JP7367736B2

JP7367736B2 - 燃料電池モジュール

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Publication number: JP7367736B2
Application number: JP2021118225A
Authority: JP
Inventors: 康弘長田; 卓史小代; 厚早坂; 玲於奈稲垣
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2023-10-24
Anticipated expiration: 2041-07-16
Also published as: JP2022087798A

Description

本開示は、燃料電池モジュールに関する。

従来、燃料電池の積層体（すなわち、セルスタック）を含む燃料電池の内部に起動用バーナが配置された燃料電池モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、起動用バーナがセルスタック近傍に配置されることで、コンパクトな構成で、起動用バーナからの輻射および熱伝導によって燃料電池を効率よく加熱することができる旨が記載されている。

特開２０１９－２２０３６９号公報

上述の従来技術では、燃料電池の内部のうち、セルスタックの酸化剤ガスの入口近傍に起動用バーナが配置され、当該起動用バーナで生成された直後の高温の燃焼ガスがセルスタックの内部（具体的には、酸化剤ガスの流路）に供給される構造になっている。このような構造では、セルスタックの内部が非常に高温な燃焼ガスによって加熱される一方、セルスタックの外部（すなわち、外表面側）は起動用バーナによってセルスタックの酸化剤ガスの入口近傍のみが加熱される。このため、従来技術では、セルスタックの内部と外部との温度分布が拡大してしまう構造になっている。セルスタックの内部と外部との温度分布が拡大すると、セルスタックに生ずる熱応力によってセルスタックが損傷してしまう虞があるので好ましくない。

本開示は、セルスタックの内部と外部との温度分布の拡大を抑制しつつ、セルスタックを加熱可能な燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、
燃料電池モジュールであって、
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池セル（Ｃ）が複数積層されたセルスタック（ＣＳ）と、
セルスタックに供給される前の酸化剤ガスが流れるスタック温調器（２３）と、
セルスタックを暖機するための燃焼ガスを生成する暖機用バーナ（６５）と、を備え、
暖機用バーナは、セルスタックが収容される収容空間（ＢＳ）の外部に配置され、
スタック温調器は、セルスタックと熱交換可能なようにセルスタックと所定間隔をあけて対向して配置されるとともに、スタック温調器を流れる酸化剤ガスと暖機用バーナで生成された燃焼ガスとが熱交換可能なように暖機用バーナで生成された燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路（６７）に隣接して設けられており、
スタック温調器は、燃焼ガス流路に隣接する第１温調器（２４）と、第１温調器を通過した酸化剤ガスが流入する第２温調器（２５）と、第１温調器と第２温調器とを接続する接続流路（２６）と、を有し、
第１温調器は、燃焼ガス流路とセルスタックとの間に配置され、
第２温調器は、セルスタックを挟んで第１温調器の反対側に配置されており、
暖機用バーナは、可燃ガスを燃焼させることで燃焼ガスを生成し、暖機用バーナで生成された燃焼ガスが燃焼ガス流路に供給され、燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスが収容空間に導入される。

このように、暖機用バーナがセルスタックの収容空間の外部に配置されていれば、セルスタックの収容空間の内部に暖機用バーナが配置される場合に比べて、暖機用バーナの熱がセルスタックに直接的に伝わることが抑制される。また、スタック温調器がセルスタックと対向して配置されるとともに、燃焼ガス流路に隣接して設けられている。
これによると、燃料電池セルの起動時や低温時に、スタック温調器からの輻射伝熱によってセルスタックの外部を加熱しつつ、スタック温調器で昇温した酸化剤ガスをセルスタックに導入することによってセルスタックの内部を加熱することができる。特に、スタック温調器が所定間隔をあけてセルスタックと対向して配置されていることで、高温の暖機用バーナがセルスタックに近接して配置される場合に比べて、セルスタックの外部が局所的に過度に熱されることを抑制できる。加えて、スタック温調器で昇温した酸化剤ガスをセルスタックの内部に導入することで、高温の燃焼ガスがセルスタックに導入される場合に比べて、セルスタックの内部が過度に熱されることを抑制できる。

したがって、本開示の燃料電池モジュールによれば、セルスタックの内部と外部との温度分布の拡大を抑制しつつ、セルスタックを加熱することができる。この結果、セルスタックの信頼性を確保しつつ、燃料電池セルの起動性の向上を図ることができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態に係る燃料電池モジュールを含む燃料電池システムの概略構成図である。燃料電池セルの内部での電気化学反応を説明するための説明図である。第１実施形態のセルスタックの模式的な斜視図である。電池収容器内でのセルスタックの配置形態を示す模式的な縦断面図である。電池収容器内でのセルスタックの配置形態を示す模式的な横断面図である。燃料電池システムの電子制御部を示すブロック図である。燃料電池システムの電子制御部が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。燃料電池モジュールにおける初期暖機処理時の状態を説明するための説明図である。燃料電池モジュールにおける暖機促進処理時の状態を説明するための説明図である。燃料電池モジュールにおける発電処理時の状態を説明するための説明図である。発電時におけるセルスタックの温度調整を説明するための説明図である。第２実施形態に係る燃料電池モジュールの一部を示す模式的な縦断面図である。第３実施形態に係る燃料電池モジュールの一部を示す模式的な縦断面図である。第４実施形態に係る燃料電池モジュールの一部を示す模式的な縦断面図である。第５実施形態に係る燃料電池モジュールの一部を示す模式的な縦断面図である。第６実施形態に係る燃料電池モジュールを含む燃料電池システムの概略構成図である。第６実施形態に係る燃料電池モジュールの一部を示す模式的な縦断面図である。第７実施形態に係る燃料電池モジュールを含む燃料電池システムの概略構成図である。第７実施形態に係る燃料電池モジュールの一部を示す模式的な縦断面図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。

（第１実施形態）
本実施形態について、図１～図１１を参照して説明する。本実施形態では、図１に示すように、本開示の燃料電池モジュール１を固体酸化物型の燃料電池１０を備える燃料電池システムに適用した例について説明する。

燃料電池モジュール１は、燃料処理系統および電池系統を含み、これらを断熱材で覆うことで高温に保持するホットモジュールである。燃料電池モジュール１は、固体酸化物型の燃料電池１０、空気予熱器２２、水蒸発器４２、改質器３３、オフガス燃焼器６３、容器７０を含んでいる。

固体酸化物型の燃料電池１０は、一般的にＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell の略）とも呼ばれ、作動温度が高温（例えば、５００℃～１０００℃）となるものである。燃料電池１０は、燃料ガスおよび酸化剤ガス（本例では空気中の酸素）の電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池セルＣを複数有している。以下、燃料電池セルＣを単にセルＣと呼ぶ。

図２に示すように、セルＣは、電解質体ＥＬ、空気極（すなわち、カソード）ＣＡ、燃料極（すなわち、アノード）ＡＮ、空気流路や燃料流路を形成する図示しないセパレータを含んで構成されている。セルＣは、水素および一酸化炭素を燃料ガスとしている。この燃料ガスは、改質用原料である都市ガス（すなわち、メタンを主成分とするガス）を改質して生成される。なお、使用する改質用原料は、都市ガス以外の炭化水素系のガスやアンモニア等のように改質により水素を生成するガスが採用されていてもよい。なお、改質原料は、炭化水素系のガスやアンモニアに水素を混合した混合ガスであってもよい。

セルＣは、以下の反応式Ｆ１、Ｆ２に示す水素および酸素の電気化学反応により外部回路ＥＣに対して電気エネルギを出力する。

（燃料極）２Ｈ_２＋２Ｏ^２－→２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ^－ …（Ｆ１）

（空気極）Ｏ_２＋４ｅ^－→２Ｏ^２－ …（Ｆ２）
また、セルＣは、以下の反応式Ｆ３、Ｆ４に示す一酸化炭素および酸素の電気化学反応により外部回路ＥＣに対して電気エネルギを出力する。

（燃料極）２ＣＯ＋２Ｏ^２－→２ＣＯ_２＋４ｅ^－ …（Ｆ３）

（空気極）Ｏ_２＋４ｅ^－→２Ｏ^２－ …（Ｆ４）
燃料電池１０は、所定数のセルＣを積層して構成されるセルスタックＣＳを複数備える。図３に示すように、セルスタックＣＳは、平板型のセルＣが所定の積層方向ＤＲｓｔに積層されている。セルスタックＣＳを構成する所定数のセルＣは、電気的に直列に接続されている。セルスタックＣＳは、所定数のセルＣを一列に積層した積層体である。セルスタックＣＳはホルダケースＨＣによって保持されている。ホルダケースＨＣは、セルスタックＣＳを収容するケースである。

セルスタックＣＳには、セルＣの積層方向ＤＲｓｔの端部に位置する積層端面ＥＦの一方に燃料ガスの導入口ＩＰＨ、酸化剤ガスの導入口ＩＰＯ、燃料ガスの導出口ＯＰＨ、酸化剤ガスの導出口ＯＰＯが形成されている。本実施形態では導入口ＩＰＨ、導入口ＩＰＯが燃料ガスおよび酸化剤ガスの取合口に対応している。

このように構成される燃料電池１０は、空気予熱器２２、改質器３３、水蒸発器４２、オフガス燃焼器６３等とともに断熱性を有する容器７０の内側に配置されている。容器７０の内側における燃料電池１０の配置形態については後述する。

図１に戻り、燃料電池１０には、空気の流通経路である空気経路２０が接続されている。空気経路２０は配管等によって構成される。空気経路２０には、燃料電池１０に空気を圧送する圧送ブロワ２１、燃料電池１０に供給する空気を加熱する空気予熱器２２、スタック温調器２３が設けられている。

圧送ブロワ２１は、大気中の空気を吸い込んで燃料電池１０に供給する酸化剤ポンプである。圧送ブロワ２１は、後述の電子制御部１００からの制御信号によって作動が制御される電動式のブロワで構成されている。

空気予熱器２２は、燃料電池１０の発電時に、圧送ブロワ２１から圧送された空気をオフガス燃焼器６３で生成された燃焼ガスと熱交換させて加熱する熱交換器である。空気予熱器２２は、燃料電池１０に供給する空気と燃料ガスとの温度差を縮小して、燃料電池１０の発電効率の向上を図るために設けられている。

スタック温調器２３は、空気予熱器２２を通過した空気が流れるように、空気予熱器２２と燃料電池１０との間に接続されている。これにより、スタック温調器２３は、セルスタックＣＳに供給される前の酸化剤ガスが流れる。

