JP2020098741A - 燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】モジュールケースの壁面放熱を抑えることができる燃料電池モジュールを提供する。【解決手段】供給された燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることにより発電する燃料電池モジュール１は、長手方向が縦方向に延びるように配置された複数の燃料電池セル７０を備えた燃料電池セルスタック６０と、燃料電池セルスタック６０を内部空間５３に収容するハウジング５０と、燃料ガスが供給され、供給された燃料ガスを燃料電池セル７０に供給する燃料ガス供給部３９と、燃料電池セルから発電に使用されなかった残余燃料ガスを回収して燃焼させる燃焼部３８と、を備え、燃料ガス供給部３９及び燃焼部３８は、燃料電池セルスタックの上方に並列に設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池モジュールに関し、特に、供給された燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることにより発電する燃料電池モジュールに関する。

従来より、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることにより発電する燃料電池モジュールが広く知られている。このような燃料電池モジュールとして、特許文献１には、モジュールケースと、モジュールケースに設けられた燃料電池セルスタックと、モジュールケース内に配置され、原燃料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、改質器から供給された原燃料ガスを各燃料電池セルに供給するマニホールドと、燃料電池セルスタックの上方で発電に使用されずに残った残余燃料ガスを燃焼して改質器を加熱する燃焼器と、を備えた燃料電池モジュールが開示されている。特許文献１に記載された発明では、燃料電池セルから排出された残余燃料ガスを直接燃料電池セルの上方で燃焼させるセルバーナー方式が採用されている。

特開２０１６−５１５１０号公報

ここで、特許文献１に記載された燃料電池モジュールではセルバーナー方式を採用しているが、燃料電池セルの上部に残余燃料ガス回収用の筐体を配置し、この筐体の上部で回収した残余燃料ガスを燃焼させる方法が知られている。しかしながら、このような筐体を特許文献１に記載された発明において、燃料電池セルの上部に配置すると、燃料電池セルへの燃料ガスの供給、燃料電池セルからの残燃料ガスの回収、及び、残燃料ガスの燃焼のための部材（筐体）を別々に設けなければならず、構成部品が多くなり、モジュールケース外形が大きくなり、モジュールケースの壁面放熱が増大するという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、モジュールケースの壁面放熱を抑えることができる燃料電池モジュールを提供することである。

本発明の燃料電池モジュールは、供給された燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることにより発電する燃料電池モジュールであって、長手方向が所定の方向に延びるように配置された複数の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックと、燃料電池セルスタックを内部空間に収容するハウジングと、燃料ガスが供給され、供給された燃料ガスを燃料電池セルに供給する燃料ガス供給部と、燃料電池セルから発電に使用されなかった残余燃料ガスを回収して燃焼させる燃焼部と、を備え、燃料ガス供給部及び燃焼部は、燃料電池セルスタックの一端側に並列に設けられている、ことを特徴とする。

上記構成の本発明によれば、残余燃料ガスの回収、及び、残余燃料ガスの燃焼のための部材（筐体）を別々に設ける必要がないため、構成部品を少なくすることができ、モジュールケース外形が大きくなり、モジュールケースの壁面放熱を抑えることができる。また、燃料ガス供給部及び燃焼部が燃料電池セルスタックの一端側に並列に設けられているため、モジュールケース外形が大きくなるのを防止し、モジュールケースの壁面放熱を抑えることができる。

本発明において、好ましくは、複数の燃料電池セルは長手方向が縦方向に延びるように配置され、燃料ガス供給部及び燃焼部は、燃料電池セルスタックの上方に並列に設けられている。
上記構成の本発明によれば、燃料電池セルスタックの直上に燃焼部を設けられるため、ハウジング内のスペースを有効利用できる。

本発明において、好ましくは、燃料ガス供給部を構成する筐体と、燃焼部とを構成する筐体とが別体で設けられている。
上記構成の本発明によれば、燃料ガス供給部及び燃焼部の配置の自由度が上がり、発電効率の向上や、コンパクト化を実現できる。

本発明において、好ましくは、さらに、燃焼部で残余燃料ガスを燃焼させることにより生じる燃焼熱により加熱される改質部を備え、燃焼部の一部が、改質部の一部に接触している。

上記構成の本発明によれば、改質部が、燃焼部の炎や排ガスの熱伝達や輻射による伝熱のみならず、燃焼部で生じた熱が部材を介して伝熱されることにより、加熱される。これにより、改質部への燃焼熱の伝熱を改善することができる。また、部材を介した伝熱を利用することにより、排ガスの流れの乱れによる加熱に対する影響を受けにくくなる。また、上述したセルバーナー方式では、燃料電池セルの配置に応じて燃焼口の配置が決定されるが、本発明によれば燃焼部の燃焼口を自由に配列することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、燃焼部において残余燃料ガスを燃焼させて生じた燃焼熱により、改質部で水蒸気改質に用いられる水蒸気を生成する蒸発部を備え、改質部と蒸発部とは一体に構成されている。

上記構成の本発明によれば、改質部及び蒸発部への燃焼熱の伝熱を改善することができるとともに、構成部材を削減することにより、コストの削減及び組立作業の簡略化が可能になる。

本発明において、好ましくは、燃料電池セルは内部流路を有し、内部流路の上流側端部は燃料ガス供給部に接続され、燃料ガス供給部から内部流路に燃料ガスが供給され、内部流路の下流側端部は燃焼部に接続され、内部流路から排出される発電に使用されなかった残余燃料ガスが燃焼部に排出される。

上記構成の本発明によれば、燃料電池セルの下方に残燃料ガスを回収又は供給するための筐体を設ける必要がなくなり、モジュールケース外形が大きくなるのを防止し、さらに、モジュールケースの壁面放熱を抑えることができる。

本発明によれば、ジュールケースの壁面放熱を抑えることができる燃料電池モジュールを提供することができる。

本発明の第１実施形態による燃料電池モジュール全体を示す斜視図である。 図１に示す燃料電池モジュールの正面図である。 図１に示す燃料電池モジュールの側面図である。 図３におけるＩＶ−ＩＶ断面図である。 図２におけるＶ−Ｖ断面図である。 図２におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。 図２におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。 図１に示す燃料電池モジュールに用いられる燃料電池セルユニットを示す長手方向断面図である。 本発明の第２実施形態による燃料電池モジュール全体を示す断面図である。 図９におけるＸ−Ｘ断面図である。 図９におけるＸＩ−ＸＩ断面図である。 図９におけるＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。 本発明の第３実施形態による燃料電池モジュール全体を示す斜視図である。 図１３に示す燃料電池モジュールの正面図である。 図１３に示す燃料電池モジュールの側面図である。 図１５におけるＸＶＩ−ＸＶＩ断面図である。 図１４におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ断面図である。 図１４におけるＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ断面図である。 図１４におけるＸＩＸ−ＸＩＸ断面図である。 本発明の第４実施形態による燃料電池モジュールを示す斜視図である。 図２０に示す燃料電池モジュールの幅方向断面図である。 図２０におけるＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ断面図である。 図２０におけるＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ断面図である。 図２０におけるＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ断面図である。 図２０に示す燃料電池モジュールに用いられる燃料電池セルユニットを示す斜視図である。 図２０に示す燃料電池モジュールに用いられる燃料電池セルユニットを示す正面図である。 図２０に示す燃料電池モジュールに用いられる燃料電池セルユニットを示す長手方向断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態による燃料電池モジュールを図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態による燃料電池モジュール全体を示す斜視図である。図２は、図１に示す燃料電池モジュールの正面図である。図３は、図１に示す燃料電池モジュールの側面図である。図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ断面図である。図５は、図２におけるＶ−Ｖ断面図である。図６は、図２におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。図７は、図２におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である

図１に示すように、本発明の第１実施形態による燃料電池モジュール１は、燃料電池セル装置２、及び、燃料電池セル装置２の上方に配置された蒸発器４を有する。これらの燃料電池セル装置２、及び蒸発器４は断熱材（図示せず）によって夫々包囲されており、燃料電池セル装置２は、蒸発器４から熱的に隔離されている。

図４〜図６に示すように、燃料電池セル装置２は、ハウジング５０と、ハウジング５０に収容された燃料電池セルスタック６０と、を備える。燃料電池セル装置２のハウジング５０には、複数の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタック６０と、燃料電池セルスタック６０の上下に配置された第１のマニホールド８０及び第２のマニホールド８２とが収容され、第１のマニホールド８０には燃焼部３８及び燃料ガス供給部３９が形成されている。

燃料電池セルスタック６０は、複数の燃料電池セルにキャップが取り付けられた燃料電池セルユニット７０が、長手方向が水平かつ平行に延びるように、幅方向に複数列、高さ方向に複数段に配置されて構成されている。燃料電池セルスタック６０を構成する燃料電池セルユニット７０は、後述するマニホールド８０内の上流側燃料ガス流路６２Ａの下方に位置する上流側燃料電池セルスタック６０Ａと、マニホールド８０内の下流側燃料ガス流路６２Ｂの下方に位置する下流側燃料電池セルスタック６０Ｂとに分けられている。

図８は、図１に示す燃料電池モジュールに用いられる燃料電池セルユニットを示す長手方向断面図である。図８に示すように、燃料電池セルユニット７０は、燃料電池セル８４と、この燃料電池セル８４の両端部にそれぞれ接続されたキャップである内側電極端子８６とを備えている。
燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。

燃料電池セル８４の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子８６について具体的に説明する。内側電極層９０の上部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと上端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の上端面９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層９０と電気的に接続されている。内側電極端子８６の中心部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する燃料ガス流路細管９８が形成されている。

内側電極層９０は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレートとの混合体、の少なくとも一種から形成される。

電解質層９４は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。

外側電極層９２は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。

燃料電池セルスタック６０は、各燃料電池セルユニット７０の燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６が、他の燃料電池セルユニット７０の空気極である外側電極層９２の外周面に電気的に接続されることにより、複数の燃料電池セルユニット７０の全てが直列接続されて構成される。なお、本実施形態では、燃料電池セルユニット７０を直列接続するものとしたが、並列接続としてもよいし、並列及び直列接続を併用してもよい。

