JP2019075208A - 燃料電池システムに用いる分散板、及び燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】容易に組付けができ、気体を均一に分散させることができる燃料電池システムに用いる分散板、及び燃料電池システムを提供する。【解決手段】分散板８０は、円筒部材１１〜１６の間に流路が形成されている多重管構造の燃料電池モジュール１内に設けられている。分散板８０は、流路の上流側に位置する蒸発部１１０の蒸発流路５２と、流路の下流側に位置する改質部１２０の改質流路５３とを分けるよう配置されている。分散板８０には、蒸発流路５２と改質流路５３をつなぐ複数の開口部が形成されている。分散板８０は、複数の開口部それぞれから、板面に対して傾斜し、蒸発部１１０から改質部１２０へ向かう方向へ延伸する傾斜壁を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに用いる分散板、及び燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、原料ガスから水素を生成する改質装置を備え、改質装置が生成した水素を用いて発電する。改質装置のなかには、原料ガスと水蒸気とを均一に混合し、混合ガスを改質触媒に接触させることで、改質の効率を高めたものがある。

例えば、特許文献１には、原料ガス供給流路内に設けられ、原料ガスと水蒸気を混合する混合部を備える改質装置が開示されている。混合部は、３枚の螺旋羽根によって形成された螺旋状の流路を有する。この改質装置では、原料ガスと水蒸気が螺旋状の流路を流れることで、原料ガスと水蒸気を混合する。

特開２０１４−７２０５３号公報

上述の特許文献１に開示された燃料電池システムの改質装置では、３枚の螺旋羽根によって螺旋状の流路が形成されているが、改質装置内に螺旋羽根を組付けることは困難であり、組付けの精度が悪くなる。

また、複数のガスを均一に混合するため、燃料電池システムの改質装置以外の部分に、特許文献１に記載の螺旋羽根による流路を形成することも考えられる。しかし、この場合も、組付けが困難となることにかわりはない。

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、容易に組付けができ、気体を均一に分散させることができる燃料電池システムに用いる分散板、及び燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る燃料電池システムに用いる分散板は、
円筒状の内管と、前記内管の外径よりも内径が大きく、前記内管と同軸上に配置された円筒状の外管と、を含み、前記内管と前記外管との間に流路が形成されている多重管構造を有したモジュール内に設けられ、前記流路の上流側に位置する第１部と、前記流路の下流側に位置する第２部と、を分ける分散板であって、
前記第１部と前記第２部とをつなぐ複数の開口部が形成され、
前記複数の開口部それぞれから、板面に対して、前記第１部から前記第２部に向かい、傾斜する方向へ延伸する傾斜壁を備える。

上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係る燃料電池システムは、
第１の観点に係る燃料電池システムに用いる分散板と、
円筒状の前記内管と、
前記内管の外径よりも内径が大きく、前記内管の管軸と同心に管軸が配置された円筒状の前記外管と、
を備える。

本発明に係る燃料電池システムに用いる分散板は、内管と外管との間に形成されている流路を、上流側に位置する第１部と、の下流側に位置する第２部と、に分け、第１部と第２部とをつなぐ複数の開口部を有する。複数の開口部は、それぞれから、板面に対して、傾斜する方向へ延伸する傾斜壁を備えるため、気体が流体流路を流れる場合に、気体に旋回力を加えることができる。ここでいう旋回力とは、気体が上から下に向かって（または、下から上に向かって）螺旋状に流れるよう気体に働く力をいうものとする。気体に旋回力が加えられた結果、流路内で気体を攪拌し、気体を均一に分散させることができる。また、開口部から延伸する傾斜壁を形成するだけであるため、流体経路への分散板の組付けが容易である。

本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池を用いた燃料電池システム内の燃料電池モジュールの断面図である。 実施形態に係る原料ガス流路内における分散板の配置を示す斜視図である。 （ａ）は、分散板に形成された開口部の形状を示す拡大斜視図であり、（ｂ）は開口部の断面図である。 実施形態に係る固体酸化物形燃料電池を用いた燃料電池システム内の燃料電池モジュールのブロック図である。 （ａ）は、変形例に係る分散板の板面に形成された開口部の形状を示す拡大斜視図であり、（ｂ）は開口部の断面図である。（ｃ）は、他の変形例に係る分散板の板面に形成された開口部の形状を示す拡大斜視図であり、（ｄ）は開口部の断面図である。 変形例に係る固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池システムのブロック図である。 （ａ）は、分散板の傾斜壁面の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は、分散板の傾斜壁面のさらに他の例を示す断面図である。（ｃ−１）及び（ｃ−２）は、傾斜壁面の形状の他の例を説明するための図であり、（ｄ−１）及び（ｄ−２）は、傾斜壁面の形状のさらに他の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る燃料電池システムにおける燃料電池モジュール１を図面を用いて説明する。なお、図中、同一又は同等の部分には同一の符号を付す。

