JPWO2009119616A1 - 改質器、セルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置 - Google Patents

改質器、セルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、改質反応を効率よく行なうことができる改質器、さらには改質器を具備するセルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置に関する。改質器1は、筒状の容器2の中央部に、原燃料が供給される供給口7が設けられた気化部3を有するとともに、容器2の両側部に、気化部3より流入した原燃料を燃料ガスに改質する改質触媒4を備えるとともに、燃料ガスを送出する燃料ガス送出口9が設けられた改質部5をそれぞれ有する。

Description

本発明は、燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質器、それを具備するセルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置に関する。
近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス(水素含有ガス)と空気(酸素含有ガス)とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールが種々提案されている(例えば、特開2007−59377号公報参照)。
ところで、燃料電池セルに供給する水素含有ガスを生成するにあたっては、例えば、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器も種々提案されている。
図24は特開2007−59377号公報に代表される従来の燃料電池モジュール130を示す外観斜視図である。燃料電池モジュール130は、収納容器131内にセルスタック装置138を収納してなる。セルスタック装置138は、複数の燃料電池セル132を配列してなるセルスタック134と、マニホールド133と、セルスタック134の上方に配置された、U字状の改質器135と、改質器135の一端側に接続された原燃料供給管137と、改質器135の他端側とマニホールド133の一端側とを接続する燃料ガス供給管136とを含む。
原燃料供給管137より供給された原燃料は、改質器135内にて水蒸気改質等の改質反応が行なわれて燃料ガス(水素含有ガス)に改質される。そして改質器135にて生成された燃料ガスは、燃料ガス供給管136を介してマニホールド133に供給され、マニホールド133から各燃料電池セル132に供給される。
図24に示した燃料電池モジュール130においては、改質器135で生成された燃料ガスが、マニホールド133の一端側に接続された燃料ガス供給管136よりマニホールド133内に供給されることから、燃料ガス供給管136より遠い位置に配置された燃料電池セル132に十分な燃料ガスを供給することができず、燃料電池セル132が劣化するおそれやセルスタック134の発電効率が低下するおそれがあった。
それゆえ、本発明においては、セルスタックを構成する各燃料電池セルに効率よく燃料ガスを供給することができる改質器、さらにはその改質器を具備するセルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置を提供することにある。
本発明の改質器は、筒状の容器の中央部に、原燃料が供給される供給口が設けられた気化部と、前記容器の両側部に設けられる改質部であって、各改質部が前記気化部より流入した原燃料を燃料ガスに改質する改質触媒を備え、前記燃料ガスを送出する燃料ガス送出口が設けられた改質部と、を有する。
本発明のセルスタック装置は、内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端を固定するとともに前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのマニホールドと、前記セルスタックの上方に配置される上記の改質器と、前記マニホールドの両端部に、それぞれの前記燃料ガス送出口と接続される燃料ガス供給管とを具備する。
本発明の燃料電池モジュールは、収納容器と、該収納容器内に収納される、上記のセルスタック装置とを含み、前記改質器が前記収納容器の上壁の内面側に設けられている。
本発明の燃料電池装置は、外装ケースと、該外装ケース内に収納される、上述の燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールを作動させるための補機とを含む。
本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
本発明の第1の実施形態の改質器を示す断面図である。 本発明の第2の実施形態の改質器を示す断面図である。 本発明の第3の実施形態の改質器を示す断面図である。 本発明の第4の実施形態のセルスタック装置を示す外観斜視図である。 本発明の第5の実施形態の燃料電池モジュールを示す外観斜視図である。 本発明の第5の実施形態の燃料電池モジュールを示す断面図である。 図6に示す燃料電池モジュールのうち、収納容器の側面側と底面側を一部抜粋して示す外観斜視図である。 図6に示す燃料電池モジュールの他の例を示し、収納容器の側面側と底面側を抜粋して示す外観斜視図である。 図6に示す燃料電池モジュールのうち、収納容器を構成するとともに改質器が接続された上壁と、改質器を取り外したセルスタック装置を抜粋して示す外観斜視図である。 本発明の第6の実施形態の燃料電池モジュールを概略的に示す断面図である。 図10に示す燃料電池モジュールのうち、収納容器の側面側と底面側を一部抜粋して示す外観斜視図である。 本発明の第7の実施形態の燃料電池モジュールを概略的に示す断面図である。 図12に示す燃料電池モジュールのうち、収納容器の側面側と底面側を一部抜粋して示す外観斜視図である。 図12に示す燃料電池モジュールの他の例を概略的に示す断面図である。 本発明の第8の実施形態の燃料電池モジュールを概略的に示す断面図である。 図15に示す燃料電池モジュールの他の例を概略的に示す断面図である。 本発明の第9の実施形態の燃料電池モジュールを概略的に示す断面図である。 本発明の第10の実施形態の燃料電池モジュールを概略的に示す断面図である。 本発明の第11の実施形態の燃料電池モジュールを概略的に示す断面図である。 本発明の第11の実施形態の燃料電池モジュールの他の例を概略的に示す断面図である。 本発明の第12の実施形態の燃料電池モジュールを概略的に示す断面図である。 本発明の第13の実施形態の燃料電池モジュールを概略的に示す断面図である。 本発明の第14の実施形態の燃料電池装置を示す斜視図である。 従来の燃料電池モジュールを示す外観斜視図である。
以下図面を参考にして本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の改質器1を示す断面図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。
図1に示す改質器1においては、筒状の容器2内の中央部に気化部3を有し、容器2の両側部(すなわち気化部3の両側)に改質触媒4を備える改質部5を有している。気化部3は、原燃料が供給される供給口7を有し、供給口7に原燃料供給管8が接続されている。また、それぞれの改質部5は、原燃料を改質して生成される燃料ガスを送出するための燃料ガス送出口9を有し、燃料ガス送出口9に燃料ガス供給管10が接続されている。なお、気化部3と改質部5とは、通気性のある壁6で分離されている。
原燃料供給管8より供給される原燃料(例えば炭化水素ガスである天然ガスや灯油等)は、気化部3にて必要に応じて気化された後、容器2の両側部(気化部3の両側)に位置する改質部5に流れて、改質部5の内部に備える改質触媒4により改質され、燃料ガスが生成される。それにより、1つの改質器1の内部に、2箇所の改質部5を有することから、効率よく改質反応を行なうことができる改質器1とすることができる。
