆23的距离沿着重整器主体2的中心轴线14方向连续不同。

气化部3和重整部5沿着重整器主体2的中心轴线14配置，重整器主体2的配置有重整部5的一侧的端部和单元堆23的距离设为D1A。此外，重整器主体2的配置有气化部3的一侧的端部和单元堆23的距离设为D1B。此时，重整器主体2倾斜为D1A＞D1B。即，对于重整器主体2，重整部5侧的端部与气化部3侧的端部相比更远离单元堆23。此外，第三流路部件36a沿着单元堆23的排列方向平行地设置，重整器主体2的配置有重整部5的一侧的端部和第三流路部件36a的距离设为D2A，重整器主体2的配置有气化部3的一侧的端部和第三流路部件36a的距离设为 D2B时，则D2A＜D2B。

重整部5通过发生重整反应而与气化部3相比内部成为相对高温。进而，重整器主体2被燃烧部24产生的高热废气加热。重整部5侧的端部通过离开单元堆23从而电离开燃烧部24，因而能够抑制对重整部5的应力集中，能够缓和施加于重整器主体2的凸部27和粗糙部28的应力。

此外，温度相对地难以成为高温的气化部3侧的端部难以发生应力集中，通过靠近单元堆23且也靠近燃烧部24，能够容易地被加热，从而有效地使水气化为水蒸气。

另外，D1A和D2A的大小关系以及D1B和D2B的大小关系没有特别限定，但与图11所示的实施方式同样，可以为D1A＞D2A及D1B＞D2B。

图13是示出在外装壳体50内收纳了将单元堆装置20收纳于收纳容器41内而成的燃料电池模块40和用于使燃料电池模块40工作的辅助设备(未图示)的本实施方式的一例的燃料电池装置60的结构的分解立体图。另外，在图13中，省略了一部分结构的图示。

燃料电池装置60利用分隔板53在由支柱51和外装板52构成的外装壳体50内进行上下划分。将上侧作为收纳上述的燃料电池模块40的模块收纳室54，将下侧设为收纳用于使燃料电池模块40工作的辅助设备的辅助设备收纳室55。另外，省略了收纳于辅助设备收纳室55的辅助设备的图示。

此外，在分隔板53设置有用于使辅助设备收纳室55的空气流向模块收纳室54侧的空气流通口56，在构成模块收纳室54的外装板52的一部分设置有用于将模块收纳室54内的空气排出的排气口57。

在这种燃料电池装置60中，在重整器1中有效地生成重整气体，由此能够成为发电效率高的燃料电池装置60。

另外，本发明不限于以上的实施方式的例子和实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内可无任何阻碍地实施各种变更。

符号说明

1、1A、1B 重整器

2 重整器主体

3 气化部

5 重整部

5a 第一重整部

5b 第二重整部

6 通气壁

7 供给口

8 原燃料供给管

9 重整气体送出口

10 重整气体供给管

11、11A、11B 分隔壁

12 可流通部

13 导入部

14 中心轴线

15 盖体

16 盖体外周部

17 盖体折回部

20 单元堆装置

21 歧管

22 燃料电池单元

23 单元堆

24 燃烧部

25 内周面

26 外周面

27 凸部

28 粗糙部

40 燃料电池模块

41 收纳容器

50 外装壳体

51 支柱

52 外装板

53 分隔板

54 模块收纳室

55 辅助设备收纳室

56 空气流通口

57 排气口

60 燃料电池装置

90 流出防止部件

91 带状部

92 固定部

Claims (16)

