JP4832184B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、改質容器の外部から、気化室に水を供給するための水供給管を設けてなる水蒸気改質反応を行うための改質装置を具備してなる燃料電池に関する。

近年、次世代エネルギーとして、複数の燃料電池セルスタックを収納容器内に収納した燃料電池が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この燃料電池において発電に用いる燃料ガスとしては水素が用いられ、水素ガスと酸素含有ガス（通常、空気である）とを燃料電池本体内に供給し、酸素含有ガスをセル中の酸素極に接触させ、かつ水素をセル中の燃料極に接触させ、所定の電極反応を生じせしめることにより、発電が行われる。

この燃料ガスである水素の生成方法としては、たとえば天然ガス等の炭化水素を水蒸気と反応させて水素を生成する水蒸気改質法が知られており、そのような改質を行うための改質装置も種々提案されている（例えば、特許文献２参照）。

例えば、図８は、従来の改質装置の概略的な一部断面図を示したものである。

改質装置３１は、気化室３２および反応室３５を有する改質容器３８と、改質容器３８の外部から気化室３２に水を供給するための水供給管３３を挿入してなり、気化室３２および反応室３５は、通気性のある壁３７で分離されている。なお、反応室３５には、水蒸気と被改質ガスを混合するためや、被改質ガスを改質するための粒状物３６が充填されている。

また、改質容器３８の外部から、気化室３２に水を供給するための水供給管３３およびガスを供給するためのガス供給管３４が設けられている。この水供給管３３により水蒸気が、ガス供給管３４により被改質ガスがそれぞれ供給される。

このような改質装置は、例えば、燃料電池セルスタックの上方に配置し、燃料電池の燃焼域での熱を利用して気化室で水蒸気を生成し、その水蒸気を改質装置内の改質触媒に供給して水素を生成し、その水素を燃料電池セルに供給し、発電を行うことが行われている。
特開２００５−３３２７６２号公報 特開２００３−５４９０５号公報

しかしながら、上述した従来の改質装置においては、気化室３２において、水供給管３３より供給される水が水供給管３３の内部で蒸発することにより、水蒸気が気化室３２内に供給されるが、一方で、供給水中のシリカ等が水供給管３３の端部３９や内面側に析出する（不図示）という問題があった。

そして水供給管３３の端部３９や内面側への析出量が多くなると、水供給管３３の内径が実質的に小さくなり、水供給ポンプの能力を超える圧力損出が発生し、所定の水量が供給されなくなるおそれがある。さらには、析出物で水供給管３３が完全に詰まった場合も、所定の水量が供給されないおそれがある。

また、このような析出物による水量低下が起こると発電性能を劣化させるという問題を生じる。例えば、炭化水素系燃料を被改質ガスとして用いる場合、反応室において未反応の被改質ガスが発生し、この未反応の被改質ガスが燃料電池セルに達することで、炭素として析出するため、燃料電池セルに損傷を与える場合があり、その場合、燃料電池セルの発電性能の劣化に繋がるおそれが生じる。

それゆえ、本発明の目的は、水供給管より供給される水を確実に蒸発させて、出力を安定なものとすることが可能で、かつ、寿命を向上できる改質装置を具備した燃料電池を提供することにある。

本発明の燃料電池は、燃料電池セルを配列してなるセルスタックと、該セルスタックの上方に配置された改質装置とを備え、該改質装置は、水を気化する気化室と、該気化室の一端に接続され、前記気化室で発生した水蒸気と被改質ガスとで改質反応を行う反応室とを有する改質容器と、該改質容器の外部から前記気化室に水を供給するための水供給管と、前記改質容器の外部から被改質ガスを供給するためのガス供給管とを具備し、前記気化室の底面が、前記水供給管が接続された他端より前記反応室に向けて下方に傾斜する傾斜面を有しており、前記セルスタックと前記改質装置との間が、前記セルスタックの燃焼域とされているとともに、前記傾斜面が、前記燃焼域の端部に位置するように配置されていることを特徴とする。

