CN116391279A - 燃料电池模块 - Google Patents

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Abstract

燃料电池模块(1)具备：电池堆(CS)，该电池堆由多个通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应而输出电能的燃料电池单元(C)层叠而成；以及堆温度调节器(23)，该堆温度调节器供向电池堆供给之前的氧化剂气体流动。燃料电池模块具备生成用于对电池堆进行暖机的燃烧气体的暖机用燃烧器(65)。暖机用燃烧器配置在收容电池堆的收容空间(BS)的外部。堆温度调节器以能够与电池堆进行热交换的方式与电池堆隔开规定间隔地相对配置。堆温度调节器与供在暖机用燃烧器生成的燃烧气体流动的燃烧气体流路(67)相邻地设置，以使在堆温度调节器流动的氧化剂气体与在暖机用燃烧器生成的燃烧气体能够进行热交换。

Description

燃料电池模块
关联申请的相互参照
本申请基于2020年12月1日申请的日本专利申请编号2020-199653号和2021年7月16日申请的日本专利申请编号2021-118225号，在此通过参照编入其记载内容。
技术领域
本发明涉及一种燃料电池模块。
背景技术
以往，已知有在包含燃料电池的层叠体(即，电池堆)的燃料电池的内部配置起动用燃烧器的燃料电池模块(例如，参照专利文献1)。专利文献1中记载了如下内容：通过将起动用燃烧器配置于电池堆附近，而能够以紧凑的结构而通过来自起动用燃烧器的辐射和热传递高效地加热燃料电池。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-220369号公报
在上述的现有技术中，构成为：在燃料电池的内部中的电池堆的氧化剂气体的入口附近配置有起动用燃烧器，将由该起动用燃烧器刚生成的高温的燃烧气体向电池堆的内部(具体而言，氧化剂气体的流路)供给。在这样的结构中，电池堆的内部被非常高温的燃烧气体加热，而电池堆的外部(即，外表面侧)仅电池堆的氧化剂气体的入口附近被起动用燃烧器加热。因此，在现有技术中，成为电池堆的内部与外部的温度分布扩大的结构。当电池堆的内部与外部的温度分布扩大时，由于存在电池堆因产生于电池堆的热应力而损坏的隐患，因此并不优选。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够一边抑制电池堆的内部与外部的温度分布的扩大，一边加热电池堆的燃料电池模块。
根据本发明的一个观点，
燃料电池模块具备：
电池堆，该电池堆由多个燃料电池单元层叠而成，该燃料电池单元通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应而输出电能；
堆温度调节器，该堆温度调节器供被向电池堆供给之前的氧化剂气体流动；以及
暖机用燃烧器，该暖机用燃烧器生成用于对电池堆进行暖机的燃烧气体，
暖机用燃烧器配置在收容电池堆的收容空间的外部，
堆温度调节器以能够与电池堆进行热交换的方式与电池堆隔开规定间隔地相对配置，并且与供在暖机用燃烧器生成的燃烧气体流动的燃烧气体流路相邻地设置，以使在堆温度调节器流动的氧化剂气体与在暖机用燃烧器生成的燃烧气体能够进行热交换。
这样，将暖机用燃烧器配置在电池堆的收容空间的外部，则与在电池堆的收容空间的内部配置暖机用燃烧器的情况相比，能够抑制暖机用燃烧器的热直接传递至电池堆。另外，堆温度调节器与电池堆相对地配置，并且与燃烧气体流路相邻地设置。
由此，在燃料电池单元起动时、低温时，能够通过来自堆温度调节器的辐射传热加热电池堆的外部，并且通过将在堆温度调节器升温后的氧化剂气体导入电池堆来加热电池堆的内部。特别是，通过将堆温度调节器隔开规定间隔地与电池堆相对配置，与高温的暖机用燃烧器靠近电池堆配置的情况相比，能够抑制电池堆的外部被局部地过度加热。除此之外，通过将在堆温度调节器升温后的氧化剂气体导入电池堆的内部，与将高温的燃烧气体导入电池堆的情况相比，能够抑制电池堆的内部被过度地加热。
因此，根据本发明的燃料电池模块，能够一边抑制电池堆的内部与外部的温度分布的扩大，一边加热电池堆。其结果是，能够确保电池堆的可靠性，并且实现燃料电池单元的起动性的提高。
此外，对各构成要素等标注的带括弧的参照符号表示该构成要素等与后述的实施方式所记载的具体的构成要素等的对应关系的一例。
附图说明
图1是包含第一实施方式的燃料电池模块的燃料电池系统的概略结构图。
图2是用于说明燃料电池单元的内部的电化学反应的说明图。
图3是第一实施方式的电池堆的示意性的立体图。
图4是表示电池收容器内的电池堆的配置方式的示意性的纵剖视图。
图5是表示电池收容器内的电池堆的配置方式的示意性的横剖视图。
图6是表示燃料电池系统的电子控制部的框图。
图7是表示燃料电池系统的电子控制部所执行的控制处理的流程的流程图。
图8是用于说明燃料电池模块中的初期暖机处理时的状态的说明图。
图9是用于说明燃料电池模块中的暖机促进处理时的状态的说明图。
图10是用于说明燃料电池模块中的发电处理时的状态的说明图。
图11是用于说明发电时的电池堆的温度调整的说明图。
图12是表示第二实施方式的燃料电池模块的一部分的示意性的纵剖视图。
图13是表示第三实施方式的燃料电池模块的一部分的示意性的纵剖视图。
图14是表示第四实施方式的燃料电池模块的一部分的示意性的纵剖视图。
图15是表示第五实施方式的燃料电池模块的一部分的示意性的纵剖视图。
图16是包含第六实施方式的燃料电池模块的燃料电池系统的概略结构图。
图17是表示第六实施方式的燃料电池模块的一部分的示意性的纵剖视图。
图18是包含第七实施方式的燃料电池模块的燃料电池系统的概略结构图。
图19是表示第七实施方式的燃料电池模块的一部分的示意性的纵剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下的实施方式中，存在对与在前的实施方式中说明过的事项相同或等同的部分标注相同的参照符号，并省略其说明的情况。另外，在实施方式中，在仅说明构成要素的一部分的情况下，关于构成要素的其他部分，能够应用在前的实施方式中说明过的构成要素。以下的实施方式只要是在组合不产生特别的障碍的范围内，即使是没有特别地明示的情况下，也能够将各实施方式彼此部分地进行组合。
(第一实施方式)
在本实施方式中，参照图1～图11进行说明。在本实施方式中，如图1所示，对将本发明的燃料电池模块1应用于具备固体氧化物型的燃料电池10的燃料电池系统的例子进行说明。
燃料电池模块1包含燃料处理系统和电池系统，是通过用隔热材覆盖这些而保持在高温的热模块。燃料电池模块1包含固体氧化物型的燃料电池10、空气预热器22、水蒸发器42、改质器33、废气燃烧器63、容器70。
固体氧化物型的燃料电池10一般也被称作SOFC(Solid Oxide Fuel Cell/固体氧化物型燃料电池的简称)，工作温度为高温(例如，500℃～1000℃)。燃料电池10具有多个通过燃料气体和氧化剂气体(在本例中，空气中的氧)的电化学反应输出电能的燃料电池单元C。以下，将燃料电池单元C仅称作单元C。
如图2所示，单元C构成为包含：电解质体EL、空气极(即阴极)CA、燃料极(即阳极)AN、形成空气流路、燃料流路的未图示的分隔板。单元C以氢和一氧化碳作为燃料气体。该燃料气体以作为改质用原料的城市用燃气(即，以甲烷为主成分的气体)为改质而生成。此外，使用的改质用原料也可以采用城市用燃气以外的烃类的气体、氨等那样通过改质生成氢的气体。此外，改质原料也可以是将氢混合于烃类的气体、氨而得到的混合气体。
单元C通过以下的反应式F1、F2所示的氢和氧的电化学反应向外部电路EC输出电能。
(燃料极)2H2+2O2-→2H2O+4e-…(F1)
(空气极)O2+4e-→2O2-…(F2)
另外，单元C通过以下的反应式F3、F4所示的一氧化碳和氧的电化学反应向外部电路EC输出电能。
(燃料极)2CO+2O2-→2CO2+4e-…(F3)
(空气极)O2+4e-→2O2-…(F4)
燃料电池10具备多个将规定数量的单元C层叠而构成的电池堆CS。如图3所示，电池堆CS中，平板型的单元C在规定的层叠方向DRst上层叠。构成电池堆CS的规定数量的单元C电串联地连接。电池堆CS是将规定数量的单元C在一列上层叠的层叠体。电池堆CS被保持壳体HC保持。保持壳体HC是收容电池堆CS的壳体。
电池堆CS中，在位于单元C的层叠方向DRst的端部的层叠端面EF的一方形成有燃料气体的导入口IPH、氧化剂气体的导入口IPO、燃料气体的导出口OPH、氧化剂气体的导出口OPO。在本实施方式中，导入口IPH、导入口IPO对应于燃料气体和氧化剂气体的接口。
