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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