スタック温調器２３は、燃料電池１０のセルスタックＣＳと熱交換可能なようにセルスタックＣＳと所定間隔をあけて対向して配置されている。スタック温調器２３およびセルスタックＣＳは、燃料電池１０の起動時にスタック温調器２３の熱がセルスタックＣＳ側に伝わる。また、スタック温調器２３およびセルスタックＣＳは、燃料電池１０の発電時にセルスタックＣＳの熱がスタック温調器２３側に伝わる。

スタック温調器２３は、燃料電池１０の起動時に、スタック温調器２３を流れる酸化剤ガスと後述の暖機用バーナ６５で生成される燃焼ガスとが熱交換可能なように暖機用バーナ６５で生成された燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路６７に隣接して設けられている。

具体的には、スタック温調器２３は、燃焼ガス流路６７に隣接する第１温調器２４と、第１温調器２４を通過した酸化剤ガスが流入する第２温調器２５と、第１温調器２４と第２温調器２５とを接続する接続流路２６と、を有する。第１温調器２４、第２温調器２５、および接続流路２６は、後述する電池収容器７１と一体に構成されている。

第１温調器２４は、空気予熱器２２を通過した空気が流れ込む第１温調流路２４０を有する。第１温調器２４は、燃焼ガス流路６７と燃料電池１０のセルスタックＣＳとの間に配置されている。第１温調器２４は、燃料電池１０の起動時に燃焼ガス流路６７を流れる燃焼ガスから受熱して、第１温調流路２４０を流れる空気とともに加熱される。燃料電池１０の起動時には、第１温調器２４の熱がセルスタックＣＳに放熱される。また、第１温調器２４は、燃料電池１０の発電時に、発電に伴う自己発熱により昇温したセルスタックＣＳから吸熱してセルスタックＣＳの温度を調整する。

第２温調器２５は、接続流路２６を介して第１温調器２４を通過した空気が流れ込む第２温調流路２５０を有する。第２温調器２５は、燃料電池１０のセルスタックＣＳを挟んで第１温調器２４の反対側に配置されている。第２温調器２５は、燃料電池１０の起動時に第１温調器２４で昇温した空気が流れる。燃料電池１０の起動時には、第２温調器２５の熱がセルスタックＣＳに放熱される。また、第２温調器２５は、燃料電池１０の発電時に、発電に伴う自己発熱により昇温したセルスタックＣＳから吸熱してセルスタックＣＳの温度を調整する。

また、燃料電池１０は、改質用原料や燃料ガスの流通経路である燃料経路３０が接続されている。燃料経路３０は配管等によって構成される。燃料経路３０には、上流側から順に、燃料ポンプ３１、脱硫器３２、改質器３３が設けられている。

燃料ポンプ３１は、燃料電池１０側に向けて改質用原料を供給するためのポンプである。燃料ポンプ３１は、後述の電子制御部１００からの制御信号によって作動が制御される電動ポンプで構成されている。

脱硫器３２は、燃料ポンプ３１から供給される改質用原料に含まれる硫黄成分を除去するための装置である。なお、都市ガスには、付臭剤（具体的には硫黄成分）が含まれている。硫黄成分は触媒被毒物質であるため改質器３３よりも上流で除去する必要がある。

改質器３３は、燃料ポンプ３１から供給された改質用原料を、水蒸気を用いて改質して燃料ガスを生成するものである。改質器３３は、例えば、ロジウムやルテニウム等の貴金属を含む水蒸気改質触媒を含んで構成されている。

具体的には、改質器３３は、改質用原料および水蒸気を混合した混合ガスを燃焼ガスと熱交換させて加熱するとともに、以下の反応式Ｆ５に示す改質反応、および反応式Ｆ６に示すシフト反応により燃料ガス（水素、一酸化炭素）を生成する。

ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２ …（Ｆ５）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２ …（Ｆ６）
ここで、改質器３３における水蒸気改質は吸熱反応であり、高温となる条件下にて改質率が向上する特性を有している。このため、改質器３３は、燃料電池１０の発電時に、セルスタックＣＳから周囲に放出される輻射熱を吸熱できるように、燃料電池１０の周囲に配設されていることが望ましい。

燃料経路３０には、燃料ポンプ３１と改質器３３との間に水供給経路４０が接続されている。水供給経路４０には、水ポンプ４１および水蒸発器４２が設けられている。水ポンプ４１は、水蒸発器４２に水を供給するポンプである。水ポンプ４１は、後述の電子制御部１００からの制御信号によって作動が制御される電動ポンプで構成されている。水蒸発器４２は、水ポンプ４１からの水を水蒸気（すなわち、気体）にする蒸発機能を有する。

また、燃料電池１０には、燃料電池１０から排出するオフガスが流れるオフガス経路６０が接続されている。具体的には、燃料電池１０には、燃料電池１０から排出される酸化剤オフガスが流れる空気排出経路６１が接続されるとともに、燃料電池１０から排出される燃料オフガスが流れる燃料排出経路６２が接続されている。

オフガス経路６０には、オフガス燃焼器６３が接続されている。オフガス燃焼器６３は、燃料オフガス等を燃焼させることで改質器３３等を昇温させる燃焼ガスを生成するものである。オフガス燃焼器６３は、例えば、燃料電池１０の発電時に、酸化剤オフガスおよび燃料オフガスを混合した混合ガスを可燃ガスとして燃焼させることで、燃料電池システムの各機器を昇温させるための燃焼ガスを生成する。オフガス燃焼器６３は、燃料オフガスを燃焼させるためのオフガスバーナ６３１を有している。オフガス燃焼器６３では、オフガスバーナ６３１の点火によって、燃料オフガスの燃焼が開始されて燃焼ガスが生成される。

オフガス燃焼器６３には、高温の燃焼ガスを流通させる図示しない外部排気経路が接続されている。図示しないが、外部排気経路は、内部を流れる燃焼ガスの熱を有効活用すべく、改質器３３、空気予熱器２２、水蒸発器４２等に熱的に接続されている。なお、燃焼ガスの熱を伝える順序は、各機器にて必要とされる熱量等に応じて変更してもよい。

図示しないが、オフガス経路６０のうち、燃料排出経路６２には、燃料電池１０を通過した燃料ガスを燃料電池１０の上流に戻すための循環経路が接続されている。これにより、燃料電池１０の起動時に燃料電池１０を通過した燃料ガスは、循環経路を介して燃料電池１０の上流に戻される。

ここで、燃料電池モジュール１には、燃料電池１０の起動時にセルスタックＣＳを暖機するための燃焼ガスを生成する暖機用バーナ６５が設けられている。暖機用バーナ６５は、燃料経路３０を流れる改質用原料の一部および圧送ブロワ２１とは別に設けられた起動用ブロワ６６から送風される空気の混合ガスを可燃ガスとして燃焼させる。可燃ガスの燃焼により生成される高温の燃焼ガスは燃焼ガス流路６７に供給される。この燃焼ガス流路６７は、起動用ブロワ６６から送風される空気の送風空気流路６８に接続されている。これにより、燃焼ガス流路６７は、可燃ガスだけでなく、起動用ブロワ６６から送風される空気の一部が導入される。

燃料電池１０、空気予熱器２２、改質器３３、水蒸発器４２、オフガス燃焼器６３、暖機用バーナ６５は、断熱性を有する容器７０の内側に配置されている。容器７０は、燃料電池モジュール１の外殻を形成する。図示しないが、空気予熱器２２、改質器３３、および水蒸発器４２は、オフガス燃焼器６３および暖機用バーナ６５の熱を受けられるように、容器７０の内側においてオフガス燃焼器６３の周囲に配置されている。なお、燃料電池１０は、オフガス燃焼器６３の熱を直接受けないように、空気予熱器２２、改質器３３、水蒸発器４２、オフガス燃焼器６３等が収容される空間に対して断熱された別の空間に配置されている。

容器７０は、図４および図５に示すように、燃料電池１０を収容する電池収容器７１を有する。電池収容器７１は、二重筒構造になっており、内側にドーナツ状の空間が形成されている。この空間は、セルスタックＣＳが収容される収容空間ＢＳを構成している。電池収容器７１は、電池収容器７１の軸心ＣＬが、重力の作用する方向（すなわち、鉛直方向）に沿って延びる姿勢で配置されている。

本実施形態では、電池収容器７１の軸心ＣＬに沿って延びる方向を軸方向ＤＲａ、電池収容器７１の軸心ＣＬを通るとともに軸方向ＤＲａに直交する方向を径方向ＤＲｒ、電池収容器７１の軸心ＣＬを中心とする円に沿う方向を周方向ＤＲｃとする。

電池収容器７１の内側の収容空間ＢＳには、複数のセルスタックＣＳが電池収容器７１の軸心ＣＬを中心に放射状に配置されている。換言すれば、複数のセルスタックＣＳは、収容空間ＢＳにおいて、周方向ＤＲｃに等間隔あけて配置されている。なお、複数のセルスタックＣＳにおける周方向ＤＲｃの間隔は、一致している必要はなく、一部が異なっていてもよい。

複数のセルスタックＣＳのうち周方向ＤＲｃにおいて互いに隣り合うセルスタックＣＳは、積層端面ＥＦが互いに対向する姿勢で配置されている。換言すれば、周方向ＤＲｃに隣り合うセルスタックＣＳの積層端面ＥＦは、所定の間隔をあけて周方向ＤＲｃに対向している。また、複数のセルスタックＣＳは、積層方向ＤＲｓｔに沿って延びる側面の一部が内側面ＩＳとして電池収容器７１の内側に対向し、他の側面の一部が外側面ＯＳとして電池収容器７１の外側に対向している。セルスタックＣＳの内側面ＩＳは、容器７０の内側に複数のセルスタックＣＳを放射状に配置したときのセルスタックＣＳの内側部分を構成する。また、セルスタックＣＳの外側面ＯＳは、容器７０の内側に複数のセルスタックＣＳを放射状に配置したときのセルスタックＣＳの外側部分を構成する。

図４に示すように、本実施形態の電池収容器７１は、内筒７２、内筒７２の外側に位置する外筒７３、外筒７３の上部を覆う上蓋７４、内筒７２の底部および外筒７３の底部同士を繋ぐベースプレート７５を含んで構成されている。