像这样构成的燃料电池10配置于容器70的内侧，该容器70和空气预热器22、改质器33、水蒸发器42、废气燃烧器63等都具有隔热性。关于容器70的内侧的燃料电池10的配置方式将在之后叙述。
返回图1，燃料电池10连接有作为空气的流通路径的空气路径20。空气路径20由配管等构成。在空气路径20设置有：向燃料电池10压送空气的压送鼓风机21、加热向燃料电池10供给的空气的空气预热器22、堆温度调节器23。
压送鼓风机21是吸入大气中的空气并向燃料电池10供给的氧化剂泵。压送鼓风机21由工作被来自后述的电子控制部100的控制信号控制的电动式的鼓风机构成。
空气预热器22是在燃料电池10发电时使从压送鼓风机21压送的空气与在废气燃烧器63生成的燃烧气体进行热交换而加热该空气的热交换器。空气预热器22是为了缩小向燃料电池10供给的空气与燃料气体的温度差，实现燃料电池10的发电效率的提高而设置的。
堆温度调节器23将空气预热器22与燃料电池10之间连接，以供通过空气预热器22后的空气流动。由此，被供给至电池堆CS之前的氧化剂气体在堆温度调节器23流动。
堆温度调节器23以能够与燃料电池10的电池堆CS进行热交换的方式与电池堆CS隔开规定间隔相对配置。堆温度调节器23和电池堆CS在燃料电池10起动时，堆温度调节器23的热向电池堆CS侧传递。另外，堆温度调节器23和电池堆CS在燃料电池10发电时，电池堆CS的热向堆温度调节器23侧传递。
堆温度调节器23设置为与供在暖机用燃烧器65生成的燃烧气体流动的燃烧气体流路67相邻，以使在燃料电池10起动时，在堆温度调节器23流动的氧化剂气体与在后述的暖机用燃烧器65生成的燃烧气体能够进行热交换。
具体而言，堆温度调节器23具有：与燃烧气体流路67相邻的第一温度调节器24、供通过第一温度调节器24后的氧化剂气体流入的第二温度调节器25以及将第一温度调节器24与第二温度调节器25连接的连接流路26。第一温度调节器24、第二温度调节器25以及连接流路26和后述的电池收容器71构成为一体。
第一温度调节器24具有供通过空气预热器22后的空气流入的第一温度调节流路240。第一温度调节器24配置于燃烧气体流路67与燃料电池10的电池堆CS之间。第一温度调节器24在燃料电池10起动时从在燃烧气体流路67流入的燃烧气体受热，而和在第一温度调节流路240流动的空气一起被加热。在燃料电池10起动时，第一温度调节器24的热向电池堆CS放热。另外，在燃料电池10发电时，第一温度调节器24从因伴随着发电的自身发热而升温后的电池堆CS吸热，而调整电池堆CS的温度。
第二温度调节器25具有供经由连接流路26通过第一温度调节器24后的空气流入的第二温度调节流路250。第二温度调节器25隔着燃料电池10的电池堆CS配置在与第一温度调节器24相反的一侧。在燃料电池10起动时，在第一温度调节器24升温后的空气在第二温度调节器25流动。在燃料电池10起动时，第二温度调节器25的热向电池堆CS放热。另外，在燃料电池10发电时，第二温度调节器25从因伴随着发电的自身发热而升温后的电池堆CS吸热，而调整电池堆CS的温度。
另外，燃料电池10连接有作为改质用原料、燃料气体的流通路径的燃料路径30。燃料路径30由配管等构成。在燃料路径30，从上游侧起依次设置有燃料泵31、脱硫器32、改质器33。
燃料泵31是用于朝向燃料电池10侧供给改质用原料的泵。燃料泵31由工作被来自后述的电子控制部100的控制信号控制的电动泵构成。
脱硫器32是用于去除从燃料泵31供给的改质用原料所含的硫磺成分的装置。此外，城市用燃气含有除臭剂(具体而言，硫磺成分)。硫磺成分是催化剂被毒物质，因此需要在改质器33的上游进行去除。
改质器33使用水蒸气将从燃料泵31供给的改质用原料改质而生成燃料气体。改质器33例如构成为包含铑、钌等贵金属的水蒸气改质催化剂。
具体而言，改质器33通过使将改质用原料和水蒸气混合而得到的混合气体与燃烧气体进行热交换而加热该混合气体，并且通过以下的反应式F5所示的改质反应和反应式F6所示的变换反应来生成燃料气体(氢、一氧化碳)。
CH4+H2O→CO+3H2…(F5)
CO+H2O→CO2+H2…(F6)
这里，改质器33中的水蒸气改质是吸热反应，具有在高温的条件下改质率提高的特性。因此，改质器33优选配设于燃料电池10的周围，以在燃料电池10发电时能够吸收从电池堆CS向周围放出的辐射热。
在燃料路径30上，在燃料泵31与改质器33之间连接有水供给路径40。在水供给路径40设置有水泵41和水蒸发器42。水泵41是向水蒸发器42供给水的泵。水泵41由工作被来自后述的电子控制部100的控制信号控制的电动泵构成。水蒸发器42具有使来自水泵41的水成为水蒸气(即，气体)的蒸发功能。
另外，在燃料电池10连接有供从燃料电池10排出的废气流动的废气路径60。具体而言，在燃料电池10连接有供从燃料电池10排出的氧化剂废气流动的空气排出路径61，并且连接有供从燃料电池10排出的燃料废气流动的燃料排出路径62。
在废气路径60连接有废气燃烧器63。废气燃烧器63通过使燃料废气等燃烧来生成使改质器33等升温的燃烧气体。废气燃烧器63例如在燃料电池10发电时将氧化剂废气和燃料废气混合而得到的混合气体作为可燃气体燃烧，由此生成用于使燃料电池系统的各设备升温的燃烧气体。废气燃烧器63具有用于使燃料废气燃烧的废气燃烧器631。在废气燃烧器63中，通过废气燃烧器631的点火，从而燃料废气的燃烧开始，而生成燃烧气体。
在废气燃烧器63连接有供高温的燃烧气体流通的未图示的外部排气路径。虽然未图示，但外部排气路径为了有效活用在内部流动的燃烧气体的热而与改质器33、空气预热器22、水蒸发器42等热连接。此外，传递燃烧气体的热的顺序可以根据在各设备所需的热量等而变更。
虽然未图示，但在废气路径60中的燃料排出路径62连接有用于使通过燃料电池10后的燃料气体返回燃料电池10的上游的循环路径。由此，在燃料电池10起动时通过燃料电池10后的燃料气体经由循环路径返回燃料电池10的上游。
这里，在燃料电池模块1设置有生成用于在燃料电池10起动时对电池堆CS进行暖机的燃烧气体的暖机用燃烧器65。暖机用燃烧器65将在燃料路径30流动的改质用原料的一部分和从与压送鼓风机21分开设置的起动用鼓风机66吹送来的空气的混合气体作为可燃气体燃烧。通过可燃气体的燃烧而生成的高温的燃烧气体被向燃烧气体流路67供给。该燃烧气体流路67与从起动用鼓风机66吹送的空气的送风空气流路68连接。由此，燃烧气体流路67除了可燃气体之外，还被导入从起动用鼓风机66吹送的空气的一部分。
燃料电池10、空气预热器22、改质器33、水蒸发器42、废气燃烧器63、暖机用燃烧器65配置在具有隔热性的容器70的内侧。容器70形成燃料电池模块1的外壳。虽然未图示，但空气预热器22、改质器33及水蒸发器42在容器70的内侧配置于废气燃烧器63的周围，以便能够接受废气燃烧器63和暖机用燃烧器65的热。此外，燃料电池10配置在相对于收容空气预热器22、改质器33、水蒸发器42、废气燃烧器63等的空间被隔热的其他空间，以不会直接接受废气燃烧器63的热。
如图4和图5所示，容器70具有收容燃料电池10的电池收容器71。电池收容器71是双重筒结构，在内侧形成有甜甜圈状的空间。该空间构成收容电池堆CS的收容空间BS。电池收容器71以电池收容器71的轴心CL沿着重力作用的方向(即，铅垂方向)延伸的姿势配置。
在本实施方式中，将沿着电池收容器71的轴心CL延伸的方向作为轴向Dra，将通过电池收容器71的轴心CL并且与轴向DRa正交的方向作为径向DRr、并将沿着以电池收容器71的轴心CL为中心的圆的方向作为周向DRc。
多个电池堆CS以电池收容器71的轴心CL为中心放射状地配置于电池收容器71的内侧的收容空间BS。换言之，多个电池堆CS在收容空间BS中在周向DRc上隔开等间隔地配置。此外，多个电池堆CS中的周向DRc的间隔不一定要一致，也可以一部分不同。
多个电池堆CS中的在周向DRc上彼此相邻的电池堆CS以层叠端面EF彼此相对的姿势配置。换言之，在周向DRc上相邻的电池堆CS的层叠端面EF隔开规定的间隔在周向DRc上相对。另外，多个电池堆CS的沿着层叠方向DRst延伸的侧面的一部分作为内侧面IS与电池收容器71的内侧相对，另一侧面的一部分作为外侧面OS与电池收容器71的外侧相对。电池堆CS的内侧面IS构成在将多个电池堆CS放射状地配置于容器70的内侧时的电池堆CS的内侧部分。另外，电池堆CS的外侧面OS构成在将多个电池堆CS放射状地配置于容器70的内侧时的电池堆CS的外侧部分。
如图4所示，本实施方式的电池收容器71构成为包含：内筒72、位于内筒72的外侧的外筒73、覆盖外筒73的上部的上盖74、将内筒72的底部和外筒73的底部彼此相连的底板75。