燃料電池モジュール１は、固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）を有し、水と、炭化水素化合物で構成された原料ガスと、空気等の酸化剤ガスとが供給されることにより発電を行う。

図１に示すように、燃料電池モジュール１は、多重管構造体からなるモジュール筐体１０と、モジュール筐体１０を支持するベース部材４０と、ＳＯＦＣセルを含む燃料電池スタック３０とを有する。燃料電池モジュール１は、機能的には、蒸発部１１０と、改質部１２０と、燃焼部１３０と、燃料電池部１４０とを含む。

モジュール筐体１０は、内管（内側に配置された管）が、その内管よりも径が大きい外管（外側に配置された管）の中に、管軸が同軸の状態で収容された多重管構造からなる。具体的には、モジュール筐体１０は、管軸方向が鉛直方向となるように配置された円筒状の円筒部材１１〜１６を含む。円筒部材１１〜１６は、金属で形成された円筒部材である。

円筒部材１１、１２、１３は、この順で同心状に配置されている。円筒部材１１、１２は、後述の燃料電池スタック３０の上方に設けられている。円筒部材１４は、円筒部材１２の下方に設けられ、燃料電池スタック３０を収容する。円筒部材１５、１６は、円筒部材１１、１２の外側に配置されている。

円筒部材１１、１２の上端部には、円板状に形成された上壁部１７の外周部が結合されている。円筒部材１２の下端部は、環状に形成された隔壁部１８を介して円筒部材１４の上端部に結合されている。

円筒部材１３の上端部は、環状に形成された連結部材１９を介して円筒部材１２の外周面に結合されている。円筒部材１３の下端部と、円筒部材１５の上端部と、円筒部材１６の上端部とは、環状に形成された連結部材２０を介して結合されている。円筒部材１４〜１６の下端部は、ベース部材４０の外周部に結合されている。

（蒸発部１１０）
蒸発部１１０は、モジュール筐体１０の筒軸方向の上部に設けられている。蒸発部１１０は、原料ガスと水の混合ガスを生成し、混合ガスを後述の改質部１２０に送りこむ原料ガス供給部として機能する。蒸発部１１０は、排ガスを外部に排出するための排ガス流路５１ａと、原料ガス及び水を通すための蒸発流路５２とを含む。

排ガス流路５１ａは、円筒部材１１の蒸発部１１０の領域における筒状壁１１ａと、円筒部材１２の蒸発部１１０の領域における筒状壁１２ａとの間の空間に形成されている。排ガス流路５１ａ内には、後述の燃焼部１３０から排出される排ガスが流れ、排ガスは、筒状壁１２ａに接続されている排ガス排出管７１から外部に排出される。

また、排ガス流路５１ａは熱交換部としても機能する。具体的には、排ガス流路５１ａを流れる排ガスと、排ガス流路５１ａに隣接する後述の蒸発流路５２内の原料ガスと水との間で熱交換が行われる。

蒸発流路５２は、円筒部材１２の蒸発部１１０の領域における筒状壁１２ａと、円筒部材１３の蒸発部１１０の領域における筒状壁１３ａとの間の空間に形成されている。筒状壁１３ａに接続されている原料ガス供給管７２から、原料ガス及び水が蒸発流路５２に供給される。

蒸発部１１０では、水蒸気と原料ガスの混合気（混合ガス）が生成される。具体的には、蒸発流路５２を流れる原料ガス及び水と、排ガス流路５１ａを流れる排ガスとの間で熱交換が行われ、蒸発流路５２内で水が気化される。蒸発部１１０での水の蒸発は、例えば、３００℃程度の低温度域で行われる。蒸発部１１０で生成された混合ガス（水蒸気と原料ガス）は、後述の分散板８０を通過して改質部１２０に送り込まれる。

（改質部１２０）
改質部１２０は、蒸発部１１０の下方に設けられている。改質部１２０は、蒸発部１１０で生成された混合ガスを改質する。改質部１２０は、排ガスを外部に排出するための排ガス流路５１ｂと、改質ガスを生成するための改質流路５３と、酸化剤ガスを通すための酸化剤ガス流路５４ａとを含む。

