JP2017152219A - 燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】改質ケーシングで燃焼空間の直上から外れた部分の加熱を可能とし、改質部の改質効率を向上させる。【解決手段】燃料電池モジュールは、燃料電池と、アノードオフガスを燃焼空間にて燃焼させ燃焼ガスを発生させる燃焼部と、水蒸気を生成する蒸発部と、水蒸気と改質用原料とからアノードガスを生成する改質部と、改質部を収容するとともに燃焼空間の上方に配置されている改質ケーシングと、燃料電池、燃焼部、および改質ケーシングを収納するモジュールケーシングと、を備え、改質ケーシングは、燃焼空間の直上に位置する直上部と、直上部に隣接するとともに燃焼空間の直上から外れた隣接部と、有し、モジュールケーシング内には、改質ケーシングの隣接部の下方に位置し、燃焼空間と隣接して燃焼空間と連通する隣接空間が設けられ、モジュールケーシング側に固定され、改質ケーシングの隣接部を保持する保持部材を備えている。【選択図】 図２

Description

本発明は、改質器を備えた燃料電池モジュールに関する。

燃料電池モジュールに使用される燃料電池装置として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、燃料電池装置は、改質器２００と燃焼空間を形成する燃焼部３００と、スタック４００と改質器２００およびスタック４００を包囲する断熱壁５００とを備えている。Ｕ字形に形成された改質器２００の湾曲部を断熱壁５００に形成した熱膨張吸収部８００の載置面８０２に載置することで、改質器２００の長手方向の熱膨張に伴う熱応力を軽減する。

特許文献２に示されるものは、特許文献２の図５に示すように、空気を加熱するために、燃焼ガスと熱交換を行なう熱交換器２２を、改質器２０の上部に設け、熱交換器２２と改質器２０との間に断熱層８１を設けている。断熱層８１は、燃焼室１８で改質器２２を加熱した燃焼ガスが、熱交換器２２のケースで熱を奪われることを抑制する。

特開２０１３−１９１３１８号公報 特開２０１４−０２２２３０号公報

上述した特許文献１に記載されている燃料電池モジュールは、改質器２００の湾曲部を断熱壁５００に形成した熱膨張吸収部８００に入り込ませているため、湾曲部を燃焼部３００の燃焼ガスで加熱することができない。そのため、改質のための触媒を、湾曲部に充填することができず、湾曲部は、無駄なスペースとなっている。

また、特許文献２に記載されている燃料電池モジュールは、熱交換器２２と改質器２０との間に断熱層１８を設けるため、部品点数が増えてコスト高となる。さらに、熱交換器２２と改質器２０との間に断熱層１８を設けるために、断熱層１８が収容できるスペースを必要とし、スペースを設ける分だけ装置が大型化してしまう。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、改質器のケーシングの連結部の加熱を可能とし、改質器の反応効率を向上させる燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池モジュールは、アノードガスとカソードガスとにより発電する燃料電池と、前記燃料電池からのアノードオフガスを燃焼空間にて燃焼させ燃焼ガスを発生させる燃焼部と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、改質触媒が設けられ、前記蒸発部からの水蒸気と改質用原料とから前記アノードガスを生成して前記燃料電池に供給する改質部と、少なくとも前記改質部を収容するとともに前記燃焼空間の上方に配置されている改質ケーシングと、前記燃料電池、前記燃焼部、および前記改質ケーシングを収納するモジュールケーシングと、を備えた燃料電池モジュールであって、前記改質ケーシングは、前記燃焼空間の直上に位置する直上部と、前記直上部に隣接するとともに前記燃焼空間の直上から外れた隣接部と、有し、前記モジュールケーシング内には、前記改質ケーシングの前記隣接部の下方に位置し、前記燃焼空間と隣接して前記燃焼空間と連通する隣接空間が設けられ、前記モジュールケーシング側に固定され、前記改質ケーシングの前記隣接部を保持する保持部材を備えている。

これによると、隣接部が燃焼空間の直上から外れていても、隣接部の下方に隣接空間が設けられている。この隣接空間は、燃焼空間と連通しているので、燃焼空間で高温となった燃焼ガスが、隣接空間に供給される。そのため、隣接部を加熱することができる。このような隣接部にも改質触媒を収容させることができ、隣接部を改質部として使用することができる。このように、従来では、使用されていなかった隣接部を改質部とすることで、改質ケーシングを大型化することなく、改質部の改質効率を向上させることができる。