図１〜図７に示すように、ハウジング５０は、ハウジング本体５２と、ハウジング本体５２を覆うように設けられた空気通路カバー５４と、備える。ハウジング５０の上面には排気ガス配管２６と混合ガス導管２８の二重管と、空気供給パイプ３２が接続されている。また、ハウジング５０の一方の側面には、点火用のセラミックヒータ３４が取り付けられている。

ハウジング本体５２は、略矩形の天板５２ａ、底板５２ｃ、これらの長手方向に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板５２ｂからなる筒状体と、この筒状体の長手方向の両端部の２つの対向する開口部を塞ぎ、天板５２ａ及び底板５２ｃの幅方向に延びる辺同士を連結する閉鎖側板５２ｄ、５２ｅと、からなる。ハウジング本体５２内には、発電室としての内部空間５３が形成され、内部空間５３内に燃料電池セルスタック６０が収容されている。天板５２ａには排出口が形成されており、この排出口には蒸発器４へ排気ガスを供給する排気ガス配管２６が接続されている。

また、ハウジング５０は、空気通路カバー５４によって天板５２ａ、側板５２ｂ、及び底板５２ｃが覆われている。空気通路カバー５４は、天板５４ａと、天板５４ａの両側から下方に延びる、対向する一対の側板５４ｂと、を有する。天板５４ａの幅方向中心には、排気ガス配管２６を貫通させるための排出口が設けられている。また、天板５４ａには、空気供給パイプ３２が接続されている。

天板５２ａと天板５４ａとの間、及び、側板５２ｂと側板５４ｂとの間は、所定の距離だけ離間した状態となっている。これにより、ハウジング本体５２の天板５２ａ、及び、側板５２ｂと、空気通路カバー５４の天板５４ａ、及び、側板５４ｂとの間には、ハウジング本体５２の天板５２ａ、及び、側板５２ｂの外面に沿って、酸化剤ガス供給通路としての空気通路５７ａ、５７ｂが形成されている。また、天板５２ａと天板５４ａとの間の空気通路５７ａ、及び、側板５２ｂと側板５４ｂとの間の空気通路５７ｂにはフィン５７ｄが設けられている。

ハウジング本体５２の側板５２ｂには、複数の貫通孔である空気供給口が設けられている。空気供給口は、幅方向（図６の上下方向）及び長手方向（図６の左右方向）において、燃料電池セルユニット７０の間に配置されるのが好ましい。なお、本実施形態では、側板５２ｂに空気供給口を設けているが、扁平タイプのセルを用いる場合には、ハウジングの底板に沿って空気通路を延長し、底板に空気供給口を設けるのが好ましい。

発電用空気は、空気通路カバーの天板５４ａの開口部に接続された空気供給パイプ３２から空気通路５７ａ内に供給され、空気通路５７ａを長手方向に広がりながら流れる。そして、発電用空気は、空気通路５７ａ、５７ｂを通って、底板５２ｃの空気供給口から燃料電池セルスタック６０に向けて内部空間５３内に噴射される。

ハウジング５０内の燃料電池セルスタック６０の上下両端部には、それぞれ第１及び第２のマニホールド（筐体）８０、８２が設けられている。第１のマニホールド８０は、直方体状の筐体からなり、内部に区画部材８０Ａが設けられている。区画部材８０Ａは第１のマニホールド８０内の内部空間の全高を塞ぐような高さを有し、また、平面視においてコの字形に形成されている。区画部材８０Ａの上下縁は第１のマニホールド８０の天板及び底板に接続され、区画部材８０Ａの両側縁は第１のマニホールド８０の閉鎖側板５２ｄ側の側壁内面に接続されている。これにより、第１のマニホールド８０の内部空間は、区画部材８０Ａで囲まれた上流側燃料ガス流路６２Ａと、区画部材８０Ａの外側の下流側燃料ガス流路６２Ｂと、に分けられている。第１のマニホールド８０の幅方向の両側面と、ハウジング５０の側板５０ｂとの間には隙間が設けられている。

第１のマニホールド８０の第２のマニホールド８２に対向する側の面には、開口が形成されており、これら開口には、燃料電池セルユニット７０を構成する燃料電池セルユニット７０の一端側の内側電極端子８６の端部が嵌め込まれている。なお、上流側燃料ガス流路６２Ａに当たる部分の開口には、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０が嵌め込まれており、下流側燃料ガス流路６２Ｂに当たる部分の開口には、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０が嵌め込まれている。

第１のマニホールド８０の天板の閉鎖側板５２ｄ側の幅方向中央には開口が設けられており、この開口には燃料供給通路１２が接続されている。これにより、燃料供給通路１２と上流側燃料ガス流路６２Ａとが連通しており、さらに、上流側燃料ガス流路６２Ａと上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の一端（上流側端部）と連通している。また、第１のマニホールド８０の天板の下流側燃料ガス流路６２Ｂに当たる部分には複数の燃焼口３８Ａが形成されている。

このような構成により、第１のマニホールド８０には、燃料ガスが燃料供給通路１２を介して上流側燃料ガス流路６２Ａに供給され、この上流側燃料ガス流路６２Ａに供給された燃料ガスを上流側燃料電池セルスタック６０Ａに供給する燃料ガス供給部３９と、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂから発電に使用されなかった残余燃料ガスを下流側燃料ガス流路６２Ｂ内に回収し、回収した残余燃料ガスを燃焼口３８Ａから噴出して燃焼させる燃焼部３８とが燃料電池セルユニット７０の一端側（上端側）に並列に構成される。

第２のマニホールド８２は、直方体状の筐体からなり、内部に中流側燃料ガス流路６４が形成されている。第２のマニホールド８２の第１のマニホールド８０と対向する側の面には、開口が形成されており、これら開口には、各開口には燃料電池セルユニット７０を構成する燃料電池セルユニット７０の他端側の内側電極端子８６の端部が嵌め込まれている。中流側燃料ガス流路６４は、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の他端（下流側端部）と連通し、さらに、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の他端（上流側端部）と連通している。

このような構成により、燃料電池セル装置２に燃料供給通路１２から供給された燃料ガスは、上流側燃料ガス流路６２Ａを介して上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、中流側燃料ガス流路６４で回収され、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、下流側燃料ガス流路６２Ｂで回収され、燃焼部３８の燃焼口３８Ａからハウジング５０の内部空間５３に送出される。

また、第１のマニホールド８０とハウジング５０の側板５０ｂとの間の空間を通じて、発電に使用されなかった空気が上昇する。燃料電池モジュール１の起動時において、燃焼部３８の各燃焼口３８Ａから残余燃料ガスが噴出している状態でセラミックヒータ３４に通電することにより、噴出している残余燃料ガスに点火することができる。これにより、ハウジング５０内で燃焼部３８の上方に配置された改質器３６を加熱することができる。（なお、燃料電池モジュール１の起動時においては、改質器３６が昇温されていないため、改質器３６内で改質反応は発生せず、燃料電池セル装置２による発電も行われていない。）

改質器３６は、上面視で長方形の断面を有し、中央に長方形の開口が設けられた金属製の環状容器であり、その一端部には混合ガスを導入するための混合ガス導管２８が接続され、他端部には改質された燃料ガスを流出させる燃料供給通路１２が接続（図４）されている。蒸発器４からハウジング５０内に延びる混合ガス導管２８は、ハウジング５０内で９０度屈曲され、水平方向に延びた後、鉛直下方に向けて９０度屈曲して、改質器３６の天井面に接続されている。燃料供給通路１２は、混合ガス導管２８とは反対側の端部の、改質器３６の底面に接続（図４）され、鉛直下方に延び、第１のマニホールド８０天板の中央に接続されている。

改質器３６の内部には改質触媒が充填されている。混合ガス導管２８から流入した原燃料ガスと水蒸気の混合ガスは、改質触媒と接触することにより水蒸気改質され、水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。改質器３６内で水蒸気改質された燃料ガスは燃料供給通路１２に流入し、燃料電池セル装置２に供給される。

次に、蒸発器４の構造を説明する。図１〜図５に示すように蒸発器４には、水を供給するための水供給用配管２０と、原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給配管２２と、排気ガスを排出するための排気ガス排出管２４が接続されている。また、蒸発器４と、燃料電池セル装置２とは配管により接続されており、この配管は燃料電池セル装置２から蒸発器４へ排気ガスを供給する排気ガス配管２６と、この内側に配置された混合ガス導管２８の二重管構造となっている（図４）。混合ガス導管２８は、蒸発器４内で生成された水蒸気と、蒸発器４に供給された原燃料ガスを混合した混合ガスを燃料電池セル装置２内に導入するように構成されている。また、蒸発器４の側面周囲三辺には、蒸発器４を補助的に加熱するための電気ヒータ２９が巻回されている。

図４に示すように、蒸発器４は、金属板により直方体状の箱形に形成されており、内部には、蒸発室３０ａと、混合室３０ｂと、排気ガス室３０ｃが形成されている。蒸発室３０ａは、蒸発器４の天井面の直下に形成された薄型の空間であり、蒸発器４の天井面に接続された水供給用配管２０及び原燃料ガス供給配管２２から夫々供給された水及び原燃料ガスが蒸発室３０ａ内に流入するように構成されている。

混合室３０ｂは、細い通路３０ｄを介して蒸発室３０ａの下流側に連通した空間として形成されている。蒸発室３０ａ内で生成された水蒸気と、蒸発室３０ａ内に供給された原燃料ガスは、細い通路３０ｄを通って混合室３０ｂ内に流入することにより混合される。
混合室３０ｂの底面には、混合ガス導管２８が接続されており、混合室３０ｂ内で混合された水蒸気及び原燃料ガスは混合ガス導管２８を通って改質器３６内に導入される。