排ガス流路５１ｂは、円筒部材１１の改質部１２０の領域における筒状壁１１ｂと、円筒部材１２の改質部１２０の領域における筒状壁１２ｂとの間の空間に形成されている。排ガス流路５１ｂは、上述の蒸発部１１０の排ガス流路５１ａと連通している。排ガス流路５１ｂは、蒸発部１１０の排ガス流路５１ａと同様に熱交換部としても機能する。

改質流路５３は、円筒部材１２の改質部１２０の領域における筒状壁１２ｂと、円筒部材１５の改質部１２０の領域における筒状壁１５ａとの間の空間に形成されている。改質流路５３内には、改質触媒が充填されている。改質流路５３は、上述の蒸発部１１０の蒸発流路５２と連通している。改質流路５３には、蒸発流路５２から、蒸発部１１０で生成された水蒸気と原料ガスの混合気が送り込まれる。

酸化剤ガス流路５４ａは、円筒部材１５の改質部１２０の領域における筒状壁１５ａと、円筒部材１６の改質部１２０の領域における筒状壁１６ａとの間の空間に形成されている。酸化剤ガス流路５４ａには、筒状壁１６ａに接続されている酸化剤ガス供給管７３から酸化剤ガスが供給される。

改質部１２０では、蒸発部１１０で生成された原料ガスと水蒸気の混合気を、改質触媒によって改質することにより、水素（Ｈ_２）を含む改質ガスを生成する。例えば、原料ガスの主原料がメタン（ＣＨ４）である場合、改質部１２０は、下記式（１）に示すように、メタン（ＣＨ４）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）とから、水素（Ｈ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）を生成する。
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ（ｇ）→３Ｈ_２＋ＣＯ （１）

改質反応は、例えば、６００℃程度の高温度域で起こるため、改質流路５３内を高温度に維持する必要がある。改質部１２０の改質流路５３は、排ガス流路５１ｂと隣り合っているので、改質流路５３内の原料ガスと水蒸気の混合気と、排ガス流路５１ｂを流れる排ガスとの間で熱交換が行われる。これにより、効率よく混合気を改質することができる。生成された改質ガスは、燃焼部１３０に送り込まれる。

（燃焼部１３０）
燃焼部１３０は、改質部１２０の下方に設けられている。燃焼部１３０は、燃料電池スタック３０から排出された未反応ガスを燃焼する。

燃焼部１３０は、燃料電池スタック３０から排出された未反応ガスを燃焼する燃焼室５５を含む。未反応ガスには、燃料電池スタック３０にて発電に使用されなかった改質ガス及び酸化剤ガスが含まれている。

燃焼室５５は、筒状壁１２ｂの下方、筒状壁１２ｃと、テーパ部１１ｃと、隔壁部１８とからなる空間から構成される。燃焼室５５は、改質部１２０の排ガス流路５１ｂに連通している。

燃焼室５５内のテーパ部１１ｃの先端部には点火電極７４が設けられている。点火電極７４は、燃料電池スタック３０の上方に、燃料電池スタック３０と離れて配置されている。また、燃焼室５５と後述の燃料電池部１４０とは、筒状壁１２ｃの内周面に設けられた隔壁部１８によって、区画されている。

燃焼部１３０の燃焼室５５では、後述の燃料電池スタック３０から排出された未反応ガスが、点火電極７４により点火される。未反応ガスが燃焼されることにより生成された排ガスは、燃焼室５５から上方に排出され、改質部１２０の排ガス流路５１ｂに送り込まれる。その後、排ガスは、蒸発部１１０の排ガス流路５１ａを通って、排ガス排出管７１から外部に排出される。

（燃料電池部１４０）
燃料電池部１４０は、燃焼部１３０の下方に設けられている。燃料電池部１４０は、改質ガスを電気化学反応させて発電する。

燃料電池スタック３０には、酸化剤導入口（不図示）を介して後述の予熱流路５６から酸化剤ガスが供給される。また、燃料電池スタック３０には、流路４２を介して燃料ガス流路５７から燃料ガスが供給される。

燃料電池スタック３０は、複数積層された板状の燃料電池セルを含む。燃料電池スタック３０の燃料電池セルは、セラミックス等から形成されている燃料極（アノード）と空気極（カソード）とからなる一対の電極と、燃料極と空気極との間に介在する電解質とを含み、構成されている。燃料電池スタック３０は、例えば、７００℃程度の高温度域で、改質ガスを電気化学反応させて発電する。そして、燃料電池スタック３０は、電気化学反応に対して未反応の改質ガス（未反応ガス）を、燃焼室５５に送出する。