内筒７２は、電池収容器７１のうち、複数のセルスタックＣＳよりも内側に位置付けられている。内筒７２は、一部が上蓋７４の上方に突き出ている。外筒７３は、電池収容器７１のうち、複数のセルスタックＣＳよりも外側に位置付けられている。そして、内筒７２、外筒７３、上蓋７４、ベースプレート７５によって収容空間ＢＳが区画形成されている。内筒７２および外筒７３は、それぞれ円筒状に構成されている。内筒７２および外筒７３は、それぞれの中心軸が同軸となるように配置されている。

内筒７２は、前述のスタック温調器２３の第１温調器２４を構成している。内筒７２は、セルスタックＣＳと熱交換可能なように、セルスタックＣＳと所定間隔をあけて対向して配置されている。内筒７２は、燃料電池１０の発電時にセルスタックＣＳの輻射熱を受けるように、所定の間隔があけられた状態でセルスタックＣＳの内側面ＩＳに対向している。内筒７２は、セルスタックＣＳの内側面ＩＳの全体を覆うことが可能なように、軸方向ＤＲａの寸法がセルスタックＣＳの軸方向ＤＲａの寸法よりも大きくなっている。

また、内筒７２は、流体を通過させることが可能なように第１内壁７２１と第１外壁７２２とを有する二重壁構造になっている。第１内壁７２１および第１外壁７２２は、それぞれ円筒状の筒状体で構成されている。第１内壁７２１および第１外壁７２２は、それぞれの中心軸が同軸となるように配置されている。第１内壁７２１と第１外壁７２２との間には、スペーサやダボ等の間隔規定部が設けられ、当該間隔規定部によって略一定の隙間が形成されている。第１内壁７２１と第１外壁７２２との間に形成される隙間流路には、セルスタックＣＳの内側面ＩＳと熱交換する空気が導入される。本実施形態では、内筒７２に形成される隙間流路が第１温調流路２４０を構成している。以下では、内筒７２に形成される隙間流路を第１温調流路２４０と呼ぶ。

第１内壁７２１の内側には、軸方向ＤＲａの一方側に暖機用バーナ６５が配置されるとともに、暖機用バーナ６５に対して軸方向ＤＲａの他方側に燃焼ガス流路６７が形成されている。すなわち、第１温調器２４としての内筒７２は、燃焼ガスと酸化剤ガスとを熱交換可能なように燃焼ガス流路６７に隣接して設けられている。内筒７２は、燃焼ガス流路６７とセルスタックＣＳとの間に配置されている。

内筒７２には、燃焼ガス流路６７を流れる燃焼ガスをセルスタックＣＳの収容空間ＢＳに導くためのガス導入孔７２３が形成されている。このガス導入孔７２３を介して、燃焼ガス流路６７を流れる燃焼ガスが収容空間ＢＳに導入される。

ガス導入孔７２３は、高温の燃焼ガスがセルスタックＣＳの局所部位に吹き付けられないように収容空間ＢＳ側の開口の位置が設定されている。すなわち、ガス導入孔７２３は、収容空間ＢＳ側にある開口が、内筒７２のうち、内筒７２とセルスタックＣＳの並び方向（本例では径方向ＤＲｒ）において、セルスタックＣＳと対向しない部位に形成されている。ガス導入孔７２３における燃焼ガス流路６７側の開口は、内筒７２におけるセルスタックＣＳと対向しない部位に形成されている。具体的には、図５に示すように、隣り合うセルスタックＣＳとの間の隙間に燃焼ガスが導入されるように、ガス導入孔７２３は、内筒７２のうち隣り合うセルスタックＣＳとの間の隙間に対応する位置に形成されている。

外筒７３は、前述のスタック温調器２３の第２温調器２５を構成している。外筒７３は、セルスタックＣＳと熱交換可能なように、セルスタックＣＳと所定間隔をあけて対向して配置されている。外筒７３は、燃料電池１０の発電時にセルスタックＣＳの輻射熱を受けるように、所定の間隔があけられた状態でセルスタックＣＳの外側面ＯＳに対向している。外筒７３は、セルスタックＣＳの外側面ＯＳの全体を覆うことが可能なように、軸方向ＤＲａの寸法がセルスタックＣＳの軸方向ＤＲａの寸法よりも大きくなっている。

また、外筒７３は、流体を通過させることが可能なように第２内壁７３１と第２外壁７３２とを有する二重壁構造になっている。第２内壁７３１および第２外壁７３２は、それぞれ円筒状の筒状体として構成されている。

第２内壁７３１および第２外壁７３２は、それぞれの中心軸が同軸となるように配置されている。第２内壁７３１と第２外壁７３２との間には、スペーサやダボ等の間隔規定部が設けられ、当該間隔規定部によって略一定の隙間が形成されている。第２内壁７３１と第２外壁７３２との間に形成される隙間流路には、セルスタックＣＳの外側面ＯＳと熱交換する空気が導入される。本実施形態では、外筒７３に形成される隙間流路が第２温調流路２５０を構成している。以下では、外筒７３に形成される隙間流路を第２温調流路２５０と呼ぶ。

本実施形態の第２温調流路２５０は、セルスタックＣＳに近い内側流路部２４１と内側流路部２５１よりもセルスタックＣＳから離れた外側流路部２５２を有している。そして、第２温調流路２５０は、外側流路部２５２を通過した空気が折り返して内側流路部２５１に流入する流路構造になっている。

具体的には、外筒７３の内側には、第２温調流路２５０を、内側流路部２５１と外側流路部２５２とに分ける分離板７３３が設けられている。内側流路部２５１および外側流路部２５２は、それぞれ軸方向ＤＲａに沿って延びている。外側流路部２５２は、軸方向ＤＲａの他方側が後述の連通路７４０に連通し、軸方向ＤＲａの一方側が折返部７３４を介して内側流路部２５１に連通している。内側流路部２５１は、軸方向ＤＲａの一方側が折返部７３４を介して外側流路部２５２に連通し、軸方向ＤＲａの他方側が図示しない配管等を介してセルスタックＣＳに接続されている。第２温調流路２５０は、内側流路部２５１の流路断面積が第１温調流路２４０の流路断面積以上の大きさになっている。

ここで、第２温調流路２５０は、第１温調流路２４０に比べてセルスタックＣＳから熱を受ける伝熱面積が大きい。この場合、第２温調流路２５０の上流と下流との温度差が大きくなり、第２温調流路２５０の温度が不均一となってしまう虞がある。

これに対して、第２温調流路２５０が空気を折り返して流す流路構造になっていれば、第２温調流路２５０の内側流路部２５１と外側流路部２５２とで空気の流れが向かい合わせとなり、セルスタックＣＳの外側部分に近い内側流路部２５１での温度が均一化される。この結果、セルスタックＣＳの外側部分での温度ムラが抑制される。

上蓋７４は、外筒７３の上部を覆うもので、内筒７２の一部を外側に突き出すことができるようにドーナツ状の形状を有している。上蓋７４には、セルスタックＣＳに燃料ガスを供給するための配管、空気排出経路６１を構成する配管、燃料排出経路６２を構成する配管等が貫通している。

ベースプレート７５は、内筒７２の底部と外筒７３の底部とを繋ぐもので、円盤状の形状を有している。ベースプレート７５は、バスバーＢＢ等を介して複数のセルスタックＣＳを支持している。ベースプレート７５は、セルスタックＣＳの下面に対向している。ベースプレート７５は、セルスタックＣＳの下面の全体を覆うことが可能な大きさを有している。

ベースプレート７５は、流体を通過させることが可能なように上壁７５１と下壁７５２とを有する二重壁構造になっている。上壁７５１および下壁７５２の間には、スペーサやダボ等の間隔規定部が設けられ、当該間隔規定部によって略一定の隙間が形成されている。

ベースプレート７５は、上壁７５１が内筒７２の第１外壁７２２および外筒７３の第２内壁７３１に接続され、下壁７５２が内筒７２の第１内壁７２１および外筒７３の第２外壁７３２に接続されている。そして、上壁７５１と下壁７５２との間には、内筒７２の隙間流路および外筒７３の隙間流路を連通させる連通路７５０が形成されている。連通路７５０は、前述の接続流路２６に対応している。

ここで、内筒７２は、外筒７３に比べて曲率が大きく、セルスタックＣＳに相対する部位の面積が小さい。このため、内筒７２は、セルスタックＣＳとの伝熱面積が、外筒７３におけるセルスタックＣＳとの伝熱面積に比べて小さくなっている。電池収容器７１では、内側と外側とで伝熱面積が異なる場合、内筒７２に形成される隙間流路および外筒７３に形成される隙間流路に、同じ温度および同じ流速の流体が流れると、セルスタックＣＳの外側に比べて内側の方が対流による伝熱量が小さくなってしまう。この伝熱量の差は、セルスタックＣＳの内側部分と外側部分との温度分布が拡大する要因となる。このような温度分布の拡大は、発電効率の低下や耐久性の低下を招くことから好ましくない。

これらを考慮して、電池収容器７１は、内筒７２に形成される第１温調流路２４０に、外筒７３に形成される第２温調流路２５０に流す流体に比べてセルスタックＣＳとの温度差が大きい流体が流れるようになっている。例えば、セルスタックＣＳの温度が低く、セルスタックＣＳを暖機する必要がある場合、第１温調流路２４０には、第２温調流路２５０に流す流体の温度以上の高温の流体が流れるようになっている。また、セルスタックＣＳを冷却または保温する必要がある場合、第１温調流路２４０には、第２温調流路２５０に流す流体よりも温度の低い流体が流れるようになっている。なお、セルスタックＣＳを冷却または保温する必要がある場合は、主に燃料電池１０の発電時である。

具体的には、燃料電池１０の起動時には、第１温調流路２４０に燃焼ガスによって昇温された空気が流れ、第２温調流路２５０に、第１温調流路２４０および接続流路２６を通過する際にセルスタックＣＳに放熱した空気が流入する。また、燃料電池１０の発電時には、第１温調流路２４０に空気予熱器２２で昇温された空気が流れ、第２温調流路２５０に、第１温調流路２４０および接続流路２６を通過する際にセルスタックＣＳから受熱して昇温した空気が流入する。また、本実施形態の内筒７２および外筒７３は、第１内壁７２１と第１外壁７２２との間隔と第２内壁７３１と第２外壁７３２との間隔が略同じ大きさになっている。そして、内筒７２は、外筒７３に比べて曲率半径が小さい。このため、第１温調流路２４０の流路断面積は、第２温調流路２５０の流路断面積に比べて小さくなっている。連続の法則によれば、分岐のない流路を定常状態の流体が流れる場合、流路の任意の断面における質量流量は相等しい。本実施形態の電池収容器７１では、第１温調流路２４０と第２温調流路２５０とが直列に連なる流路であるとともに、第１温調流路２４０の流路断面積が第２温調流路２５０の流路断面積に比べて小さい。このため、第２温調流路２５０を流れる空気よりも流速が大きい空気が第１温調流路２４０に流れる。