本発明の実施形態の燃料電池モジュールを実施した燃料電池システムの概要図である。 実施形態の燃料電池モジュールの概要図である。 改質器のケーシング部の連結部およびエア導入部材に固定された保持部材を示す拡大図である。 二つの燃料電池の一方を除いて、燃料電池モジュールにおけるエア導入部材の配置を示す図である。 改質器のケーシング部の連結部およびエア導入部材に固定された保持部材を示す斜視図である。 改質器のケーシング部を上方から見た断面で示す図である。 保持部材を示す側面図である。 保持部材を示す平面図である。 保持部材の別例の実施形態を示す図である。 保持部材の別例の側面図である。 保持部材の別例の平面図である。

以下、本発明による燃料電池モジュールを燃料電池システムに実施した実施形態について説明する。図１は、この燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システム１は、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。
発電ユニット１０は、燃料電池モジュール１１、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、制御装置１５を備えている。

燃料電池モジュール１１は、後述するように燃料電池３４を少なくとも含んで構成されるものである。燃料電池モジュール１１は、改質用原料、改質水およびカソードエアが供給されている。具体的には、図２に示すように、燃料電池モジュール１１は、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。改質用原料供給管１１ａは、原料ポンプ１１ａ１が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。水供給管１１ｂは、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、燃料電池モジュール１１内にカソードエア導入する第二連通管部材５６（後述）が接続されている。第二連通管部材５６には、カソードエア供給管１１ｃの一端が接続され、カソードエア供給管１１ｃの他端は、カソードエアブロワ１１ｃ１に接続されている。

燃料電池モジュール１１は、燃料電池モジュール内の燃焼排ガスを排気管１１ｄに導出する第一連通管部材５５（後述）が設けられている。熱交換器１２は、図１に示すように、燃料電池モジュール１１から第一連通管部材５５（図２参照）を介して排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽２１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器１２である。具体的には、貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図１にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。貯湯水循環ライン２２上には、下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａおよび熱交換器１２が配設されている。熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２は、水タンク１４に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。

熱交換器１２において、燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは排気管１１ｄを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク１４は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。

インバータ装置１３は、燃料電池３４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａおよび外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、インバータ装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。なお、制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システム１の運転を制御する。

燃料電池モジュール１１は、固体酸化物形の燃料電池モジュールである。燃料電池モジュール１１は、改質ケーシング４０、蒸発部３２、改質部３３、燃料電池３４、燃焼部３６および断熱部材３７が収容されている。

なお、本明細書においては説明の便宜上、図２における上側および下側をそれぞれ燃料電池モジュール１１の上方および下方とし、同じく左側および右側をそれぞれ燃料電池モジュール１１の後方および前方とし、同じく紙面手前側および紙面奥側を、それぞれ燃料電池モジュール１１の左側方および右側方として説明する。また、図２、図３、図４、図５および図６には、各方向を示す矢印を示している。

改質ケーシング４０は、図６に示すように、内部が空洞である断面方形状の平面視Ｕ字形状に形成されている。改質ケーシング４０は、仕切り板４０ａにより蒸発部３２と改質部３３とに区画されている。蒸発部３２は、改質ケーシング４０の右側の端部に区画されている。改質部３３は、改質ケーシング４０のうち蒸発部３２を除いた残りの部分に形成されている。

また、改質ケーシング４０は、直上部に相当する左右の直線部４０ｄｒ、４０ｄｌと隣接部に相当する湾曲部４０ｅとを有している。左右の直線部４０ｄｒ、４０ｄｌは、改質ケーシング４０の平面視Ｕ字形のうち水平方向に沿って互いに平行に延在する直線状に配された一対の部分である。湾曲部４０ｅは、一対となった左右の直線部４０ｄｒ、４０ｄｌの一方側（後側）の端部同士を連結する湾曲状の部分である。右側の直線部４０ｄｒには、蒸発部３２と改質部３３とが形成され、湾曲部４０ｅと左側の直線部４０ｄｌとには、改質部３３が形成されている。左右の直線部４０ｄｒ、４０ｄｌは、図２に示すように、後述する燃焼空間Ｒ（燃焼部３６）の直上に位置され、湾曲部４０ｅは、燃焼空間Ｒ（燃焼部３６）の直上より外れたところに位置されている。