内筒72被定为在电池收容器71中的与多个电池堆CS相比的内侧。内筒72的一部分向上盖74的上方突出。外筒73被定位于电池收容器71中的与多个电池堆CS相比的外侧。并且，通过内筒72、外筒73、上盖74、底板75划分形成收容空间BS。内筒72和外筒73分别构成为圆筒状。内筒72和外筒73以各自的中心轴成为同轴的方式配置。
内筒72构成前述的堆温度调节器23的第一温度调节器24。内筒72与电池堆CS隔开规定间隔相对地配置，以能够与电池堆CS进行热交换。内筒72在隔开了规定的间隔的状态下与电池堆CS的内侧面IS相对，以在燃料电池10发电时接受电池堆CS的辐射。内筒72的轴向Dra上的尺寸大于电池堆CS的轴向Dra上的尺寸，以能够覆盖电池堆CS的内侧面IS的整体。
另外，内筒72是具有第一内壁721和第一外壁722的双重壁结构，以能够使流体通过。第一内壁721和第一外壁722分别由圆筒状的筒状体构成。第一内壁721和第一外壁722以各自的中心轴成为同轴的方式配置。在第一内壁721与第一外壁722之间设有间隔垫圈、销钉等间隔规定部，通过该间隔规定部形成大致恒定的间隙。向形成于第一内壁721与第一外壁722之间的间隙流路导入与电池堆CS的内侧面IS热交换的空气。在本实施方式中，形成于内筒72的间隙流路构成第一温度调节流路240。在以下，将形成于内筒72的间隙流路称作第一温度调节流路240。
在第一内壁721的内侧，在轴向Dra上的一方侧配置有暖机用燃烧器65，并且相对于暖机用燃烧器65在轴向Dra上的另一方侧形成有燃烧气体流路67。即，作为第一温度调节器24的内筒72与燃烧气体流路67相邻地设置，以能够使燃烧气体与氧化剂气体进行热交换。内筒72配置在燃烧气体流路67与电池堆CS之间。
在内筒72形成有气体导入孔723，该气体导入孔723用于将在燃烧气体流路67流动的燃烧气体导向电池堆CS的收容空间BS。经由该气体导入孔723将在燃烧气体流路67流动的燃烧气体导入收容空间BS。
气体导入孔723以高温的燃烧气体不会被吹到电池堆CS的局部部位的方式被设定收容空间BS侧的开口的位置。即，气体导入孔723的位于收容空间BS侧的开口形成于在内筒72中的内筒72和电池堆CS排列的方向(在本例中，径向DRr)上不与电池堆CS相对的部位。气体导入孔723中的燃烧气体流路67侧的开口形成于内筒72中的不与电池堆CS相对的部位。具体而言，如图5所示，气体导入孔723形成在与内筒72中的相邻的电池堆CS之间的间隙对应的位置，以将燃烧气体导入相邻的电池堆CS之间的间隙。
外筒73构成前述的堆温度调节器23的第二温度调节器25。外筒73与电池堆CS隔开规定间隔相对地配置，以能够与电池堆CS进行热交换。外筒73在隔开了规定的间隔的状态下与电池堆CS的外侧面OS相对，以在燃料电池10发电时接受电池堆CS的辐射。外筒73的轴向Dra上尺寸大于电池堆CS的轴向Dra上的尺寸，以能够覆盖电池堆CS的外侧面OS的整体。
另外，外筒73是具有第二内壁731和第二外壁732的双重壁结构，以能够使流体通过。第二内壁731和第二外壁732分别构成为圆筒状的筒状体。
第二内壁731和第二外壁732以各自的中心轴成为同轴的方式配置。在第二内壁731与第二外壁732之间设置有间隔垫圈、销钉等间隔规定部，通过该间隔规定部形成了大致恒定的间隙。向形成于第二内壁731与第二外壁732之间的间隙流路导入与电池堆CS的外侧面OS热交换的空气。在本实施方式中，形成于外筒73的间隙流路构成第二温度调节流路250。在以下，将形成于外筒73的间隙流路称作第二温度调节流路250。
本实施方式的第二温度调节流路250具有靠近电池堆CS的内侧流路部251和与内侧流路部251相比从电池堆CS离开的外侧流路部252。并且，第二温度调节流路250是供通过外侧流路部252后的空气折返而流入内侧流路部251的流路结构。
具体而言，在外筒73的内侧设置有将第二温度调节流路250分为内侧流路部251和外侧流路部252的分离板733。内侧流路部251和外侧流路部252分别沿轴向Dra延伸。外侧流路部252的轴向Dra上的另一方侧与后述的连通路740连通，并且轴向Dra上的一方侧经由折返部734与内侧流路部251连通。内侧流路部251的轴向Dra上的一方侧经由折返部734与外侧流路部252连通，并且轴向Dra上的另一方侧经由未图示的配管等与电池堆CS连接。第二温度调节流路250中，内侧流路部251的流路截面积是第一温度调节流路240的流路截面积以上的大小。
这里，第二温度调节流路250与第一温度调节流路240相比，从电池堆CS受到热的传热面积较大。在该情况下，第二温度调节流路250的上游与下游的温度差变大，存在第二温度调节流路250的温度变得不均匀的隐患。
与此相对，如果第二温度调节流路250是使空气折返地流动的流路结构，则在第二温度调节流路250的内侧流路部251和外侧流路部252中空气的流动成为相对，从而靠近电池堆CS的外侧部分的内侧流路部251中的温度均匀化。其结果是，电池堆CS的外侧部分处的温度不均被抑制。
上盖74覆盖外筒73的上部，并具有甜甜圈状的形状，以使内筒72的一部分能够向外侧突出。在上盖74贯通有用于向电池堆CS供给燃料气体的配管、构成空气排出路径61的配管、构成燃料排出路径62的配管等。
底板75将内筒72的底部与外筒73的底部相连，并具有圆盘状的形状。底板75经由汇电板BB等支承多个电池堆CS。底板75与电池堆CS的下表面相对。底板75具有能够覆盖电池堆CS的下表面整体的大小。
底板75是具有上壁751和下壁752的双重壁结构，以能够使流体通过。在上壁751和下壁752之间设置有间隔垫圈、销钉等间隔规定部，通过该间隔规定部形成大致恒定的间隙。
底板75的上壁751与内筒72的第一外壁722和外筒73的第二内壁731连接，且下壁752与内筒72的第一内壁721和外筒73的第二外壁732连接。并且，在上壁751与下壁752之间形成有将内筒72的间隙流路与外筒73的间隙流路连通的连通路750。连通路750对应于前述的连接流路26。
这里，内筒72与外筒73相比曲率较大，且与电池堆CS相对的部位的面积较小。因此，内筒72与电池堆CS的传热面积相比于外筒73中的与电池堆CS的传热面积较小。在电池收容器71中，在内侧与外侧处的传热面积不同的情况下，当相同温度和相同流速的流体在形成于内筒72的间隙流路和形成于外筒73的间隙流路流动时，与电池堆CS的外侧相比，内侧的基于对流的传热量变小。该传热量的差成为电池堆CS的内侧部分与外侧部分的温度分布扩大的重要原因。这样的温度分布的扩大会导致发电效率的降低、耐久性的降低，因此并不优选。
考虑到这些，电池收容器71使与形成于外筒73的第二温度调节流路250流动的流体相比与电池堆CS的温度差较大的流体在形成于内筒72的第一温度调节流路240流动。例如，在电池堆CS的温度低，需要对电池堆CS进行暖机的情况下，在第二温度调节流路250流动的流体的温度以上的高温的流体在第一温度调节流路240流动。另外，在需要对电池堆CS进行冷却或保温的情况下，与在第二温度调节流路250流动的流体相比温度较低的流体在第一温度调节流路240流动。此外，在需要对电池堆CS进行冷却或保温的情况主要是燃料电池10发电时。
具体而言，在燃料电池10起动时，通过燃烧气体而升温后的空气在第一温度调节流路240流动，在通过第一温度调节流路240和连接流路26时向电池堆CS放热后的空气流入第二温度调节流路250。另外，在燃料电池10发电时，在空气预热器22升温后的空气在第一温度调节流路240流动，在通过第一温度调节流路240和连接流路26时从电池堆CS受热而升温后的空气流入第二温度调节流路250。另外，本实施方式的内筒72和外筒73是和第一内壁721与第一外壁722的间隔及第二内壁731与第二外壁732的间隔大致相同的大小。并且，内筒72与外筒73相比曲率半径较小。因此，第一温度调节流路240的流路截面积与第二温度调节流路250的流路截面积相比较小。根据连续定律，在稳定状态的流体在没有分支的流路流动的情况下，流路的任意的截面处的质量流量相等。在本实施方式的电池收容器71中，第一温度调节流路240和第二温度调节流路250是串联地连接的流路，并且第一温度调节流路240的流路截面积与第二温度调节流路250的流路截面积相比较小。因此，与在第二温度调节流路250流动的空气相比流速较大的空气在第一温度调节流路240流动。
接着，参照图6，对燃料电池系统的电子控制部100进行说明。电子控制部100由包含处理器、存储器的微型计算机及其周边电路构成。电子控制部100基于存储于存储器的控制程序进行各种运算、处理，而控制与输出侧连接的各种控制设备的工作。
在电子控制部100的输入侧连接有包含电池温度传感器、改质温度传感器、火焰检测器的传感器组101，该传感器组101的检测结果被输入电子控制部100。另外，在电子控制部100连接有操作面板102和未图示的DC-DC转换器。在操作面板102设置有用于接通切断燃料电池10的发电的开始开关、显示燃料电池10的工作状态的显示器等。DC-DC转换器是用于控制从单元C扫描的电池的电流扫描设备。