なお、改質部5の内部に備える改質触媒4としては、改質効率や耐久性に優れた改質触媒を用いることが好ましく、例えば、γ−アルミナやα−アルミナやコージェライト等の多孔質担体にRu、Pt等の貴金属やNi、Fe等の卑金属を担持させた改質触媒等を用いることができる。なお、改質触媒4は、改質部5にて行なう改質反応にあわせて、適宜一般的に知られている改質触媒を用いることができる。
それぞれの改質部5での改質反応により生成された燃料ガスは、改質部5に設けられた燃料ガス送出口9より送出される(燃料ガス送出口9に接続された燃料ガス供給管10を通して供給される)。それゆえ、それぞれの改質部5における改質反応により生成される燃料ガスが同じ量となることが好ましい。
それゆえ、図1に示す改質器1においては、気化部3の供給口7からそれぞれの燃料ガス送出口9までの長さが等しいとともに、それぞれの改質部5が等量でかつ同一材料からなる改質触媒4を備えている状態を示している。言い換えれば、図1においては、気化部3の供給口7からそれぞれの壁6までの長さが等しく、改質部5の大きさおよび改質部5が備える改質触媒4の量と材質が同じで、さらに気化部3の供給口7から燃料ガス送出口9までの長さが等しい改質器1を示している。すなわち、図1に示す改質器1は、断面図において原燃料供給管8を中心として左右対称である。なお、気化部3の供給口7から燃料ガス送出口9までの長さが等しければよく、例えば原燃料供給管8を中心として、点対称に構成されていてもよい。
それにより、原燃料供給管8より供給された原燃料は、それぞれの改質部5に向けて同じ量が流れることとなり、また改質部5における改質反応により生成される燃料ガスも同じ量となる。
(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態の改質器を示し、図1に示す改質器1(気化部3)の供給口7に接続された原燃料供給管8に原燃料をそれぞれの改質部5側に流すための原燃料流通方向調整部材12が設けられている改質器11を示す断面図である。
原燃料供給管8より供給される原燃料を、それぞれの改質部5に均等に流すにあたり、原燃料供給管8にそれぞれの改質部5に向けて原燃料を流すための部材12を設けることが好ましい。
それにより、原燃料供給管8より供給される原燃料をそれぞれの改質部5に向けて均等に流すことができ、それぞれの改質部5において効率よく改質反応を行なうことができるとともに、それぞれの改質部5で生成される燃料ガスの量を等しくすることができる。
また、原燃料供給管8より供給される原燃料を、それぞれの改質部5に効率よく供給するにあたり、原燃料供給管8を気化部3の内部に突出するように接続することが好ましい。
なお、原燃料流通方向調整部材12としては、例えば図2に示したように、底部を有する筒状の容器の左右に孔を有する部材のほか、先端が二手に分かれたパイプ等、適宜左右2方向に空気を流すことのできる部材を用いることができる。
また、このような原燃料流通方向調整部材12を設けるにあたり、原燃料流通方向調整部材12の吹き出し口13は、気化部3の底面と対向しないように設けられていることが好ましい。
原燃料流通方向調整部材12の吹き出し口13が、気化部3の底面に向けて直接吹き付けるように設けられている場合には、気化部3の一部の温度が急激に低下し、気化部3での気化の効率が悪くなるおそれがある。また、特に改質器11を燃料電池セルの上方に配置する場合には、気化部3の下方に位置する燃料電池セルの温度が急激に低下し、燃料電池セルの発電効率が低下するおそれがある。
それゆえ、原燃料流通方向調整部材12の吹き出し口13を、気化部3の底面と対向しないようにして設けることにより、気化部3の一部の温度が低下することを抑制でき、また改質器11を燃料電池セルの上方に配置する場合に、気化部3の下方に位置する燃料電池セルの温度が急激に低下することを抑制することができる。
なお、原燃料流通方向調整部材12は原燃料供給管8に設けられる場合に限定されるものではなく、例えば気化部3の上壁より垂下して設けられている形状であってもよい。
(第3の実施形態)
図3は、本発明の第3の実施形態の改質器を示し、図2に示す改質器11(気化部3)の供給口7に、原燃料および水をそれぞれ供給するための二重管が接続されている改質器14を示す断面図である。
図3に示す改質器14においては、気化部3の供給口7に接続される原燃料を供給するための原燃料供給管8の内側に、改質器14(気化部3)に水を供給するための水供給管15が設けられており、原燃料供給管8と水供給管15とが二重管として形成されている。
改質器14(改質部5)において、水蒸気改質を行なう場合には、気化部3に水を供給して水蒸気に気化させた後、改質部5に供給する必要がある。ここで、原燃料供給管8と水供給管15とが二重管として形成されていることから、それぞれの改質部5に対し、均等に水(水蒸気)を供給することができる。それにより、改質器14にて水蒸気改質を行なう場合に、それぞれの改質部5において生成される燃料ガスの量を等しくすることができる。
なお、図3において原燃料供給管8の内側に水供給管15を設けた二重管の例を示したが、例えば水供給管15の内側に原燃料供給管8を設けることもできる。なお、原燃料供給管8と水供給管15とを別々に設けることもできる。
(第4の実施形態)
図4は、第4の実施形態のセルスタック装置16を示す。セルスタック装置16は、内部にガス流路を有する燃料電池セル17を複数個立設させた状態で、間に集電部材(図は省略)を介装して電気的に接続してなるセルスタック18を、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の下端を燃料電池セル17に燃料ガスを供給するマニホールド20に固定してなり、燃料電池セル17(セルスタック18)の上方に図3で示す改質器14を配置するとともに、マニホールド20の両端部に、改質器14のそれぞれの燃料ガス送出口9と接続される燃料ガス供給管21を具備する。なお、ここでいう端部とは、セルスタック18の端部からマニホールド20の端部までの空間およびマニホールド20の側面のうち燃料電池セル17配列方向と直交する側面を意味する。なお、セルスタック18の両端部側には、燃料電池セル17の発電により生じた電流を収集して外部に引き出すための、電流引き出し部を有する集電部材19が配置されている。なお、図4に示すセルスタック装置16においては、それぞれの燃料ガス供給管21は、マニホールド20の対角線上に配置されている。
このようなセルスタック装置16においては、改質器14におけるそれぞれの改質部5にて生成された燃料ガスが、それぞれの燃料ガス供給管21を通して、マニホールド20の両端部より供給されることとなる。
それにより、マニホールド20上に配置されたセルスタック18を構成する燃料電池セル17に十分量の燃料ガスを供給することができ、燃料電池セル17が劣化することや発電効率が低下することを抑制することができる。
また図4に示したセルスタック装置16においては、改質器14とマニホールド20とが、2本の燃料ガス供給管21により接続されていることから、改質器14とマニホールド20とを強固に接続することができる。
ここで、燃料ガス供給管21よりマニホールド20に供給される燃料ガスが等しい量となるように、改質器14の気化部3の供給口7からそれぞれの燃料ガス供給管21とマニホールド20との接続部までの長さが等しいことが好ましい。
それにより、マニホールド20上に配置されたセルスタック18を構成する燃料電池セル17に十分量の燃料ガスを供給することができ、燃料電池セル17が劣化することや発電効率が低下することを抑制することができる。
また、セルスタック装置16を、燃料電池セル17の上端部側で余剰の燃料ガスを燃焼させる構成とすることで、余剰の燃料ガスが燃焼することにより生じる燃焼熱にて改質器14の温度を上昇させることができる。それにより、改質器14にて効率よく改質反応を行なうことができる。
ところで、燃料電池セル17の発電に伴い燃料電池セル17(セルスタック18)に熱が生じるが、その発電により生じた熱は、隣接する燃料電池セル17間等から放熱されることとなる。