予熱流路５６は、円筒部材１５の筒状壁１５ａから延長された筒状壁１５ｂと、円筒部材１６の筒状壁１６ａから延長された筒状壁１６ｂとの間の空間に形成されている。予熱流路５６は、酸化剤ガス流路５４ａと連通している。さらに、予熱流路５６は、ベース部材４０に形成された流路４２を通じて、燃料電池スタック３０の酸化剤ガス導入口（不図示）に連通されている。予熱流路５６は、燃料電池スタック３０を取り囲むように配置されているため、予熱流路５６を流れる酸化剤ガスは、燃料電池スタック３０の発電の際に発生する熱により予熱される。

燃料ガス流路５７は、円筒部材１２の筒状壁１２ｃと、円筒部材１４の筒状壁１４ａと、円筒部材１５の筒状壁１５ａから延長された筒状壁１５ｂとの間の空間に形成されている。燃料ガス流路５７は、改質流路５３と連通している。さらに、燃料ガス流路５７は、ベース部材４０に形成された流路（不図示）を通じて、燃料電池スタック３０の燃料ガス導入口（不図示）に連通されている。燃料ガス流路５７は、燃料電池スタック３０を取り囲むように配置されているため、燃料ガス流路５７を流れる改質ガスは、燃料電池スタック３０の発電の際に発生する熱により予熱される。

次に、図２及び図３を用いて、蒸発部１１０と改質部１２０の間に設けられている分散板８０の構成を説明する。分散板８０は、蒸発部１１０の蒸発流路５２と改質部１２０の改質流路５３とからなる空間を、管の軸方向上方側に位置する第１部と、管の軸方向下方側に位置する第２部とに仕切る（隔てる）部材である。分散板８０は、流路の上方側に位置する蒸発部１１０（第１部）から、流路の下方側に位置する改質部１２０（第２部）に流れるガスを通す。

なお、図２では、理解を容易にするため、円筒部材１３、１５を破線で示している。図１では、円筒部材１３の径の方が、円筒部材１５の径より小さく示されているが、図２においては、円筒部材１３、１５の径の差の図示を省略している。また、図２では、分散板８０の上側に蒸発部１１０の蒸発流路５２が、下側に改質部１２０の改質流路５３が配置されている。図３（ｂ）では、分散板８０の蒸発部１１０側の板面を上、改質部１２０側の板面を下にした状態を示している。これに対して、図３（ａ）では、分散板８０が有する切り起こし部８３ａの形状を理解し易くするために、蒸発部１１０側の板面を下、改質部１２０側の板面を上にした状態を図示している。

図２に示すように、分散板８０は、中央に円形の貫通孔（開口）が形成された円板状の部材、換言すると、円環形状に形成された部材で構成されている。分散板８０の内径（すなわち、貫通孔の内径）は、円筒部材１２の外径とほぼ同じであり、分散板８０の外径は、円筒部材１３、１５の内径とほぼ同じである。分散板８０の貫通孔には、円筒部材１２が挿通され、分散板８０の貫通孔の内周面と円筒部材１２の外周面が接している。

分散板８０には、円周方向に沿って配列された複数の開口部８１ａが形成されている。複数の開口部８１ａは、蒸発部１１０で生成された混合気が改質部１２０へ流れる経路として機能する。なお、開口部８１ａの数は１つ以上であればよい。また、分散板８０に複数の開口部８１ａが形成されている場合、開口部８１ａは円周方向に沿って、等間隔に形成されていてもよいし、あるいは、開口部８１ａの間隔は等しくなくてもよい。

図３（ａ）に示すように、開口部８１ａは、分散板８０を切り欠くことで形成された孔である切り欠き部８２ａを含む。切り欠き部８２ａの端縁には、切り欠き部分を板面から起した部分である切り起こし部８３ａが延設されている。切り欠き部８２ａは、一端から他端に向けて、次第に幅が狭くなる形状に形成されればよく、ここでは、一例として、くさび形に形成されている。切り起こし部８３ａは、分散板８０をくさび形に切り欠き、その切り欠き部分を起こして形成する。ここで、くさび形に切り欠くとは、二等辺三角形の等辺だけを切り欠くことである。切り欠き部分を起こすとは、くさび形の切り欠きの根元部分を折り曲げることである。

切り欠き部８２ａは、幅が分散板８０の径方向の幅未満に構成されている。切り起こし部８３ａは、改質部１２０側に立ち上がるように設けられている（立設されている）。また、図３（ｂ）に示すように、切り起こし部８３ａの分散板８０の板面に対する角度は、鋭角である。また、図２及び図３（ａ）に示すように、切り欠き部８２ａと切り起こし部８３ａの、くさび形の先端部分が分散板８０の同一円周上に位置するよう、開口部８１ａが配置されている。