另一方面，在电子控制部100的输出侧，作为控制设备连接有压送鼓风机21、燃料泵31、水泵41、废气燃烧器631、暖机用燃烧器65等。这些控制设备的工作根据从电子控制部100输出的控制信号而被控制。
接着，参照图7的流程图，对燃料电池系统的整体的工作进行说明。图7所示的各控制处理在开始开关被接通时由电子控制部100执行。
如图7所示，当开始开关被接通时，电子控制部100执行包含初期暖机处理、CS还原处理及暖机促进处理的单元C的起动处理。具体而言，电子控制部100在步骤S100中执行初期暖机处理。
初期暖机处理是使包含电池堆CS的各种设备升温到适当温度的处理。电子控制部100在初期暖机处理时使压送鼓风机21工作，并且在向燃烧气体流路67供给燃料和空气的状态下将暖机用燃烧器65点火。当暖机用燃烧器65被点火时，如图8所示，燃料和空气的混合气体作为可燃气体燃烧，从而生成高温的燃烧气体。
本实施方式的堆温度调节器23中，第一温度调节器24与燃烧气体流路67相邻地设置。因此，在第一温度调节器24和第一温度调节流路240流动的空气通过在燃烧气体流路67流动的燃烧气体而升温。在第一温度调节器24升温后的空气经由连接流路26向第二温度调节器25流动之后，被向电池堆CS供给。由此，在初期暖机处理时，电池堆CS的外部被来自堆温度调节器23的辐射传热H1、H2加热，并且电池堆CS的内部通过在堆温度调节器23升温后的空气被导入电池堆CS而被加热。
另外，在燃烧气体流路67流动的高温的燃烧气体经由气体导入孔723被导入收容空间BS。并且，电池堆CS的外部通过基于被导入收容空间BS的燃烧气体的对流传热H3而被加热。被导入收容空间BS的燃烧气体经由废气路径60的空气排出路径61被排出。燃烧气体在废气路径60流动时向改质器33、空气预热器22、水蒸发器42放热。由此，改质器33、空气预热器22、水蒸发器42升温。
在开始初期暖机处理之后，电子控制部100在步骤S110中判定能够改质条件是否成立。能够改质条件是判定是否能够开始基于改质器33的燃料气体的生成的条件。能够改质条件例如是在达到水蒸发器42能够生成水蒸气的温度(例如，100℃)，并且达到改质器33能够生成燃料气体的温度(例如，300℃)时成立的条件。电子控制部100直到能够改质条件成立为止继续初期暖机处理，并且当能够改质条件成立时，在步骤S120中执行CS还原处理。
CS还原处理是抑制伴随电池堆CS的升温的电池堆CS的氧化的处理。如图9所示，在CS还原处理时，电子控制部100以向水蒸发器42供给水的方式控制水泵41，并且以向改质器33供给燃料的方式控制燃料泵31。由此，向改质器33供给燃料和水蒸气。在改质器33中，当燃料和水蒸气的混合气体被供给时，通过前述的反应式F5、F6所示的反应生成燃料气体(氢、一氧化碳)。在改质器33生成的燃料气体被向电池堆CS供给。由此，电池堆CS的氧化被抑制。具体而言，通过向单元C的燃料极供给燃料气体，而抑制燃料极的氧化劣化。
在开始CS还原处理之后，电子控制部100在步骤S130中判定暖机促进条件是否成立。暖机促进条件例如是在电池堆CS的温度达到电池堆CS的内部电阻降低的温度(例如，450℃)时成立的条件。电子控制部100直到暖机促进条件成立为止继续CS还原处理，当暖机促进条件成立时，在步骤S140中执行暖机促进处理。
暖机促进处理是促进包含电池堆CS的各种设备的暖机的处理。电子控制部100在暖机促进处理时控制未图示的DC-DC转换器而开始来自单元C的电流的扫描。具体而言，在暖机促进处理时，将单元C与外部电路EC设为连接状态，而从外部电路EC引出电流。当开始来自单元C的电流的扫描时，单元C自身发热，电池堆CS升温。因此，在单元C起动时，通过开始来自单元C的电流的扫描，能够促进电池堆CS的暖机。这里，当电池堆CS的温度达到规定温度(例如，450℃)时，电池堆CS的内部电阻逐渐减少，能够开始来自单元C的电流的扫描，但单元C的电压可能因来自单元C的电流的扫描而大幅降低。当单元C的电压大幅降低时，促进了阳极侧的电极(即，燃料极)的氧化，因此不优选。因此，在本实施方式的暖机促进处理中，使从单元C扫描的电流逐渐增加，当检测到单元C的电压小于规定值时，停止从单元C扫描的电流的增加。此时，继续来自单元C的电流的扫描，因此电池堆CS的温度因单元C的自身发热而上升，电池堆CS的内部电阻减少。由此，单元C的电压提高。在确认了单元C的电压提高时，电子控制部100再次增加从单元C扫描的电流。由此，促进包含电池堆CS的各种设备的暖机。
在开始暖机促进处理之后，电子控制部100在步骤S150中判定发电条件是否成立。发电条件例如是在单元C达到适合燃料电池10的发电的温度(例如，500℃以上)时成立的条件。电子控制部100直到发电条件成立为止继续暖机促进处理。另外，当发电条件成立时，电子控制部100在步骤S160中执行发电处理。
如图10所示，电子控制部100在发电处理时以对燃料电池10供给适合发电的量的氧化剂气体和燃料气体的方式控制压送鼓风机21、燃料泵31、水泵41。另外，电子控制部100切断暖机用燃烧器65和起动用鼓风机66，并将废气燃烧器631点火。
由此，在改质器33生成的燃料气体被向电池堆CS供给。另外，从压送鼓风机21吹出的氧化剂气体流入空气预热器22，并通过与燃烧气体的热交换而升温。并且，通过空气预热器22后的空气以第一温度调节流路240、连通路740、第二温度调节流路250的顺序流动。通过第一温度调节流路240、连通路740、第二温度调节流路250的空气从燃料电池10吸热而升温至燃料电池10的电池温度附近之后流入燃料电池10。此时，温度低且流速大的空气在与第二温度调节流路250相比与电池堆CS的传热面积较小的第一温度调节流路240流动。由此，电池堆CS的基于径向DRr的内侧处的对流的传热量与基于径向DRr的外侧处的对流的传热量之差变小，从而电池堆CS的内侧部分与外侧部分的温度分布降低。
当向电池堆CS供给氧化剂气体和燃料气体时，单元C通过前述的反应式F1～F4所示的反应输出电能。并且，从电池堆CS排出的废气作为可燃气体在废气燃烧器63燃烧。在废气燃烧器63生成的燃烧气体在流过未图示的外部排气路径时向改质器33、空气预热器22、水蒸发器42放热。
这里，当发电处理时的发热量因电池堆CS的随时间的劣化等而增加时，电池堆CS的温度变得容易过度地上升。考虑到这样的情况，如图11所示，电子控制部100在发电处理时使起动用鼓风机66工作而向收容空间BS导入温度低于电池堆CS的空气，从而将电池堆CS的温度调整到适当的温度。起动用鼓风机66的接通切断例如根据电池堆CS的温度来实施。另外，在发电处理的实施中电池堆CS的温度降低了的情况下，接通暖机用燃烧器65而进行电池堆CS的暖机。
在开始发电处理之后，电子控制部100在步骤S170中判定使燃料电池10的发电停止的停止条件是否成立。停止条件例如是在开始开关被切断时成立的条件。电子控制部100直到停止条件成立为止继续发电处理。另外，当停止条件成立时，电子控制部100在步骤S180中执行停止处理。在该停止处理中，执行使电池堆CS的温度降低的降温处理等。在降温处理中，例如增加空气的供给量并且减少燃料的供给量，由此使燃料电池10的温度降低至不会发生电池堆CS的氧化劣化的温度(例如，300℃)。由此，发电停止时的电池堆CS的氧化劣化被抑制。
以上说明的燃料电池模块1中，暖机用燃烧器65配置于电池堆CS的收容空间BS的外部。由此，与在电池堆CS的收容空间BS的内部配置暖机用燃烧器65的情况相比，抑制了暖机用燃烧器65的热直接向电池堆CS传递。
除此之外，堆温度调节器23与电池堆CS隔开规定间隔地相对配置，并且与燃烧气体流路67相邻设置。由此，通过来自堆温度调节器23的辐射传热加热电池堆CS的外部，并且通过将在堆温度调节器23升温后的空气导入电池堆CS而加热电池堆CS的内部。
特别是，通过堆温度调节器23隔开规定间隔与电池堆CS相对地配置，与900℃左右的高温的暖机用燃烧器65与电池堆CS靠近配置的情况相比，能够抑制电池堆CS的外部局部的过热。除此之外，通过将在堆温度调节器23升温至适当温度的空气导入电池堆CS的内部，与以往那样将500℃左右的高温的燃烧气体直接导入电池堆CS的情况相比，能够抑制电池堆CS的内部过热。
因此，根据本实施方式的燃料电池模块1，能够抑制电池堆CS的内部与外部的温度分布的扩大，并且加热电池堆CS。即，能够确保电池堆CS的可靠性，并且实现单元C的起动性的提高。其结果是，能够实现可靠性高且能够在短时间起动的燃料电池模块1。