しかしながら、燃料電池セル17を複数個並設し電気的に直列に接続してなるセルスタック18においては、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向の端部に配置される燃料電池セル17は放熱しやすいが、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向の中央部側に配置される燃料電池セル17は放熱しにくいため、セルスタック18全体として、中央部側の温度が高く、端部側の温度が低いという不均一な温度分布を生じる場合がある。
また、燃料電池セル17の上端部側にて、燃料電池セル17より排出される余剰の燃料ガスを燃焼させる場合においては、燃料電池セル17の上端部側の温度が高く、下端部側の温度が低いという不均一な温度分布を生じる場合がある。
ここで、図4に示したセルスタック装置16においては、水蒸気改質を行なうための改質器14をセルスタック18の上方に配置していることから、改質器14の気化部3が、セルスタック18の中央部側に位置する燃料電池セル17の上方に配置されることとなる。
それにより、水供給管15より気化部3に供給された水の気化に伴う吸熱反応により、セルスタック18の中央部側に位置する燃料電池セル17の温度(特には、セルスタック18の中央部側に位置する燃料電池セル17の上端部側の温度)が低下することとなる。
したがって、セルスタック18の中央部側(特には中央部側に位置する燃料電池セル17の上端部側)の温度を低下させることができることから、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向における温度分布を均一に近づけることができるとともに、燃料電池セル17の上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。それにより、セルスタック18の発電効率を向上させることができるセルスタック装置16とすることができる。
なお、図4においては、燃料電池セル17としては、内部を燃料ガス(水素含有ガス)が長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セル17を例示している。
特に、燃料電池セル17として固体酸化物形燃料電池セル17を用いる場合にあっては、燃料電池セル17の発電温度が、600℃〜1000℃程度と非常に高温となり、それに伴い燃料電池セル17の配列方向における温度分布や、燃料電池セル17の上下方向における温度分布が不均一となりやすくなる。
ここで、上述したセルスタック装置16においては、セルスタック18の中央部側(特には中央部側に位置する燃料電池セル17の上端部側)の温度を低下させることができることから、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向における温度分布や、燃料電池セル17の上下方向における温度分布をより均一に近づけることできる。それゆえ、燃料電池セル17として固体酸化物形燃料電池セルを用いる場合に特に有用となる。
なお、燃料電池セル17としては、上記以外にたとえば円筒状、平板状の燃料電池セルを用いることもでき、また支持体の表面に酸素側電極層、固体電解質層および燃料側電極層を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セルとすることもできる。
(第5の実施形態)
図5は、収納容器23内に、上述したセルスタック装置16を収納してなる本発明の第5の実施形態の燃料電池モジュール22を示す外観斜視図である。なお、図5においては、改質器14を収納容器23の上壁の内面側に設けており、セルスタック装置16としては、改質器14を取り外した状態を示している。
また、図5に示す燃料電池モジュール22においては、収納容器23の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置16(図5においては改質器14を取りはずして示している)を後方に取り出した状態を示している。以下に、燃料電池モジュール22を構成する収納容器23について説明する。
図6は、燃料電池モジュール22の一例を概略的に示す断面図であり、図7は図6で示す収納容器23のうちの側面側および底面側を一部抜粋して示す外観斜視図である。
燃料電池モジュール22を構成する収納容器23では、外壁24にて収納容器23の外枠が形成され、内部に燃料電池セル17(セルスタック18)を収納する発電室31が形成されている。
このような収納容器23においては、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向に沿う側部と、該側部に対向する収納容器23の外壁24との間に、空気や排ガスを流すための流路を備えている。
ここで、収納容器23では、外壁24の内側に所定間隔をあけて第1の壁25が形成されており、第1の壁25の内側に所定間隔をあけて第2の壁26が配置されており、さらに第2の壁26の内側に所定間隔をあけて第3の壁27が配置されている。
それにより、外壁24と第1の壁25とで形成された空間が第1の流路28となり、第2の壁26と第3の壁27とで形成された空間が第2の流路29となり、第1の壁25と第2の壁26とで形成された空間が第3の流路30となる。
なお、図6に示した収納容器23においては、第1の壁25の上端部が第2の壁26に接続されており、第2の壁26が収納容器23の上壁(外壁24)と接続されており、第3の壁27の上端部が第2の壁26と接続されている。
また、収納容器23の底部には、酸素含有ガス(空気)を収納容器23内に供給するための空気供給管32が接続されており、空気供給管32より供給される空気は空気導入部38に流れる。空気導入部38は空気導入口39により第1の流路28とつながっているため、空気導入部38を流れる空気は、空気導入口39を通して、第1の流路28に流れる。第1の流路28を上方に向けて流れた空気は、第2の壁26に設けられた空気流通口33を通して、第2の流路29に流れる。そして、第2の流路29を下方に向けて流れた空気は、第3の壁27に設けられた空気吹き出し口34を通して、発電室31内に供給される。
一方、燃料電池セル17より排出される排ガスや、燃料電池セル17の上端部側で余剰の燃料ガスを燃焼させることにより生じる排ガスは、第2の壁26に設けられた排ガス流通口35を通して第3の流路30に流入する。そして、第3の流路30を下方に向けて流れた排ガスは、排ガス収集口41を通して排ガス収集部40に流れた後、排ガス収集部40に接続された排ガス排気管36(図5参照)を通して収納容器23の外部に排気される。
それゆえ、空気供給管32より供給される空気は、空気導入部38を流れる間に、排ガス収集部40を流れる排ガスと熱交換され、第1の流路28を流れる間に、第3の流路30を流れる排ガスと熱交換され、第2の流路29を流れる間に、第3の流路30を流れる排ガスと発電室31内の熱とで熱交換されることとなる。
それにより、効率よく空気の温度を高めることができることから、燃料電池セル17の発電効率を向上することができる。
また、燃料電池モジュール22を燃料電池セル17の上端部側で余剰の燃料ガスを燃焼させる構成とすることで、余剰の燃料ガスが燃焼することにより生じる燃焼熱にて改質器14の温度を上昇させることができる。それにより、改質器14にて効率よく改質反応を行なうことができる。
また、図7において、空気流通口33および排ガス流通口35を複数個設けている例を示している。それにより、第1の流路28を流れる空気は、効率よく第2の流路29に流れて発電室31内に供給される。また発電室31内の排ガスは、効率よく第3の流路30を流れて、収納容器23の外部に排気することができる。
なお、セルスタック18(燃料電池セル17)の両側面側に配置されている断熱材37(図中において断熱材37は斜線にて示している)において、空気吹き出し口34に対応して、空気を燃料電池セル17側に流すための孔が設けられている。
そして空気吹き出し口34より発電室31内に供給された空気は、燃料電池セル17の下端部側から上端部側に向けて流れる(一部は、燃料電池セル17の間に配置される集電部材の内部を下端部側から上端部側へと向けて流れる)こととなり、効率よく燃料電池セル17の発電を行なうことができる。