次に、燃料電池システムの電子制御部１００について図６を参照しつつ説明する。電子制御部１００は、プロセッサ、メモリを含むマイクロコンピュータと、その周辺回路で構成されている。電子制御部１００は、メモリに記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い出力側に接続された各種制御機器の作動を制御する。

電子制御部１００の入力側には、電池温度センサ、改質温度センサ、火炎検出器を含むセンサ群１０１が接続されており、当該センサ群１０１の検出結果が電子制御部１００に入力されるようになっている。また、電子制御部１００には、操作パネル１０２および図示しないＤＣ－ＤＣコンバータが接続されている。操作パネル１０２には、燃料電池１０の発電をオンオフするためのスタートスイッチ、燃料電池１０の作動状態を表示するディスプレイ等が設けられている。ＤＣ－ＤＣコンバータは、セルＣから掃引する電池を制御するための電流掃引機器である。

一方、電子制御部１００の出力側には、制御機器として、圧送ブロワ２１、燃料ポンプ３１、水ポンプ４１、オフガスバーナ６３１、暖機用バーナ６５等が接続されている。これら制御機器は、電子制御部１００から出力される制御信号に応じて、その作動が制御される。

次に、燃料電池システムの全体的な作動について、図７のフローチャートを参照して説明する。図７に示す各制御処理は、スタートスイッチがオンされると電子制御部１００によって実行される。

スタートスイッチがオンされると、図７に示すように、電子制御部１００は、初期暖機処理、ＣＳ還元処理、および暖機促進処理を含むセルＣの起動処理を実行する。具体的には、電子制御部１００は、ステップＳ１００にて、初期暖機処理を実行する。

初期暖機処理は、セルスタックＣＳを含む各種機器を適温に昇温させる処理である。電子制御部１００は、初期暖機処理時に、圧送ブロワ２１を作動させるとともに、燃焼ガス流路６７に向けて燃料および空気を供給した状態で暖機用バーナ６５を点火する。暖機用バーナ６５が点火されると、図８に示すように、燃料および空気の混合ガスが可燃ガスとして燃焼されることで高温の燃焼ガスが生成される。

本実施形態のスタック温調器２３は、第１温調器２４が燃焼ガス流路６７に隣接して設けられている。このため、燃焼ガス流路６７を流れる燃焼ガスによって第１温調器２４おおよび第１温調流路２４０を流れる空気が昇温する。第１温調器２４で昇温した空気は、接続流路２６を介して第２温調器２５に流れた後、セルスタックＣＳに供給される。これにより、初期暖機処理時には、スタック温調器２３からの輻射伝熱Ｈ１、Ｈ２によってセルスタックＣＳの外部が加熱されるとともに、スタック温調器２３で昇温した空気がセルスタックＣＳに導入されることによってセルスタックＣＳの内部が加熱される。

また、燃焼ガス流路６７を流れる高温の燃焼ガスは、ガス導入孔７２３を介して収容空間ＢＳに導入される。そして、収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスによる対流伝熱Ｈ３によってセルスタックＣＳの外部が加熱される。収容空間ＢＳに導入された燃焼ガスは、オフガス経路６０の空気排出経路６１を介して排気される。燃焼ガスは、オフガス経路６０を流れる際に改質器３３、空気予熱器２２、水蒸発器４２に放熱する。これにより、改質器３３、空気予熱器２２、水蒸発器４２が昇温する。

初期暖機処理を開始した後、電子制御部１００は、ステップＳ１１０にて、改質可能条件が成立したか否かを判定する。改質可能条件は、改質器３３による燃料ガスの生成を開始可能であるか否かを判定するものである。改質可能条件は、例えば、水蒸発器４２が水蒸気を生成可能な温度（例えば、１００℃）に達するとともに、改質器３３が燃料ガスを生成可能な温度（例えば、３００℃）に達した際に成立する条件になっている。電子制御部１００は、改質可能条件が成立するまでは初期暖機処理を継続し、改質可能条件が成立すると、ステップＳ１２０にて、ＣＳ還元処理を実行する。

ＣＳ還元処理は、セルスタックＣＳの昇温に伴うセルスタックＣＳの酸化を抑制する処理である。電子制御部１００は、ＣＳ還元処理時に、図９に示すように、水蒸発器４２に水が供給されるように水ポンプ４１を制御するとともに、改質器３３に燃料が供給されるように燃料ポンプ３１を制御する。これにより、燃料および水蒸気が改質器３３に供給される。改質器３３では、燃料および水蒸気の混合ガスが供給されると、前述の反応式Ｆ５、Ｆ６に示す反応により燃料ガス（水素、一酸化炭素）が生成される。改質器３３で生成された燃料ガスは、セルスタックＣＳに供給される。これにより、セルスタックＣＳの酸化が抑制される。具体的には、セルＣの燃料極に対して燃料ガスが供給されることで、燃料極の酸化劣化が抑制される。

ＣＳ還元処理を開始した後、電子制御部１００は、ステップＳ１３０にて、暖機促進条件が成立したか否かを判定する。暖機促進条件は、例えば、セルスタックＣＳの温度が、セルスタックＣＳの内部抵抗が低下する温度（例えば、４５０℃）に達した際に成立する条件になっている。電子制御部１００は、暖機促進条件が成立するまではＣＳ還元処理を継続し、暖機促進条件が成立すると、ステップＳ１４０にて、暖機促進処理を実行する。

暖機促進処理は、セルスタックＣＳを含む各種機器の暖機を促進させる処理である。電子制御部１００は、暖機促進処理時に、図示しないＤＣ－ＤＣコンバータを制御してセルＣからの電流の掃引を開始する。具体的には、暖機促進処理時には、セルＣと外部回路ＥＣとを接続状態にして外部回路ＥＣに電流を取り出す。セルＣからの電流の掃引を開始すると、セルＣが自己発熱し、セルスタックＣＳが昇温する。したがって、セルＣに起動時に、セルＣからの電流の掃引を開始することで、セルスタックＣＳの暖機を促進させることができる。ここで、セルスタックＣＳの温度が所定温度（例えば、４５０℃）に達すると、セルスタックＣＳの内部抵抗が徐々に減少して、セルＣからの電流の掃引を開始可能になるが、セルＣからの電流の掃引によってセルＣの電圧が大きく低下することがある。セルＣの電圧が大きく低下すると、アノード側の電極（すなわち、燃料極）の酸化が促進されることから好ましくない。このため、本実施形態の暖機促進処理では、セルＣから掃引する電流を徐々に増加させ、セルＣの電圧が所定値よりも小さいことが検知されると、セルＣから掃引する電流の増加を停止する。この際、セルＣからの電流の掃引は継続されるので、セルＣの自己発熱によってセルスタックＣＳの温度が上昇し、セルスタックＣＳの内部抵抗が減少する。これにより、セルＣの電圧が向上する。電子制御部１００は、セルＣの電圧が向上していることが確認されると、再び、セルＣから掃引する電流を増加させる。これにより、セルスタックＣＳを含む各種機器の暖機を促進させる。

暖機促進処理を開始した後、電子制御部１００は、ステップＳ１５０にて、発電条件が成立したか否かを判定する。発電条件は、例えば、セルＣが燃料電池１０の発電に適した温度（例えば、５００℃以上）に達した際に成立する条件になっている。電子制御部１００は、発電条件が成立するまでは暖機促進処理を継続する。また、発電条件が成立すると、電子制御部１００は、ステップＳ１６０にて発電処理を実行する。

図１０に示すように、電子制御部１００は、発電処理時に、燃料電池１０に対して発電に適した量の酸化剤ガスをおよび燃料ガスが供給されるように圧送ブロワ２１、燃料ポンプ３１、水ポンプ４１を制御する。また、電子制御部１００は、暖機用バーナ６５および起動用ブロワ６６をオフし、オフガスバーナ６３１を点火する。

これにより、改質器３３で生成された燃料ガスがセルスタックＣＳに供給される。また、圧送ブロワ２１から吹き出される酸化剤ガスは、空気予熱器２２に流入し、燃焼ガスとの熱交換によって昇温する。そして、空気予熱器２２を通過した空気は、第１温調流路２４０、連通路７４０、第２温調流路２５０をこの順序で流れる。第１温調流路２４０、連通路７４０、第２温調流路２５０を通過する空気は、燃料電池１０から吸熱して燃料電池１０の電池温度付近まで昇温した後に燃料電池１０に流入する。この際、第２温調流路２５０に比べてセルスタックＣＳとの伝熱面積が小さい第１温調流路２４０に、温度が低く、且つ、流速が大きい空気が流れる。これによると、セルスタックＣＳの径方向ＤＲｒの内側での対流による伝熱量と径方向ＤＲｒの外側での対流による伝熱量との差が小さくなり、セルスタックＣＳの内側部分と外側部分との温度分布が低減される。

セルスタックＣＳに対して酸化剤ガスおよび燃料ガスが供給されると、セルＣは、前述の反応式Ｆ１～Ｆ４に示す反応により電気エネルギを出力する。そして、セルスタックＣＳから排出されるオフガスは、可燃ガスとしてオフガス燃焼器６３で燃焼される。オフガス燃焼器６３で生成された燃焼ガスは、図示しない外部排気経路を流れる際に改質器３３、空気予熱器２２、水蒸発器４２に放熱する。

ここで、セルスタックＣＳの経時劣化等によって発電処理時の発熱量が増加すると、セルスタックＣＳの温度が過度に上昇し易くなる。このような事態を考慮して、電子制御部１００は、発電処理時に、図１１に示すように、起動用ブロワ６６を作動させて収容空間ＢＳにセルスタックＣＳよりも低温となる空気を導入して、セルスタックＣＳの温度を適温に調整する。起動用ブロワ６６のオンオフは、例えば、セルスタックＣＳの温度に応じて実施される。また、発電処理の実施中にセルスタックＣＳの温度が低下した場合、暖機用バーナ６５をオンしてセルスタックＣＳの暖機が行われる。