湾曲部４０ｅの下端部は、図３、図４および図５に示すように、後述するエア導入部材５１の上部側面に固定された保持部材５７によって保持される。保持部材５７は、例えば鉄製で、図７および図８に示すように、短冊状の薄板材により屈曲形成されている。保持部材５７は、左右の保持部５７ａｒ，５７ａｌと、起立板部５７ｂと、左右の支持部５７ｃｒ，５７ｃｌとを、有している。左右の保持部５７ａｒ，５７ａｌは、エア導入部材５１の両側の表面に、例えば溶接等で溶着される一対の平板で形成されている。起立板部５７ｂは、水平方向に矩形状に所定範囲を囲って上下に開口する開口部５７ｂ１が形成されている。開口部５７ｂ１には燃焼ガスが流通可能になっている。開口部５７ｂ１の上端縁に改質ケーシング４０の湾曲部４０ｅが当接される。左右の支持部５７ｃｒ，５７ｃｌは、左右の保持部５７ａｒ，５７ａｌの間隔に対し、幅の広い間隔の面を有する起立板部５７ｂに連続するよう、起立板部５７ｂに向かって間隔を漸増させて形成されている。

蒸発部３２には、図１、図２および図６に示すように、改質用原料供給管１１ａの他端および水供給管１１ｂの他端が接続されている。蒸発部３２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、水供給管１１ｂを介して供給された改質水を蒸発させて水蒸気（改質用水蒸気）を生成して導出するものである。また、蒸発部３２は、改質用原料供給管１１ａを介して供給された改質用原料を予熱するものである。そして、蒸発部３２は、改質水を蒸発させて生成された水蒸気（改質用水蒸気）と予熱された改質用原料を混合して改質部３３へ導出するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰＧなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。

改質部３３は、図１および図６に示すように、改質用原料と水蒸気（改質用水蒸気）とから改質ガス（特許請求の範囲のアノードガスに相当；以下、アノードガスとする。）を生成するものである。具体的には、改質部３３は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部３２から供給された混合ガス（改質用原料、改質用水蒸気）からアノードガスを生成して導出するものである。改質部３３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（アノードガス）は燃料電池３４に導出されるようになっている。アノードガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。

燃料電池３４は、図１および図２に示すように、燃料極、空気極、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル３４ａが積層され、右側および左側に並んで対に（右側の燃料電池３４ｒ、左側の燃料電池３４ｌ（図５参照））構成されている。燃料電池３４は、アノードガスとカソードガスとにより発電するものである。カソードガスは、酸化剤ガスである。酸化剤ガスは、本実施形態において、空気である。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池３４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は４００〜１０００℃程度である。また、燃料には、水素を直接燃料として用いることが可能である。

セル３４ａの燃料極側には、燃料であるアノードガスが流通する燃料流路３４ｂが形成されている。セル３４ａの空気極側には、カソードガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路３４ｃが形成されている。

燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、改質部３３からのアノードガスが改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）がマニホールド３５の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出されるアノードガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。

一方、カソードエアブロワ１１ｃ１によって送出されたカソードエアは、図２に示すように、カソードエア供給管１１ｃを介して後述するモジュールケーシング５０の二重の壁内に設けられた空気流通隙間５０ａに供給される。空気流通隙間５０ａに供給されたカソードエアは、モジュールケーシング５０の天井部５０ｂより垂下するエア導入部材５１（図３および図４参照）により空気流路３４ｃの下端から導入され、空気流路３４ｃの上端から導出されるようになっている。エア導入部材５１は、長手方向の上下端部が開口した四角板の筒状に形成され、上端の開口は、空気流通隙間５０ａに連通する導入口（図略）となっている。エア導入部材５１の下端の開口は、導出口（図略）として空気流路３４ｃの下端にカソードエアを導入する。エア導入部材５１は、図５に示すように、前記改質ケーシング４０の二つの直線部４０ｄｒ，４０ｄｌの間および左右に対となった燃料電池３４ｒ、３４ｌの間に配設されている。