このような構成を有する改質装置においては、被改質ガスの改質に必要とする量の水を確実に蒸発させることができ、時間的・量的に水蒸気量を制御できる。

すなわち、気化室の底面が反応室に向けて下方に傾斜する傾斜面とされていることから、水供給管より滴下した水が、加熱された改質容器の底面、すなわち気化室の底面を流れ下るため、水と気化室の底面との接触面積が大きくなる。言い換えれば、水の蒸発を行うための蒸発面積をより大きくすることができる。したがって、水供給管から気化室の底面に水を滴下させ、流れ下らせることにより、傾斜面を通じて水を短時間で蒸発させることで、より確実に水の蒸発を行うことができ、必要時に必要量の水蒸気を供給でき、燃料電池の発電量を精度よく制御できる。

したがって、水供給管中で水を蒸発させなくとも、より確実に短時間で水の蒸発を行うことができる。また、水供給管中で水を蒸発させないため、水供給管の内面側に析出物が付着することを防止でき、これにより水供給管の寿命を長くすることができる。

ここで、改質装置は改質反応を行うために加熱される。その際、改質装置の部位により放熱の割合が異なるため、改質装置に温度分布が生じることとなり、改質装置の端部側から中央部につれて温度が上昇することとなる。すなわち、端部側である気化部の水供給管挿入（接合）側（気化室の反応室と対向する他方側）から反応室につれて温度が高くなることとなる。

本構成においては、気化室の底面の傾斜面が、水供給管の挿入（接合）側（気化室の反応室と対向する他方側）より反応室に向けて下方に傾斜していることから、水供給管より滴下した水を、反応室側、すなわち温度が高い領域に水を流動させることができる。それゆえ、被改質ガスの改質に必要な量の水を、より短時間で確実に水の蒸発を行うことができ、燃料電池の出力を安定なものとすることができる。

また、本発明の構成においては、気化室の底面が、水供給管の挿入（接合）側（気化室の反応室と対向する他方側）より反応室に向けて下方に傾斜していることから、水供給管の挿入（接合）部の近傍より水を滴下すればよいこととなり、気化室内部に挿入（接合）する水供給管の長さを短くすることができる。

すなわち、改質容器の外部から、気化室に水を供給するための水供給管の長さを短くすることができることから、水供給管内で水が蒸発することをより抑制することができる。それにより、水中に含まれる不純物が水供給管の内面側に析出することを防止することが可能となり、水供給管の寿命を長くすることができる。

また、改質容器の外部から、気化室に水を供給するための水供給管の長さを短くすることができることから、改質装置のコストを低減することが可能となる。
また、傾斜面が、燃焼領域の端部に位置するように配置されていることから、水供給管に伝わる熱を小さくすることができ、水供給管で水が蒸発することや、水供給管の内面側において析出物が付着することを抑制することができる。

また、本発明の燃料電池は、前記ガス供給管の内部に前記水供給管が設けられていることが好ましい。

このような構成を有する本発明の燃料電池においては、水供給管中での水の蒸発をより
抑制することができるとともに、水供給管の交換が容易となる。

すなわち、ガス供給管の内部に水供給管が配置されることから、燃料ガスによる水供給管の冷却効果を有する。さらには、ガス供給管を流通する燃料ガスが熱遮断層となり、熱が水供給管に伝熱することを有効に防止することができる。

それゆえ、ガス供給管を流通する燃料ガスが、水供給管に対して、熱遮断効果及び冷却効果の両方を兼ね備えることとなることから、水供給管中での水の蒸発をより抑制することができるとともに、水供給管の内面側に水の不純物が析出することを防止することができ、水供給管の寿命を長くすることが可能となる。

さらに、このような構成を有する本発明の燃料電池においては、水供給管の交換が容易となる。

すなわち、水供給管とガス供給管がそれぞれ別個に設けられる場合においては、それぞれの管は、溶接等にて改質装置に接合されることとなる。したがって、例えば水供給管が、破損等の不具合を生じ交換を必要とする場合において、改質装置そのものを交換する必要が生じることとなり、交換に伴う費用が高くなる。