発電処理を開始した後、電子制御部１００は、ステップＳ１７０にて、燃料電池１０の発電を停止する停止条件が成立したか否かを判定する。停止条件は、例えば、スタートスイッチがオフされた際に成立する条件になっている。電子制御部１００は、停止条件が成立するまでは発電処理を継続する。また、停止条件が成立すると、電子制御部１００は、ステップＳ１８０にて、停止処理を実行する。この停止処理では、セルスタックＣＳの温度を低下させる降温処理等を実行する。降温処理では、例えば、空気の供給量を増加させるとともに燃料の供給量を減少させることで燃料電池１０の温度をセルスタックＣＳの酸化劣化が生ずる温度（例えば、３００℃）を下回るまで低下させる。これにより、発電停止時におけるセルスタックＣＳの酸化劣化が抑制される。

以上説明した燃料電池モジュール１は、暖機用バーナ６５がセルスタックＣＳの収容空間ＢＳの外部に配置されている。これによれば、セルスタックＣＳの収容空間ＢＳの内部に暖機用バーナ６５が配置される場合に比べて、暖機用バーナ６５の熱がセルスタックＣＳに直接的に伝わることが抑制される。

加えて、スタック温調器２３は、セルスタックＣＳと所定間隔をあけて対向して配置されるとともに、燃焼ガス流路６７に隣接して設けられている。これによると、スタック温調器２３からの輻射伝熱によってセルスタックＣＳの外部を加熱しつつ、スタック温調器２３で昇温した空気がセルスタックＣＳに導入されることによってセルスタックＣＳの内部を加熱することができる。

特に、スタック温調器２３が所定間隔をあけてセルスタックＣＳと対向して配置されていることで、９００℃程度の高温の暖機用バーナ６５がセルスタックＣＳに近接して配置される場合に比べて、セルスタックＣＳの外部が局所的に過熱されることを抑制できる。加えて、スタック温調器２３で適温に昇温した空気をセルスタックＣＳの内部に導入するので、従来のように５００℃程度の高温の燃焼ガスをセルスタックＣＳに直接的に導入する場合に比べて、セルスタックＣＳの内部が過熱されることを抑制できる。

したがって、本実施形態の燃料電池モジュール１によれば、セルスタックＣＳの内部と外部との温度分布の拡大を抑制しつつ、セルスタックＣＳを加熱することができる。すなわち、セルスタックＣＳの信頼性を確保しつつ、セルＣの起動性の向上を図ることができる。この結果、信頼性が高く、且つ、短時間で起動可能な燃料電池モジュール１を実現することができる。

ここで、都市ガス等の可燃ガスを用いて燃焼ガスを生成する場合に当該燃焼ガスをセルスタックＣＳの内部に導入することで、セルスタックＣＳを加熱することが考えられる。しかし、燃焼ガスをセルスタックＣＳの内部に導入する場合、セルスタックＣＳの内部が可燃ガスに含まれる硫黄成分で被毒される。また、セルスタックＣＳの内部には、金属の酸化を抑制するためにクロムを含む部材（例えば、カソード側のセパレータ）がある。このため、高温の燃焼ガスがセルスタックＣＳの内部に導入されると、燃焼ガスの熱でクロムが蒸散し、セルスタックＣＳの内部がクロムで被毒される。硫黄被毒およびクロム被毒は、触媒活性の低下および電池性能の低下を招く要因となることから好ましくない。

これに対して、本実施形態の燃料電池モジュール１は、セルＣの起動時に、燃焼ガスではなく、スタック温調器２３で昇温された酸化剤ガスをセルスタックＣＳに導入する構造になっている。このため、セルスタックＣＳの内部の硫黄被毒およびクロム被毒を回避することができる。また、暖機用バーナ６５の過熱による損傷も抑制することができる。

また、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）セルスタックＣＳの収容空間ＢＳは、ガス導入孔７２３を介して燃焼ガス流路６７に連通し、セルＣの起動時にスタック温調器２３で酸化剤ガスと熱交換した燃焼ガスが導入される。これによると、収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスによる対流伝熱によってセルスタックＣＳの外部を加熱することができる。特に、スタック温調器２３で空気と熱交換した後の燃焼ガスを収容空間ＢＳに導入しているので、セルスタックＣＳの外部の過熱を抑制することができる。

（２）スタック温調器２３は、燃焼ガス流路６７に隣接する第１温調器２４と、第１温調器２４を通過した酸化剤ガスが流入する第２温調器２５と、第１温調器２４と第２温調器２５とを接続する接続流路２６と、を有する。第１温調器２４は、燃焼ガス流路６７と
セルスタックＣＳとの間に配置されている。第２温調器２５は、セルスタックＣＳを挟んで第１温調器２４の反対側に配置されている。これによると、第１温調器２４および第２温調器２５からの輻射伝熱によってセルスタックＣＳにおける第１温調器２４側の部位だけでなく、第２温調器２５側の部位についても加熱することができる。これにより、セルスタックＣＳの外部が局所的に加熱されることを抑制することができる。

（３）スタック温調器２３には、セルＣの起動時にスタック温調器２３で酸化剤ガスと熱交換した燃焼ガスを収容空間ＢＳに導入するガス導入孔７２３が設けられている。これによると、燃焼ガス流路６７を流れる燃焼ガスが、セルスタックＣＳに対向して配置されるスタック温調器２３のガス導入孔７２３を介して収容空間ＢＳに導入される。このため、燃焼ガスの外部への放熱を抑えて、燃焼ガスの熱をセルスタックＣＳの加熱に有効に用いることができる。なお、外部配管を介して燃焼ガス流路６７を流れる燃焼ガスを収容空間ＢＳに導入することも可能であるが、この場合、燃焼ガスが外部配管を流れる際に、燃焼ガスの熱が外部に放出されてしまう。すなわち、セルスタックＣＳの加熱に寄与しない燃焼ガスの無駄な放熱が生じてしまう。このため、スタック温調器２３に設けたガス導入孔７２３を介して燃焼ガス流路６７と収容空間ＢＳとが連通する構造になっていることが望ましい。

（４）具体的には、収容空間ＢＳは、第１温調器２４、第２温調器２５、接続流路２６で囲まれている。そして、第１温調器２４には、セルＣの起動時に第１温調器２４で酸化剤ガスと熱交換した燃焼ガスを収容空間ＢＳに導入するガス導入孔７２３が設けられている。これによると、燃焼ガス流路６７を流れる燃焼ガスが、セルスタックＣＳに対向して配置される第１温調器２４のガス導入孔７２３を介して収容空間ＢＳに導入される。このため、燃焼ガスの外部への放熱を抑えて、燃焼ガスの熱をセルスタックＣＳの加熱に無駄なく用いることができる。

（５）ガス導入孔７２３は、少なくとも収容空間ＢＳ側の開口が、第１温調器２４のうち第１温調器２４とセルスタックＣＳとの並び方向においてセルスタックＣＳと重なり合わない部位に形成されている。このように、ガス導入孔７２３における収容空間ＢＳ側の開口を第１温調器２４のうちセルスタックＣＳと対向しない部位に形成すれば、高温の燃焼ガスがセルスタックＣＳの局所部位に吹き付けられることを抑制することができる。

（６）収容空間ＢＳには、複数のセルスタックＣＳが放射状に配置されている。第１温調器２４は、複数のセルスタックＣＳを放射状に配置したときのセルスタックＣＳの内側部分と熱交換するように当該内側部分に対向して配置されている。第２温調器２５は、複数のセルスタックＣＳを放射状に配置したときのセルスタックＣＳの外側部分と熱交換するように当該外側部分に対向して配置されている。これによると、第２温調器２５に比べて伝熱面積が小さい第１温調器２４に、燃焼ガス流路６７を流れる高温の燃焼ガスと熱交換する酸化剤ガスが流れる。これにより、セルスタックＣＳを放射状に配置したときのセルスタックＣＳの内側での輻射伝熱による伝熱量とセルスタックＣＳの外側での輻射伝熱による伝熱量との差が小さくなるので、セルスタックＣＳの内側と外側との温度分布の拡大を抑制することができる。なお、「セルスタックＣＳの内側」とは、複数のセルスタックＣＳを放射状に配置したときに、複数のセルスタックＣＳの中心に近い側であることを意味する。また、「セルスタックＣＳの外側」とは、複数のセルスタックＣＳを放射状に配置したときに、複数のセルスタックＣＳの中心から離れた側であることを意味する。

（７）セルＣの起動時は、暖機用バーナ６５での燃焼ガスの生成を開始した後に所定条件が成立すると、セルＣから電流の掃引が開始される。セルＣの起動時にセルＣから電流の掃引することで、セルスタックＣＳの内部における酸化剤ガスの対流伝熱だけでなく、セルＣの自己発熱によってセルスタックＣＳを昇温させることができる。

（８）スタック温調器２３は、第１温調流路２４０を流れる空気とセルスタックＣＳとの温度差が、第２温調流路２５０を流れる空気とセルスタックＣＳとの温度差に比べて大きくなっている。これによると、第２温調流路２５０に比べてセルスタックＣＳとの伝熱面積が小さい第１温調流路２４０に、第２温調流路２５０を流れる空気よりもセルスタックＣＳとの温度差が大きい空気が流れる。このため、セルスタックＣＳにおける径方向ＤＲｒの内側での対流による伝熱量と径方向ＤＲｒの外側での対流による伝熱量との差が小さくなり、セルスタックＣＳの径方向ＤＲｒにおける内側部分と外側部分との温度分布を低減することができる。この結果、セルスタックＣＳの内側部分と外側部分との温度分布に起因する発電効率の低下や耐久性の低下を抑制することができる。また、スタック温調器２３は、第１温調流路２４０の流路断面積が、第２温調流路２５０の流路断面積に比べて小さくなっている。これによると、第２温調流路２５０に比べてセルスタックＣＳとの伝熱面積が小さい第１温調流路２４０に、第２温調流路２５０よりも流速が大きい空気が流れることで、第２温調流路２５０の熱伝達率に比べて第１温調流路２４０の熱伝達率が大きくなる。このため、セルスタックＣＳの径方向ＤＲｒにおける内側部分と外側部分との温度分布を低減することができる。

（９）複数のセルスタックＣＳは、周方向ＤＲｃにおいて互いに隣り合うセルスタックＣＳの積層端面ＥＦが互いに対向する姿勢で配置されている。これによれば、隣り合うセルスタックＣＳのうち一方の積層端面ＥＦが他方のセルスタックＣＳから受熱するので、セルスタックＣＳにおける積層方向ＤＲｓｔの温度分布を低減することができる。