排気ガス室３０ｃは、蒸発器４の下部に設けられた空間であり、蒸発器４の底面に接続された排気ガス配管２６を介して排気ガスが流入するように構成されている。排気ガス室３０ｃに流入した排気ガスは、排気ガス室３０ｃの上側に設けられた蒸発室３０ａの床面を加熱して、蒸発器４の側面端部に接続された排気ガス排出管２４から排出される。蒸発室３０ａに供給された水は、排気ガス室３０ｃ内を流れる排気ガスによって蒸発室３０ａの床面が加熱されることにより蒸発される。

排気ガス室３０ｃの下流側は、流入した排気ガスが蒸発室３０ａの床面（排気ガス室３０ｃの天井面）に沿って流れるように、薄型にされている。この薄型にされた空間には、排気ガス室３０ｃを流れる排気ガスの熱が蒸発室３０ａの床面に効率良く伝わるように、伝熱用のフィン３０ｅが配置されている。このように、排気ガス室３０ｃの一端に接続された排気ガス配管２６から流入した排気ガスは、他端に接続された排気ガス排出管２４に向かって（図４の左から右へ）流れる。一方、蒸発室３０ａの、排気ガス排出管２４側の端部に接続された水供給用配管２０から供給された水は、蒸発室３０ａ内で蒸発されながら、他端部に向かって（図４の右から左へ）流れる。このように、蒸発器４内を流れる水蒸気と排気ガスは反対方向に流れるので、それらの間でカウンターフロー型の熱交換が行われ、効率良く熱交換がなされる。

次に、本実施形態による燃料電池モジュール１の作用を説明する。
まず、燃料電池モジュール１の起動時においては、原燃料ガス供給配管２２を介して蒸発器４に原燃料ガスが供給されると共に、空気供給パイプ３２を介して発電用の空気が燃料電池セル装置２に供給される。図４に示すように、供給された原燃料ガス（実線で示す）は、蒸発器４の蒸発室３０ａ、混合室３０ｂを通って混合ガス導管２８に流入し、さらに、燃料電池セル装置２の改質器３６の中に流入する。なお、燃料電池モジュール１の起動初期においては、改質器３６の温度が低いため、原燃料ガスを改質する反応は発生しない。改質器３６に流入した原燃料ガスは、燃料供給通路１２（図４）を通り、第１のマニホールド８０内の上流側燃料ガス流路６２Ａを介して、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に流入する。上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、中流側燃料ガス流路６４で回収され、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、燃焼部３８の下流側燃料ガス流路６２Ｂに回収される。

一方、空気供給パイプ３２を介して燃料電池セル装置２に供給された空気（破線で示す）は、空気通路５７ａ、５７ｂを通り、ハウジング本体５２の側板５２ｂの空気供給口から燃料電池セルスタック６０に向けて内部空間５３内に噴射される。

燃焼部３８に送られた原燃料ガスは、燃焼部３８の下流側燃料ガス流路６２Ｂに流入し、その天板に形成された燃焼口３８Ａから噴出する。一方、内部空間５３内に噴射された空気は上昇し、ハウジング５０と燃焼部３８との間から燃焼部３８に供給される。また、燃料電池モジュール１の起動時においては、セラミックヒータ３４に通電され、燃焼部３８の燃焼口３８Ａから噴出した原燃料ガスがセラミックヒータ３４の熱により点火される。これにより燃焼部３８が燃焼熱を生成するようになる。

燃焼部３８が点火されると、その上方に配置された改質器３６が加熱され、内部の改質触媒の温度が上昇する。また、燃焼により生成される燃焼ガスにより、ハウジング５０の空気通路５７ａ、５７ｂを流れる空気が加熱される。加熱された空気はハウジング５０の内部空間５３に流入するので、この熱により燃料電池セル装置２の燃料電池セルユニット７０が加熱される。

また、ハウジング５０内で生成された燃焼ガスは、排気ガス配管２６を通って排気ガスとして蒸発器４に流入する。蒸発器４内に流入した排気ガスは、排気ガス室３０ｃを通って排気ガス排出管２４から排出される。この際、排気ガス室３０ｃの上側に設けられた蒸発室３０ａが加熱される。このように、蒸発器４に供給された水は、燃焼部３８によって生成され、排気ガス配管２６によって供給された燃焼ガスにより加熱される。蒸発室３０ａの温度が上昇した後、水供給用配管２０からの水の供給が開始され、蒸発室３０ａ内で水蒸気が生成されるようになる。なお、燃料電池モジュール１の起動時において、蒸発室３０ａの加熱を補助するために電気ヒータ２９に通電を行っても良い。

蒸発室３０ａにおいて水蒸気が生成されるようになると、原燃料ガスと水蒸気の混合ガスが、改質器３６に供給されるようになる。また、改質器３６の温度が十分に上昇すると、改質触媒により水蒸気改質反応が誘発されて、原燃料ガスから水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、上流側燃料ガス流路６２Ａを介して上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、中流側燃料ガス流路６４で回収され、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、燃焼部３８の下流側燃料ガス流路６２Ｂに回収される。

燃料電池セル装置２の温度が十分に上昇すると、各燃料電池セルユニット７０を通る燃料ガスと、空気供給口から燃料電池セルスタック６０に向けて内部空間５３に噴出された空気により発電反応が発生するようになる。燃料電池セル装置２の温度が発電可能な温度まで上昇した状態において、燃料電池セル装置２から電力が取り出され、発電が開始される。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、燃料ガス供給部３９及び燃焼部３８は、燃料電池セルスタック６０の上端側に並列に設けられている。これにより、残余燃料ガスの回収、及び、残余燃料ガスの燃焼のための部材（筐体）を別々に設ける必要がないため、構成部品を少なくすることができ、ハウジング５０の外形が大きくなり、ハウジング５０の壁面放熱を抑えることができる。また、燃料ガス供給部３９及び燃焼部３８が燃料電池セルスタック６０の一端側に並列に設けられているため、ハウジング５０の外形が大きくなるのを防止し、ハウジング５０の壁面放熱を抑えることができる。
また、本実施形態では、燃料電池セルスタック６０の直上に燃焼部３８を設けられるため、ハウジング５０内のスペースを有効利用できる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態による燃料電池モジュールを説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

図９は本発明の第２実施形態による燃料電池モジュール全体を示す断面図である。図１０は図９におけるＸ−Ｘ断面図である。図１１は、図９におけるＸＩ−ＸＩ断面図である。図１２は、図９におけるＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。第１実施形態では、燃焼部３８と、改質器３６とを別体として構成したが、第２実施形態では、燃焼器と改質器とが一体に構成されている。

図９〜図１２に示すように、本発明の第２実施形態による燃料電池モジュール１は、燃料電池セル装置１０２、及び、燃料電池セル装置１０２の上方に配置された蒸発器４を有する。これらの燃料電池セル装置１０２、及び蒸発器４は断熱材（図示せず）によって夫々包囲されており、燃料電池セル装置１０２は、蒸発器４から熱的に隔離されている。なお、蒸発器４の構成は第１実施形態と同様である。

図９〜図１２に示すように、燃料電池セル装置１０２は、ハウジング５０と、ハウジング５０に収容された燃料電池セルスタック６０と、を備える。燃料電池セル装置１０２のハウジング５０には、複数の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタック６０と、燃料電池セルスタック６０の上下に配置された第１のマニホールド１８０及び第２のマニホールド１８２とが収容され、第１のマニホールド１８０には、改質部１３６、燃焼部１３８及び燃料ガス供給部１３９が一体に形成されている。
ハウジング５０及び燃料電池セルスタック６０の構成は第１実施形態と同様である。

ハウジング５０内の燃料電池セルスタック６０の上下両端部には、それぞれ第１及び第２のマニホールド（筐体）１８０、１８２が設けられている。第１のマニホールド１８０には、改質部１３６、燃焼部１３８及び燃料ガス供給部１３９が形成され、燃焼部１３８及び燃料ガス供給部１３９は並列に配置されている。第１のマニホールド１８０は、上方が開口する容器状に形成された下部ケーシング１４２と、下部ケーシング１４２の上部に取り付けられた仕切部材１４４と、仕切部材１４４の上部に取り付けられた上部ケーシング１４６とを有する。第１のマニホールド１８０の幅方向の両側面と、ハウジング５０の側板５０ｂとの間には隙間が設けられている。

改質部１３６は、改質空間１４５を有し、改質空間１４５に収容された改質触媒により原燃料ガスを水蒸気改質して、燃料ガスを生成する部位である。
燃焼部１３８は、発電に使用されずに残った残余燃料ガスが供給される下流側燃料ガス流路１４３を有し、下流側燃料ガス流路１４３から燃焼口１４４Ａを通じて残余燃料ガスを噴出することにより、残余燃料ガスを燃焼させる部位である。

燃料ガス供給部１３９は、上流側燃料ガス流路１４１を有し、上流側燃料ガス流路１４１に改質部１３６により生成された燃料ガスが供給され、供給された燃料ガスを、燃料電池セルスタック６０の上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に供給する部位である。

燃料ガス供給部１３９の上流側燃料ガス流路１４１及び燃焼部１３８の下流側燃料ガス流路１４３は、下部ケーシング１４２、仕切部材１４４、及び、区画部材１４８により形成される。

下部ケーシング１４２は、上方が開口する容器状に形成された部材であり、燃料電池セルスタック６０の上方に設けられている。

仕切部材１４４は、平面視で下部ケーシング１４２と同形状の矩形状の部材である。仕切部材１４４には、平面視において後述する上部ケーシング１４６に対応するようなＴ字状の下方に突出する凹部１４４Ｂが形成されている。

区画部材１４８は下部ケーシング１４２と仕切部材１４４との間の内部空間の全高を塞ぐような高さを有し、また、平面視においてコの字形に形成されている。区画部材１４８の上縁は仕切部材１４４に接続され、区画部材１４８の下縁は下部ケーシング１４２に接続されている。区画部材１４８の両側縁は下部ケーシング１４２の閉鎖側板５２ｄ側の側壁内面に接続されている。これにより、下部ケーシング１４２と仕切部材１４４との間の内部空間は、区画部材１４８で囲まれた上流側燃料ガス流路１４１と、区画部材１４８の外側の下流側燃料ガス流路１４３と、に分けられている。