燃料電池３４においては、燃料極に供給されたアノードガスと空気極に供給されたカソードガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化１及び化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ^２−）が、電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料流路３４ｂ及び空気流路３４ｃからは、発電に使用されなかったアノードガス及びカソードガスが導出する。

（化１）
Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
（化２）
ＣＯ＋Ｏ^２−→ＣＯ_２＋２ｅ⁻
（化３）
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−

そして、図１および図２に示すように、燃料流路３４ｂ及び空気流路３４ｃから導出した、発電に使用されなかったアノードガス（アノードオフガス）は、燃焼空間Ｒにて、発電に使用されなかったカソードガス（カソードオフガス）によって燃焼され、その燃焼ガスによって蒸発部３２及び改質部３３が加熱される。このように、燃焼空間Ｒが、燃料電池３４からのアノードオフガスと燃料電池３４からのカソードオフガスとを燃焼して改質部３３を加熱する燃焼部３６である。

燃焼部３６（燃焼空間Ｒ）は、可燃性ガスと酸化剤ガスとを燃焼するものである。可燃性ガスは、燃えるガスであり、本実施形態では改質用燃料、アノードオフガス、一酸化炭素などである。すなわち、燃焼部３６は、燃料電池３４から導出されるアノードオフガスを燃焼させるものである。そして、燃焼部３６は、アノードオフガスを燃焼させ、燃焼排ガスを発生する。その燃焼排ガスは外部（大気）へ排気される。

断熱部材３７は、図２示すように、燃料電池３４と燃料電池３４の外部とを断熱するものである。断熱部材３７は、例えば高い断熱性を有するセラッミクス等の断熱材料によって形成されている。断熱部材３７は、図５に示すように、右側面部材３７ｓｒ、左側面部材３７ｓｌ、底部材３７ｓｂ（図２参照）を有し、上方に向けて開放する断面Ｕ字形状（図略）に形成されている。

また、断熱部材３７は、図２および図４に示すように、平板状の前側面部材３７ｆと後側面部材３７ｒとを有している。前側面部材３７ｆは、燃料電池３４と後述する第一蓋部材５０ｄとの間に配置されている。後側面部材３７ｒは、燃料電池３４と後述する第二蓋部材５０ｅとの間に配置されている。後側面部材３７ｒとセル３４ａとの間には、断熱部材３７が存在しない空間が設けられている。この空間は、燃焼空間Ｒに隣接するとともに燃焼空間Ｒに連通して隣接空間ＡＤを構成する。断熱部材３７の内部には、蒸発部３２、改質部３３および燃料電池３４が配設されている。断熱部材３７の底部材３７ｓｂの上面には、燃料電池３４の底面が当接している。

モジュールケーシング５０は、燃料電池３４、燃焼部３６、改質ケーシング４０、および断熱部材３７を少なくとも収納する。モジュールケーシング５０は、筒状本体５０ｃ、第一蓋部材５０ｄ、第二蓋部材５０ｅ（蓋部材）、および第一連通管部材５５を備え、筒状本体５０ｃ、第一蓋部材５０ｄおよび第二蓋部材５０ｅによって箱形状になっている。筒状本体５０ｃ、第一蓋部材５０ｄおよび第二蓋部材５０ｅは、金属製である。金属は、例えば炭素鋼または合金鋼である。筒状本体５０ｃ、第一蓋部材５０ｄおよび第二蓋部材５０ｅは、例えば、プレス加工や溶接によって形成されている。

筒状本体５０ｃは、図２に示すように、二重の壁（内側の周側壁５０ｃ１ｉ、外側の周側壁５０ｃ１ｏ）により断面略方形の筒状に形成されている。筒状本体５０ｃは、筒状に形成された周側壁５０ｃ１の両端部に形成された前側の開口端部５０ｃ２ｆ、後側の開口端部５０ｃ２ｒを有している。内側の周側壁５０ｃ１ｉおよび外側の周側壁５０ｃ１ｏは、その間に空気流通隙間５０ａが形成されている。空気流通隙間５０ａは、筒状本体５０ｃの底部、両側部および天井部の周側壁５０ｃ１に沿って連続して形成され、筒状本体５０ｃの両端の開口端部５０ｃ２ｆ、５０ｃ２ｒ側は夫々通気不能に封止されている。
二重の壁のうち内側の周側壁５０ｃ１ｉの天井部５０ｂには、内側の周側壁５０ｃ１ｉに貫通し、かつ、前後方向に沿って長く形成された長穴５０ｃ３が形成されている。