以下、分散板８０が上述の構成の開口部８１ａを有することの利点を説明する。図３（ｂ）に示すように、切り起こし部８３ａは、改質部１２０側へ傾斜する傾斜壁８３０（板状体）を有する。傾斜壁８３０は、分散板８０の板面に対して傾斜した傾斜面である。傾斜壁８３０は、切り起こし部８３ａの根元部分において、分散板８０の板面と連続している。

このような構成により、混合気は切り欠き部８２ａを通過して分散板８０の板面上側（蒸発部１１０側）から下側（改質部１２０側）へ流れる。このとき、混合気は、矢印Ａで示す、傾斜壁８３０に沿って流れる。その結果、混合気は、分散板８０の円周方向に流れると共に、分散板８０の板面に対して改質部１２０側へ傾斜する方向に流れる。これにより、混合気には、図２に示す円筒軸Ｃを中心に、改質部１２０側（すなわち下側）へ向かう旋回力が働き、混合気がさらに攪拌される。その結果、分散板８０では、混合気に含まれる原料ガスと水蒸気がより均一に混合される。

なお、全ての切り起こし部８３ａは、改質部１２０側、即ち、ガスの下流側に切り起こされるよう形成されることが望ましい。仮に、一部または全ての切り起こし部８３ａが、ガスの上流側に切り起こされた形状である場合、ガスの流れが複数回変更され、ガスの流れに働く旋回力が弱まってしまう。

次に、図４を用いて、燃料電池モジュール１の作用について説明する。なお、以下の説明では、外部から、原料ガスの一例としてメタンが、酸化剤ガスの一例として酸素が、原料ガス供給管７２、酸化剤ガス供給管７３を介して供給されるものとする。

図４に示すように、蒸発部１１０に、原料ガスと水が供給されると、図１で示す排ガス流路５１ａの熱によって水が水蒸気に変化し、その水蒸気が原料ガスと混合して混合気が生成される。

続いて、混合気は分散板８０へ流れる。分散板８０では、混合気は図２及び図３に示す開口部８１ａを通過することによって、混合気の流れに旋回力が加わる。これにより、混合気に渦流を起こすことができる。その結果、混合気は、攪拌され、混合気に含まれる原料ガスと水蒸気がより均一に混合される。その結果、混合気では、原料ガス濃度又は水蒸気濃度がより均一になり、また温度分布もより均一になる。

次に、分散板８０によって混合された混合気は、改質部１２０へ流れ込む。混合気は、改質部１２０内の改質触媒によって改質され、水素を含む改質ガスが生成される。このとき、混合気は、旋回力によって濃度と温度が均一化している。このため、改質の効率が高い。

次に、生成された改質ガスは、燃料電池部１４０の燃料電池スタック３０に供給される。一方、燃料電池スタック３０には、予熱流路５６を通り予熱された酸化剤ガス（酸素）が供給される。燃料電池スタック３０では、供給された改質ガスと酸化剤ガスが電気化学反応をして発電が行われる。

一方、燃料電池スタック３０からは、未反応ガスが燃焼部１３０に送出される。燃焼部１３０は、燃料電池スタック３０からの未反応ガスを燃焼させる。そして、燃焼で発生した排ガスが排ガス流路５１ｂを通るため、排ガス流路５１ｂと隣り合う改質流路５３に熱が伝わり、その結果、改質部１２０が高温度域の温度に保たれる。これにより、改質部１２０では、混合気の改質効率が維持される。

さらに、未反応ガスの燃焼によって発生した排ガスは、蒸発部１１０の排ガス流路５１ａを進み、外部へ排出される。
以上の作用によって、燃料電池モジュール１で発電が行われる。

以上、説明したように、本発明に係る実施形態では、分散板８０が連通する蒸発部１１０の蒸発流路５２と改質部１２０の改質流路５３とを仕切っている。分散板８０では、複数の開口部８１ａが、分散板８０の円周方向に沿って形成され、さらに分散板８０の板面に対して傾斜しているので、蒸発部１１０から改質部１２０へ流れる混合気に、旋回力が加えられる。その結果、混合気が攪拌され、混合気が均一に混合される。これにより、混合気の濃度と温度を均一化し、改質効率、ひいては発電効率を高めることができる。

複数の開口部８１ａは、分散板８０を、くさび形に切り欠き、その切り欠きを切り起こしただけで形成することができるので、分散板８０の構成が容易である。また省スペースである。さらに、製造が容易である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。