第１のマニホールド１８０の下部ケーシング１４２の底面には、開口が形成されており、これら開口には、燃料電池セルユニット７０を構成する燃料電池セルユニット７０の一端側の内側電極端子８６の端部が嵌め込まれている。なお、上流側燃料ガス流路１４１に当たる部分の開口には、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０が嵌め込まれており、下流側燃料ガス流路１４３に当たる部分の開口には、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０が嵌め込まれている。

仕切部材１４４の上部ケーシング１４６に覆われていない部分には、複数の燃焼口１４４Ａが設けられている。この燃焼口１４４Ａを通じて燃焼部１３８の下流側燃料ガス流路１４３内に供給された残余燃料ガスがハウジング５０の内部空間５３に噴出される。なお、側板５２ｂと側板５４ｂとの間の空気通路５７ｂに沿う領域に設けられた燃焼口１４４Ａは、残余燃料ガスを空気通路５７ｂの側面部に向けて噴出するように傾斜して設けられている。

本実施形態では、燃焼口１４４Ａは均等に分布するように配置されているが、好ましくは、の空気通路５７ｂの側面部の近傍において密になるように配置するのがよい。また、好ましくは、燃焼口１４４Ａは、改質部１３６を流動する原燃料ガスの上流側（混合ガス導管２８側）よりも下流側（後述する開口部１４４Ｃ側）が密になるように配置されているのがよい。

また、仕切部材１４４の閉鎖側板５２ｄ側の端部には開口部１４４Ｃが形成されており、この開口部１４４Ｃを通じて、改質部１３６の改質空間１４５と、燃料ガス供給部１３９の上流側燃料ガス流路１４１とは連通している。

改質空間１４５は、仕切部材１４４と上部ケーシング１４６との間に形成されている。上部ケーシング１４６は上面視においてＴ字形に形成された下部が開口する容器状の部材であり、長手方向一端側（図１１の左側）の幅広部１４６Ａと、幅広部１４６Ａの幅方向中央部から長手方向他端側（図１１の右側）に延びる本体部１４６Ｂとを有する。上部ケーシング１４６の幅広部１４６Ａは、幅方向（図１１の上下方向）に、仕切部材１４４と略等しい幅を有する。本体部１４６Ｂは、幅方向に仕切部材１４４よりも狭い幅を有し、長手方向のセラミックヒータ３４側の端部は、仕切部材１４４のセラミックヒータ３４側の端部よりも手前で終端している。これにより、仕切部材１４４の本体部１４６Ｂの幅広部１４６Ａ側以外の周囲に当たる部分は、上部ケーシング１４６によって覆われておらず、ハウジング５０の内部空間５３に露出している。上部ケーシング１４６のセラミックヒータ３４側の一端部には混合ガスを導入するための混合ガス導管２８が接続さている。蒸発器４からハウジング５０内に延びる混合ガス導管２８は、ハウジング５０内で９０度屈曲され、水平方向に延びた後、鉛直下方に向けて９０度屈曲して、改質部１３６を形成する上部ケーシング１４６に接続されている。

第２のマニホールド１８２は、直方体状の筐体からなり、内部に中流側燃料ガス流路１４７が形成されている。第２のマニホールド１８２の第１のマニホールド１８０と対向する側の面には、開口が形成されており、これら開口には、各開口には燃料電池セルユニット７０を構成する燃料電池セルユニット７０の他端側の内側電極端子８６の端部が嵌め込まれている。中流側燃料ガス流路６４は、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の他端（下流側端部）と連通し、さらに、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の他端（上流側端部）と連通している。

このような構成により、混合ガス導管２８から改質部１３６の改質空間１４５に流入した原燃料ガスと水蒸気の混合ガスは、改質触媒と接触することにより水蒸気改質され、水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。改質部１３６内で水蒸気改質された燃料ガスは燃料ガス供給部１３９の上流側燃料ガス流路１４１に供給される。

また、燃料ガス供給部１３９の上流側燃料ガス流路１４１に供給された燃料ガスは、上流側燃料ガス流路１４１を介して上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、第２のマニホールド１８２の中流側燃料ガス流路１４７で回収され、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、燃焼部１３８の下流側燃料ガス流路１４３で回収され、燃焼部１３８の燃焼口１４４Ａからハウジング５０の内部空間５３に送出される。

また、第１のマニホールド１８０とハウジング５０の側板５０ｂとの間の空間を通じて、発電に使用されなかった空気が上昇する。燃料電池モジュール１０１の起動時において、燃焼部１３８の各燃焼口１４４Ａから残余燃料ガスが噴出している状態でセラミックヒータ３４に通電することにより、噴出している残余燃料ガスに点火することができる。これにより、ハウジング１５０内で燃焼部１３８と一体に構成された改質部１３６を加熱することができる。（なお、燃料電池モジュール１０１の起動時においては、改質器３６が昇温されていないため、改質器３６内で改質反応は発生せず、燃料電池セル装置１０２による発電も行われていない。）

上記のように、本実施形態では、燃焼部１３８が下流側燃料ガス流路１４３を備え、この下流側燃料ガス流路１４３は、下部ケーシング１４２、仕切部材１４４、及び、区画部材１４８により形成されている。また、改質部１３６は、改質空間１４５を備え、この改質空間１４５は仕切部材１４４と上部ケーシング１４６により形成されている。これにより、燃焼部１３８の上部は、改質部１３６の下部と接触した状態となっており、仕切部材１４４は、燃焼部１３８の下流側燃料ガス流路１４３を形成する燃焼器形成部材であるとともに、改質部１３６を形成する改質器形成部材として共有されている。
なお、本実施形態による燃料電池モジュール１０１の作用は第１実施形態と同様である。

本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果が奏される。
本実施形態では、燃焼部１３８の一部が、改質部１３６の一部に接触しているため、改質部１３６が、燃焼部１３８の炎や排ガスの熱のみならず、燃焼部１３８で生じた熱が部材を介して伝熱されることにより、加熱される。これにより、改質部１３６への燃焼熱の伝熱を改善することができる。また、部材を介した伝熱を利用することにより、排ガスの流れの乱れによる加熱に対する影響を受けにくくなる。また、上述したセルバーナー方式では、燃料電池セルの配置に応じて燃焼口の配置が決定されるが、本実施形態によれば燃焼部１３８の燃焼口１４４Ａを自由に配列することができる。

＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態による燃料電池モジュールを図面を参照しながら説明する。第１又は第２実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。図１３は本発明の第３実施形態による燃料電池モジュール全体を示す斜視図である。図１４は、図１３に示す燃料電池モジュールの正面図である。図１５は、図１３に示す燃料電池モジュールの側面図である。図１６は、図１５におけるＸＶＩ−ＸＶＩ断面図である。図１７は、図１４におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ断面図である。図１８は、図１４におけるＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ断面図である。図１９は、図１４におけるＸＩＸ−ＸＩＸ断面図である。

第２実施形態では蒸発器が燃料電池セル装置の外部に別体として設けられていたが、第３実施形態では、蒸発器が改質器と一体に構成されており、燃料電池セル装置のハウジング内に収容されている。

図１３〜１５に示すように、本発明の第３実施形態による燃料電池モジュール２０１は、燃料電池セル装置２０２を有する。燃料電池セル装置２０２は断熱材（図示せず）によって包囲されている。

図１６〜図１９に示すように、燃料電池セル装置２０２は、ハウジング２５０と、ハウジング２５０に収容された燃料電池セルスタック６０とを備える。燃料電池セル装置２０２のハウジング２５０には、複数の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタック２６０と、燃料電池セルスタック２６０の上下に配置された第１のマニホールド２８０及び第２のマニホールド２８２とが収容され、第１のマニホールド２８０には、蒸発部２０４、改質部２３６、燃焼部２３８、及び、燃料ガス供給部２３９が一体に形成されており、燃焼部２３８及び燃料ガス供給部２３９は並列に配置されている。なお、燃料電池セルスタック６０の構成は第１実施形態と同様である。

図１６〜図１９に示すように、ハウジング２５０は、ハウジング本体２５２と、ハウジング本体２５２を覆うように設けられた空気通路カバー２５４と、を備える。ハウジング２５０の上面には、水を供給するための水供給用配管２２０と、原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給配管２２２と、排気ガスを排出するための排気ガス配管２２６と、空気を供給するための空気供給パイプ２３２が接続されている。また、ハウジング２５０の一方の側面には、点火用のセラミックヒータ３４が取り付けられている。

ハウジング本体２５２は、略矩形の天板２５２ａ、底板２５２ｃ、これらの長手方向に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板２５２ｂからなる筒状体と、この筒状体の長手方向の両端部の２つの対向する開口部を塞ぎ、天板２５２ａ及び底板２５２ｃの幅方向に延びる辺同士を連結する閉鎖側板２５２ｄ、２５２ｅと、からなる。ハウジング本体２５２内には、発電室としての内部空間２５３が形成され、内部空間５３内に燃料電池セルスタック６０が収容されている。天板２５２ａには排出口が形成されており、この排出口には外部へ排気ガスを供給する排気ガス配管２２６が接続されている。

また、ハウジング２５０は、空気通路カバー２５４によって天板２５２ａ、側板２５２ｂ、及び底板２５２ｃが覆われている。空気通路カバー２５４は、天板２５４ａと、天板２５４ａの両側から下方に延びる、対向する一対の側板２５４ｂと、を有する。天板２５４ａの幅方向中心には、排気ガス配管２２６を貫通させるための排出口が設けられている。また、天板２５４ａには、空気供給パイプ２３２が接続されている。