（１０）電池収容器７１には、第１温調流路２４０よりも内側に燃焼ガス流路６７が設けられている。これによると、例えば、経時劣化等によりセルスタックＣＳの発熱量が増大した場合でも、燃焼ガス流路６７に対して、第１温調流路２４０を流れる空気よりも低温となる空気を流すことで、セルスタックＣＳが過度に昇温することを抑制することができる。

（１１）複数のセルスタックＣＳのうち隣り合うセルスタックＣＳの間には、燃料ガスの導入口ＩＰＨおよび導出口ＯＰＨ、並びに、酸化剤ガスの導入口ＩＰＯおよび導出口ＯＰＯが形成されている。これによると、隣り合うセルスタックＣＳの間に形成されるスペースを有効利用して、燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給することができる。これによると、燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するためのスペースを別途設ける場合に比べて容器７０の小型化を図ることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図１２を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。

図１２に示すように、スタック温調器２３は、燃焼ガス流路６７から収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスが接続流路２６に沿って第１温調器２４側から第２温調器２５側に流れるようにガス導入孔７２３が形成されている。具体的には、ガス導入孔７２３は、少なくとも収容空間ＢＳ側の開口が第１温調器２４のうち、セルスタックＣＳと接続流路２６との間に形成される隙間に対応する位置に形成されている。

その他については、第１実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池モジュール１は、第１実施形態と共通の構成または均等な構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。また、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態ように、ガス導入孔７２３における収容空間ＢＳ側の開口を第１温調器２４のうちセルスタックＣＳと対向しない部位に形成すれば、高温の燃焼ガスがセルスタックＣＳの局所部位に吹き付けられることを抑制することができる。特に、収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスを第１温調器２４側から第２温調器２５側まで導くことができる。このため、収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスによる対流伝熱によってセルスタックＣＳの第１温調器２４側だけでなく第２温調器２５側についても充分に加熱することができる。加えて、収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスが接続流路２６に沿って流れることで、収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスと接続流路２６を流れる酸化剤ガスとを熱交換させることができる。これにより、燃焼ガスと酸化剤ガスとの熱交換面積を拡大して、セルスタックＣＳに導入する酸化剤ガスを充分に加熱することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図１３を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。

図１３に示すように、収容空間ＢＳには、ガス導入孔７２３を介して収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスの向きをセルスタックＣＳに向かう向き以外の向きに転向させる転向部材７６が配置されている。転向部材７６は、ガス導入孔７２３から導入される燃焼ガスの向きを、セルスタックＣＳの軸方向ＤＲａの他方側にある接続流路２６に向かう向きに転向させる。転向部材７６は、ガス導入孔７２３の収容空間ＢＳ側の開口からセルスタックＣＳに向かって突き出る上板部７６１と、上板部７６１の先端から軸方向ＤＲａの他方側に向かって延びる側板部７６２とを有する。側板部７６２は、ガス導入孔７２３の収容空間ＢＳ側の開口とセルスタックＣＳとの間に配置されている。

（１）燃料電池モジュール１は、収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスの向きが転向部材７６によってセルスタックＣＳに向かう向き以外の向きに転向される。これによれば、ガス導入孔７２３の開口位置によらず、高温の燃焼ガスがセルスタックＣＳの局所部位に吹き付けられることを抑制することができる。

（第３実施形態の変形例）
第３実施形態では、転向部材７６の具体的な形状を示したが、これに限定されない。転向部材７６の形状は、所期の目的を達成可能なものであれば、上述したもの以外の形状になっていてもよい。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、図１４を参照して説明する。本実施形態では、第３実施形態と異なる部分について主に説明する。

図１４に示すように、収容空間ＢＳには、ガス導入孔７２３を介して収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスを接続流路２６に沿って第１温調器２４側から第２温調器２５側に案内するガイド部材７７が配置されている。

具体的には、ガイド部材７７は、板状であって接続流路２６に沿って延びている。ガイド部材７７は、一端側が転向部材７６に接続されている。ガイド部材７７は、セルスタックＣＳと接続流路２６との間に配置されている。ガイド部材７７は、転向部材７６と一体に構成されているものに限らず、転向部材７６と別体で構成されていてもよい。

その他については、第３実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池モジュール１は、第３実施形態と共通の構成または均等な構成から奏される効果を第３実施形態と同様に得ることができる。また、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）燃料電池モジュール１は、収容空間ＢＳにガイド部材７７が配置されていることで、第１温調器２４側から収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスが第２温調器２５側まで導かれる。これによれば、収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスによる対流伝熱によってセルスタックＣＳの第１温調器２４側だけでなく第２温調器２５側についても加熱することができる。加えて、収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスを接続流路２６に沿って流すことで、収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスと接続流路２６を流れる酸化剤ガスと熱交換させることができる。これにより、燃焼ガスと酸化剤ガスとの熱交換面積を拡大して、セルスタックＣＳに導入する酸化剤ガスを充分に加熱することができる。

（第４実施形態の変形例）
第４実施形態では、収容空間ＢＳに転向部材７６とガイド部材７７とが配置されているが、燃料電池モジュール１は、これに限定されない。燃料電池モジュール１は、例えば、第２実施形態のように、収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスの向きを変える必要がない場合は転向部材７６が省略されていてもよい。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について、図１５を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。

図１５に示すように、燃焼ガス流路６７は、第１温調器２４に沿って軸方向ＤＲａに延びるとともに、軸方向ＤＲａの他方側が接続流路２６に沿って径方向ＤＲｒの外側に向かって延長されている。そして、接続流路２６を構成するベースプレート７５に対してガス導入孔７２３が形成されている。具体的には、ガス導入孔７２３は、ベースプレート７５のうち、ベースプレート７５とセルスタックＣＳの並び方向（本例では軸方向ＤＲａ）において、セルスタックＣＳと対向しない部位に形成されている。換言すれば、隣り合うセルスタックＣＳとの間の隙間に燃焼ガスが導入されるように、ガス導入孔７２３は、ベースプレート７５のうち隣り合うセルスタックＣＳとの間の隙間に対応する位置に形成されている。

（１）本実施形態のように、ガス導入孔７２３における収容空間ＢＳ側の開口を第１温調器２４のうちセルスタックＣＳと対向しない部位に形成すれば、高温の燃焼ガスがセルスタックＣＳの局所部位に吹き付けられることを抑制することができる。特に、燃焼ガスが接続流路２６に沿って流れることで、収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスと接続流路２６を流れる酸化剤ガスとを熱交換させることができる。これにより、燃焼ガスと酸化剤ガスとの熱交換面積を拡大して、セルスタックＣＳに導入する酸化剤ガスを充分に加熱することができる。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態について、図１６、図１７を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。

図１６に示すように、オフガス燃焼器６３には、セルスタックＣＳから排出されるオフガスを燃焼させてオフ燃焼ガスを生成するオフガスバーナ６３１が設けられている。このオフガスバーナ６３１は、点火プラグが設けられていないプラグレスのバーナが採用されている。オフガス燃焼器６３は、燃料オフガスおよび酸化剤オフガスの混合ガスの自着火により燃焼させる自着火型の燃焼器として構成されている。なお、オフガス燃焼器６３は、失火対策として点火プラグが設けられていてもよい。

オフガス燃焼器６３には、高温の燃焼ガスを流通させる外部排気経路８０が接続されている。外部排気経路８０は、内部を流れる燃焼ガスの熱を有効活用すべく、改質器３３、空気予熱器２２、水蒸発器４２等に熱的に接続されている。本実施形態では、外部排気経路８０が、オフガスバーナ６３１で生成されたオフ燃焼ガスが流れる排気流路を構成する。なお、燃焼ガスの熱を伝える順序は、各機器にて必要とされる熱量等に応じて変更してもよい。

空気予熱器２２は、燃焼ガスおよびオフ燃焼ガスの双方から受熱可能なように、燃焼ガス流路６７および外部排気経路８０に隣接して設けられている。以下、空気予熱器２２および外部排気経路８０について、図１７を参照しつつ説明する。

図１７に示すように、空気予熱器２２は、スタック温調器２３の第１温調器２４を構成する内筒７２の上方に配置されている。空気予熱器２２は、内筒７２に連通している。これにより、空気予熱器２２を通過した空気がスタック温調器２３の第１温調器２４に供給される。空気予熱器２２は、空気流れ上流側に位置する上流管部２２１および上流管部２２１の下流側に配置されて上流管部２２１と内筒７２とを接続する下流管部２２２を有している。

上流管部２２１は、径方向ＤＲｒに沿って延びる配管で構成されている。上流管部２２１は、外部排気経路８０を流れるオフ燃焼ガスから受熱可能なように、外部排気経路８０に隣接して設けられている。本実施形態の上流管部２２１は、燃焼ガスおよびオフ燃焼ガスのうち、片方（本例ではオフ燃焼ガス）から受熱可能な片方受熱部位を構成している。上流管部２２１は、空気の流れとオフ燃焼ガスの流れが対向流となるように、空気を流す向きが設定されている。本例の上流管部２２１は、軸心ＣＬを中心に周方向の一方側から他方側に旋回して流れるように空気を流す向きが設定されている。なお、上流管部２２１における空気を流す向きは、周方向に限らず径方向に設定されていてもよい。

下流管部２２２は、軸方向ＤＲａに沿って延びる筒形状の配管で構成されている。下流管部２２２は、軸方向ＤＲａの一方側の端が上流管部２２１に接続され、軸方向ＤＲａの他方側の端が内筒７２に接続されている。下流管部２２２は、燃焼ガスおよびオフ燃焼ガスの双方から受熱可能なように、燃焼ガス流路６７および外部排気経路８０の双方に隣接して配置されている。下流管部２２２は、外部排気経路８０と燃焼ガス流路６７とで挟まれるように、外部排気経路８０と燃焼ガス流路６７との間に設けられている。本実施形態の下流管部２２２は、燃焼ガス流路６７が内側に隣接し、外部排気経路８０が外側に隣接するように筒状に構成されている。下流管部２２２は、燃焼ガスおよびオフ燃焼ガスの双方から受熱可能な双方受熱部位を構成している。下流管部２２２は、空気の流れとオフ燃焼ガスの流れが対向流となるように、空気を流す向きが設定されている。本例の下流管部２２２は、軸方向ＤＲａの一方側から他方側に向かう方向に空気を流す向きが設定されている。