（変形例１）
例えば、上記実施形態では、図３（ａ）に示すように、分散板８０の切り欠き部８２ａの端縁には、切り欠かれた分散板の一部が板面から立設された形状の、切り起こし部８３ａが設けられている。しかし、本発明はこれに限定されない。

例えば、図５（ａ）に示すように、開口部８１ｂは、分散板８０の板面に、一文字状の切り込みを入れ、その切り込み端を押圧する又は起こすことによって形成された切り起こし部８３ｂを含む。ここでは、切り起こし部８３ｂは、分散板８０の板面に対して傾斜した傾斜壁と、分散板８０の板面から傾斜壁の両側端部に向かって延びる一対の壁と、を含む。以下、このような形状をルーバー形状という。

このような構成でも、開口部８１ａと同様に、気体を均一に混合することができる。また、このような構成の場合、分散板８０の板面に一文字状の切り込みを入れて切り込み端を押圧する又は起こすだけであるため、図３（ａ）に示す開口部８１ａよりも開口部８１ｂの形成が容易である。その結果、分散板８０の作製が容易である。なお、図５（ａ）では、図３（ａ）と同様に、改質部１２０側の板面を上にした状態を図示している。

また、図５（ｃ）に示すように、開口部８１ｃは、分散板８０の板面に対して傾斜する方向に、分散板８０を貫通する貫通孔によって形成されてもよい。この場合、斜め孔の内壁が傾斜壁である。開口部８１ｃは、前述の開口部８１ａ、８１ｂよりも、作製が難しいが、開口部８１ｃが形成された分散板８０は、開口部８１ａ、８１ｂが形成された分散板８０よりも省スペースである。また、開口部８１ａ、８１ｂと同様に、気体を均一に混合することができる。さらに、斜め孔を使用する場合、板面と斜め孔の内側側面とがなす角度θが鈍角となるよう構成することが望ましい。このように構成することで、ガスの流れに作用する旋回力が強くなる。

なお、本発明では、分散板８０が、開口部８１ａ、８１ｂ、８１ｃそれぞれから、分散板８０の板面に対して傾斜する方向へ延伸する傾斜壁を有していればよい。このため、切り起こし部８３ａ、８３ｂは、切り起こされることで、形成されていなくてもよく、前述した切り起こし部８３ａ、８３ｂの形状を有すれば、その作製方法は任意である。例えば、開口部８１ａ、８１ｂ、８１ｃの端縁に、その端縁から分散板８０の板面に対して傾斜する方向へ延伸する板状体が取り付けられてもよい。

（変形例２）
実施の形態では、分散板８０が１枚であったが、本発明では、分散板８０の枚数は任意である。例えば、燃料電池モジュール１に、２枚以上の分散板８０が互いに隔てられて設けられてもよい。この場合、２枚以上の分散板８０において、開口部８１ａ−８１ｃの傾斜方向が同じであるとよい。これにより、より強い旋回力を混合気に加えることができる。

（変形例３）
また、実施形態では、流路の上方側に位置する第１部を蒸発部１１０、下方側に位置する第２部を改質部１２０として、蒸発部１１０と改質部１２０との間に分散板８０が設けられているが、本発明では、気体流路における分散板８０の位置は任意である。例えば、分散板８０は、蒸発部１１０と改質部１２０との間以外の箇所に設けられて、混合気以外の気体を混合してもよい。

分散板８０は、図４に示すように、蒸発部１１０と改質部１２０との間以外の機能部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に設けられてもよい。例えば、機能部Ｄ１の位置の場合、分散板８０を、改質部１２０と燃料電池スタック３０との間の経路（改質流路５３、燃料ガス流路５７）に設ける。この場合、改質ガスを攪拌することにより、改質ガスの熱にムラが生じることを防止することでき、効率よく熱交換することができる。

分散板８０は、２種以上の気体を混合するものに限定されない。分散板８０は、単一のガスを均一に攪拌する場合にも効果的である。分散板８０を図４の機能部Ｄ２の位置、即ち、排ガス流路５１ａ、５１ｂの１または複数の箇所に設けることで、排ガスを攪拌し、蒸発流路５２、改質流路５３内のガスと効率よく熱交換を行うことができる。また、分散板８０を図４の機能部Ｄ３の位置、即ち、酸化剤ガス流路５４ａ、予熱流路５６の１または複数の箇所に設けることで、加熱された酸化剤ガスを攪拌できる。この場合、酸化剤ガスの熱にムラが生じることを防止することができる。