天板２５２ａと天板２５４ａとの間、及び、側板２５２ｂと側板２５４ｂとの間は、所定の距離だけ離間した状態となっている。これにより、ハウジング本体２５２の天板２５２ａ、及び、側板２５２ｂと、空気通路カバー２５４の天板２５４ａ、及び、側板２５４ｂとの間には、ハウジング本体２５２の天板２５２ａ、及び、側板２５２ｂの外面に沿って、酸化剤ガス供給通路としての空気通路２５７ａ、２５７ｂが形成されている。また、天板２５２ａと天板２５４ａとの間の空気通路２５７ａ、及び、側板２５２ｂと側板２５４ｂとの間の空気通路２５７ｂにはフィン２５７ｄが設けられている。

ハウジング本体２５２の側板２５２ｂには、複数の貫通孔である空気供給口が設けられている。空気供給口は、幅方向（図１８の上下方向）において、燃料電池セルユニット７０の間に配置されるのが好ましく、長手方向（図１８の左右方向）において等間隔に配置されるのが好ましい。
発電用空気は、空気通路カバーの天板２５４ａの開口部に接続された空気供給パイプ２３２から空気通路２５７ａ内に供給され、空気通路２５７ａを長手方向に広がりながら流れる。そして、発電用空気は、空気通路２５７ａ、２５７ｂを通って、底板２５２ｃの空気供給口から燃料電池セルスタック６０に向けて内部空間２５３内に噴射される。

ハウジング２５０内の燃料電池セルスタック６０の上下両端部には、それぞれ第１及び第２のマニホールド（筐体）２８０、２８２が設けられている。第１のマニホールド２８０には、蒸発部２０４、改質部２３６、燃焼部２３８及び燃料ガス供給部２３９が形成されている。第１のマニホールド２８０は、上方が開口する容器状に形成された下部ケーシング２４２と、下部ケーシング２４２の上部に取り付けられた仕切部材２４４と、仕切部材２４４の上部に取り付けられた上部ケーシング２４６とを有する。第１のマニホールド２８０の幅方向の両側面と、ハウジング２５０の側板２５０ｂとの間には隙間が設けられている。

蒸発部２０４は、蒸発空間２０５を有し、水供給用配管２２０から蒸発空間２０５に供給された水を蒸発させて水蒸気を生成し、原燃料ガス供給配管２２２から供給された原燃料ガスと水蒸気とを改質部２３６に供給する部位である。

改質部２３６は、改質空間２４５を有し、改質空間２４５に収容された改質触媒により蒸発部２０４から供給された原燃料ガスを水蒸気改質して、燃料ガスを生成する部位である。

燃焼部２３８は、発電に使用されずに残った残余燃料ガスが供給される下流側燃料ガス流路２４３を有し、下流側燃料ガス流路２４３から燃焼口２４４Ａを通じて残余燃料ガスを噴出することにより、残余燃料ガスを燃焼させる部位である。

燃料ガス供給部２３９は、上流側燃料ガス流路２４１を有し、上流側燃料ガス流路２４１に改質部２３６により生成された燃料ガスが供給され、供給された燃料ガスを、燃料電池セルスタック６０の上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に供給する部位である。

燃料ガス供給部２３９の上流側燃料ガス流路２４１及び燃焼部２３８の下流側燃料ガス流路２４３は、下部ケーシング２４２、仕切部材２４４、及び、区画部材２４８により形成される。

下部ケーシング２４２は、上方が開口する容器状に形成された部材であり、燃料電池セルスタック６０の上方に設けられている。

仕切部材２４４は、平面視で下部ケーシング２４２と同形状の矩形状の部材である。仕切部材２４４には、平面視において後述する上部ケーシング２４６に対応するようなＴ字状の下方に突出する凹部２４４Ｂが形成されている。

区画部材２４８は下部ケーシング２４２と仕切部材２４４との間の内部空間の全高を塞ぐような高さを有し、また、平面視においてコの字形に形成されている。区画部材２４８の上縁は仕切部材２４４に接続され、区画部材２４８の下縁は下部ケーシング２４２に接続されている。区画部材２４８の両側縁は下部ケーシング２４２の閉鎖側板２５２ｄ側の側壁内面に接続されている。これにより、下部ケーシング２４２と仕切部材２４４との間の内部空間は、区画部材２４８で囲まれた上流側燃料ガス流路２４１と、区画部材２４８の外側の下流側燃料ガス流路２４３と、に分けられている。

第１のマニホールド２８０の下部ケーシング２４２の底面には、開口が形成されており、これら開口には、燃料電池セルユニット７０を構成する燃料電池セルユニット７０の一端側の内側電極端子８６の端部が嵌め込まれている。なお、上流側燃料ガス流路２４１に当たる部分の開口には、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０が嵌め込まれており、下流側燃料ガス流路２４３に当たる部分の開口には、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０が嵌め込まれている。

仕切部材２４４の上部ケーシング２４６に覆われていない部分には、複数の燃焼口２４４Ａが設けられている。この燃焼口２４４Ａを通じて燃焼部２３８の下流側燃料ガス流路２４３内に供給された残余燃料ガスがハウジング２５０の内部空間２５３に噴出される。なお、側板２５２ｂと側板２５４ｂとの間の空気通路２５７ｂに沿う領域に設けられた燃焼口２４４Ａは、残余燃料ガスを空気通路２５７ｂの側面部に向けて噴出するように傾斜して設けられている。

本実施形態では、燃焼口２４４Ａは均等に分布するように配置されているが、好ましくは、の空気通路２５７ｂの側面部の近傍において密になるように配置するのがよい。また、好ましくは、燃焼口２４４Ａは、改質部２３６を流動する原燃料ガスの上流側（蒸発部２０４側）よりも下流側（後述する開口部２４４Ｃ側）が密になるように配置されているのがよい。

また、仕切部材２４４の閉鎖側板２５２ｄ側の端部には開口部２４４Ｃが形成されており、この開口部２４４Ｃを通じて、改質部２３６の改質空間２４５と、燃料ガス供給部２３９の上流側燃料ガス流路２４１とは連通している。

改質空間２４５及び蒸発空間２０５は、仕切部材２４４と上部ケーシング２４６との間の空間が区画部材２４９により分割されて、それぞれ形成されている。

上部ケーシング２４６は上面視においてＴ字形に形成された下部が開口する容器状の部材であり、長手方向一端側（図１８の左側）の幅広部２４６Ａと、幅広部２４６Ａの幅方向中央部から長手方向他端側（図１８の右側）に延びる本体部２４６Ｂとを有する。上部ケーシング２４６の幅広部２４６Ａは、幅方向（図１８の上下方向）に、仕切部材２４４と略等しい幅を有する。本体部２４６Ｂは、幅方向に仕切部材２４４よりも狭い幅を有し、長手方向のセラミックヒータ３４側の端部は、仕切部材２４４のセラミックヒータ３４側の端部よりも手前で終端している。これにより、仕切部材２４４の本体部２４６Ｂの幅広部２４６Ａ側以外の周囲に当たる部分は、上部ケーシング２４６によって覆われておらず、ハウジング２５０の内部空間２５３に露出している。上部ケーシング２４６のセラミックヒータ３４側の一端部には、ハウジング２５０の天板を貫通した水供給用配管２２０及び原燃料ガス供給配管２２２が接続されている。

区画部材２４９は、上部ケーシング２４６の本体部２４６Ｂの長手方向中間部に設けられており、仕切部材２４４と上部ケーシング２４６との間の空間を、上流側（水供給用配管２２０及び原燃料ガス供給配管２２２が接続された側）の蒸発部２０４を構成する蒸発空間２０５と、下流側（燃料供給空間２１２側）の改質空間２４５に分割している。区画部材２４９には、蒸発部２０４において水が蒸発して発生した水蒸気と、原燃料ガスとが流通可能なスリットが形成されている。

蒸発部２０４から改質部２３６に流入した原燃料ガスと水蒸気の混合ガスは、改質触媒と接触することにより水蒸気改質され、水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。改質部２３６内で水蒸気改質された燃料ガスは、燃料ガス供給部２３９の上流側燃料ガス流路２４１に供給される。

第２のマニホールド２８２は、直方体状の筐体からなり、内部に中流側燃料ガス流路２４７が形成されている。第２のマニホールド２８２の第１のマニホールド２８０と対向する側の面には、開口が形成されており、これら開口には、各開口には燃料電池セルユニット７０を構成する燃料電池セルユニット７０の他端側の内側電極端子８６の端部が嵌め込まれている。中流側燃料ガス流路６４は、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の他端（下流側端部）と連通し、さらに、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の他端（上流側端部）と連通している。

このような構成により、水供給用配管２２０から蒸発部２０４の蒸発空間２０５に供給された水が蒸発されて水蒸気が生成される。蒸発部２０４において生成された水蒸気は、原燃料ガス供給配管２２２から供給された原燃料ガスとともに、改質部２０６の改質空間２４５に供給される。改質部２３６の改質空間２４５に流入した原燃料ガスと水蒸気の混合ガスは、改質触媒と接触することにより水蒸気改質され、水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。改質部２３６内で水蒸気改質された燃料ガスは燃料ガス供給部２３９の上流側燃料ガス流路２４１に供給される。

また、燃料ガス供給部２３９の上流側燃料ガス流路２４１に供給された燃料ガスは、上流側燃料ガス流路２４１を介して上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、第２のマニホールド２８２の中流側燃料ガス流路２４７で回収され、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、燃焼部２３８の下流側燃料ガス流路２４３で回収され、燃焼部２３８の燃焼口２４４Ａからハウジング５０の内部空間５３に送出される。

また、第１のマニホールド２８０とハウジング２５０の側板２５０ｂとの間の空間を通じて、発電に使用されなかった空気が上昇する。燃料電池モジュール２０１の起動時において、燃焼部２３８の各燃焼口２４４Ａから残余燃料ガスが噴出している状態でセラミックヒータ３４に通電することにより、噴出している残余燃料ガスに点火することができる。これにより、ハウジング２５０内で燃焼部２３８と一体に構成された改質部２３６及び蒸発部２０４を加熱することができる。（なお、燃料電池モジュール２０１の起動時においては、改質部２３６が昇温されていないため、改質部２３６内で改質反応は発生せず、燃料電池セル装置２０２による発電も行われていない。）