なお、断熱材37は、収納容器23内の熱が極端に放熱され、燃料電池セル17(セルスタック18)の温度が低下して発電量が低減しないように適宜設けることができ、図6においては、マニホールド20の底部と、燃料電池セル17(セルスタック18)の両側面側と、収納容器23の上壁(外壁24)と改質器14との間とに設けている例を示している。すなわち、改質器14は断熱材37を介して収納容器23の上壁(外壁24)の内面と接続されている。以下の他の実施形態においても同様である。
なお、図6においては一列のセルスタック18を有するセルスタック装置16を発電室31内に収納した例を示しており、この場合、燃料電池セル17の両側面側より空気が導入されることとなる。
また、図6において、空気供給管32と排ガス排気管36とがそれぞれ位置をずらして設けた例を示したが、空気供給管32の内部に排ガス排気管36が位置するように設けることもできる。
図8は、図6で示す収納容器23のうちの側面側および底面側を一部抜粋して示す外観斜視図であり、第3の壁27に設けられた空気吹き出し口34aの他の例を示している。
図8においては、空気をセルスタック18に導入するための空気吹き出し口34aを複数設けており、特に燃料電池セル17の配列方向における中央部側に対応する空気吹き出し口34aはその間隔を狭く、燃料電池セル17の配列方向における端部側に対応する空気吹き出し口34aはその間隔を広くして設けている。それにより、セルスタック18の中央部側に多くの空気が供給されることで、セルスタック18の燃料電池セル17の配列方向における中央部側の熱を端部側に比べて放熱することができ、燃料電池セル17の配列方向における温度分布を均一に近づけることができる。
また改質器14は、燃料電池セル17(セルスタック18)の上方に配置され、かつ収納容器23の上壁(外壁24)の内面に、断熱材37を介して接続されている。それにより、改質器14がセルスタック18(燃料電池セル17)の上方に配置されていることから、気化部3に供給された水の気化に伴う吸熱反応により、セルスタック18の中央部側(特には中央部側に位置する燃料電池セル17の上端部側)の温度を低下させることができ、燃料電池セル17の配列方向における温度分布や、燃料電池セル17の上下方向における温度分布をより均一に近づけることができ、発電効率が向上した燃料電池モジュール22とすることができる。
さらに、改質器14と収納容器23の上壁(外壁24)との間に断熱材37が配置されていることから、改質器14の温度が低下することを抑制でき、改質器14にて効率よく改質反応を行なうことができる。
また、改質器14は、マニホールド20の両端側より燃料ガスが供給されるように、それぞれの燃料ガス送出口9と接続される燃料ガス供給管21を介してマニホールド20に接続されていることから、マニホールド20の両端部より十分量の燃料ガスが各燃料電池セル17に供給されるとともに、燃料電池セル17の両側面側より空気が供給される。それにより、発電効率が向上した燃料電池モジュール22とすることができる。
図9は、図6に示した燃料電池モジュール22のうち、セルスタック装置16(改質器14を取り外して示している)と、改質器14が接続された収納容器23の上壁42(外壁24)とを抜粋して示した外観斜視図である。
ここで、改質器14にて生成された燃料ガスをマニホールド20に供給するための燃料ガス供給管21は、改質器14(それぞれの燃料ガス送出口9)に接続された改質器側燃料ガス供給管43と、マニホールド20に接続されたマニホールド側燃料ガス供給管44とから構成されており、これらを接続することにより上壁42に接続されたセルスタック装置16が構成される。
ここで、改質器14が上壁42の内面に接続されていることから、燃料電池モジュール22の組み立てにあたり、改質器14の位置決めが容易となるとともに、改質器14を除くセルスタック装置16の位置決めも容易となる。それにより、燃料電池モジュール22の組み立てが容易となる。
またこのような燃料電池モジュール22においては、改質器側燃料ガス供給管43とマニホールド側燃料ガス供給管44とを取り外すとともに、上壁42を収納容器23から取り外すことで、改質器14を収納容器23から容易に取り出すことができることから、改質器14を容易に脱着することが可能となる。
また、セルスタック装置16において改質器14を容易に脱着することができることから、燃料電池モジュール22を組み立てるにあたり、改質器14を取り外したセルスタック装置16を収納容器23内にスライドして収納し、その後、改質器14が接続された上壁42を収納容器23に取り付けることで、容易に燃料電池モジュール22を組み立てることができるとともに、容易にセルスタック装置16を組み立てることができる。
なお、改質器側燃料ガス供給管43とマニホールド側燃料ガス供給管44とを取り付けるにあたっては、改質器14から供給される燃料ガスの漏出を抑制すべく、改質器側燃料ガス供給管43がマニホールド側燃料ガス供給管44の内側に接続されるように構成することが好ましい。
さらに、改質器側燃料ガス供給管43とマニホールド側燃料ガス供給管44を容易に脱着することができる構造とすることが好ましく、例えばワンタッチ式で脱着することができる構造とすることが好ましい。
このような構造を採用することにより、改質器14を燃料電池セル17の上方に容易に配置することが可能となり、燃料電池セル17の上端部側で余剰の燃料ガスを燃焼させる場合においては、改質器14の温度を効率よく上昇させることができ、改質器14の改質効率を向上することができる。
(第6の実施形態)
図10は、収納容器47内にセルスタック装置16を収納してなる、本発明の第6の実施形態の燃料電池モジュール22Aを概略的に示す断面図であり、図11は図10で示す収納容器47のうちの側面側および底面側を一部抜粋して示す外観斜視図である。
図10に示した収納容器47においては、第1の壁25の上端部が収納容器47の上壁(外壁24)と接続されており、第1の壁25に、第1の流路28と第2の流路29とをつなぐための空気流通口48が設けられている。そして、第2の壁26の上端部が、第1の壁25の空気流通口48よりも下方に接続されている。また、第3の壁27の上端部は収納容器47の上壁(外壁24)と接続されており、第2の壁26と第3の壁27との間に、発電室31と第3の流路30とをつなぐ排ガス流通路49が設けられている。なお、第3の壁27は、第1の壁25と第2の壁26との接続部よりも収納容器47の上壁側(空気流通口48よりも上方側)で第1の壁25と接続することもできる。
このような収納容器47においては、空気導入部38より第1の流路28に流入した空気は、第1の流路28を上方に向けて流れた後、第1の壁25に設けられた空気流通口48を通して、第2の流路29に流れる。そして、第2の流路29を下方に向けて流れた空気は、第3の壁27に設けられた空気吹き出し口34を通して、発電室31内に供給される。
一方、燃料電池セル17より排出される排ガスや、燃料電池セル17の上端部側で余剰の燃料ガスを燃焼させることにより生じる排ガスは、第2の壁26と第3の壁27との間に設けられた排ガス流通路49を通して第3の流路30に流れる。そして、第3の流路30を下方に向けて流れた排ガスは、排ガス収集口41を通して排ガス収集部40に流れた後、排ガス収集部40に接続された排ガス排気管36を通して収納容器47の外部に排気される。
それゆえ、このような構成からなる収納容器47においても、空気供給管32より供給される空気は、空気導入部38を流れる間に、排ガス収集部40を流れる排ガスと熱交換され、第1の流路28を流れる間に、第3の流路30を流れる排ガスと熱交換され、第2の流路29を流れる間に、第3の流路30を流れる排ガスと発電室31内の熱とで熱交換されることとなる。
それにより、効率よく空気の温度を高めることができることから、燃料電池セル17の発電効率を向上することができる。
また、図11において、空気流通口48および排ガス流通路49を複数個設けている例を示している。それにより、第1の流路28を流れる空気は、効率よく第2の流路29に流れて発電室31内に供給される。また発電室31内の排ガスは、効率よく第3の流路30を流れて、収納容器47の外部に排気することができる。