一方、ガス供給管の内部に水供給管が設けられている構造とすることにより、ガス供給管は改質装置に溶接等にて接合されるが、水供給管は、ガス供給管の内部に設けられているため、改質装置に溶接等にて接合する必要がなく、例えば、ガス供給管に固定することでよい。それにより、水供給管を改質装置に溶接にて接合する必要がなく、ガス供給管に固定することでよいことから、水供給管のみを改質装置から取り出すことが可能となる。

したがって、水供給管を交換する必要がある場合には、水供給管のみを交換することが可能となり、改質装置のメンテナンスが容易となるとともに、交換に伴う費用も安価なものとすることができる。

また、本発明の燃料電池は、前記水の流れる方向に直交する断面において、前記気化室の底面が中央部にむけて傾斜していることが好ましい。

それにより、気化室の底面に滴下された水は、温度が高い反応室側へ流れ下ることとなるため、被改質ガスの改質に必要とする量の水を確実に蒸発させることができる。

本発明の燃料電池は、燃料電池セルを配列してなるセルスタックと、該セルスタックの上方に配置された改質装置とを備え、該改質装置は、水を気化する気化室と、該気化室の一端に接続され、前記気化室で発生した水蒸気と被改質ガスとで改質反応を行う反応室とを有する改質容器と、該改質容器の外部から前記気化室に水を供給するための水供給管と、前記改質容器の外部から被改質ガスを供給するためのガス供給管とを具備し、前記気化室の底面が、前記水供給管が接続された他端より前記反応室に向けて下方に傾斜する傾斜面を有しており、前記セルスタックと前記改質装置との間が、前記セルスタックの燃焼域とされているとともに、前記傾斜面が、前記燃焼域の端部に位置するように配置されていることから、水供給管により供給される水をより確実に蒸発させることができる。

さらに、本発明の燃料電池は、上記のうちいずれかの改質装置を具備してなることから、出力を安定なものとすることが可能な燃料電池を提供することができる。あわせて、寿命を向上した燃料電池を提供することができる。

本発明の燃料電池を構成する改質装置を添付図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態にかかる改質装置１の一部断面図を示したものである。

改質装置１は、気化室２と反応室５とを有する改質容器８を具備し、改質容器８の外部から気化室２に水供給管３を挿入（接合）して構成される。

さらに詳細には、改質容器８は、気化室２および気化室２の一方側（図１では左側）に反応室５を有しており、気化室２および反応室５は、通気性のある壁７で分離されている。なお、反応室５には、水蒸気と被改質ガスを混合し、燃料ガスを得るための粒状物６が充填されている。本実施形態においては、水蒸気と被改質ガスとの混合・改質を行う場所を反応室と呼ぶものとし、反応室には、水蒸気と被改質ガスとの混合や改質反応を進めるための粒状物（例えば、水蒸気と被改質ガスの混合を補助するための粒状物や、改質触媒等）が配置されている。なお、本発明では、水蒸気と被改質ガスとの混合を行う混合室と、被改質ガスの改質を行う改質室とを別個に設けてもよい。

また、気化室２の反応室５と対向する他方側（図１では右側）には、改質容器８の外部から、円筒状の水供給管３およびガス供給管４が挿入されている。この水供給管３により水が、ガス供給管４により被改質ガスがそれぞれ供給される。なお、以降の図において、同じ構造のものについては、同符号を付与する。また、各図は、本発明を概念的に示すものであり、一部拡大等して記載している。

なお、図１においては、気化室２および反応室５は、左右に隣接して設けた場合を示しているが、例えば上下方向に隣接させてもよい。この場合において、水供給管３は、気化室２の反応室５と対向する他方側より、言い換えれば、壁７と対向する改質容器８の側面側より、反応室５に向けて挿入するのが好ましいが、改質装置１の形状や配置等により適宜調整することができる。