上記のように、本実施形態では、燃焼部２３８は下流側燃料ガス流路２４３を備え、下流側燃料ガス流路２４３は、下部ケーシング２４２、仕切部材２４４及び、区画部材２４８により形成されている。また、改質部２３６は、改質空間２４５を備え、この改質空間２４５は、仕切部材２４４、上部ケーシング２４６、及び区画部材２４９により形成されている。さらに蒸発部２０４は蒸発空間２０５を備え、蒸発空間２０５は、仕切部材２４４、上部ケーシング２４６及び区画部材２４９により形成されている。これにより、燃焼部２３８の上部は、改質部２３６の下部と接触した状態となっており、仕切部材２４４は、燃焼部２３８の下流側燃料ガス流路２４３を形成する燃焼器形成部材であるとともに、改質空間２４５を形成する改質器形成部材として共有されている。さらに、改質部２３６及び蒸発部２０４が横方向に並んで配置される、すなわち、並列に設置されるとともに、仕切部材２４４、上部ケーシング２４６、及び、区画部材２４９が改質部２３６の改質空間２４５を構成する改質器形成部材であるとともに、蒸発部２０４を構成する蒸発器構成部材として共有され、蒸発部２０４と改質部２３６とが一体となっている。

次に、本実施形態による燃料電池モジュール２０１の作用を説明する。
まず、燃料電池モジュール２０１の起動時においては、原燃料ガス供給配管２２２を介して蒸発部２０４に原燃料ガスが供給されると共に、空気供給パイプ２３２を介して発電用の空気が燃料電池セル装置２０２に供給される。図１６に示すように、供給された原燃料ガス（実線で示す）は、蒸発部２０４の蒸発空間２０５を通って、改質部２３６の中に流入する。なお、燃料電池モジュール２０１の起動初期においては、改質部２３６の温度が低いため、原燃料ガスを改質する反応は発生しない。改質部２３６に流入した原燃料ガスは、開口部２４４Ｃを通り、第１のマニホールド２８０内の上流側燃料ガス流路２４１を介して、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に流入する。上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、中流側燃料ガス流路２４７で回収され、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された原燃料ガスは、燃焼器の下流側燃料ガス流路２４３で回収される。

一方、空気供給パイプ２３２を介して燃料電池セル装置２０２に供給された空気（破線で示す）は、空気通路２５７ａ、２５７ｂを通り、ハウジング本体２５２の側壁２５２ｂの空気供給口から燃料電池セルスタック６０に向けて内部空間２５３内に噴射される。

燃焼部２３８の下流側燃料ガス流路２４３に送られた原燃料ガスは、燃焼口２４４Ａから噴出する。一方、内部空間２５３内に噴射された空気は上昇し、ハウジング２５０と燃焼部２３８との間から燃焼部２３８に供給される。また、燃料電池モジュール２０１の起動時においては、セラミックヒータ３４に通電され、セラミックヒータ３４の熱により燃焼部２３８の燃焼口２４４Ａから噴出した原燃料ガスに点火される。これにより燃焼部２３８が燃焼熱を生成するようになる。

燃焼部２３８が点火されると、燃焼部２３８の炎により改質部２３６が加熱されるとともに、下部ケーシング２４２及び仕切部材２４４を介して燃焼部２３８の熱が改質部２３６に伝わり、内部の改質触媒の温度が上昇する。また、燃焼により生成される燃焼ガスにより、ハウジング２５０の空気通路２５７ａ、２５７ｂを流れる空気が加熱される。加熱された空気はハウジング２５０の内部空間２５３に流入するので、この熱により燃料電池セル装置２０２の燃料電池セルユニット７０が加熱される。

また、ハウジング２５０内で生成された燃焼ガスは、蒸発部２０４を加熱する。これにより、蒸発部２０４に供給された水は、燃焼部２３８によって生成された燃焼ガスにより加熱される。蒸発部２０４の温度が上昇した後、水供給用配管２２０からの水の供給が開始され、蒸発空間２０５内で水蒸気が生成されるようになる。

蒸発部２０４において水蒸気が生成されるようになると、原燃料ガスと水蒸気の混合ガスが、改質部２３６に供給されるようになる。また、改質部２３６の温度が十分に上昇すると、改質触媒により水蒸気改質反応が誘発されて、原燃料ガスから水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、上流側燃料ガス流路２４１を介して上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、中流側燃料ガス流路２４７で回収され、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された残燃料ガスは、下流側燃料ガス流路６２Ｂで回収され、燃焼部２３８に送られる。

燃料電池セル装置２０２の温度が十分に上昇すると、各燃料電池セルユニット７０を通る燃料ガスと、空気供給口から燃料電池セルスタック６０に向けて内部空間２５３に噴出された空気により発電反応が発生するようになる。燃料電池セル装置２の温度が発電可能な温度まで上昇した状態において、燃料電池セル装置２０２から電力が取り出され、発電が開始される。

本実施形態によれば、第１実施形態及び第２実施形態で奏された効果に加えて以下の効果が奏される。
本実施形態では、改質部２３６と蒸発部２３８とが一体に構成されているため、改質部２３６及び蒸発部への燃焼熱２３８の伝熱を改善することができるとともに、構成部材を削減することにより、コストの削減及び組立作業の簡略化が可能になる。

＜第４実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態による燃料電池モジュールを説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

図２０は本発明の第４実施形態による燃料電池モジュール全体を示す断面図である。図２１は図２０に示す燃料電池モジュールの幅方向断面図である。図２２は、図２０におけるＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ断面図である。図２３は、図２０におけるＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ断面図である。図２４は、図２０におけるＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ断面図である。第４実施形態の燃料電池モジュール３０１は、燃料電池セル装置３０２の燃料電池セルユニット３７０の構成が異なっており、これに伴い、マニホールドが燃料電池セルユニット３７０の上部のみに設けられている。

まず、第４実施形態で用いられている燃料電池セルユニット３７０について、図２５〜図２７を参照して説明する。図２５〜図２７は図２０に示す燃料電池モジュールに用いられる燃料電池セルユニットを示し、図２５は斜視図、図２６は正面図、図２７は長手方向断面図である。

図２５〜図２７に示すように、燃料電池セルユニット３７０は略直方体形状に形成されている。燃料電池セルユニット３７０は、燃料極支持体３７２と、仕切部３７４と、電解質部３７６と、燃料極３７８と、を備えている。

燃料極支持体３７２は、第１実施形態における燃料極である内側電極層９０と同様の材料により形成されている。燃料極支持体３７２には一端側から矩形状の内部空間３７２Ａが形成されている。内部空間３７２Ａは、一端側（図２４の手前側）は開口しており、他端側は閉塞されている。

仕切部３７４は、ペロブスカイト型酸化物からなる空気極材料（例えばＬａＣｏＯ３、ＬａＭｎＯ３、ＬａＦｅＯ３等であって、ＳｒやＣａ等をＬａサイトにドープしたもの、あるいはドープしないもの、又はそれらの複合材等）や、銀、金、タングステン、ロジウム、イリジウムを少なくとも１種以上含む合金、またはそれらの複合材などで空気極支持体よりも低い透過率で形成される材料からなり、熱膨張係数が燃料極支持体３７２と略同一である板状体として形成されている。図２５に示すように、仕切部３７４は、燃料極支持体３７２の内部空間３７２Ａを上下に分割するように、内部空間３７２Ａの幅方向全体にわたって延びている。また、図２６に示すように、仕切部３７４は、内部空間３７２Ａの一端（図２６の左側端部）から延び、内部空間３７２Ａの他端の手前で終端している。これにより、内部空間３７２Ａは、仕切部３７４の上方の上流側空間３７２Ａ１と、仕切部３７４の下方の下流側空間３７２Ａ２とに分割され、上流側空間３７２Ａ１と下流側空間３７２Ａ２とは、内部空間３７２Ａの奥部において連通した構成となっている。

電解質部３７６は、燃料極支持体３７２の内部空間３７２Ａが開口する面以外の面を覆うように層状に形成されている。電解質部３７６は、第１実施形態の電解質層９４と同様の材料により形成されている。

燃料極３７８は、電解質部３７６の外周面を環状に覆うように層状に形成されている。具体的には、燃料極３７８は、長手方向に電解質部３７６の長さよりも短い長さ範囲にわたって形成されている。燃料極３７８は、第１実施形態の燃料極である内側電極層９０と同様の材料により構成されている。

このような構成により、燃料電池セルユニット３７０の一端側から上流側空間３７２Ａ１に流入された燃料ガスは、内部空間３７２Ａの他端側において折り返されて、下流側空間３７２Ａ２の一端側から排出される。

燃料電池セルスタック３６０は、複数の燃料電池セルユニット３７０が幅方向に複数列、高さ方向に二段、配列されて構成されている。各燃料電池セルユニット３７０は、仕切部３７４が鉛直になり、上流側空間３７２Ａ１と下流側空間３７２Ａ２が幅方向に並ぶように配置されている。また、各燃料電池セルユニット３７０は内部空間３７２Ａが所定の方向（図２０の左側）に開口するように配置されている。

図２０〜図２４に示すように、ハウジング３５０は、ハウジング本体３５２と、ハウジング本体３５２を覆うように設けられた空気通路カバー３５４と、を備える。燃料電池セル装置３０２のハウジング３５０には、複数の燃料電池セルユニットを備えた燃料電池セルスタック３６０と、改質器３６と、燃料電池セルスタック３６０の上方に配置されたマニホールド３８０とが収容され、マニホールド３８０には燃焼部３３８及び燃料ガス供給部３３９が形成されるとともに、燃焼部３３８及び燃料ガス供給部３３９は並列に配置されている。