さらに、第3の壁27が収納容器47の上壁(外壁24)に接続されている場合においては、発電室31内の排ガスが、改質器14の近傍の空間にとどまることを抑制でき、発電室31内の排ガスを効率よく第3の流路30に流すことができる。
(第7の実施形態)
図12は、収納容器50内にセルスタック装置16を収納してなる、本発明の第7の実施形態の燃料電池モジュール22Bを概略的に示す断面図であり、図13は図12で示す収納容器50のうちの側面側および底面側を一部抜粋して示す外観斜視図である。
図12に示した収納容器50においては、第1の壁25の上端部が収納容器50の上壁(外壁24)と接続されている。また、第2の壁26の上端部が収納容器50の上壁(外壁24)に接続されている。なお、第2の壁26には、発電室31と第3の流路30とをつなぐ排ガス流通口52が設けられている。そして、第1の壁25と第2の壁26との間に、第1の流路28と第2の流路29とをつなぐ空気流通路51が設けられている。また、第3の壁27はその上端部が第2の壁26の排ガス流通口52の下方で、かつ空気流通路51の上端部と同じ位置もしくはそれより高い位置で、第2の壁26に接続されている。なお、第2の壁26の上端部は、空気流通路51よりも収納容器50の上壁側にて第1の壁25に接続することもできる。
このような収納容器50においては、空気導入部38より第1の流路28に流入した空気は、第1の流路28を上方に向けて流れた後、第1の壁25と第2の壁26との間に設けられた空気流通路51を通して第2の流路29に流れる。そして、第2の流路29を下方に向けて流れた空気は、第3の壁27に設けられた空気吹き出し口34を通して、発電室31内に供給される。
一方、燃料電池セル17より排出される排ガスや、燃料電池セル17の上端部側で余剰の燃料ガスを燃焼させることにより生じる排ガスは、第3の壁27に設けられた排ガス流通口52を通して第3の流路30に流れる。そして、第3の流路30を下方に向けて流れた排ガスは、排ガス収集口41を通して排ガス収集部40に流れた後、排ガス収集部40に接続された排ガス排気管36(図5参照)を通して収納容器50の外部に排気される。
それゆえ、このような構成からなる収納容器50においても、空気供給管32より供給される空気は、空気導入部38を流れる間に、排ガス収集部40を流れる排ガスと熱交換され、第1の流路28を流れる間に、第3の流路30を流れる排ガスと熱交換され、第2の流路29を流れる間に、第3の流路30を流れる排ガスと発電室31内の熱とで熱交換されることとなる。
それにより、効率よく空気の温度を高めることができることから、燃料電池セル17の発電効率を向上することができる。
また、図13において、空気流通路51および排ガス流通口52を複数個設けている例を示している。それにより、第1の流路28を流れる空気は、効率よく第2の流路29に流れて発電室31内に供給される。また発電室31内の排ガスは、効率よく第3の流路30を流れて、収納容器50の外部に排気することができる。
ところで、発電室31において、燃料電池セル17の発電により生じる熱や燃料電池セル17の上端部側で余剰の燃料ガスを燃焼させることなどにより、上部側の温度が高くなる。ここで、第3の壁27に設けられた排ガス流通口52が発電室31の上部側に位置することから、温度の高い排ガスを効率よく第3の流路30に流入させることができる。
それにより、第3の流路30を流れる排ガスと空気とで効率よく熱交換を行なうことができ、効率よく空気の温度を高めることができることから、燃料電池セル17の発電効率を向上することができる。
図14は、図13に示した収納容器50の発電室31内に、セルスタック18を2つ並置している燃料電池モジュール22Cの例を示している断面図である。なお、2つのセルスタック18は1つのマニホールド20上に配置されている。
この場合において、空気吹き出し口34よりそれぞれのセルスタック18の一方側の側面に空気が供給されることから、2つのセルスタックを並置した場合であっても、効率よく燃料電池セル17の発電を行なうことができる。
なお、空気吹き出し口34より供給される空気が、セルスタック18を構成する燃料電池セル17間を効率よく下端部側から上端部側へ流通するように、互いのセルスタック18の間に、セルスタック18の一方の側面側(空気吹き出し口34側)より供給された空気が、セルスタック18の他方の側面側より流出しないように、セルスタック18の他方の側面側に、例えば断熱材(ボード状や綿状の断熱材)等を配置することができる。この場合においては、空気吹き出し口34より供給された空気が、セルスタック18の他方の側面方向に流れた場合であっても、空気が断熱材に沿って上方へ流れることとなることから、燃料電池セル17間を効率よく空気が流れることができる。
(第8の実施形態)
図15および図16は、収納容器60内にセルスタック装置16を収納してなる、本発明の第8の実施形態の燃料電池モジュール22D,22Eを概略的に示す断面図であり、後述する熱交換抑制部61を具備している。
収納容器60は、外壁24の内側に所定間隔をあけて第1の壁25が形成されており、第1の壁25の内側に所定間隔をあけて第2の壁26が配置されており、第2の壁26の内側に所定間隔をあけて第3の壁27が配置されており、第3の壁27の内側に所定間隔をあけて第4の壁62が配置されている。
それにより、外壁24と第1の壁25とで形成された空間が第1の流路28となり、第3の壁27と第4の壁62とで形成された空間が第2の流路29となり、第1の壁25と第2の壁26とで形成された空間が第3の流路30となり、第2の壁26と第3の壁27とで形成された空間が熱交換抑制部61となる。それゆえ、熱交換抑制部61は、第2の流路29と第3の流路30との間に形成されることとなる。なお、空気は、収納容器60の側方より発電室31内に供給されることとなる。
なお、図15に示した収納容器60においては、第1の壁25の上端部が第3の壁27に接続されており、第3の壁27が収納容器60の上壁(外壁24)と接続されており、第4の壁62の上端部が第1の壁25と第3の壁27との接続部よりも収納容器60の上壁側にて第3の壁27と接続されている。なお、第4の壁62の上端部を収納容器60の上壁(外壁24)と接続させることもできる。また、第2の壁26の上端部は、第1の壁25と第3の壁27とを接続する板部材に接続されている例を示しているが、第2の壁26の上端部を、後述する発電室31と第3の流路30とを接続する排ガス流通路64の下方で、第3の壁27と接続するように構成することもできる。
また、収納容器60の底部には、空気を収納容器60内に供給するための空気供給管32が接続されており、空気供給管32より供給される空気は空気導入部38に流れる。空気導入部38は空気導入口39により第1の流路28とつながっているため、空気導入部38を流れる空気は、空気導入口39を通して、第1の流路28に流れる。第1の流路28を上方に向けて流れた空気は、第3の壁27に設けられた空気流通口63(図16においては、空気流通路65に相当)を通して、第2の流路29に流れる。そして、第2の流路29を下方に向けて流れた空気は、第4の壁62に設けられた空気吹き出し口34を通して、発電室31内に供給される。
一方、燃料電池セル17より排出される排ガスや、燃料電池セル17の上端部側で余剰の燃料ガスを燃焼させることにより生じる排ガスは、第2の壁26(第2の壁26の形状によっては第3の壁27)と第4の壁62との間に設けられた発電室31と第3の流路30とをつなぐ排ガス流通路64を通して第3の流路30に流入する。そして、第3の流路30を下方に向けて流れた排ガスは、排ガス収集口41を通して排ガス収集部40に流れた後、排ガス収集部40に接続された排ガス排気管(図示せず)を通して収納容器60の外部に排気される。
それゆえ、空気供給管32より供給される空気は、空気導入部38を流れる間に、排ガス収集部40を流れる排ガスと熱交換され、第1の流路28を流れる間に、第3の流路30を流れる排ガスと熱交換され、第2の流路29を流れる間に、発電室31内の熱とで熱交換されることとなる。
それにより、効率よく空気の温度を高めることができることから、燃料電池セル17の発電効率を向上することができる。