本実施形態の改質装置１では、従来の改質装置と同様、被改質ガスと水蒸気を気化室２に供給した後、反応室５にて、混合されたのち、改質触媒にて改質ガスを生成する。

ここで、改質触媒としては、それ自体、公知のものを使用することができ、例えばＮｉ触媒等の卑金属触媒や、Ｒｕ、Ｐｔなどの貴金属触媒を使用することができる。

そして、本発明においては気化室２の底面（すなわち気化室２を構成する改質容器８の底面の一部、以下同意）が水供給管３より供給された水が流れ下る傾斜面１０とされている。なお、図１においては、気化室２の底面における傾斜面１０を、気化室２の反応室５と対向する他方側９（すなわち水供給管３の挿入側、以下図１および図６において同意）より反応室５に向けて下方に傾斜している態様を示したものであり、傾斜面１０は、水供給管３の挿入側９よりなだらかなカーブを描いた形状（改質容器８の内面側がくぼんだ形状）の例を示している。また図１においては、傾斜面１０は、気化室２の反応室５と対向する他方側９より、気化室２の底面の途中部分まで傾斜しているが、例えば、気化室２を構成する改質容器８の底面全体を傾斜させてもよい。この場合には、より確実に水を蒸発させることができる。以下においても同様である。

ここで、本発明者らは水供給管３の内部で水が蒸発することにより、水中に含まれる不純物が水供給管３の内面側で析出することを防止すべく、水供給管３より気化室２内に水を滴下し、その水を蒸発させることにより、被改質ガスの改質に必要量の水蒸気を供給することを考案した。

しかしながら、ただ単に水供給管３より気化室２内に水を滴下させた場合には、滴下された水が残留し、水が十分に蒸発できない場合がある。また、残留した水がその後加熱されて蒸発することもあるが、その場合においては、被改質ガスを改質するのに必要な水の蒸発を、時間的・量的に正確にコントロールすることが非常に困難となり、ひいては燃料電池の発電量をコントロールすることが非常に困難となる。

そこで、さらに鋭意研究した結果、気化室２の底面を傾斜させることにより、上記の問題を解決できることを発明した。

すなわち、本発明においては、気化室２の底面が傾斜面１０とされていることから、水供給管３より滴下した水は、傾斜面１０を通じて流れ下ることとなる。それにより、水と気化室２の底面との接触面積を大きくすることができる。ここで、改質装置１は、改質反応を行うために加熱されているため、水が流れる面積が大きくなればなるほど、すなわち、水の蒸発を行うための蒸発面積をより大きくすることで、所定量の水を短時間で蒸発させることができることから、より確実に水の蒸発を行うことができ、必要時に必要量の水蒸気を供給することができる。

それにより、水供給管３中で水を蒸発させなくとも、被改質ガスを改質するのに必要な水を確実に蒸発することができることから、水供給管３の内面側に水の不純物等による析出物が付着することを防止することができ、水供給管３の寿命を長くすることができる。

ところで、上述したように、改質装置１は改質反応を行うために加熱されるが、その際、改質装置１の部位により放熱の割合が異なるため、改質装置１に温度分布が生じることとなり、改質装置１の端部側から中央部につれて温度が上昇することとなる。すなわち、本実施形態においては、端部側である気化部２の反応室５と対向する他方側９から反応室５につれて温度が高くなることとなる。これは改質装置１の下方が燃焼域とされている場合に顕著である。

ここで、本実施形態においては、傾斜面１０が、気化室２の反応室５と対向する他方側９よりなだらかなカーブを描いた形状となっていることから、水供給管３より滴下された水は、反応室５へ流れ下ることとなる。反応室５側は、温度が高い領域となっていることから、水が傾斜面１０を通じて反応室５へ流れ下るとともに、より水が蒸発しやすいこととなる。すなわち、本実施形態においては、水供給管３より水を滴下することで、より短時間で確実に水を蒸発することができる。したがって、被改質ガスの改質に必要とする量の水を確実に蒸発させることができることから、燃料電池の出力を安定なものとすることができる。