外部排気経路８０は、改質器３３および空気予熱器２２に隣接して設けられている。外部排気経路８０は、改質器３３に放熱する第１経路８１、空気予熱器２２の下流管部２２２に放熱する第２経路８２、空気予熱器２２の上流管部２２１に放熱する第３経路８３を含んでいる。図示しないが、外部排気経路８０は、水蒸発器４２に放熱する経路も含んでいる。

このように構成される燃料電池モジュール１は、セルＣの起動処理時に暖機用バーナ６５が点火されると、高温の燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスによって空気予熱器２２およびスタック温調器２３の第１温調器２４を流れる空気が昇温する。第１温調器２４で昇温した空気は、接続流路２６を介して第２温調器２５に流れた後、セルスタックＣＳに供給される。これにより、セルＣの起動処理時には、スタック温調器２３からの輻射伝熱によってセルスタックＣＳの外部が加熱されるとともに、スタック温調器２３で昇温した空気がセルスタックＣＳに導入されることによってセルスタックＣＳの内部が加熱される。

また、燃焼ガス流路６７を流れる高温の燃焼ガスは、ガス導入孔７２３を介して収容空間ＢＳに導入される。そして、収容空間ＢＳに導入される燃焼ガスによる対流伝熱によってセルスタックＣＳの外部が加熱される。収容空間ＢＳに導入された燃焼ガスは、オフガス経路６０の空気排出経路６１を介して排気される。燃焼ガスは、オフガス経路６０を流れる際に、オフガス燃焼器６３、改質器３３、空気予熱器２２、および水蒸発器４２に放熱する。これにより、オフガス燃焼器６３、改質器３３、空気予熱器２２、および水蒸発器４２が昇温する。

オフガス燃焼器６３の内側の温度が、酸化剤オフガスおよび燃焼オフガスの混合ガスの自着火温度に達すると、当該混合ガスが自着火して高温のオフ燃焼ガスが生成される。このオフ燃焼ガスは、外部排気経路８０を流れる際に、改質器３３、空気予熱器２２、および水蒸発器４２に放熱する。これにより、改質器３３、空気予熱器２２、および水蒸発器４２が昇温する。

（１）燃料電池モジュール１は、セルスタックＣＳから排出されるオフガスを燃焼させてオフ燃焼ガスを生成するオフガスバーナ６３１と、オフガスバーナ６３１で生成されたオフ燃焼ガスが流れる外部排気経路８０と、を備える。燃料電池モジュール１は、スタック温調器２３に供給される前の酸化剤ガスが流れる空気予熱器２２を備える。空気予熱器２２は、燃焼ガスおよびオフ燃焼ガスのうち少なくとも一方から受熱可能なように、燃焼ガス流路６７および外部排気経路８０のうち少なくとも一方に隣接して設けられている。

このように、スタック温調器２３に空気予熱器２２で昇温された空気を流入させる構成とすれば、スタック温調器２３へ早期に適温に加熱された空気を供給することができる。これにより、セルスタックＣＳの起動時や低温時に、スタック温調器２３からの輻射伝熱によってセルスタックＣＳの外部を充分に加熱することができる。

（２）本実施形態の空気予熱器２２は、燃焼ガスおよびオフ燃焼ガスの双方から受熱可能な下流管部２２２を含んでいる。これによると、スタック温調器２３に流入させる空気を空気予熱器２２で充分に加熱することができる。これにより、スタック温調器２３からの輻射伝熱によってセルスタックＣＳの外部を充分に加熱することができる。

（３）具体的には、下流管部２２２は、燃焼ガス流路６７が内側に隣接し、外部排気経路８０が外側に隣接するように筒状に構成されている。これによると、オフ燃焼ガスと空気予熱器２２を通過する空気との熱交換面積が燃焼ガスと空気予熱器２２を通過する空気との熱交換面積よりも大きくなる。すなわち、オフ燃焼ガスと空気予熱器２２を通過する空気との熱交換面積を確保することができる。

特に、本実施形態の空気予熱器２２は、上流管部２２１が外部排気経路８０に隣接して設けられているので、オフ燃焼ガスと空気予熱器２２を通過する空気との熱交換面積を充分に確保することができる。これらによれば、セルスタックＣＳの起動時だけでなく、燃料電池１０の発電時等に空気予熱器２２を通過する空気を適切に昇温させることができる。

また、空気予熱器２２は、下流管部２２２で燃焼ガスと空気予熱器２２を通過する空気とが熱交換し、上流管部２２１および下流管部２２２の双方でオフ燃焼ガスと空気予熱器２２を通過する空気とが熱交換する構造になっている。このため、空気予熱器２２は、燃焼ガスと空気予熱器２２を通過する空気との熱交換面積がオフ燃焼ガスと空気予熱器２２を通過する空気との熱交換面積よりも小さくなっている。これによると、例えば、暖機用バーナ６５がオフされた際の低温となった燃焼ガス流路６７と空気予熱器２２との間の意図しない熱交換、すなわち、空気予熱器２２から燃焼ガス流路６７への放熱を抑制することができる。

（第６実施形態の変形例）
空気予熱器２２は、上流管部２２１および下流管部２２２のうち一方が省略されていてもよい。すなわち、空気予熱器２２は、燃焼ガスおよびオフ燃焼ガスの一方から受熱可能なように、燃焼ガス流路６７および外部排気経路８０の一方に隣接して設けられていてもよい。また、上流管部２２１および下流管部２２２の形状は、図１７に示したものに限定されず、図１７に示したものとは異なっていてもよい。

第６実施形態の空気予熱器２２は、空気流れ上流側が燃焼ガスと熱交換し、空気流れ下流側が燃焼ガスおよびオフ燃焼ガスの双方と熱交換する構造になっているが、これに限定されない。空気予熱器２２は、例えば、空気流れ上流側が燃焼ガスおよびオフ燃焼ガスの双方と熱交換し、空気流れ下流側がオフ燃焼ガスと熱交換する構造になっていてもよい。

空気予熱器２２は、空気の流れとオフ燃焼ガスの流れが対向流となるように、空気を流す向きが設定されているものを例示したが、これに限定されない。空気予熱器２２は、例えば、空気の流れとオフ燃焼ガスの流れが並行流または直交流となるように、空気を流す向きが設定されていてもよい。

第６実施形態で説明した空気予熱器２２および外部排気経路８０は、第１実施形態だけでなく、例えば、第２～第５実施形態で説明した燃料電池モジュール１にも適用することができる。

空気予熱器２２は、オフ燃焼ガスと空気予熱器２２を通過する空気との熱交換面積が燃焼ガスと空気予熱器２２を通過する空気との熱交換面積よりも大きくなっているが、これに限定されない。空気予熱器２２は、例えば、オフ燃焼ガスと空気予熱器２２を通過する空気との熱交換面積が燃焼ガスと空気予熱器２２を通過する空気との熱交換面積以下になるように構成されていてもよい。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態について、図１８、図１９を参照して説明する。本実施形態では、第６実施形態と異なる部分について主に説明する。

第６実施形態の如く、オフガス燃焼器６３が自着火型の燃焼器で構成されている場合、燃料オフガスおよび酸化剤オフガスの混合ガスが自着火するまでの期間は、水素を含む未反応燃料が外部排気経路８０を介して外部に流れ出てしまうことが懸念される。

このことを考慮し、本実施形態の外部排気経路８０には、図１８に示すように、オフ燃焼ガスに含まれる未反応燃料を燃焼させるための燃焼触媒８４が配置されている。燃焼触媒８４は、例えば、未反応燃料を酸化する酸化触媒等が挙げられる。

燃焼触媒８４は、高温雰囲気下で触媒反応が活性化する。このため、本実施形態では、外部排気経路８０において高温となる部位に燃焼触媒８４を配置している。すなわち、燃焼触媒８４は、外部排気経路８０のうち、空気予熱器２２における燃焼ガスから受熱可能な受熱部位に隣接した部位に配置されている。

具体的には、燃焼触媒８４は、図１９に示すように、外部排気経路８０のうち、空気予熱器２２の下流管部２２２に隣接した第２経路８２に配置されている。なお、本実施形態では、下流管部２２２が空気予熱器２２における燃焼ガスから受熱可能な受熱部位を構成する。

このように構成される燃料電池モジュール１は、燃料オフガスおよび酸化剤オフガスの混合ガスが自着火するまでの期間は、未反応燃料がオフガス燃焼器６３を通過して外部排気経路８０に流れる。未反応燃料は、外部排気経路８０を流れる際に、燃焼触媒８４によって燃焼される。このため、水素を含む未反応燃料が外部排気経路８０を介して外部に流れ出てしまうことが防止される。

また、オフ燃焼ガスに未反応燃料が含まれる場合、燃焼触媒８４の触媒反応による反応熱が生じる。この反応熱の一部は、燃焼触媒８４が配置された下流管部２２２に隣接する空気予熱器２２を流れる空気に放熱される。

その他については、第６実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池モジュール１は、第６実施形態と共通の構成または均等な構成から奏される効果を第６実施形態と同様に得ることができる。また、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）外部排気経路８０には、オフ燃焼ガスに含まれる未反応燃料を燃焼させるための燃焼触媒８４が配置されている。これによると、オフ燃焼ガスに含まれる未反応燃料がそのまま外部に排気されてしまうことを抑制することができる。

（２）燃焼触媒８４は、外部排気経路８０のうち、空気予熱器２２における燃焼ガスから受熱可能な受熱部位に隣接した部位に配置されている。これによると、空気予熱器２２を通過する空気の昇温に燃焼触媒８４の触媒反応による反応熱を利用することができるので、スタック温調器２３に流入させる空気を空気予熱器２２で充分に加熱することができる。

ここで、燃焼触媒８４の触媒反応は発熱反応であるため、燃焼触媒８４に過加熱が生じないように何らかの耐熱対策が必要となるが、本実施形態では、燃焼触媒８４が外部排気経路８０のうち空気予熱器２２に隣接する部位に設けられている。このため、燃焼触媒８４の触媒反応による反応熱が空気予熱器２２を通過する空気に放熱されることで、燃焼触媒８４の過加熱を抑えることができる。このように、燃焼触媒８４の耐熱対策として空気予熱器２２を利用すれば、燃焼触媒８４の耐熱対策のために専用品を追加する場合に比べて、部品点数を減らして、燃料電池モジュール１のモジュール構成の簡素化を図ることができる。