なお、第1の流路28、第2の流路29および第3の流路30のそれぞれは、それぞれの流路を流れる空気や排ガスとの熱交換を効率よく行なうため、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向に沿う側部の外形以上の大きさであることが好ましい。
ここで、空気供給管32より供給される空気は、第1の流路28および第2の流路29を流れて発電室31内に供給されるが、第2の流路29を流れる空気は、発電室31内の熱とで熱交換され高温となる。一方、発電室31より第3の流路30を流れる排ガスは、第1の流路28を流れる高温ではない空気と熱交換されることから、第2の流路29を流れる空気の温度よりも低くなるおそれがある。それに伴い、第2の流路29を流れる空気と第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換により、第2の流路29を流れる空気の温度が低下し、燃料電池セル17の発電量が低減するおそれがある。
それゆえ、燃料電池モジュール22Eの収納容器60においては、第2の流路29と第3の流路30との間に、第2の流路29を流れる空気と第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換を抑制するための熱交換抑制部61を有する。
それにより、第2の流路29を流れる空気と第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換を抑制でき、第2の流路29を流れる空気の温度が低下することを抑制できる。それにより、高温の空気を燃料電池セル17に供給することができることから、燃料電池セル17の発電効率を向上することができる。
ここで、図15においては第3の壁27の上方に設けられた空気流通口63よりも下方で接続される第2の壁26と第3の壁27とで形成される空間を、熱交換抑制部61として構成した例を示しており、図16においては、第2の壁26と第2の壁26の上方に設けられた空気流通路65よりも上方で接続される第3の壁27とで形成される空間を、熱交換抑制部61として構成した例を示している。すなわち、図15においては、熱交換抑制部61は第3の流路30に沿って形成されており、図16においては、熱交換抑制部61は、第2の流路29に沿って形成されている。
そして、第2の流路29と第3の流路30との間に熱交換抑制部61を設けることにより、第2の流路29を流れる空気と第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換が抑制され、燃料電池セル17に高温の空気を供給することができる。
なお、熱交換抑制部61内は、第2の流路29を流れる空気と第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換を効率よく抑制すべく、熱伝導率が低い空間とすることが好ましい。それゆえ、熱交換抑制部61内を真空とするほか、熱交換抑制部61内に、例えば空気、断熱材、コンクリート、ガラス等を配置することができ、特に燃料電池モジュール22D,22Eの構成やコスト等を考慮して、断熱材を配置することが好ましい。なお、断熱材としては、熱交換抑制部61内に容易に配置することが可能な形状とすることが好ましく、たとえば粒状や板状の断熱材とすることができる。
ここで、第2の流路29を流れる空気の温度が低下することを効果的に抑制するにあたっては、第2の流路29および第3の流路30が、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向に沿う側部の外形以上の大きさであるとともに、第2の流路29と第3の流路30との間に備える熱交換抑制部61を、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向に沿う側部の外形以上の大きさとすることが好ましい。
すなわち、熱交換抑制部61は、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向における幅以上の幅を有し、燃料電池セル17の長手方向における幅以上の幅を有する大きさとすることが好ましい。
それにより発電室31内の熱や、燃料電池セル17の発電により生じる熱が、効率よく第2の流路29を流れる空気と熱交換される(伝熱される)とともに、第2の流路29を流れる空気と第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換を抑制でき、燃料電池セル17に温度の高い空気を供給することができる。さらには、熱交換抑制部61の大きさをセルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向に沿う側部の外形以上の大きさとすることにより、空気が第2の流路29を流れる間に、セルスタック18の温度が低下することも抑制できる。
ここで図15および図16においては、熱交換抑制部61内に断熱材37を配置した例を示しており、図15における熱交換抑制部61に配置した断熱材37は、その下端部が燃料電池セル17の下端部よりも低い位置となり、かつその上端部が燃料電池セル17の上端部よりも高い位置となる形状として、熱交換抑制部61内に配置されている。また、図16における熱交換抑制部61に配置した断熱材37は、その上端部が燃料電池セル17の上端部よりも高い位置となる形状として、熱交換抑制部61内に配置されている。なお、図には示していないが、熱交換抑制部61内に配置された断熱材37は、燃料電池セル17の配列方向における幅以上の幅を有しており、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向に沿う側部の外形以上の大きさとして構成されている。それにより、第2の流路29を流れる空気と第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換を効率よく抑制できるとともに、セルスタック18の温度が低下することも抑制でき、燃料電池セル17の発電効率を向上することができる。
上述したように、燃料電池モジュール22D,22Eにおいては、収納容器60内に、空気供給管32より供給される空気を上方に流すための第1の流路28と第1の流路28を流れた空気を発電室31(燃料電池セル17)内に供給するための第2の流路29と、発電室31内の排ガスを下方に向けて流すための第3の流路30を具備し、第2の流路29と第3の流路30との間に熱交換抑制部61を具備していればよく、それぞれの流路の構成は適宜設定することができる。
(第9および第10の実施形態)
図17は、収納容器70内にセルスタック装置16を収納してなる、本発明の第9の実施形態の燃料電池モジュール22Fを示す。図18は、収納容器80内にセルスタック装置16を収納してなる、本発明の第10の実施形態の燃料電池モジュール22Gを示す。図17に示す収納容器70においては、第1の壁25の上端部が収納容器70の上壁(外壁24)と接続されており、第1の壁25に、第1の流路28と第2の流路29とをつなぐための空気流通口71が設けられている。そして、第2の壁26および第3の壁27の上端部が、第1の壁25の空気流通口71よりも下方に接続されている。また、第4の壁62の上端部は収納容器70の上壁と接続されており、第2の壁26(第3の壁27)と第4の壁62との間に、発電室31と第3の流路30とをつなぐ排ガス流通路72が設けられている。なお、第4の壁62は、第1の壁25と第2の壁26(第3の壁27)との接続部よりも収納容器70の上壁側(空気流通口71よりも上方側)で第1の壁25と接続することもできる。なお、図17に示す収納容器70においては、熱交換抑制部61を、第3の流路30に沿って設けている例を示している。
また、図18に示す収納容器80においては、第1の壁25の上端部が収納容器80の上壁(外壁24)と接続されており、第2の壁26の上端部が収納容器80の上壁(外壁24)に接続されている。なお、第2の壁26と第3の壁27との間に、発電室31と第3の流路30とをつなぐ排ガス流通口82が設けられている。そして、第1の壁25と第3の壁27(第2の壁26)との間に、第1の流路28と第2の流路29とをつなぐ空気流通路81が設けられている。また、第4の壁62はその上端部が第2の壁26の排ガス流通口82の下方で、かつ空気流通路81の上端部と同じ位置もしくはそれより高い位置で、第2の壁26に接続されている。なお、第2の壁26の上端部は、排ガス流通口82よりも収納容器80の上壁側にて第1の壁25に接続することもできる。なお、図18に示す収納容器80においては、熱交換抑制部61を、第2の流路29に沿って設けている例を示している。