这里，在使用城市用燃气等可燃气体来生成燃烧气体的情况下，考虑通过将该燃烧气体导入电池堆CS的内部来加热电池堆CS。但是，在将燃烧气体导入电池堆CS的内部的情况下，电池堆CS的内部被可燃气体所含的硫磺成分损害。另外，电池堆CS的内部存在为了抑制金属的氧化而含有铬的部件(例如，阴极侧的分隔板)。因此，当高温的燃烧气体被导入电池堆CS的内部时，铬被燃烧气体的热蒸发，从而电池堆CS的内部被铬损害。硫磺损害和铬损害是导致催化剂活性的降低和电池性能的降低的重要因素，因此不优选。
与此相对，本实施方式的燃料电池模块1构成为在单元C起动时不向电池堆CS导入燃烧气体，而是导入在堆温度调节器23升温后的氧化剂气体。因此，能够避免电池堆CS的内部的硫磺损害和铬损害。另外，还能够抑制暖机用燃烧器65的过热导致的损伤。
另外，根据本实施方式，能够得到以下的效果。
(1)电池堆CS的收容空间BS经由气体导入孔723与燃烧气体流路67连通，并在单元C起动时被导入在堆温度调节器23与氧化剂气体进行了热交换的燃烧气体。由此，能够通过基于被导入收容空间BS的燃烧气体的对流传热来加热电池堆CS的外部。特别是，由于将在堆温度调节器23与空气进行了热交换后的燃烧气体导入收容空间BS，因此能够抑制电池堆CS的外部的过热。
(2)堆温度调节器23具有：与燃烧气体流路67相邻的第一温度调节器24、供通过第一温度调节器24后的氧化剂气体流入的第二温度调节器25以及将第一温度调节器24与第二温度调节器25连接的连接流路26。第一温度调节器24配置于燃烧气体流路67与电池堆CS之间。第二温度调节器25隔着电池堆CS配置在与第一温度调节器24相反的一侧。由此，通过来自第一温度调节器24和第二温度调节器25的辐射传热，不仅能够加热电池堆CS中的第一温度调节器24侧的部位，还能够加热第二温度调节器25侧的部位。由此，能够抑制电池堆CS的外部被局部地加热。
(3)在堆温度调节器23设置有气体导入孔723，该气体导入孔723将在单元C起动时在堆温度调节器23与氧化剂气体进行了热交换的燃烧气体导入收容空间BS。由此，在燃烧气体流路67流动的燃烧气体经由与电池堆CS相对地配置的堆温度调节器23的气体导入孔723被导入收容空间BS。因此，能够抑制燃烧气体向外部的放热，而将燃烧气体的热有效地用于电池堆CS的加热。此外，还能够经由外部配管将在燃烧气体流路67流动的燃烧气体导入收容空间BS，但在该情况下，在燃烧气体在外部配管流动时，燃烧气体的热向外部放出。即，产生了无助于电池堆CS的加热的燃烧气体的无用的放热。因此，优选成为经由设置于堆温度调节器23的气体导入孔723将燃烧气体流路67与收容空间BS连通的结构。
(4)具体而言，收容空间BS被第一温度调节器24、第二温度调节器25、连接流路26包围。并且，在第一温度调节器24设置有气体导入孔723，该气体导入孔723将在单元C起动时在第一温度调节器24与氧化剂气体进行了热交换的燃烧气体导入收容空间BS。由此，在燃烧气体流路67流动的燃烧气体经由与电池堆CS相对地配置的第一温度调节器24的气体导入孔723而被导入收容空间BS。因此，能够抑制燃烧气体向外部的放热，能够不浪费地将燃烧气体的热用于电池堆CS的加热。
(5)气体导入孔723的至少收容空间BS侧的开口形成在第一温度调节器24中的在第一温度调节器24和电池堆CS的排列方向上不与电池堆CS重合的部位。这样，如果将气体导入孔723中的收容空间BS侧的开口形成在第一温度调节器24中的不与电池堆CS相对的部位，则能够抑制高温的燃烧气体吹到电池堆CS的局部部位。
(6)多个电池堆CS放射状地配置于收容空间BS。第一温度调节器24以与将多个电池堆CS放射状地配置时的电池堆CS的内侧部分进行热交换的方式与该内侧部分相对地配置。第二温度调节器25以与将多个电池堆CS放射状地配置时的电池堆CS的外侧部分进行热交换的方式与该外侧部分相对地配置。由此，与在燃烧气体流路67流动的高温的燃烧气体进行热交换的氧化剂气体在相比于第二温度调节器25传热面积较小的第一温度调节器24流动。由此，将电池堆CS放射状地配置时的基于电池堆CS的内侧处的辐射传热的传热量与基于电池堆CS的外侧处的辐射传热的传热量之差变小，因此能够抑制电池堆CS的内侧与外侧的温度分布的扩大。此外，“电池堆CS的内侧”是指将多个电池堆CS放射状地配置时靠近多个电池堆CS的中心的一侧。另外，“电池堆CS的外侧”是指将多个电池堆CS放射状地配置时远离多个电池堆CS的中心的一侧。
(7)在单元C起动时，当在开始在暖机用燃烧器65生成燃烧气体之后规定条件成立时，从单元C开始电流的扫描。通过在单元C起动时从单元C进行电流的扫描，不仅通过电池堆CS的内部的氧化剂气体的对流传热，还能够通过单元C的自身发热来使电池堆CS升温。
(8)在堆温度调节器23中，在第一温度调节流路240流动的空气与电池堆CS的温度差比在第二温度调节流路250流动的空气与电池堆CS的温度差大。由此，与在第二温度调节流路250流动的空气相比与电池堆CS的温度差较大的空气在与第二温度调节流路250相比与电池堆CS的传热面积较小的第一温度调节流路240流动。因此，电池堆CS中的基于径向DRr的内侧处的对流的传热量与基于径向DRr的外侧处的对流的传热量之差变小，能够减少电池堆CS的径向DRr上的内侧部分与外侧部分的温度分布。其结果是，能够抑制电池堆CS的内侧部分与外侧部分的温度分布导致的发电效率的降低、耐久性的降低。另外，堆温度调节器23中，第一温度调节流路240的流路截面积小于第二温度调节流路250的流路截面积。由此，与第二温度调节流路250相比流速较大的空气在与第二温度调节流路250相比与电池堆CS的传热面积较小的第一温度调节流路240流动，从而与第二温度调节流路250的热传递率相比，第一温度调节流路240的热传递率变大。因此，能够减少电池堆CS的径向DRr上的内侧部分与外侧部分的温度分布。
(9)多个电池堆CS以在周向DRc上彼此相邻的电池堆CS的层叠端面EF彼此相对的姿势配置。由此，相邻的电池堆CS中的一方的层叠端面EF从另一方的电池堆CS受热，因此能够减少电池堆CS中的层叠方向DRst上的温度分布。
(10)在电池收容器71的与第一温度调节流路240相比的内侧设置有燃烧气体流路67。由此，例如，即使在电池堆CS的发热量因随时间的劣化等而增大的情况下，由于与在第一温度调节流路240流动的空气相比低温的空气在燃烧气体流路67流动，因此能够抑制电池堆CS过度地升温。
(11)在多个电池堆CS中的相邻的电池堆CS之间形成有燃料气体的导入口IPH和导出口OPH以及氧化剂气体的导入口IPO和导出口OPO。由此，能够有效地利用形成于相邻的电池堆CS之间的空间来供给燃料气体或氧化剂气体。由此，与另外设置用于供给燃料气体或氧化剂气体的空间的情况相比，能够实现容器70的小型化。
(第二实施方式)
接着，参照图12，对第二实施方式进行说明。在本实施方式中，主要对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图12所示，堆温度调节器23形成有气体导入孔723，以使从燃烧气体流路67导入收容空间BS的燃烧气体沿着连接流路26从第一温度调节器24侧向第二温度调节器25侧流动。具体而言，气体导入孔723的至少收容空间BS侧的开口形成在第一温度调节器24中的与电池堆CS与连接流路26之间的间隙对应的位置。
关于其他，与第一实施方式相同。本实施方式的燃料电池模块1能够与第一实施方式同样地得到由与第一实施方式共用的结构或等同的结构所起到的效果。另外，根据本实施方式，能够得到以下的效果。
(1)像本实施方式那样，将气体导入孔723中的收容空间BS侧的开口形成在第一温度调节器24中的不与电池堆CS相对的部位，则能够抑制高温的燃烧气体吹到电池堆CS的局部部位。特别是，能够将被导入收容空间BS的燃烧气体从第一温度调节器24侧导向第二温度调节器25侧。因此，通过基于被导入收容空间BS的燃烧气体的对流传热，不仅能够加热电池堆CS的第一温度调节器24侧，还能够充分地加热第二温度调节器25侧。除此之外，被导入收容空间BS的燃烧气体沿着连接流路26流动，因此能够使被导入收容空间BS的燃烧气体与在连接流路26流动的氧化剂气体进行热交换。由此，能够扩大燃烧气体与氧化剂气体的热交换面积，从而充分地加热被导入电池堆CS的氧化剂气体。
(第三实施方式)
接着，参照图13，对第三实施方式进行说明。在本实施方式中，主要对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图13所示，在收容空间BS配置有转向部件76，该转向部件76使经由气体导入孔723导入收容空间BS的燃烧气体的方向转向至朝向电池堆CS的方向以外的方向。转向部件76使从气体导入孔723导入的燃烧气体的方向向朝向位于电池堆CS的轴向Dra上的另一方侧的连接流路26的方向转向。转向部件76具有从气体导入孔723的收容空间BS侧的开口朝向电池堆CS突出的上板部761和从上板部761的顶端朝向轴向Dra上的另一方侧延伸的侧板部762。侧板部762配置于气体导入孔723的收容空间BS侧的开口与电池堆CS之间。