また本実施形態においては、傾斜面１０が、気化室２の反応室５と対向する他方側９より反応室に向けて下方に傾斜していることから、水供給管３の挿入（接合）部の近傍より水を滴下すればよいこととなる。すなわち、気化室２の内部に挿入（接合）する水供給管３の長さを非常に短いものとすることができる。

それゆえ、気化室２の内部に挿入（接合）する水供給管３の長さを非常に短くすることができることから、水供給管３の内部で水が蒸発することをより抑制することができ、水中に含まれる不純物が水供給管３の内面側で析出することをより有効に防止することが可能となり、水供給管３の寿命を長くすることができる。

さらには、気化室２の内部に挿入（接合）する水供給管３の長さを短くすることができることから、改質装置１のコストを低減することも可能となる。

それゆえ、傾斜面１０は、気化室２の反応室５と対向する他方側９より反応室５側に向けて下方に傾斜している態様とするのがより好ましい。

なお、傾斜面１０の開始・終端領域や傾きは、改質反応に必要な量の水を確実に蒸発させることができるよう、適宜設定すればよい。

また本実施形態においては、傾斜面１０の内面側および外面側をともに傾斜させた構造の例を示しているが、本発明においては水が流れ下ることができればよく、例えば内面側のみ傾斜させる構造としてもよい。以降においても同様である。

さらに本図面では傾斜面１０を判別できるよう、傾斜面１０以外の改質装置１の断面部分とは異なるハッチングで示しているが、部材としては同一の部材で構成されている。なお、傾斜面１０を異なる部材、例えば熱等に強い部材を用いて形成することも可能である。以降においても、特になだらかなカーブを描いた傾斜面については同様に示すものとする。

なお、図１においては、水供給管３は気化室２に挿入される形態を示したが、例えば、水供給管３の端部を改質容器８に接合した形態であってもよく、ガス供給管４についても同様である。以下、水供給管３が気化室２に挿入される形態にて説明する。

図２および図３は、本発明の燃料電池における改質装置の他の態様を示した一部断面図であり、図２においては、傾斜面１１の形状を、気化室２の反応室５と対向する他方側９（すなわち水供給管１２の挿入側９、以下図２および図３において同意）よりなだらかなカーブを描いた形状とした例を、図３においては、傾斜面１４の形状を、気化室２の反応室５と対向する他方側９より直線的に傾斜した形状とした例を示している。

また、図２および図３においては、ガス供給管１３はＬ字型の形状で形成され、その一部を改質装置１と水平となるように、改質装置１に接合されている。また、水供給管１２は、ガス供給管１３の外部から、改質装置１と水平となるガス供給管１３の内部を通じて、改質装置１内部へ挿入されている。さらに、水供給管１２はガス供給管１３の垂直部分に、蓋状の部材１６により着脱可能に固定されている。

ここで、本実施形態において、改質装置１は、気化室２にガス供給管１３が挿入されており、ガス供給管１３の内部に水供給管１２が設けられた形状、すなわちガス供給管１３と水供給管１２とを二重管構造とした形状を示している。

なお、水供給管１２とガス供給管１３を二重管構造とした場合において、気化室２には、ガス供給管１３から被改質ガスを供給する必要があるため、本実施態様においては、水供給管１２の外径は、ガス供給管１３の内径よりも小さいものとする必要がある。

ここで、ガス供給管１３の内部を通じて気化室２の内部に供給される燃料ガスは低温であることが好ましい。このような構成により、燃料ガスは、ガス供給管１３の内部に設けられた水供給管１２に対して、冷却効果を有する。さらには、改質装置１から伝わる熱や、改質装置１を加熱するための熱についても、水供給管１２の外部を燃料ガス流通するため、燃料ガスが熱遮断層の役割を果たす。