また、モジュールケーシング５０は、エア導入部材５１をさらに有している。エア導入部材５１は、図４に示すように（図４は、左側の燃料電池３４ｌを除去してエア導入部材５１を露出させて示している。）、上下に空気が流通する流通空間（図略）を備えた板状に形成されて、天井部５０ｂに位置する内側の周側壁５０ｃ１ｉから垂下するように配設されている。エア導入部材５１は、例えば炭素鋼または合金鋼製であり、板状本体部５１ａ、上端部に設けられた導入口（図略）および下端部に設けられた導出口(図略)を有している。板状本体部５１ａの上端部が長穴５０ｃ３に気密的に接続されている。導入口は、筒状本体５０ｃの空気流通隙間５０ａに連通する。また、導出口は、板状本体部５１ａの下端面に、燃料電池３４の下方に向けて開口するように複数形成されている。

第一蓋部材５０ｄは、筒状本体５０ｃの一方（本実施形態では前方）の開口端部５０ｃ２ｆを塞ぐように形成され、筒状本体５０ｃの一方の開口端部５０ｃ２ｆに気密に接合（例えば、かしめ接合）されている。第二蓋部材５０ｅは、筒状本体５０ｃの他方（本実施形態においては後方）の開口端部５０ｃ２ｒを塞ぐように形成され、筒状本体５０ｃの他方（本実施形態では後方）の開口端部５０ｃ２ｒに気密に接合（例えば、かしめ接合）されている。

第一連通管部材５５は、図２に示すように、管状に形成されて、筒状本体５０ｃの内側の周側壁５０ｃ１ｉの内面側と排気管１１ｄとを連通させる。なお、筒状本体５０ｃの内側の周側壁５０ｃ１ｉと筒状本体５０ｃの外側の周側壁５０ｃ１ｏとの間（空気流通隙間５０ａ）は、第二連通管部材５６によってカソードエア供給管１１ｃに連通する。

次に、上記構成の燃料電池モジュール１１を使用した燃料電池システム１を、作動させた場合について説明する。本実施形態の燃料電池モジュール１１は、改質ケーシング４０において、改質触媒は、左右の直線部４０ｄｒ、４０ｄｌの内部ばかりでなく、湾曲部４０ｅの中にも改質触媒が設けられている。そして、湾曲部４０ｅの下方には、燃焼空間Ｒに隣接する隣接空間ＡＤが設けられている。隣接空間ＡＤは、燃焼空間Ｒが燃焼部３６の燃焼ガスによって燃焼すると、熱せられた燃焼ガスを供給する。これによって、湾曲部４０ｅは、加熱されて改質用原料の改質反応を行なうことができる。このように、今まで使われていなかった改質ケーシング４０の湾曲部４０ｅの空間を使って改質反応を行なうことができるので、改質ケーシング４０の形状を大きくすることなく、改質部３３の改質効率を向上させることができる。

上述した説明から明らかなように、本実施形態に係る燃料電池モジュール１１（燃料電池システム１）は、アノードガスとカソードガスとにより発電する燃料電池３４と、燃料電池３４からのアノードオフガスを燃焼空間Ｒにて燃焼させ燃焼ガスを発生させる燃焼部３６と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部３２と、改質触媒が設けられ、蒸発部３２からの水蒸気と改質用原料とからアノードガスを生成して燃料電池３４に供給する改質部３３と、少なくとも改質部３３を収容するとともに燃焼空間Ｒの上方に配置されている改質ケーシング４０と、燃料電池３４、燃焼部３６、および改質ケーシング４０を収納するモジュールケーシング５０と、を備えた燃料電池モジュール１１であって、改質ケーシング４０は、燃焼空間Ｒの直上に位置する直線部４０ｄｒ、４０ｄｌと、直線部４０ｄｒ、４０ｄｌに隣接するとともに燃焼空間Ｒの直上から外れた湾曲部４０ｅと、有し、モジュールケーシング５０内には、改質ケーシング４０の湾曲部４０ｅの下方に位置し、燃焼空間Ｒと隣接して燃焼空間Ｒと連通する隣接空間ＡＤが設けられ、モジュールケーシング５０側に固定され、改質ケーシング４０の湾曲部４０ｅを保持する保持部材５７を備えている。