关于其他，与第一实施方式相同。本实施方式的燃料电池模块1能够与第一实施方式同样地得到由与第一实施方式共用的结构或等同的结构所起到的效果。另外，根据本实施方式，能够得到以下的效果。
(1)燃料电池模块1通过转向部件76使被导入收容空间BS的燃烧气体的方向向朝向电池堆CS的方向以外的方向转向。由此，能够与气体导入孔723的开口位置无关地、抑制高温的燃烧气体吹到电池堆CS的局部部位。
(第三实施方式的变形例)
在第三实施方式中，示出了转向部件76的具体的形状，但不限于此。转向部件76的形状只要能够达成所期望的目的，也可以是上述以外的形状。
(第四实施方式)
接着，参照图14，对第四实施方式进行说明。在本实施方式中，主要对与第三实施方式不同的部分进行说明。
如图14所示，在收容空间BS配置有引导部件77，该引导部件77将经由气体导入孔723导入收容空间BS的燃烧气体沿着连接流路26从第一温度调节器24侧引导至第二温度调节器25侧。
具体而言，引导部件77是板状，并沿着连接流路26延伸。引导部件77的一端侧与转向部件76连接。引导部件77配置于电池堆CS与连接流路26之间。引导部件77不限于与转向部件76构成为一体，也可以与转向部件76分体构成。
关于其他，与第三实施方式相同。本实施方式的燃料电池模块1能够与第三实施方式同样地得到由与第三实施方式共用的结构或等同的结构所起到的效果。另外，根据本实施方式，能够得到以下的效果。
(1)燃料电池模块1通过在收容空间BS配置引导部件77，从而从第一温度调节器24侧导入收容空间BS的燃烧气体被导向第二温度调节器25侧。由此，通过基于被导入收容空间BS的燃烧气体的对流传热，不仅能够加热电池堆CS的第一温度调节器24侧，还能够加热第二温度调节器25侧。除此之外，通过使被导入收容空间BS的燃烧气体沿着连接流路26流动，能够使被导入收容空间BS的燃烧气体与在连接流路26流动的氧化剂气体进行热交换。由此，能够扩大燃烧气体与氧化剂气体的热交换面积，从而充分地加热被导入电池堆CS的氧化剂气体。
(第四实施方式的变形例)
在第四实施方式中，在收容空间BS配置有转向部件76和引导部件77，但燃料电池模块1不限于此。燃料电池模块1例如可以像第二实施方式那样，在不需要改变被导入收容空间BS的燃烧气体的方向的情况下省略转向部件76。
(第五实施方式)
接着，参照图15，对第五实施方式进行说明。在本实施方式中，主要对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图15所示，燃烧气体流路67沿着第一温度调节器24在轴向Dra上延伸，并且轴向Dra上的另一方侧沿着连接流路26朝向径向DRr的外侧延长。并且，对于构成连接流路26的底板75形成有气体导入孔723。具体而言，气体导入孔723形成于底板75中的在底板75和电池堆CS的排列方向(在本例中，轴向DRa)上不与电池堆CS相对的部位。换言之，气体导入孔723形成在底板75中的与相邻的电池堆CS之间的间隙对应的位置，以将燃烧气体导入相邻的电池堆CS之间的间隙。
关于其他，与第一实施方式相同。本实施方式的燃料电池模块1能够与第一实施方式同样地得到由与第一实施方式共用的结构或等同的结构所起到的效果。另外，根据本实施方式，能够得到以下的效果。
(1)像本实施方式那样，将气体导入孔723中的收容空间BS侧的开口形成在第一温度调节器24中的不与电池堆CS相对的部位，则能够抑制高温的燃烧气体吹到电池堆CS的局部部位。特别是，由于燃烧气体沿着连接流路26流动，能够使被导入收容空间BS的燃烧气体与在连接流路26流动的氧化剂气体进行热交换。由此，能够扩大燃烧气体与氧化剂气体的热交换面积，从而充分地加热被导入电池堆CS的氧化剂气体。
(第六实施方式)
接着，参照图16、17，对第六实施方式进行说明。在本实施方式中，主要对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图16所示，在废气燃烧器63设置有废气燃烧器631，该废气燃烧器631使从电池堆CS排出的废气燃烧而生成废气燃烧气体。该废气燃烧器631采用没有设置火花塞的无塞燃烧器。废气燃烧器63构成为通过燃料废气和氧化剂废气的混合气体的自点火来燃烧的自点火型的燃烧器。此外，废气燃烧器63也可以设置火花塞来防止熄火。
在废气燃烧器63连接有供高温的燃烧气体流通的外部排气路径80。外部排气路径80为了有效地活用在内部流动的燃烧气体的热，而与改质器33、空气预热器22、水蒸发器42等热连接。在本实施方式中，外部排气路径80构成供在废气燃烧器631生成的废气燃烧气体流动的排气流路。此外，传递燃烧气体的热的顺序可以根据在各设备所需的热量等来变更。
空气预热器22与燃烧气体流路67和外部排气路径80相邻地设置，以能够从燃烧气体和废气燃烧气体这两方受热。以下，参照图17，对空气预热器22和外部排气路径80进行说明。
如图17所示，空气预热器22配置于构成堆温度调节器23的第一温度调节器24的内筒72的上方。空气预热器22与内筒72连通。由此，通过空气预热器22后的空气被向堆温度调节器23的第一温度调节器24供给。空气预热器22具有上游管部221和下游管部222，该上游管部221位于空气流动上游侧，该下游管部222配置在上游管部221的下游侧，并将上游管部221与内筒72连接。
上游管部221由沿着径向DRr延伸的配管构成。上游管部221与外部排气路径80相邻地设置，以能够从在外部排气路径80流动的废气燃烧气体受热。本实施方式的上游管部221构成单方受热部位，该单方受热部位能够从燃烧气体和废气燃烧气体中的单方(在本例中，废气燃烧气体)受热。上游管部221设定空气的流动方向，以使空气的流动与废气燃烧气体的流动成为相对流动。本例的上游管部221以将轴心CL为中心从周向上的一方侧向另一方侧旋回流动的方式设定使空气流动的方向。此外，使上游管部221中的空气流动的方向不限于周向，也可以在径向上设定。
下游管部222由沿着轴向Dra延伸的筒形状的配管构成。下游管部222的轴向Dra上的一方侧的端部与上游管部221连接，且轴向Dra上的另一方侧的端部与内筒72连接。下游管部222与燃烧气体流路67和外部排气路径80这两方相邻地配置，以能够从燃烧气体和废气燃烧气体这两方受热。下游管部222以被外部排气路径80和燃烧气体流路67夹着的方式设置于外部排气路径80与燃烧气体流路67之间。本实施方式的下游管部222构成为内侧与燃烧气体流路67相邻，且外侧与外部排气路径80相邻的筒状。下游管部222构成能够从燃烧气体和废气燃烧气体这两方受热的两方受热部位。下游管部222设定使空气流动的方向，以使空气的流动与废气燃烧气体的流动成为相对流动。本例的下游管部222将使空气流动的方向设定为从轴向Dra上的一方侧朝向另一方侧的方向。
外部排气路径80与改质器33和空气预热器22相邻地设置。外部排气路径80包含：向改质器33放热的第一路径81、向空气预热器22的下游管部222放热的第二路径82以及向空气预热器22的上游管部221放热的第三路径83。虽然未图示，但外部排气路径80还包含向水蒸发器42放热的路径。
像这样构成的燃料电池模块1中，当在单元C的起动处理时暖机用燃烧器65被点火时，生成高温的燃烧气体。通过该燃烧气体，在空气预热器22和堆温度调节器23的第一温度调节器24流动的空气升温。在第一温度调节器24升温后的空气经由连接流路26向第二温度调节器25流动之后，被向电池堆CS供给。由此，在单元C的起动处理时，通过来自堆温度调节器23的辐射传热加热电池堆CS的外部，并且通过在堆温度调节器23升温后的空气被导入电池堆CS来加热电池堆CS的内部。
另外，在燃烧气体流路67流动的高温的燃烧气体经由气体导入孔723被导入收容空间BS。并且，通过基于被导入收容空间BS的燃烧气体的对流传热来加热电池堆CS的外部。被导入收容空间BS的燃烧气体经由废气路径60的空气排出路径61排出。燃烧气体在废气路径60流动时，向废气燃烧器63、改质器33、空气预热器22以及水蒸发器42放热。由此，废气燃烧器63、改质器33、空气预热器22以及水蒸发器42升温。
当废气燃烧器63的内侧的温度达到氧化剂废气和燃烧废气的混合气体的自点火温度时，该混合气体自点火而生成高温的废气燃烧气体。该废气燃烧气体在外部排气路径80流动时，向改质器33、空气预热器22以及水蒸发器42放热。由此，改质器33、空气预热器22以及水蒸发器42升温。
关于其他，与第一实施方式相同。本实施方式的燃料电池模块1能够与第一实施方式同样地得到由与第一实施方式共用的结构或等同的结构所起到的效果。另外，根据本实施方式，能够得到以下的效果。