したがって、ガス供給管１３を流通する燃料ガスが、水供給管１２に対して、熱遮断効果および冷却効果の両方を兼ね備えることなる。それにより、水供給管１２中の水の温度上昇を抑制することができ、水の蒸発をより抑制することができることから、水供給管１２内面側での水の不純物の析出を防止することができ、水供給管１２の寿命を長くすることができる。

さらに、ガス供給管１３は、改質装置１に溶接等により接合されるのに対し、水供給管１２は、図２および図３からも明確なように、改質装置１に対し溶接等により接合する必要はない。すなわち、水供給管１２は、ガス供給管１３に固定されていればよい。それにより、水供給管１２のみを、改質装置１より取り出すことが可能となる。

燃料電池の改質装置においては、水供給管に破損等の不具合が生じること、改質触媒等が劣化すること等により、交換を余儀なくされる場合がある。ここで、水供給管を交換する場合に、水供給管のみを交換することが可能となれば、改質装置のメンテナンスが容易となるとともに、交換に伴う費用も安価なものとすることができる。

すなわち、水供給管とガス供給管がそれぞれ別個に設けられる場合においては、それぞれの管は、改質装置に溶接等にて接合されることとなる。したがって、例えば水供給管が、破損等の不具合が生じ、交換を必要とする場合において、改質装置そのものを交換する必要が生じることとなり、交換に伴う費用が高くなる。

一方、水供給管をガス供給管の内部に設けられている構造とすることにより、ガス供給管は改質装置に溶接等にて接合されるが、水供給管は、ガス供給管の内部に設けられているため、改質装置に溶接等にて接合する必要がなく、例えば、ガス供給管に固定することでよい。それにより、水供給管を改質装置に溶接にて接合する必要がなく、ガス供給管に固定することでよいことから、水供給管のみを改質装置から取り出すことが可能となる。

したがって、水供給管を交換する必要がある場合には、水供給管のみを交換することが可能となり、改質装置のメンテナンスが容易となるとともに、交換に伴う費用も安価なものとすることができる。

本実施形態においては、ガス供給管１３の内側に水供給管１２が設けられた二重管構造とし、さらに水供給管１２の外径を、ガス供給管１３の内径よりも小さいものとすることから、水供給管１２をガス供給管１３より引き抜くことができる。ここで図２および図３に示した改質装置１において、水供給管１２を引き抜くにあたっては、蓋状の部材１６をはずして、水供給管１２とガス供給管１３の固定をはずし、引き抜くことが可能である。すなわち、水供給管１２のみを、改質装置１より取り出すことが可能となる。したがって、水供給管１２を交換する必要がある場合には、水供給管１２のみを交換することが可能となり、改質装置のメンテナンスが容易となるとともに、水供給管３の交換に伴う費用も安価なものとすることができ、非常に有益なものとなる。

図４は、本発明の燃料電池における改質装置の他の態様を示した一部断面図であり、図４においては、ガス供給管１８の内部に水供給管１７が設けられた形状、すなわちガス供給管１８と水供給管１７とを二重管構造とした形状を示している。

さらに、図４においては、水供給管１７を流れる水が、水供給管１７の端部より気化室２内に水が流れ落ちるように傾斜して挿入されている。

ここで、水供給管１７を流れる水が、水供給管１７の端部より気化室２内に水が流れ落ちるように傾斜して挿入されていることから、水供給管１７を通じて供給される水が、水供給管１７の内部にとどまることが抑制され、水供給管１７より確実に水を滴下することができる。それにより、水供給管１７中での水の蒸発をより抑制することができ、水供給管１７の内面側での水の不純物の析出を防止することができる。

したがって、水供給管１７が不純物の析出により閉塞するといったことが有効に防止され、水供給管１７の寿命を長くすることができるとともに、それにより被改質ガスの改質に必要とする量の水を確実に供給することができる。

図５は、収納容器内に、セルスタック２０と、セルスタック２０から所定間隔をおいて配設された改質装置１と、セルスタック２０に酸素含有ガスを供給するための供給管２２と、を具備する燃料電池１９を示したものであり、特には改質装置１を、セルスタック２０の上方に、言い換えれば燃焼域２１の上方に配置した場合を示している。