そして、図17および図18に示した収納容器70および収納容器80においても、空気供給管32より供給される空気は、第1の流路28を上方に向けて流れ、第1の流路28を流れた空気が続いて第2の流路29を流れた後、燃料電池セル17に流れる。また、発電室31内の排ガスが第3の流路30を流れて収納容器70および収納容器80の外部へ排気される。この際、第2の流路29と第3の流路30との間に熱交換抑制部61を備えることから、第2の流路29を流れる空気と第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換を抑制することができ、第2の流路29を流れる空気の温度が低下することを抑制できる。それゆえ、高温の空気を燃料電池セル17に供給することができることから、燃料電池セル17の発電効率を向上することができる。
(第11の実施形態)
図19および図20は、収納容器90内にセルスタック装置16を収納してなる、本発明の第11の実施形態の燃料電池モジュール22H,22Iを概略的に示す断面図であり、後述する熱交換抑制部材91を具備している。本実施形態の収納容器90は、第5の実施形態の収納容器23に類似し、対応する部分には同一の参照符を付し、その説明を省略する。
収納容器90において、空気供給管32より供給される空気は、第1の流路28および第2の流路29を流れて発電室31内に供給されるが、第2の流路29を流れる空気は、発電室31内の熱とで熱交換され高温となる。一方、発電室31より第3の流路30を流れる排ガスは、第1の流路28を流れる高温ではない空気と熱交換されることから、第2の流路29を流れる空気の温度よりも低くなるおそれがある。それに伴い、第2の流路29を流れる空気と第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換により、第2の流路29を流れる空気の温度が低下し、燃料電池セル17の発電量や発電効率が低減するおそれがある。
それゆえ、本発明の燃料電池モジュール22H,22Iにおいては、第2の流路29および第3の流路30のうち少なくとも一方の流路に、第2の流路29を流れる空気と、第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換を抑制するための熱交換抑制部材91を具備する。
それにより、第2の流路29を流れる空気と第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換を抑制でき、第2の流路29を流れる空気の温度が低下することを抑制できる。それにより、高温の空気を燃料電池セル17に供給することができることから、燃料電池セル17の発電効率を向上することができる。
ここで、図19においては熱交換抑制部材91を第2の流路29内に具備している例を示しており、図20においては熱交換抑制部材91を第3の流路30内に具備している例を示している。なお、熱交換抑制部材91は、第2の流路29および第3の流路30の両方の流路に配置することもできる。そして、図19および図20に示す熱交換抑制部材91は、それぞれ第2の壁26に固着して配置されている。
第2の流路29を流れる空気の熱は、第2の壁26を介して第3の流路30を流れる排ガスと熱交換されるため、熱交換抑制部材91を第2の壁26に固着して配置することにより、第2の流路29を流れる空気と第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換を効率よく抑制することができる。
なお、熱交換抑制部材91としては、第2の流路29流れる空気と第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換を抑制することができるもの、すなわち熱伝導率の低いものであり、かつ第2の流路29を流れる空気の温度により影響を受けないものであれば特に制限はなく、例えば断熱材、コンクリート、ガラス等を用いることができる。なお、燃料電池モジュール22H,22Iのコストや重量等を考慮して、熱交換抑制部材として断熱材を用いることが好ましい。
ここで、熱交換抑制部材91として断熱材を用いる場合において、第2の流路29および第3の流路30のうち少なくとも一方の流路に容易に配置することが可能な形状とすることが好ましく、例えば板状の断熱材とすることができる。
ここで、第2の流路29を流れる空気の温度が低下することを効果的に抑制するにあたっては、第2の流路29および第3の流路30が、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向に沿う側部の外形以上の大きさであるとともに、熱交換抑制部材91の形状をセルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向に沿う側部の外形以上の大きさとすることが好ましい。
すなわち、熱交換抑制部材91として板状の断熱材を用いる場合においては、板状の断熱材は、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向における幅以上の幅を有し、燃料電池セル17の長手方向における幅以上の幅を有する大きさとすることが好ましい。
それにより発電室31内の熱や、燃料電池セル17の発電により生じる熱が、効率よく第2の流路29を流れる空気と熱交換される(伝熱される)とともに、第2の流路29を流れる空気と第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換を抑制でき、燃料電池セル17に温度の高い空気を供給することができる。さらには、熱交換抑制部材91の大きさをセルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向に沿う側部の外形以上の大きさとすることにより、空気が第2の流路29を流れる間に、セルスタック18の温度が低下することも抑制できる。
ここで、図19に示す熱交換抑制部材91は、その上端部が燃料電池セル17の上端部よりも高い位置となる形状として第2の流路29内に配置しており、図20に示す熱交換抑制部材91は、その下端部が燃料電池セル17の下端部よりも低い位置となり、かつその上端部が、燃料電池セル17の上端部よりも高い位置となる形状として第3の流路30内に配置されている。なお、図示していないが、熱交換抑制部材91は、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向における幅以上の幅を有しており、セルスタック18を構成する燃料電池セル17の配列方向に沿う側部の外形以上の大きさとして構成されている。
また第2の流路29を流れる空気の温度が低下することを効率よく抑制するにあたっては、第2の流路29または第3の流路30において、それぞれの流路を構成する第2の壁26の面積が大きい方の流路に熱交換抑制部材91を具備することが好ましく、その際、それぞれの流路を構成する第2の壁26の全面に熱交換抑制部材91を固着することもできる。
それにより、第2の流路29を流れる空気の温度が低下することを抑制でき、高温の空気を燃料電池セル17に供給することができ、燃料電池セル17の発電効率を向上することができる。
なお、熱交換抑制部材91を第2の壁26に固着するにあたり、第2の壁26に熱交換抑制部材91を固着するための固着部材を設けることや、第1の壁25や第3の壁27に熱交換抑制部材91を第2の壁26に固着するための固着部材を設けることもできる。
上述したように、本発明の燃料電池モジュールにおいては、収納容器90内に、空気供給管32より供給される空気を上方に流すための第1の流路28と、第1の流路28を流れた空気を発電室31(燃料電池セル17)内に供給するための第2の流路29と、発電室31内の排ガスを下方に向けて流すための第3の流路30を具備し、第2の流路29および第3の流路30のうち少なくとも一方に熱交換抑制部材91を具備していればよく、それぞれの流路の構成は適宜設定することができる。