(1)燃料电池模块1具备废气燃烧器631和外部排气路径80，该废气燃烧器631使从电池堆CS排出的废气燃烧而生成废气燃烧气体，该外部排气路径80供由废气燃烧器631生成的废气燃烧气体流动。燃料电池模块1具备空气预热器22，该空气预热器22供向堆温度调节器23供给之前的氧化剂气体流动。空气预热器22与燃烧气体流路67和外部排气路径80中的至少一方相邻地设置，以能够从燃烧气体和废气燃烧气体中的至少一方受热。
这样，构成为使在空气预热器22升温后的空气流入堆温度调节器23，则能够在初期向堆温度调节器23供给被加热至适当温度的空气。由此，在电池堆CS起动时、低温时，能够通过来自堆温度调节器23的辐射传热充分地加热电池堆CS的外部。
(2)本实施方式的空气预热器22包含能够从燃烧气体和废气燃烧气体这两方受热的下游管部222。由此，能够在空气预热器22充分地加热要流入堆温度调节器23的空气。由此，能够通过来自堆温度调节器23的辐射传热充分地加热电池堆CS的外部。
(3)具体而言，下游管部222构成为内侧与燃烧气体流路67相邻且外侧与外部排气路径80相邻的筒状。由此，废气燃烧气体与通过空气预热器22的空气的热交换面积变得大于燃烧气体与通过空气预热器22的空气的热交换面积。即，能够确保废气燃烧气体与通过空气预热器22的空气的热交换面积。
特别是，实施方式的空气预热器22中，上游管部221与外部排气路径80相邻地设置，因此能够充分地确保废气燃烧气体与通过空气预热器22的空气的热交换面积。由此，不仅在电池堆CS起动时，在燃料电池10发电时等也能够使通过空气预热器22的空气适当地升温。
另外，空气预热器22构成为：在下游管部222中，燃烧气体与通过空气预热器22的空气进行热交换，并且在上游管部221和下游管部222这两方中，废气燃烧气体与通过空气预热器22的空气进行热交换。因此，空气预热器22中，燃烧气体与通过空气预热器22的空气的热交换面积变得小于废气燃烧气体与通过空气预热器22的空气的热交换面积。由此，例如，能够抑制暖机用燃烧器65被切断时的成为低温的燃烧气体流路67与空气预热器22之间的预料外的热交换，即，能够抑制从空气预热器22向燃烧气体流路67放热。
(第六实施方式的变形例)
空气预热器22也可以省略上游管部221和下游管部222中的一方。即，空气预热器22也可以与燃烧气体流路67和外部排气路径80中的一方相邻地设置，以能够从燃烧气体和废气燃烧气体中的一方受热。另外，上游管部221和下游管部222的形状不限于图17所示的形状，也可以与图17所示的形状不同。
第六实施方式的空气预热器22构成为空气流动上游侧与燃烧气体进行热交换，且空气流动下游侧与燃烧气体和废气燃烧气体这两方进行热交换，但不限于此。空气预热器22也可以构成为例如，空气流动上游侧与燃烧气体和废气燃烧气体这两方进行热交换，且空气流动下游侧与废气燃烧气体进行热交换。
空气预热器22示例了将使空气流动的方向设定为空气的流动与废气燃烧气体的流动成为相对流动，但不限于此。空气预热器22例如也可以将使空气流动的方向设定为空气的流动与废气燃烧气体的流动成为并列流动或正交流动。
空气预热器22示例了将使空气流动的方向设定为空气的流动与废气燃烧气体的流动成为相对流动，但不限于此。空气预热器22例如也可以将使空气流动的方向设定为空气的流动与废气燃烧气体的流动成为并列流动或正交流动。
在第六实施方式中说明的空气预热器22和外部排气路径80除了第一实施方式之外，也能够应用于例如在第二～第五实施方式中说明过的燃料电池模块1。
空气预热器22中，废气燃烧气体与通过空气预热器22的空气的热交换面积大于燃烧气体与通过空气预热器22的空气的热交换面积，但不限于此。空气预热器22也可以构成为例如废气燃烧气体与通过空气预热器22的空气的热交换面积为燃烧气体与通过空气预热器22的空气的热交换面积以下。
(第七实施方式)
接着，参照图18、图19，对第七实施方式进行说明。在本实施方式中，主要对与第六实施方式不同的部分进行说明。
在如第六实施方式那样，废气燃烧器63由自点火型的燃烧器构成的情况下，直到燃料废气和氧化剂废气的混合气体自点火为止的期间，存在含有氢的未反应燃料经由外部排气路径80向外部流出的隐患。
考虑到该情况，如图18所示，在本实施方式的外部排气路径80配置有燃烧催化剂84，该燃烧催化剂84用于使废气燃烧气体所含的未反应燃料燃烧。燃烧催化剂84能够列举出例如将未反应燃料氧化的氧化催化剂等。
燃烧催化剂84在高温环境下使催化剂反应活性化。因此，在本实施方式中，在外部排气路径80中成为高温的部位配置燃烧催化剂84。即，燃烧催化剂84配置在外部排气路径80中的与能够从空气预热器22中的燃烧气体受热的受热部位相邻的部位。
具体而言，如图19所示，燃烧催化剂84配置在外部排气路径80中的与空气预热器22的下游管部222相邻的第二路径82。此外，在本实施方式中，下游管部222构成能够从空气预热器22中的燃烧气体受热的受热部位。
像这样构成的燃料电池模块1在到燃料废气和氧化剂废气的混合气体自点火为止的期间，未反应燃料通过废气燃烧器63向外部排气路径80流动。未反应燃料在外部排气路径80流动时，通过燃烧催化剂84而燃烧。因此，防止了包含氢的未反应燃料经由外部排气路径80向外部流出。
另外，在废气燃烧气体含有未反应燃料的情况下，通过燃烧催化剂84的催化剂反应产生反应热。该反应热的一部分向在与配置在燃烧催化剂84的下游管部222相邻的空气预热器22流动的空气放热。
关于其他，与第六实施方式相同。本实施方式的燃料电池模块1能够与第六实施方式同样地得到由与第六实施方式共用的结构或等同的结构所起到的效果。另外，根据本实施方式，能够得到以下的效果。
(1)在外部排气路径80配置有用于使废气燃烧气体所含的未反应燃料燃烧的燃烧催化剂84。由此，能够抑制废气燃烧气体所含的未反应燃料直接向外部排出。
(2)燃烧催化剂84配置在外部排气路径80中的与能够从空气预热器22中的燃烧气体受热的受热部位相邻的部位。由此，能够将基于燃烧催化剂84的催化剂反应的反应热利用于通过空气预热器22的空气的升温，能够由空气预热器22充分地加热要流入堆温度调节器23的空气。
这里，燃烧催化剂84的催化剂反应是发热反应，因此为了防止燃烧催化剂84发生过度加热，需要一些耐热对策，但在本实施方式中，燃烧催化剂84设置在外部排气路径80中的与空气预热器22相邻的部位。因此，通过基于燃烧催化剂84的催化剂反应的反应热向通过空气预热器22的空气放热，能够抑制燃烧催化剂84的过度加热。这样，作为燃烧催化剂84的耐热对策利用空气预热器22，与为了燃烧催化剂84的耐热对策而追加专用品的情况相比，能够减少部件数量，能够实现燃料电池模块1的模块结构的简单化。
(第七实施方式的变形例)
在第七实施方式中，示例了燃烧催化剂84配置在外部排气路径80中的与能够从空气预热器22中的燃烧气体受热的受热部位相邻的部位，但也可以配置在与此不同的位置。
燃烧催化剂84例如也可以配置在外部排气路径80中的向改质器33放热的部位。即，燃烧催化剂84也可以配置于外部排气路径80的第一路径81。由此，能够将基于燃烧催化剂84的催化剂反应的反应热利用于改质器33的升温，因此能够使改质器33在早期升温。另外，由于通过基于燃烧催化剂84的催化剂反应的反应热而升温的废气燃烧气体在与空气预热器22进行热交换的第二路径82流动，因此能够由空气预热器22充分地加热要流入堆温度调节器23的空气。
这里，由于改质器33的催化剂反应是吸热反应，因此基于燃烧催化剂84的催化剂反应的反应热的一部分被改质器33吸热。由此，抑制了燃烧催化剂84的过度加热。
另外，燃烧催化剂84例如也可以配置在外部排气路径80中的向水蒸发器42放热的部位。由此，能够将给予燃烧催化剂84的催化剂反应的反应热利用于水蒸发器42的升温，因此能够使水蒸发器42早期地升温。另外，通过水蒸发器42中的气化潜热等，能够抑制燃烧催化剂84的过度加热。
(其他实施方式)
以上，对本发明的代表性的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述的实施方式，例如，能够进行以下那样的各种变形。
在上述的实施方式中，示例了气体导入孔723形成在堆温度调节器23中的不与电池堆CS相对的部位，但气体导入孔723的形成位置不限于此。气体导入孔723也可以形成在堆温度调节器23中的与电池堆CS相对的部位。例如，气体导入孔723中的燃烧气体流路67侧的开口和收容空间BS侧的开口中的至少一方可以形成在内筒72中的与电池堆CS相对的位置。
在上述的实施方式中，示例了将燃烧气体导入电池堆CS的收容空间BS，但燃料电池模块1不限于此。燃料电池模块1例如也可以不将燃烧气体导入电池堆CS的收容空间BS。