なお、改質装置１を、セルスタック２０の上方に配置した場合には、セルスタック２０の燃焼熱を有効に利用して、改質反応を進めることができる。なお、本発明の改質装置１の内部が明確となるよう、改質装置１の一部を断面図にて示している。

図５において明示したように、本実施形態において、セルスタック２０の燃焼域２１により発生する熱は、改質容器８の底面を暖める。ここで、改質装置１の配置を調整して、気化室２の底面である傾斜面１４を、セルスタック２０の燃焼域２１の端側に配置した場合、水供給管１２に伝わる熱を小さくすることができるため、それにより水供給管１２中で水が蒸発することや、水供給管１２の内面側において析出物が付着すること等を抑制することができる。一方で、水供給管１２より供給された水は、気化室２の傾斜面１４を通じて、温度が高い領域である反応室５側へ流れ下ることとなり、水の蒸発をより確実に行うことができる。

したがって、本発明の燃料電池１９は、改質装置１を具備してなることから、被改質ガスの改質に必要な水蒸気を、必要時に必要量だけ供給することができることから、被改質ガスの改質を安定に行うことができ、燃料電池セルに安定して改質ガスが供給される。従って、燃料電池セルの出力を安定にすることができ、燃料電池システムの寿命を向上することができる。

また、本発明の燃料電池における改質装置１において、一定量の水が供給されることから、炭素が析出することが抑制され、燃料電池セルが損傷を生じることも抑制され、燃料電池１９の寿命を向上することができる。

なお、図５においては、改質装置１をセルスタックの上方に配置した場合を示しているが、セルスタックから所定間隔を置いて配置されていればよく、例えばセルスタックの側面側に配置してもよい。その場合においては、燃焼させないタイプの燃料電池でも、セルスタックの輻射熱を有効に利用することができる。

例えば、燃料電池セルの側面側に改質装置１を縦向きに配置した場合においては、例えば、水供給管１２を改質容器８の上面側より挿入するとともに、壁７と対向する改質容器８の側面側に傾斜面１４を設けることも可能である。

また、本発明の燃料電池は、改質装置１を具備することから、燃料電池のメンテナンスを容易に行うことができる。

なお、上述した実施形態においては、水供給管１２およびガス供給管１３を円筒状として説明したが、円筒状以外にも、例えば断面が四角形状の筒形状とすることもできる。

また、本発明において、例えば水供給管１２の内径を、気化室２の先端部に向けて漸次大きくしてもよく、また同一の大きさとしてもよい。なお、その際水供給管１２がガス供給管１３より引き抜くことができるよう、水供給管１２の外径を、ガス供給管１３の内径よりも小さいものとするのが好ましい。

図６は、本発明の他の実施形態を示すものであり、この改質装置１では、傾斜面２３を気化室２の底面における反応室５側より、気化室２の反応室５と対向する他方側９に向けて直線的に下方に傾斜した場合を示している。

本実施形態においては、気化室２の底面が傾斜面２３を有することから、水供給管３より傾斜面２３を通じて流れ下るように水を滴下することで、水と気化室２を構成する改質容器８の底面との接触面積が大きくなる。すなわち、水の蒸発を行うための蒸発面積をより大きくすることができ、水を短時間で蒸発させることができ、これにより確実に水の蒸発を行うことができる。

この場合においては、気化室２内に挿入する水供給管３の先端を、傾斜の開始する領域に達する部分まで挿入すればよいこととなる。したがって、本実施形態においては、傾斜面２３の開始領域を、水供給管３の挿入側９に近づければ近づけるほど、気化室２内に挿入する水供給管３の長さを短くすることができる。

したがって、気化室２内に挿入する水供給管３の長さを短くすることができることから、水供給管３の内面側に水の不純物等による析出物が付着することを防止することができ、水供給管３の寿命を長くすることができる。