ハウジング本体３５２は、略矩形の天板３５２ａ、底板３５２ｃ、これらの長手方向に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板３５２ｂからなる筒状体と、この筒状体の長手方向の両端部の２つの対向する開口部を塞ぎ、天板３５２ａ及び底板３５２ｃの幅方向に延びる辺同士を連結する閉鎖側板３５２ｄ、３５２ｅと、からなる。ハウジング本体３５２内には、発電室としての内部空間３５３が形成され、内部空間３５３内に燃料電池セルスタック３６０が収容されている。天板３５２ａには排出口が形成されており、この排出口には蒸発器４へ排気ガスを供給する排気ガス配管２６が接続されている。

また、ハウジング３５０は、空気通路カバー３５４によって天板３５２ａ、側板３５２ｂ、及び底板３５２ｃが覆われている。空気通路カバー３５４は、天板３５４ａと、天板３５４ａの両側から下方に延びる、対向する一対の側板３５４ｂと、一対の側板３５４ｂの下縁の間を結ぶ底板３５４ｃと、を有する。天板３５４ａの幅方向中心には、排気ガス配管２６を貫通させるための排出口が設けられている。また、天板３５４ａには、空気供給パイプ３２が接続されている。

天板３５２ａと天板３５４ａとの間、側板３５２ｂと側板３５４ｂとの間、及び底板３５２ｃと底板３５４ｃとの間は、所定の距離だけ離間した状態となっている。これにより、ハウジング本体３５２の天板３５２ａ、側板３５２ｂ、及び底板３５２ｃと、空気通路カバー３５４の天板３５４ａ、側板３５４ｂ、及び底板３５４ｃとの間には、ハウジング本体３５２の天板３５２ａ、側板３５２ｂ、及び底板３５２ｃの外面に沿って、酸化剤ガス供給通路としての空気通路３５７ａ、３５７ｂ、３５７ｃが形成されている。また、天板３５２ａと天板３５４ａとの間の空気通路３５７ａ、及び、側板３５２ｂと側板３５４ｂとの間の空気通路３５７ｂにはフィン３５７ｄが設けられている。

ハウジング本体３５２の底板３５２ｃには、複数の貫通孔である空気供給口３５８が設けられている（図２０参照）。空気供給口３５８は、幅方向（図２１の左右方向）において、燃料電池セルユニット３７０の間に配置されるのが好ましく、長手方向（図２０の左右方向）において等間隔に配置されるのが好ましい。
発電用空気は、空気通路カバーの天板３５４ａの開口部に接続された空気供給パイプ３２から空気通路３５７ａ内に供給され、空気通路３５７ａを長手方向に広がりながら流れる。そして、発電用空気は、空気通路３５７ａ、３５７ｂ、３５７ｃを通って、底板３５２ｃの空気供給口３５８から燃料電池セルスタック３６０に向けて内部空間３５３内に噴射される。

なお、本実施形態では、空気供給口３５８をハウジング本体３５２の底板３５２ｃのみに設けているが、これに限らず、側板３５２ｂに設けてもよいし、天板３５２ａに設けてもよく、要するに燃料電池セルユニット３７０（燃料電池セル）の長手方向の側方から空気を供給するように構成されていればよい。ただし、排気ガス配管２６が接続される排出口が設けられた天板３５２ａ以外の面に設けることが好ましい。さらに、本実施形態のように、排気ガス配管２６が接続される排出口が設けられた面と対向する底板３５２ｃに設けることがより好ましい。

ハウジング３５０内の燃料電池セルスタック３６０の上方には、マニホールド３８０が設けられている。マニホールド３８０は、直方体状の筐体からなり、内部に仕切板３８５が水平に延びるように設けられている。仕切板３８５により、マニホールド３８０の内部空間は、下方に位置する上流側燃料ガス流路（燃料ガス供給部）３６２Ａと、上方に位置する下流側燃料ガス流路（燃料ガス排出部）３６２Ｂと、に分割されている。マニホールド３８０の幅方向の両側面と、ハウジング３５０の側板３５０ｂとの間には隙間が設けられている。

マニホールド３８０の燃料電池セルユニット側の底板３８３には、各燃料電池セルユニット３７０の上流側空間３７２Ａ１及び下流側空間３７２Ａ２に対応する形状の開口３８３Ａ、３８３Ｂが形成されている。また、仕切板３８５には、下流側空間３７２Ａ２に対応する形状の開口３８５Ａが形成されている。底板３８３と仕切板３８５との間には、底板３８３の開口３８３Ｂと、仕切板３８５の開口３８５Ａとを連結する筒状部材３８７が設けられている。

各燃料電池セルユニット３７０は、上流側空間３７２Ａ１及び下流側空間３７２Ａ２が底板３８３の開口３８３Ａ、３８３Ｂにそれぞれ接続されるように、配置されている。これにより、上流側空間３７２Ａ１が、マニホールド３８０内の燃料電池セルスタック３６０側に形成された上流側燃料ガス流路３６２Ａに連通し、下流側空間３７２Ａ２が、マニホールド３８０内の長手方向外側に形成された下流側燃料ガス流路３６２Ｂに連通する。

図２０及び図２１に示すように、マニホールド３８０の天板及び仕切板３８５の閉鎖側板３５２ｄ側の端部には、それぞれ開口が形成されており、仕切板３８５の開口には、マニホールド３８０の天板の開口を貫通した燃料供給通路１２が接続されている。また、マニホールド３８０の天板には、複数の燃焼口３３８Ａが形成されている。

このような構成により、マニホールド３８０には、燃料ガスが燃料供給通路１２を介して上流側燃料ガス流路３６２Ａに供給され、この上流側燃料ガス流路３６２Ａに供給された燃料ガスを燃料電池セルユニット３７０に供給する燃料ガス供給部３３９と、燃料電池セルユニット３７０から発電に使用されなかった残余燃料ガスを下流側燃料ガス流路３６２Ｂ内に回収し、回収した残余燃料ガスを燃焼口３３８Ａから噴出して燃焼させる燃焼部３３８が構成される。

そして、改質器３６からマニホールド３８０に燃料供給通路１２から供給された燃料ガスは上流側燃料ガス流路３６２Ａを介して燃料電池セルユニット３７０の上流側空間３７２Ａ１内に流れこむ。燃料電池セルユニット３７０の上流側空間３７２Ａ１に流れこんだ燃料ガスは、内部空間３７２Ａの端部で折り返されて、下流側空間３７２Ａ２を通って、下流側燃料ガス流路３６２Ｂに排出される。下流側燃料ガス流路３６２Ｂに排出された残余燃料ガスは、燃焼部３３８の燃焼口３３８Ａから噴出される。
なお、改質器３６の構成は第１実施形態と同様である。

次に、本実施形態による燃料電池モジュール３０１の作用を説明する。
まず、燃料電池モジュール３０１の起動時においては、原燃料ガス供給配管２２を介して蒸発器４に原燃料ガスが供給されると共に、空気供給パイプ３２を介して発電用の空気が燃料電池セル装置２に供給される。図２０に示すように、供給された原燃料ガス（実線で示す）は、蒸発器４の蒸発室３０ａ、混合室３０ｂを通って混合ガス導管２８に流入し、さらに、燃料電池セル装置２の改質器３６の中に流入する。なお、燃料電池モジュール１の起動初期においては、改質器３６の温度が低いため、原燃料ガスを改質する反応は発生しない。改質器３６に流入した原燃料ガスは、燃料供給通路３１２（図２０）を通り、マニホールド３８０の燃料ガス供給部３３９の上流側燃料ガス流路３６２Ａを介して、燃料電池セルユニット３７０の上流側空間３７２Ａ１に流入する。燃料電池セルユニット３７０の一端側から上流側空間３７２Ａ１に流入された燃料ガスは、内部空間３７２Ａの他端側において折り返されて、下流側空間３７２Ａ２の一端側から排出される。下流側空間３７２Ａ２から排出された燃料ガスは、燃焼部３３８の下流側燃料ガス流路３６２Ｂで回収される。

一方、空気供給パイプ３２を介して燃料電池セル装置３０２に供給された空気（破線で示す）は、空気通路３５７ａ、３５７ｂ、３５７ｃを通り、ハウジング本体３５２の底板３５２ｃの空気供給口３５８から燃料電池セルスタック３６０に向けて内部空間３５３内に噴射される。

燃焼部３３８に送られた原燃料ガスは、燃焼部３３８の下流側燃料ガス流路３６２Ｂに流入し、その天板に形成された燃焼口３３８Ａから噴出する。一方、内部空間３５３内に噴射された空気は上昇し、ハウジング３５０とマニホールド３８０との間から燃焼部３３８に供給される。また、燃料電池モジュール３０１の起動時においては、セラミックヒータ３４に通電され、セラミックヒータ３４の熱により燃焼部３３８の天板の燃焼口３３８Ａから噴出した原燃料ガスに点火される。これにより燃焼部３３８が燃焼熱を生成するようになる。

燃焼部３３８が点火されると、その上方に配置された改質器３６が加熱され、内部の改質触媒の温度が上昇する。また、燃焼により生成される燃焼ガスにより、ハウジング３５０の空気通路３５７ａ、３５７ｂ、３５７ｃを流れる空気が加熱される。加熱された空気はハウジング３５０の内部空間３５３に流入するので、この熱により燃料電池セル装置３０２の燃料電池セルユニット３７０が加熱される。

また、ハウジング３５０内で生成された燃焼ガスは、排気ガス配管２６を通って排気ガスとして蒸発器４に流入する。蒸発器４内に流入した排気ガスは、排気ガス室３０ｃを通って排気ガス排出管２４から排出される。この際、排気ガス室３０ｃの上側に設けられた蒸発室３０ａが加熱される。このように、蒸発器４に供給された水は、燃焼部３３８によって生成され、排気ガス配管２６によって供給された燃焼ガスにより加熱される。蒸発室３０ａの温度が上昇した後、水供給用配管２０からの水の供給が開始され、蒸発室３０ａ内で水蒸気が生成されるようになる。なお、燃料電池モジュール３０１の起動時において、蒸発室３０ａの加熱を補助するために電気ヒータ２９に通電を行っても良い。