これによると、湾曲部４０ｅが燃焼空間Ｒの直上から外れていても、湾曲部４０ｅの下方に隣接空間ＡＤが設けられている。この隣接空間ＡＤは、燃焼空間Ｒと連通しているので、燃焼空間Ｒで高温となった燃焼ガスが、隣接空間ＡＤに供給される。そのため、湾曲部４０ｅを加熱することができる。このような湾曲部４０ｅにも改質触媒を収容させることができ、湾曲部４０ｅを改質部３３として使用することができる。このように、従来では、改質に使用されていなかった湾曲部４０ｅを改質部とすることで、改質ケーシング４０を大型化することなく、改質部３３の改質効率を向上させることができる。

また、改質ケーシング４０は、水平方向に沿って互いに平行な直線状に延在する一対の直線部４０ｄｒ，４０ｄｌと、一対の直線部４０ｄｒ，４０ｄｌの後方側の端部同士を連結する湾曲状の湾曲部４０ｅと、により平面視Ｕ字形に形成されており、直上部は、一対の直線部４０ｄｒ，４０ｄｌであり、隣接部は、湾曲部４０ｅである。

これによると、平面視Ｕ字形に設けられた改質ケーシング４０における湾曲部４０ｅを改質部３３とする。このように改質反応を行なわない無駄な空間をなくすことで、極めてコンパクトな改質部３３とすることができる。

また、燃料電池３４は、改質ケーシング４０の一対の直線部４０ｄｒ，４０ｄｌに対向配置された一対の燃料電池３４ｒ，３４ｌであり、モジュールケーシング５０は、モジュールケーシング５０の天井部５０ｂより改質ケーシング４０の一対の直線部間４０ｄｒ、４０ｄｌおよび一対の燃料電池３４ｒ，３４ｌ間に垂下し、カソードエアを一対の燃料電池３４ｒ，３４ｌに供給するエア導入部材５１を備え、保持部材５７は、エア導入部材５１に固定されている。

これによると、既存のエア導入部材５１を利用して保持部材５７を固定することができるので、大きなコストアップを生じることなく、湾曲部４０ｅを新たに追加された改質部３３として、改質用原料の改質効率を向上させることができる。

また、保持部材５７は、水平方向の所定範囲を囲うとともに上下方向が開口する開口部５７ｂ１が設けられ、開口部５７ｂ１の上端部に湾曲部４０ｅの下端部が当接する起立板部５７ｂと、起立板部５７ｂをエア導入部材５１に固定する保持部５７ａｒ，５７ａｌと、を備える。
これによると、湾曲部４０ｅの下端部は、上下方向に開口する開口部５７ｂ１に当接した状態で保持される。燃焼空間Ｒの燃焼ガスは、開口部５７ｂ１にガイドされて湾曲部の下端面に供給される。このように、燃焼部３６の直上から外れた燃焼ガスを分散させることなくガイドして湾曲部４０ｅに供給するので、効率よく湾曲部４０ｅを加熱することができる。

なお、上述した実施形態においては、保持部材５７をエア導入部材５１に固定したが、これに限定されず、例えば、図９〜図１１に示すように、保持部材１５７を、モジュールケーシング５０の後方の側面に設けられた開口端部５０ｃ２ｒを閉じる第二蓋部材５０ｅに固定してもよい。保持部材１５７は、例えば溶接によって第二蓋部材５０ｅに溶着されている。
このように、保持部材１５７は、モジュールケーシング５０の後方の側面に設けられた開口端部５０ｃ２ｒを閉じる第二蓋部材５０ｅに固定されている。
これによると、既存の第二蓋部材５０ｅを利用して保持部材１５７を固定することができるので、大きなコストアップを生じることなく、湾曲部４０ｅを新たに追加された改質部３３として、改質用原料の反応効率を向上させることができる。