（変形例４）
実施形態では、分散板８０が固体酸化物形燃料電池の燃料電池モジュール１に使用されている。しかし、本発明は、気体を用いる燃料電池全般に適用可能である。例えば、分散板８０は、固体高分子形燃料電池セル（Ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＦＣ）が使用された燃料電池スタック３０を備える燃料電池システムに適用することが可能である。ここで、固体高分子形燃料電池セルとは、白金等から形成されている燃料極及び空気極からなる一対の電極と、イオン伝導性を有する高分子膜（イオン交換膜）で構成され、燃料極と空気極との間に介在する電解質と、を備える燃料電池セルのことである。図６に固体高分子形燃料電池セルが使用された燃料電池スタック３０を備える燃料電池システム２を示す。ここで、図６に示す変形例４に係る燃料電池システム２では、原料ガスとして都市ガス等が使用される。以下、上記実施形態と異なる構成について説明する。

燃料電池システム２は、図６に示すように、改質触媒の性能の低下を防止するため、原料ガスから硫黄成分を除去する脱硫部１１１と、脱硫部１１１で脱硫された原料ガスと蒸発部１１０で生成された水蒸気とを混合する混合部１１２と、を備える。また、燃料極及び空気極が一酸化炭素（ＣＯ）によって不活性化することを防止するため、改質部１２０が混合気を用いて生成した改質ガス（Ｈ_２、ＣＯ_２、ＣＯ）から一酸化炭素を除去するＣＯ変成部１２１と、改質ガス（Ｈ_２、ＣＯ_２、ＣＯ（微量））に空気を混合する空気混合部１２２と、空気が混合された改質ガスから一酸化炭素をさらに除去するＣＯ除去部１２３と、をさらに備える。また、燃焼部１３０では、燃料電池スタック３０からの未反応ガスに外部から空気を加えて燃焼させる。

燃料電池システム２の場合、分散板８０は、図６に示す機能部Ｄ４〜Ｄ１０に設けられてもよい。詳細には、分散板８０は、原料ガスを脱硫部１１１へ送出する前の、例えば、原料ガス供給管内に、原料ガスを均一に攪拌するため設けられてもよい。また、分散板８０は、混合部１１２と改質部１２０との間、改質部１２０とＣＯ変成部１２１との間、又は空気混合部１２２とＣＯ除去部１２３との間の経路に設けられてもよい。この場合、各経路を流れるガスを均一に混合することができる。また、分散板８０は、燃焼部１３０に供給される空気又は未反応ガスを攪拌するため、空気の供給管、未反応ガス管（又は未反応ガス流路）内に設けられてもよい。排ガスを攪拌するため、排ガス管内に設けられてもよい。

上記の実施形態では、燃料電池がモジュール形式、機能的にまとまった構成を有する例を説明しているが、燃料電池モジュール１は、モジュール形式に限定されず、燃料電池システム２は、システム形式に限定されない。

なお、分散板８０が設けられた円筒部材１１、１２は、本発明では、中空の筒状であればよい。例えば、円筒部材１１が第１の筒状の管、円筒部材１２が第２の筒状の管であってもよい。これらの場合、実施形態で説明した円筒軸は管軸と称されてもよい。また、本発明は、円筒以外の筒状の管に適用可能である。その場合、分散板８０は、板状部材であればよい。例えば、管軸に対する垂直断面が楕円状の管に適用されてもよく、その場合、分散板８０は楕円の板状部材であればよい。

上述の実施の形態のように、分散板８０の板面が、円筒部材１１又は円筒部材１２の円筒軸Ｃと直交している場合、分散板８０と円筒部材１１の外周側面との間、分散板８０と円筒部材１２の内周面との間にそれぞれ隙間ができないよう精度よく、分散板８０を取り付けることができる。このため、流路を流れるガスが、円筒部材１１、１２と分散板８０との隙間を流れてショートカットすることを防止することができる。

しかしながら、分散板８０は、その板面が筒軸に直交しないよう取り付けられてもよい。例えば、分散板８０の板面が筒軸に対して、傾いた状態となるよう、分散板８０を配置してもよい。

また、分散板８０の傾斜壁８３０は、図７（ａ）に示すように途中で折り曲げられている、あるいは、図７（ｂ）に示すように、傾斜方向に対して湾曲していてもよい。また、傾斜壁８３０は、図７（ｃ−１）及び図７（ｃ−２）に示すように、対面視において湾曲していてもよい。図７（ｄ−１）及び図７（ｄ−２）に示すように、対面視において折り曲げられてもよい。