（第７実施形態の変形例）
第７実施形態では、燃焼触媒８４が外部排気経路８０のうち、空気予熱器２２における燃焼ガスから受熱可能な受熱部位に隣接した部位に配置されているものを例示したが、これとは異なる位置に配置されていてもよい。

燃焼触媒８４は、例えば、外部排気経路８０のうち、改質器３３へ放熱する部位に配置されていてもよい。すなわち、燃焼触媒８４は、外部排気経路８０の第１経路８１に配置されていてもよい。これによると、改質器３３の昇温に燃焼触媒８４の触媒反応による反応熱を利用することができるので、改質器３３を早期に昇温させることができる。また、燃焼触媒８４の触媒反応による反応熱で昇温したオフ燃焼ガスが空気予熱器２２と熱交換する第２経路８２に流れるので、スタック温調器２３に流入させる空気を空気予熱器２２で充分に加熱することができる。

ここで、改質器３３の触媒反応は吸熱反応であるため、燃焼触媒８４の触媒反応による反応熱の一部が改質器３３に吸熱される。これにより、燃焼触媒８４の過加熱が抑えられる。

また、燃焼触媒８４は、例えば、外部排気経路８０のうち、水蒸発器４２へ放熱する部位に配置されていてもよい。これによると、水蒸発器４２の昇温に燃焼触媒８４の触媒反応による反応熱を利用することができるので、水蒸発器４２を早期に昇温させることができる。また、水蒸発器４２における気化潜熱等によって燃焼触媒８４の過加熱が抑えられる。
（他の実施形態）
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。

上述の実施形態では、ガス導入孔７２３が、スタック温調器２３のうち、セルスタックＣＳと対向しない部位に形成されているものを例示したが、ガス導入孔７２３の形成位置は、これに限定されない。ガス導入孔７２３は、スタック温調器２３のうち、セルスタックＣＳと対向する部位に形成されていてもよい。例えば、ガス導入孔７２３における燃焼ガス流路６７側の開口および収容空間ＢＳ側の開口のうち少なくとも一方が、内筒７２におけるセルスタックＣＳと対向する位置に形成されていてもよい。

上述の実施形態では、セルスタックＣＳの収容空間ＢＳに燃焼ガスを導入するものを例示したが、燃料電池モジュール１は、これに限定されない。燃料電池モジュール１は、例えば、セルスタックＣＳの収容空間ＢＳに燃焼ガスが導入されないようになっていてもよい。

上述の実施形態では、スタック温調器２３として第１温調器２４、第２温調器２５、接続流路２６を有するものを例示したが、スタック温調器２３は、これに限定されない。スタック温調器２３は、例えば、第２温調器２５および接続流路２６が省略されていたり、上蓋７４に第３温調器が設けられていたりしてもよい。また、第２温調流路２５０は、外側流路部２５２を通過した空気が折り返して内側流路部２５１に流入する流路構造になっているものを例示したが、これに限らず、例えば、外側流路部２５２だけを有する流路構造になっていてもよい。

上述の実施形態では、複数のセルスタックＣＳが、収容空間ＢＳに放射状に配置されているものを例示したが、セルスタックＣＳの配置形態は、これに限定されない。複数のセルスタックＣＳは、例えば、軸方向ＤＲａまたは径方向ＤＲｒに並んで配置されていてもよい。この場合、電池収容器７１は、セルスタックＣＳの配置に合わせた形状にはっていてもよい。また、収容空間ＢＳに配置するセルスタックＣＳの数は、上述したものに限定されない。例えば、収容空間ＢＳに単一のセルスタックＣＳが配置されていてもよい。

上述の実施形態では、セルＣの起動処理において、暖機用バーナ６５での燃焼ガスの生成を開始した後に所定条件が成立すると、セルＣからの電流の掃引が開始されるものを例示したが、セルＣの起動処理は、これに限定されない。セルＣの起動処理は、例えば、セルＣからの電流の掃引を行わないようになっていてもよい。

上述の実施形態では、電池収容器７１として、内側にドーナツ状の収容空間ＢＳが形成される二重筒構造になっているものを例示したが、これに限定されず、電池収容器７１は、二重筒構造以外の構造になっていてもよい。

上述の実施形態では、電池収容器７１が鉛直方向に沿って延びる姿勢で配置されるものを例示したが、電池収容器７１の配置姿勢はこれに限定されない。電池収容器７１は、例えば、鉛直方向に対して傾いた姿勢で配置されていてもよい。

上述の実施形態では、空気予熱器２２、改質器３３、水蒸発器４２、オフガス燃焼器６３等が収容される空間に対して断熱された別の空間に燃料電池１０が配置されている旨を説明したが、燃料電池１０の配置態様はこれに限定されない。燃料電池１０は、例えば、空気予熱器２２、改質器３３、水蒸発器４２、オフガス燃焼器６３等が収容される空間と同じ空間に配置されていてもよい。

上述の実施形態では、隣り合うセルスタックＣＳの間に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの取合口が設けられているものを例示したが、取合口の配置形態は、これに限定されない。燃料ガスおよび酸化剤ガスの取合口は、隣り合うセルスタックＣＳの間以外に設けられていてもよい。

上述の実施形態では、本開示の燃料電池モジュール１を固体酸化物型の燃料電池１０を備える燃料電池システムに適用した例について説明したが、燃料電池モジュール１の適用対象はこれに限定されない。燃料電池モジュール１は、例えば、固体電解質膜を有する燃料電池（すなわち、ＰＥＦＣ）等の他の燃料電池を備えるシステムに広く適用できる。

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

本開示の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータで、実現されてもよい。本開示の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータで、実現されてもよい。本開示の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせで構成された一つ以上の専用コンピュータで、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１燃料電池モジュール
２３スタック温調器
６５暖機用バーナ
６７燃焼ガス流路
ＢＳ収容空間
Ｃセル
ＣＳセルスタック

Claims

燃料電池モジュールであって、
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池セル（Ｃ）が複数積層されたセルスタック（ＣＳ）と、
前記セルスタックに供給される前の酸化剤ガスが流れるスタック温調器（２３）と、
前記セルスタックを暖機するための燃焼ガスを生成する暖機用バーナ（６５）と、を備え、
前記暖機用バーナは、前記セルスタックが収容される収容空間（ＢＳ）の外部に配置され、
前記スタック温調器は、前記セルスタックと熱交換可能なように前記セルスタックと所定間隔をあけて対向して配置されるとともに、前記スタック温調器を流れる酸化剤ガスと前記暖機用バーナで生成された前記燃焼ガスとが熱交換可能なように前記暖機用バーナで生成された前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路（６７）に隣接して設けられており、
前記スタック温調器は、前記燃焼ガス流路に隣接する第１温調器（２４）と、前記第１温調器を通過した酸化剤ガスが流入する第２温調器（２５）と、前記第１温調器と前記第２温調器とを接続する接続流路（２６）と、を有し、
前記第１温調器は、前記燃焼ガス流路と前記セルスタックとの間に配置され、
前記第２温調器は、前記セルスタックを挟んで前記第１温調器の反対側に配置されており、
前記暖機用バーナは、可燃ガスを燃焼させることで燃焼ガスを生成し、前記暖機用バーナで生成された燃焼ガスが前記燃焼ガス流路に供給され、前記燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスが前記収容空間に導入される、燃料電池モジュール。
前記収容空間は、前記燃焼ガス流路に連通し、前記スタック温調器で酸化剤ガスと熱交換した燃焼ガスが導入される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
前記スタック温調器には、前記スタック温調器で酸化剤ガスと熱交換した燃焼ガスを前記収容空間に導入するガス導入孔（７２３）が設けられている、請求項１または２に記載の燃料電池モジュール。
前記収容空間は、前記第１温調器、前記第２温調器、前記接続流路で囲まれており、
前記第１温調器には、前記第１温調器で酸化剤ガスと熱交換した燃焼ガスを前記収容空間に導入するガス導入孔（７２３）が設けられている、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
前記ガス導入孔は、少なくとも前記収容空間側にある開口が、前記第１温調器のうち前記第１温調器と前記セルスタックとの並び方向において前記セルスタックと重なり合わない部位に形成されている、請求項４に記載の燃料電池モジュール。
前記収容空間には、前記ガス導入孔を介して前記収容空間に導入される前記燃焼ガスの向きを前記セルスタックに向かう向き以外の向きに転向させる転向部材（７６）が配置されている、請求項４または５に記載の燃料電池モジュール。
前記収容空間には、前記ガス導入孔を介して前記収容空間に導入される前記燃焼ガスを前記接続流路に沿って前記第１温調器側から前記第２温調器側に案内するガイド部材（７７）が配置されている、請求項４ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
前記収容空間には、複数の前記セルスタックが放射状に配置され、
前記第１温調器は、複数の前記セルスタックを放射状に配置したときの前記セルスタックの内側部分と熱交換するように前記内側部分に対向して配置され、
前記第２温調器は、複数の前記セルスタックを放射状に配置したときの前記セルスタックの外側部分と熱交換するように前記外側部分に対向して配置されている、請求項４ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
前記燃料電池セルの起動時は、前記暖機用バーナでの燃焼ガスの生成を開始した後に所定条件が成立すると、前記燃料電池セルからの電流の掃引が開始される、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
前記セルスタックから排出されるオフガスを燃焼させてオフ燃焼ガスを生成するオフガスバーナ（６３１）と、
前記オフガスバーナで生成された前記オフ燃焼ガスが流れる排気流路（８０）と、
前記スタック温調器に供給される前の酸化剤ガスが流れる空気予熱器（２２）と、を備え、
前記空気予熱器は、前記燃焼ガスおよび前記オフ燃焼ガスのうち少なくとも一方から受熱可能なように、前記燃焼ガス流路および前記排気流路のうち少なくとも一方に隣接して設けられている、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
前記空気予熱器は、前記燃焼ガスおよび前記オフ燃焼ガスの双方から受熱可能な双方受熱部位（２２２）を含んでいる、請求項１０に記載の燃料電池モジュール。
前記双方受熱部位は、前記燃焼ガス流路が内側に隣接し、前記排気流路が外側に隣接するように筒状に構成されている、請求項１１に記載の燃料電池モジュール。
前記排気流路には、前記オフ燃焼ガスに含まれる未反応燃料を燃焼させるための燃焼触媒（８４）が配置されている、請求項１０ないし１２のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
前記燃焼触媒は、前記排気流路のうち、前記空気予熱器における前記燃焼ガスから受熱可能な受熱部位に隣接した部位に配置されている、請求項１３に記載の燃料電池モジュール。