また、改質ケーシングを平面Ｕ字形のものとしたが、これに限定されず、例えば、平面コ字形のものでもよい。この場合、コ字形の真ん中の連結部を、燃焼空間Ｒの直上から外れた隣接部とすることができる。また、改質ケーシングを直線形としてもよい。この場合、直線形状の一方の端部を、燃焼空間Ｒの直上から外れた隣接部とすることができる。

また、保持部材５７を、金属製で矩形状に囲うように成形し、燃焼部３６の燃焼ガスの流れを湾曲部４０ｅにガイドするものとしたが、これに限定されない。例えば、単なる真直ぐの棒材や単なる平板材であってもよい。また、金属製に限定されず、例えばセラミックス製であってもよい。

斯様に、上記した実施の形態で述べた具体的構成は、本発明の一例を示したものにすぎず、本発明はそのような具体的構成に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の態様を採り得るものである。

１…燃料電池システム、１１…燃料電池モジュール、３２…蒸発部、３３…改質部、３４…燃料電池、３６…燃焼部、４０…改質ケーシング、４０ｄｒ…右側の直線部（直上部）、４０ｄｌ…左側の直線部（直上部）、４０ｅ…湾曲部（隣接部）、５０…モジュールケーシング、５０ｂ…天井部、５０ｅ…第二蓋部材（蓋部）、５０ｃ２ｒ…開口端部、５１…エア導入部材、５７…保持部材、５７ａ…保持部、５７ｂ…起立板部、５７ｂ１…開口部、ＡＤ…隣接空間、Ｒ…燃焼空間。

Claims (5)

1. アノードガスとカソードガスとにより発電する燃料電池と、
   前記燃料電池からのアノードオフガスを燃焼空間にて燃焼させ燃焼ガスを発生させる燃焼部と、
   改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、
   改質触媒が設けられ、前記蒸発部からの水蒸気と改質用原料とから前記アノードガスを生成して前記燃料電池に供給する改質部と、
   少なくとも前記改質部を収容するとともに前記燃焼空間の上方に配置されている改質ケーシングと、
   前記燃料電池、前記燃焼部、および前記改質ケーシングを収納するモジュールケーシングと、を備えた燃料電池モジュールであって、
   前記改質ケーシングは、前記燃焼空間の直上に位置する直上部と、前記直上部に隣接するとともに前記燃焼空間の直上から外れた隣接部と、有し、
   前記モジュールケーシング内には、前記改質ケーシングの前記隣接部の下方に位置し、前記燃焼空間と隣接して前記燃焼空間と連通する隣接空間が設けられ、
   前記モジュールケーシング側に固定され、前記改質ケーシングの前記隣接部を保持する保持部材を備えている燃料電池モジュール。
2. 前記改質ケーシングは、水平方向に沿って互いに平行の直線状に延在する一対の直線部と、前記一対の直線部の一方側の端部同士を連結する湾曲状の湾曲部と、により平面視Ｕ字形に形成されており、
   前記直上部は、前記一対の直線部であり、
   前記隣接部は、前記湾曲部である請求項１に記載の燃料電池モジュール。
3. 前記燃料電池は、前記改質ケーシングの一対の前記直線部に対向配置された一対の燃料電池であり、
   前記モジュールケーシングは、前記モジュールケーシングの天井部より前記改質ケーシングの一対の前記直線部間および一対の前記燃料電池間に垂下し、前記カソードエアを一対の前記燃料電池に供給するエア導入部材を備え、
   前記保持部材は、前記エア導入部材に固定されている請求項２に記載の燃料電池モジュール。
4. 前記保持部材は、水平方向の所定範囲を囲うとともに上下方向が開口する開口部が設けられ、前記開口部の上端部に前記湾曲部の下端部が当接する起立板部と、
   前記起立板部を前記エア導入部材に固定する保持部と、
   を備える請求項３に記載の燃料電池モジュール。
5. 前記保持部材は、前記モジュールケーシングの一方の側面に設けられた開口端部を閉じる蓋部材に固定されている請求項１または２に記載の燃料電池モジュール。

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