また、上述の実施の形態では、円筒部材の上部から下部に向けて気体が流れる流路の例を説明したが、気体の流れる向きはこれに限られない。流路は、円筒部材の下部から上部に向けた気体が流れるように構成されてもよい。この場合、分散板８０が、流路の上流側（円筒部材の下部）に位置する空間（第１部）と、流路の下流側に位置する空間（第２部）とを分けるように配置されることで、気体を攪拌し、均一に混合することができる。

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、前述した実施形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

１ 燃料電池モジュール、２ 燃料電池システム、１０ モジュール筐体、１１〜１６ 円筒部材、１１ａ〜１６ａ 筒状壁、１１ｂ，１２ｂ，１２ｃ，１５ｂ，１６ｂ 筒状壁、１１ｃ テーパ部、１７ 上壁部、１８ 隔壁部、１９，２０ 連結部材、３０ 燃料電池スタック、４０ ベース部材、４２ 流路、５１ａ，５１ｂ 排ガス流路、５２ 蒸発流路、５３ 改質流路、５４ａ 酸化剤ガス流路、５５ 燃焼室、５６ 予熱流路、５７ 燃料ガス流路、７１ 排ガス排出管、７２ 原料ガス供給管、７３ 酸化剤ガス供給管、７４ 点火電極、８０ 分散板、８１ａ，８１ｂ，８１ｃ 開口部、８２ａ 切り欠き部、８３ａ，８３ｂ 切り起こし部、８３０ 傾斜壁、１１０ 蒸発部、１１１ 脱硫部、１１２ 混合部、１２０ 改質部、１２１ ＣＯ変成部、１２２ 空気混合部、１２３ ＣＯ除去部、１３０ 燃焼部、１４０ 燃料電池部、Ａ 矢印、Ｃ 円筒軸、Ｄ 機能部

Claims (8)

1. 円筒状の内管と、前記内管の外径よりも内径が大きく、前記内管と同軸上に配置された円筒状の外管と、を含み、前記内管と前記外管との間に流路が形成されている多重管構造を有したモジュール内に設けられ、前記流路の上流側に位置する第１部と、前記流路の下流側に位置する第２部と、を分ける分散板であって、
   前記第１部と前記第２部とをつなぐ複数の開口部が形成され、
   前記複数の開口部それぞれから、板面に対して、前記第１部から前記第２部に向かい、傾斜する方向へ延伸する傾斜壁を備える、
   燃料電池システムに用いる分散板。
2. 前記複数の開口部は、前記分散板が切り欠かれた切り欠き部を含み、
   前記切り欠き部の端縁には、切り欠かれた前記分散板の一部を前記第１部から前記第２部に向かう方向へ、前記板面から立設された切り起こし部が設けられ、
   前記傾斜壁は、前記切り起こし部の、前記切り欠き部に向いた傾斜面で構成される、
   請求項１に記載の燃料電池システムに用いる分散板。
3. 前記複数の開口部それぞれの端縁から前記板面に対して傾斜する方向へ延伸し、前記傾斜壁を構成する板状体を備える、
   請求項１に記載の燃料電池システムに用いる分散板。
4. 前記切り欠き部は、一端から他端に向けて、次第に幅が狭くなる形状に形成されている、
   請求項２に記載の燃料電池システムに用いる分散板。
5. 前記切り起こし部は、前記傾斜壁と、前記板面から前記傾斜壁に向かって延びる壁と、で構成されている、
   請求項２に記載の燃料電池システムに用いる分散板。
6. 前記複数の開口部は、前記板面に対して傾斜する方向に前記分散板を貫通する貫通孔によって形成される、
   請求項１に記載の燃料電池システムに用いる分散板。
7. 前記多重管構造を有する筐体を備え、前記内管と前記外管との間に、外部から原料ガスが供給される原料ガス供給部と、前記原料ガスを改質するための改質触媒が収容された改質部と、が形成され、前記原料ガスが前記原料ガス供給部から前記改質部へ流れる燃料電池モジュールに用いられる分散板であって、
   前記原料ガス供給部と前記改質部との間に配置され、前記原料ガス供給部から前記改質部へ流れる前記原料ガスを攪拌する、
   請求項１から６の何れか１項に記載の燃料電池システムに用いる分散板。
8. 請求項１から７の何れか１項に記載の燃料電池システムに用いる分散板と、
   円筒状の前記内管と、
   前記内管の外径よりも内径が大きく、前記内管の管軸と同心に管軸が配置された円筒状の前記外管と、
   を備える燃料電池システム。

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