図７は、図１における改質装置１のＡ−Ａ’断面図であり、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はその一例を示したものである。なお図７においては、本発明の改質装置１のうち、Ａ−Ａ’断面部のみを図示しており、図１で示した改質装置１が水平に設けられた場合を想定している。

本実施形態においては、気化室２を構成する改質容器８の底面の中央部が最下部となる形状の一例を示している。

例えば、（ａ）は、両方の側面２５より幅方向中央部２４にかけて直線的に傾斜した形状を、（ｂ）は改質容器８’の底面が半円状となっている形状を、（ｃ）は、両方の側面２５’’より幅方向中央部２４’’にかけて円弧状に傾斜した形状をそれぞれ示している。なお、本実施形態についての以下の説明は（ａ）を用いて行う。

本実施形態においては、気化室２を構成する改質容器８の底面の幅方向中央部２４が最下部となる形状であり、言い換えれば、気化室２を断面視（Ａ−Ａ’）した場合に、気化室２を構成する改質容器８の底面がＶ字型形状となる。

この場合において、例えば気化室２の底面の最下部となる領域を大きくする等により、蒸発面積を大きくすることができるため、被改質ガスの改質に必要とする量の水を確実に蒸発させることができる。

さらに、気化室２の底面に滴下された水は、幅方向中央部２４を通じて反応室５側、すなわち温度が高い領域へ流れ下ることとなるため、被改質ガスの改質に必要とする量の水を確実に蒸発させることができる。

なお、本実施形態においては、このような形状を有する改質装置の断面図の例を３つ示したが、本実施形態はこれらに限られるものではなく、気化室２を構成する改質容器８の底面の中央部が最下部となる形状であれば、特に制限はない。

また、上記形態では、水供給管およびガス供給管は、気化室に挿入される形態を示したが、本発明においては、水供給管より滴下される水やガス供給管より供給されるガスが、気化室内部に確実に供給されるよう形成されればよく、例えば、水供給管およびガス供給管は、図１乃至図３に示したように、それらの端部が改質容器に接合されている形態であってもよく、また図４に示したように、それらの端部が改質容器内（気化室内）に挿入されている形態であってもよい。それゆえ、本発明において挿入とは、これらいずれの形態をも含むものとする。

本発明の燃料電池を構成する改質装置の一例を示した一部断面図である。 本発明の燃料電池を構成する改質装置の他の実施形態を示す一部断面図である。 本発明の燃料電池を構成する改質装置のさらに他の実施形態を示す一部断面図である。 本発明の燃料電池を構成する改質装置のさらに他の実施形態を示す一部断面図である。 本発明の燃料電池の一例を示したものである。 本発明の燃料電池を構成する改質装置のさらに他の実施形態を示す一部断面図である。 図１におけるＡ−Ａ’断面の実施形態を示す断面図である。 従来の改質装置の一例を示す一部断面図である。

符号の説明

１：改質装置
２：気化室
３：水供給管
４：ガス供給管
５：反応室
８：改質容器
１０：傾斜面
１９：燃料電池
２０：セルスタック

Claims (3)

1. 燃料電池セルを配列してなるセルスタックと、該セルスタックの上方に配置された改質装置とを備え、
   該改質装置は、水を気化する気化室と、該気化室の一端に接続され、前記気化室で発生した水蒸気と被改質ガスとで改質反応を行う反応室とを有する改質容器と、該改質容器の外部から前記気化室に水を供給するための水供給管と、前記改質容器の外部から被改質ガスを供給するためのガス供給管とを具備し、前記気化室の底面が、前記水供給管が接続された他端より前記反応室に向けて下方に傾斜する傾斜面を有しており、
   前記セルスタックと前記改質装置との間が、前記セルスタックの燃焼域とされているとともに、
   前記傾斜面が、前記燃焼域の端部に位置するように配置されていることを特徴とする燃料電池。
2. 前記ガス供給管の内部に前記水供給管が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記水の流れる方向に直交する断面において、前記気化室の底面が中央部にむけて傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。

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