1.一种重整器，其特征在于，

所述重整器具有被供给原燃料气体和水来进行重整反应的筒状的重整器主体，

在该重整器主体的内部包括产生水蒸气的气化部以及使该气化部产生的水蒸气与原燃料气体反应而生成重整气体的重整部，

所述重整器主体至少在内周面和外周面中的任一方上设置有凸部和相比其它部位而言表面粗糙度大的粗糙部中的至少一方，

从所述重整器主体的中心轴线方向观察时，所述凸部和所述粗糙部仅设置在比该中心轴线靠上侧的位置，

所述凸部设置在所述内周面，所述粗糙部设置在所述外周面，所述凸部和所述粗糙部在所述重整器主体的同一部位处分别设置在相反侧的面上，

在所述重整器主体的一端部设置有供给原燃料气体和水的供给口，

在所述重整器主体的另一端部设置有送出重整气体的重整气体送出口，

所述重整器主体还具有沿着垂直于所述重整器主体的中心轴线的方向延伸的一个或多个分隔壁，

在所述分隔壁设置有能够供原燃料气体、水蒸气和重整气体流通的开口，

所述分隔壁中的至少一个设置为所述中心轴线的下方侧的开口面积大于所述中心轴线的上方侧的开口面积，

从所述重整器主体的中心轴线方向观察时，所述重整气体送出口在所述另一端部处设置在该中心轴线的左侧或右侧。

2.根据权利要求1所述的重整器，其中，

所述凸部的表面成为粗糙部。

3.根据权利要求1或2所述的重整器，其中，

所述凸部和所述粗糙部中的至少一方设置于所述气化部。

4.根据权利要求1或2所述的重整器，其中，

所述凸部和所述粗糙部沿着所述重整器主体的中心轴线方向延伸。

5.根据权利要求1所述的重整器，其中，

在所述重整部填充有重整催化剂，在所述重整器主体内具有沿着垂直于所述重整器主体的中心轴线的方向延伸的一个或多个分隔壁，所述凸部设置在所述内周面上的除所述重整器主体的上端以外的位置。

6.根据权利要求1所述的重整器，其中，

所述分隔壁设置多个，其中，包括所述开口的形状不同的分隔壁。

7.根据权利要求6所述的重整器，其中，

从所述重整器主体的中心轴线方向观察时，所述分隔壁包括所述中心轴线的下方侧的开口面积小于或等于所述中心轴线的上方侧的开口面积的分隔壁。

8.根据权利要求1所述的重整器，其中，

所述气化部位于所述一端部侧，

所述重整部位于所述另一端部侧，

在所述重整部收纳有重整催化剂，

所述重整器具备防止所述重整催化剂从所述重整气体送出口流出的流出防止部件。

9.根据权利要求8所述的重整器，其中，

所述流出防止部件包括：

与所述重整气体送出口隔开规定间隔地设置的多个带状部；以及

将所述多个带状部各自的两端部固定于所述重整器主体的内表面的固定部。

10.根据权利要求9所述的重整器，其中，

在所述重整部中，从所述重整器主体的中心轴线方向观察时，该中心轴线的下方侧的所述重整催化剂的平均粒径小于所述中心轴线的上方侧的所述重整催化剂的平均粒径。

11.根据权利要求1所述的重整器，其中，

从所述重整器主体的中心轴线方向观察时，所述供给口在所述一端部处设置在比该中心轴线靠上侧的位置。

12.一种单元堆装置，其特征在于，具备：

通过将在内部具有气体流路的柱状的多个燃料电池单元彼此电连接且以立设的状态排列而成的单元堆；

配置在该单元堆的上方的权利要求1～11中任一项所述的重整器；

固定所述燃料电池单元的下端且向所述燃料电池单元供给所述重整气体的歧管；以及

一端与该歧管的端部连接且另一端与所述重整器连接的重整气体供给管。

13.一种燃料电池模块，其特征在于，

所述燃料电池模块通过将权利要求12所述的单元堆装置收纳在收纳容器内而成。

14.根据权利要求13所述的燃料电池模块，其中，

所述燃料电池模块具备在所述收纳容器内设置于所述单元堆装置的上方的流路壁，

通过所述流路壁和所述收纳容器的内表面来规定向所述单元堆供给的气体所流动的流路，

所述单元堆和所述重整器主体的距离设为D1，所述重整器主体和所述流路壁的距离设为D2时，D1＞D2。

15.根据权利要求13或14所述的燃料电池模块，其中，

所述气化部和所述重整部沿着所述重整器主体的中心轴线配置，

所述重整器主体的配置有所述重整部的一侧的端部和所述单元堆的距离设为D1A，所述重整器主体的配置有所述气化部的一侧的端部和所述单元堆的距离设为D1B时，D1A＞D1B。

16.一种燃料电池装置，其特征在于，具备：

权利要求13～15中任一项所述的燃料电池模块；

用于使该燃料电池模块工作的辅助设备；以及

收容所述燃料电池模块和所述辅助设备的外装壳体。

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