(第12および第13の実施形態)
図21は、収納容器100内にセルスタック装置16を収納してなる、本発明の第12の実施形態の燃料電池モジュール22Jを示す。図22は、収納容器110内にセルスタック装置16を収納してなる、本発明の第13の実施形態の燃料電池モジュール22Kを示す。図21に示す収納容器100においては、第1の壁25の上端部が収納容器100の上壁(外壁24)と接続されており、第1の壁25に、第1の流路28と第2の流路29とをつなぐための空気流通口101が設けられている。そして、第2の壁26の上端部が、第1の壁25の空気流通口101よりも下方に接続されている。また、第3の壁27の上端部は収納容器100の上壁と接続されており、第2の壁26と第3の壁27との間に、発電室31と第3の流路30とをつなぐ排ガス流通路102が設けられている。なお、第3の壁27は、第1の壁25と第2の壁26との接続部よりも収納容器100の上壁側(空気流通口101よりも上方側)で第1の壁25と接続することもできる。なお、図21に示す収納容器100においては、熱交換抑制部材91を第2の流路29に配置している例を示している。
また、図22に示す収納容器110においては、第1の壁25の上端部が収納容器110の上壁(外壁24)と接続されており、第2の壁26の上端部が収納容器110の上壁(外壁24)に接続されている。なお、第2の壁26と第3の壁27との間に、発電室31と第3の流路30とをつなぐ排ガス流通口112が設けられている。そして、第1の壁25と第2の壁26との間に、第1の流路28と第2の流路29とをつなぐ空気流通路111が設けられている。また、第3の壁27はその上端部が第2の壁26の排ガス流通口112の下方で、かつ空気流通路111の上端部と同じ位置もしくはそれより高い位置で、第2の壁26に接続されている。なお、第2の壁26の上端部は、空気流通路111よりも収納容器110の上壁側にて第1の壁25に接続することもできる。なお、図22に示す収納容器110においては、熱交換抑制部材91を第2の流路29に配置している例を示している。
そして、図21および図22に示した収納容器100および収納容器110においても、空気供給管32より供給される空気は、第1の流路28を上方に向けて流れ、第1の流路28を流れた空気が続いて第2の流路29を流れた後、燃料電池セル17に流れる。また、発電室31内の排ガスが第3の流路30を流れて収納容器100および収納容器110の外部へ排気される。この際、第2の流路29に熱交換抑制部材91を具備することから、第2の流路29を流れる空気と第3の流路30を流れる排ガスとの熱交換を抑制することができ、第2の流路29を流れる空気の温度が低下することを抑制できる。それゆえ、高温の空気を燃料電池セル17に供給することができることから、燃料電池セル17の発電効率を向上することができる。
(第14の実施形態)
図23は、本発明の第14の実施形態の燃料電池装置120を示す斜視図である。なお、図23においては一部構成を省略して示している。
図23に示す燃料電池装置120は、支柱121と外装板122とから構成される外装ケース内を仕切板123により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール22,22A,22B,22C,22D,22E,22F,22G,22H,22I,22J,22Kを収納するモジュール収納室124とし、下方側を燃料電池モジュール22,22A,22B,22C,22D,22E,22F,22G,22H,22I,22J,22Kを作動させるための補機を収納する補機収納室125として構成されている。なお、補機収納室125に収納する補機を省略して示している。
また、仕切板123には、補機収納室125の空気をモジュール収納室124側に流すための空気流通口126が設けられており、モジュール収納室124を構成する外装板122の一部に、モジュール収納室124内の空気を排気するための排気口127が設けられている。
このような燃料電池装置120においては、上述したように、発電効率を向上することができる燃料電池モジュール22,22A,22B,22C,22D,22E,22F,22G,22H,22I,22J,22Kをモジュール収納室124に収納して構成されることにより、発電効率の向上した燃料電池装置120とすることができる。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。
例えば、収納容器23,47,50,60,70,80,90,100,110に収納するセルスタック装置16において、燃料電池セル17を複数個配列したセルスタック18をマニホールド20上に1つだけ配置した例を示したが、マニホールド20上にセルスタック18を2つ並置することもできる。この場合においては、それぞれのセルスタック18の側面側に位置する空気吹き出し口34より燃料電池セル17に空気が供給されることとなる。
また例えば、収納容器23,47,50,60,70,80,90,100,110は、外壁24と第1の壁25とで第1の流路28を形成し、第2の壁26と第3の壁27とで第2の流路29を形成し、第1の壁25と第2の壁26とで第3の流路30を形成していればよく、適宜空気流通口や排ガス流通口の位置を変更することもできる。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

Claims (8)

  1. 筒状の容器の中央部に、原燃料が供給される供給口が設けられた気化部と、
    前記容器の両側部に設けられる改質部であって、各改質部が前記気化部より流入した原燃料を燃料ガスに改質する改質触媒を備え、前記燃料ガスを送出する燃料ガス送出口が設けられた改質部と、を有することを特徴とする改質器。
  2. 前記気化部の前記供給口からそれぞれの前記改質部の前記燃料ガス送出口までの長さが等しく、かつそれぞれの前記改質部に備える前記改質触媒は、等量でかつ同一材料からなることを特徴とする請求項1に記載の改質器。
  3. 前記気化部の前記供給口に、前記原燃料を供給するための原燃料供給管が接続されているとともに、該原燃料供給管に前記原燃料をそれぞれの前記改質部側に流すための原燃料流通方向調整部材が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の改質器。
  4. 前記気化部の前記供給口に、前記原燃料および水をそれぞれ供給するための二重管が接続されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の改質器。
  5. 内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタックと、
    前記燃料電池セルの下端を固定するとともに前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのマニホールドと、
    前記セルスタックの上方に配置される請求項1乃至請求項4のうちいずれかに記載の改質器と、
    前記マニホールドの両端部に、それぞれの前記燃料ガス送出口と接続される燃料ガス供給管とを具備することを特徴とするセルスタック装置。
  6. 前記気化部の前記供給口からそれぞれの前記燃料ガス供給管と前記マニホールドとの接続部までの長さが等しいことを特徴とする請求項5に記載のセルスタック装置。
  7. 収納容器と、
    該収納容器内に収納される、請求項5または請求項6に記載のセルスタック装置とを含み、
    前記改質器が前記収納容器の上壁の内面側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。
  8. 外装ケースと、
    該外装ケース内に収納される、請求項7に記載の燃料電池モジュールと、
    該燃料電池モジュールを作動させるための補機とを含むことを特徴とする燃料電池装置。
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