蒸発室３０ａにおいて水蒸気が生成されるようになると、原燃料ガスと水蒸気の混合ガスが、改質器３６に供給されるようになる。また、改質器３６の温度が十分に上昇すると、改質触媒により水蒸気改質反応が誘発されて、原燃料ガスから水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、上流側燃料ガス流路３６２Ａを介して燃料電池セルユニット３７０に供給される。燃料電池セルユニット３７０から排出された燃料ガスは、燃焼部３３８の下流側燃料ガス流路３６２Ｂで回収される。

燃料電池セル装置２の温度が十分に上昇すると、各燃料電池セルユニット３７０を通る燃料ガスと、空気供給口３５８から燃料電池セルスタック３６０に向けて内部空間３５３に噴出された空気により発電反応が発生するようになる。燃料電池セル装置３０２の温度が発電可能な温度まで上昇した状態において、燃料電池セル装置３０２から電力が取り出され、発電が開始される。

本実施形態によれば、第１実施形態で奏される効果に加えて、以下の効果が奏される。

本実施形態では、燃料電池セル３７０は内部空間３７２Ａを有し、内部空間３７２Ａの上流側端部は燃料ガス供給部３３９に接続され、燃料ガス供給部３３９から内部空間３７２Ａに燃料ガスが供給され、内部空間３７２Ａの下流側端部は燃焼部３３８に接続され、内部空間３７２Ａから排出される発電に使用されなかった残余燃料ガスが燃焼部３３８に排出される。これにより、燃料電池セル３７０の下方に残余燃料ガスを回収又は供給するための筐体を設ける必要がなくなり、ハウジングの外形が大きくなるのを防止し、さらに、３３９壁面放熱を抑えることができる。

なお、上記各実施形態では、第１のマニホールド（マニホールド）内に上流側燃料ガス流路（燃料ガス供給部）と、下流側燃料ガス流路（燃料ガス排出部）とを形成したが、本発明はこれに限られない。例えば、上流側燃料ガス流路を構成する第１の筐体と、下流側燃料ガス流路を構成する第２の筐体とを別体に設けてもよい。さらに、例えば、第１〜第３実施形態において、第１のマニホールドから全ての燃料電池セルユニットに燃料ガスを供給し、第２のマニホールドにおいて残余燃料ガスを回収し、回収した残余燃料ガスを燃焼器に供給する構成としてもよい。

このような構成によれば、上流側燃料ガス流路（燃料ガス供給部）及び下流側燃料ガス流路（燃料ガス排出部）の配置の自由度が上がり、発電効率の向上や、コンパクト化を実現できる。

１ 燃料電池モジュール
２ 燃料電池セル装置
４ 蒸発器
１２ 燃料供給通路
２０ 水供給用配管
２２ 原燃料ガス供給配管
２４ 排気ガス排出管
２６ 排気ガス配管
２８ 混合ガス導管
２９ 電気ヒータ
３０ａ 蒸発室
３０ｂ 混合室
３０ｃ 排気ガス室
３０ｄ 通路
３０ｅ フィン
３２ 空気供給パイプ
３４ セラミックヒータ
３６ 改質器
３８ 燃焼部
３８Ａ 燃焼口
３９ 燃料ガス供給部
５０ ハウジング
５０ｂ 側板
５２ ハウジング本体
５２ａ 天板
５２ｂ 側板
５２ｃ 底板
５２ｄ 閉鎖側板
５２ｅ 閉鎖側板
５３ 内部空間
５４ 空気通路カバー
５４ａ 天板
５４ｂ 側板
５７ａ 空気通路
５７ｂ 空気通路
５７ｄ フィン
６０ 燃料電池セルスタック
６０Ａ 上流側燃料電池セルスタック
６０Ｂ 下流側燃料電池セルスタック
６２Ａ 上流側燃料ガス流路
６２Ｂ 下流側燃料ガス流路
６４ 中流側燃料ガス流路
７０ 燃料電池セルユニット
８０ 第１のマニホールド
８０Ａ 区画部材
８２ 第２のマニホールド
８４ 燃料電池セル
８６ 内側電極端子
８８ 燃料ガス流路
９０ 内側電極層
９０ａ 上部
９０ｂ 外周面
９０ｃ 上端面
９２ 外側電極層
９４ 電解質層
９６ シール材
９８ 燃料ガス流路細管
１０１ 燃料電池モジュール
１０２ 燃料電池セル装置
１３６ 改質部
１３８ 燃焼部
１３９ 燃料ガス供給部
１４１ 上流側燃料ガス流路
１４２ 下部ケーシング
１４３ 下流側燃料ガス流路
１４４ 仕切部材
１４４Ａ 燃焼口
１４４Ｂ 凹部
１４４Ｃ 開口部
１４５ 改質空間
１４６ 上部ケーシング
１４６Ａ 幅広部
１４６Ｂ 本体部
１４７ 中流側燃料ガス流路
１４８ 区画部材
１５０ ハウジング
１８０ 第１のマニホールド
１８２ 第２のマニホールド
２０１ 燃料電池モジュール
２０２ 燃料電池セル装置
２０４ 蒸発部
２０５ 蒸発空間
２０６ 改質部
２１２ 燃料供給空間
２２０ 水供給用配管
２２２ 原燃料ガス供給配管
２２６ 排気ガス配管
２３２ 空気供給パイプ
２３６ 改質部
２３８ 燃焼部
２３９ 燃料ガス供給部
２４１ 上流側燃料ガス流路
２４２ 下部ケーシング
２４３ 下流側燃料ガス流路
２４４ 仕切部材
２４４Ａ 燃焼口
２４４Ｂ 凹部
２４４Ｃ 開口部
２４５ 改質空間
２４６ 上部ケーシング
２４６Ａ 幅広部
２４６Ｂ 本体部
２４７ 中流側燃料ガス流路
２４８ 区画部材
２４９ 区画部材
２５０ ハウジング
２５０ｂ 側板
２５２ ハウジング本体
２５２ａ 天板
２５２ｂ 側板
２５２ｃ 底板
２５２ｄ 閉鎖側板
２５２ｅ 閉鎖側板
２５３ 内部空間
２５４ 空気通路カバー
２５４ａ 天板
２５４ｂ 側板
２５７ａ 空気通路
２５７ｂ 空気通路
２５７ｄ フィン
２６０ 燃料電池セルスタック
２８０ 第１のマニホールド
２８２ 第２のマニホールド
３０１ 燃料電池モジュール
３０２ 燃料電池セル装置
３１２ 燃料供給通路
３３８ 燃焼部
３３８Ａ 燃焼口
３３９ 燃料ガス供給部
３５０ ハウジング
３５０ｂ 側板
３５２ ハウジング本体
３５２ａ 天板
３５２ｂ 側板
３５２ｃ 底板
３５２ｄ 閉鎖側板
３５２ｅ 閉鎖側板
３５３ 内部空間
３５４ 空気通路カバー
３５４ａ 天板
３５４ｂ 側板
３５４ｃ 底板
３５７ａ 空気通路
３５７ｂ 空気通路
３５７ｃ 空気通路
３５７ｄ フィン
３５８ 空気供給口
３６０ 燃料電池セルスタック
３６２Ａ 上流側燃料ガス流路
３６２Ｂ 下流側燃料ガス流路
３７０ 燃料電池セルユニット
３７２ 燃料極支持体
３７２Ａ 内部空間
３７２Ａ１ 上流側空間
３７２Ａ２ 下流側空間
３７４ 仕切部
３７６ 電解質部
３７８ 燃料極
３８０ マニホールド
３８３ 底板
３８３Ａ 開口
３８３Ｂ 開口
３８５ 仕切板
３８５Ａ 開口
３８７ 筒状部材

Claims (6)

1. 供給された燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることにより発電する燃料電池モジュールであって、
   長手方向が所定の方向に延びるように配置された複数の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックと、
   前記燃料電池セルスタックを内部空間に収容するハウジングと、
   前記燃料ガスが供給され、供給された前記燃料ガスを前記燃料電池セルに供給する燃料ガス供給部と、
   前記燃料電池セルから発電に使用されなかった残余燃料ガスを回収して燃焼させる燃焼部と、を備え、
   前記燃料ガス供給部及び前記燃焼部は、前記燃料電池セルスタックの一端側に並列に設けられている、ことを特徴とする燃料電池モジュール。
2. 前記複数の燃料電池セルは長手方向が縦方向に延びるように配置され、
   前記燃料ガス供給部及び前記燃焼部は、前記燃料電池セルスタックの上方に並列に設けられている、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
3. 前記燃料ガス供給部を構成する筐体と、前記燃焼部とを構成する筐体とが別体で設けられている、請求項１又は２に記載の燃料電池モジュール。
4. さらに、前記燃焼部で前記残余燃料ガスを燃焼させることにより生じる燃焼熱により加熱される改質部を備え、
   前記燃焼部の一部が、前記改質部の一部に接触している、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の燃料電池モジュール。
5. さらに、前記燃焼部において前記残余燃料ガスを燃焼させて生じた燃焼熱により、前記改質部で水蒸気改質に用いられる水蒸気を生成する蒸発部を備え、
   前記改質部と前記蒸発部とは一体に構成されている、請求項４に記載の燃料電池モジュール。
6. 前記燃料電池セルは内部流路を有し、
   前記内部流路の上流側端部は前記燃料ガス供給部に接続され、前記燃料ガス供給部から前記内部流路に燃料ガスが供給され、
   前記内部流路の下流側端部は前記燃焼部に接続され、前記内部流路から排出される発電に使用されなかった残余燃料ガスが前記燃焼部に排出される、
   請求項１〜５の何れか１項に記載の燃料電池モジュール。

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