在上述的实施方式中，示例了作为堆温度调节器23具有第一温度调节器24、第二温度调节器25、连接流路26，但堆温度调节器23不限于此。堆温度调节器23例如也可以省略第二温度调节器25和连接流路26，或者也可以在上盖74设置第三温度调节器。另外，第二温度调节流路250示例了通过外侧流路部252后的空气折返而流入内侧流路部251的流路结构，但不限于此，例如，也可以是仅具有外侧流路部252的流路结构。
在上述的实施方式中，示例了多个电池堆CS放射状地收容于收容空间BS，但电池堆CS的配置方式不限于此。多个电池堆CS例如也可以是在轴向Dra或径向DRr上排列配置。在该情况下，电池收容器71可以是配合电池堆CS的配置的形状。另外，配置于收容空间BS的电池堆CS的数量不限于上述的数量。例如，也可以在收容空间BS配置单独的电池堆CS。
在上述的实施方式中，示例了在单元C的起动处理中，当开始在暖机用燃烧器65生成燃烧气体之后规定条件成立时，开始来自单元C的电流的扫描，但单元C的起动处理不限于此。单元C的起动处理例如也可以不进行来自单元C的电流的扫描。
在上述的实施方式中，作为电池收容器71示例了在内侧形成有甜甜圈状的收容空间BS的双重筒结构，但不限于此，电池收容器71也可以是双重筒结构以外的结构。
在上述的实施方式中，示例了电池收容器71以沿着铅垂方向延伸的姿势配置，但电池收容器71的配置姿势不限于此。电池收容器71例如也可以以相对于铅垂方向倾斜的姿势配置。
在上述的实施方式中，对将燃料电池10配置在相对于收容空气预热器22、改质器33、水蒸发器42、废气燃烧器63等的空间隔热的其他空间进行了说明，但燃料电池10的配置方式不限于此。燃料电池10例如也可以配置在与收容空气预热器22、改质器33、水蒸发器42、废气燃烧器63等的空间相同的空间。
在上述的实施方式中，示例了在相邻的电池堆CS之间设置有燃料气体和氧化剂气体的接口，但接口的配置方式不限于此。燃料气体和氧化剂气体的接口也可以设置在相邻的电池堆CS之间以外。
在上述的实施方式中，对将本发明的燃料电池模块1应用于具备固体氧化物型的燃料电池10的燃料电池系统的例子进行了说明，但燃料电池模块1的应用对象不限于此。燃料电池模块1例如能够广泛地应用于具备具有固体电解质膜的燃料电池(即，PEFC)等的其他燃料电池的系统。
在上述的实施方式中，构成实施方式的要素除了明示了特别是必须的情况和原理上明显认为是必须的情况等之外，当然不是必须的。
在上述的实施方式中，在提到实施方式的构成要素的个数、数值、量、范围等数值的情况下，除了明示了特别是必须的情况和原理上明显限定于特定的数的情况等之外，不限于该特定的数。
在上述的实施方式中，在提到构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别明示的情况和原理上限定于特定的形状、位置关系等的情况等之外，并不限于该形状、位置关系等。
本发明的控制部及其手法可以由专用计算机实现，该专用计算机通过构成以执行通过计算机程序具体化的一个至多个功能的方式被编程的处理器和存储器来提供。本发明的控制部及其手法也可以由通过一个以上的专用硬件逻辑电路构成处理器而提供的专用计算机来实现。本发明的控制部及其手法也可以由将以执行一个至多个功能的方式被编程的处理器和存储器及通过一个以上的硬件逻辑电路构成的处理器组合而构成的一个以上的专用计算机来实现。另外，计算机程序也可以作为由计算机执行的指令而存储于能够由计算机读取的非瞬态有形存储介质。

Claims (15)

1.一种燃料电池模块，其特征在于，具备：
电池堆(CS)，该电池堆由多个燃料电池单元(C)层叠而成，该燃料电池单元通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应而输出电能；
堆温度调节器(23)，该堆温度调节器供被向所述电池堆供给之前的氧化剂气体流动；以及
暖机用燃烧器(65)，该暖机用燃烧器生成用于对所述电池堆进行暖机的燃烧气体，
所述暖机用燃烧器配置在收容所述电池堆的收容空间(BS)的外部，
所述堆温度调节器以能够与所述电池堆进行热交换的方式与所述电池堆隔开规定间隔地相对配置，并且与供在所述暖机用燃烧器生成的所述燃烧气体流动的燃烧气体流路(67)相邻地设置，以使在所述堆温度调节器流动的氧化剂气体与在所述暖机用燃烧器生成的所述燃烧气体能够进行热交换。
2.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，
所述收容空间与所述燃烧气体流路连通，并被导入在所述堆温度调节器与氧化剂气体进行了热交换后的燃烧气体。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池模块，其特征在于，
所述堆温度调节器具有：第一温度调节器(24)，该第一温度调节器与所述燃烧气体流路相邻；第二温度调节器(25)，该第二温度调节器供通过所述第一温度调节器后的氧化剂气体流入；以及连接流路(26)，该连接流路将所述第一温度调节器与所述第二温度调节器连接，
所述第一温度调节器配置于所述燃烧气体流路与所述电池堆之间，
所述第二温度调节器隔着所述电池堆配置在与所述第一温度调节器相反的一侧。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，
在所述堆温度调节器设置有气体导入孔(723)，该气体导入孔将在所述堆温度调节器与氧化剂气体进行了热交换后的燃烧气体导入所述收容空间。
5.根据权利要求3所述的燃料电池模块，其特征在于，
所述收容空间被所述第一温度调节器、所述第二温度调节器、所述连接流路包围，
在所述第一温度调节器设置有气体导入孔(723)，该气体导入孔将在所述第一温度调节器与氧化剂气体进行了热交换后的燃烧气体导入所述收容空间。
6.根据权利要求5所述的燃料电池模块，其特征在于，
所述气体导入孔的至少位于所述收容空间侧的开口形成在所述第一温度调节器中的在所述第一温度调节器和所述电池堆排列的方向上不与所述电池堆重合的部位。
7.根据权利要求5或6所述的燃料电池模块，其特征在于，
在所述收容空间配置有转向部件(76)，该转向部件使经由所述气体导入孔而导入所述收容空间的所述燃烧气体的方向向朝向所述电池堆的方向以外的方向转向。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，
在所述收容空间配置有引导部件(77)，该引导部件将经由所述气体导入孔而导入所述收容空间的所述燃烧气体沿着所述连接流路从所述第一温度调节器侧引导至所述第二温度调节器侧。
9.根据权利要求5～8中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，
多个所述电池堆在所述收容空间放射状地配置，
所述第一温度调节器以与将多个所述电池堆放射状地配置时的所述电池堆的内侧部分进行热交换的方式与所述内侧部分相对地配置，
所述第二温度调节器以与将多个所述电池堆放射状地配置时的所述电池堆的外侧部分进行热交换的方式与所述外侧部分相对地配置。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，
在所述燃料电池单元起动时，当开始在所述暖机用燃烧器生成燃烧气体之后规定条件成立时，开始来自所述燃料电池单元的电流的扫描。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，具备：
废气燃烧器(631)，该废气燃烧器使从所述电池堆排出的废气燃烧而生成废气燃烧气体；
排气流路(80)，该排气流路供在所述废气燃烧器生成的所述废气燃烧气体流动；以及
空气预热器(22)，该空气预热器供向所述堆温度调节器供给之前的氧化剂气体流动，
所述空气预热器与所述燃烧气体流路和所述排气流路中的至少一方相邻地设置，以能够从所述燃烧气体和所述废气燃烧气体中的至少一方受热。
12.根据权利要求11所述的燃料电池模块，其特征在于，
所述空气预热器包含两方受热部位(222)，该两方受热部位能够从所述燃烧气体和所述废气燃烧气体这两方受热。
13.根据权利要求12所述的燃料电池模块，其特征在于，
所述两方受热部位以内侧与所述燃烧气体流路相邻且外侧与所述排气流路相邻的方式构成为筒状。
14.根据权利要求11～13中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，
在所述排气流路配置有燃烧催化剂(84)，该燃烧催化剂用于使所述废气燃烧气体所含的未反应燃料燃烧。
15.根据权利要求14所述的燃料电池模块，其特征在于，
所述燃烧催化剂配置在所述排气流路中的与能够从所述空气预热器中的所述燃烧气体受热的受热部位相邻的部位。
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