WO2012137934A1 - 燃料電池モジュール - Google Patents

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WO2012137934A1
WO2012137934A1 PCT/JP2012/059554 JP2012059554W WO2012137934A1 WO 2012137934 A1 WO2012137934 A1 WO 2012137934A1 JP 2012059554 W JP2012059554 W JP 2012059554W WO 2012137934 A1 WO2012137934 A1 WO 2012137934A1
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WO
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exhaust gas
reformer
cell stack
vaporizer
oxidant
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PCT/JP2012/059554
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French (fr)
Inventor
暁 山本
洋平 水野
Original Assignee
Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社
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Publication date
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
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    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • Various aspects and embodiments of the present invention relate to a fuel cell module.
  • the fuel cell module described in Patent Document 1 includes a vaporizer for generating a reformed gas using a hydrogen-containing fuel, a reformer having the reformer, and a cell stack that generates power using the reformed gas. It is housed inside the body and is modularized.
  • the vaporizer (reformer) is disposed above the cell stack, and is connected to a supply pipe for supplying raw fuel gas and water from outside the casing. Inside the casing, an exhaust gas flow path for flowing the exhaust gas from the cell stack to the outside of the casing is formed. In the exhaust gas flow path, a heat exchanging unit for performing heat exchange between the exhaust gas flowing in the exhaust gas flow path and the raw fuel gas or water flowing in the supply pipe is disposed.
  • Patent Document 2 a fuel cell module in which a vaporizer is arranged on the side of the cell stack is known (see, for example, Patent Document 2).
  • the vaporizer and the reformer are integrally configured and disposed above the cell stack, so that the exhaust gas from the cell stack is as much as possible. It is possible to reach the vaporizer early.
  • the carburetor takes heat from the surroundings by operating, when the configuration of the fuel cell module described in Patent Document 1 is adopted, the carburetor cools the reforming unit or the cell stack during the steady operation of the fuel cell module. There is a risk of reducing the power generation performance.
  • a fuel cell module includes a first vaporizer that generates steam, a reformer that generates reformed gas using the steam and hydrogen-containing fuel, and the reformed gas.
  • a cell stack for generating power a housing that internally stores the first vaporizer, the reformer, and the cell stack, and that forms an exhaust gas flow path for circulating the exhaust gas of the cell stack to the outside,
  • the reformer is disposed in the exhaust gas flow path downstream of the cell stack and above the cell stack, and the first vaporizer is downstream of the cell stack. It is arranged in the exhaust gas flow path and at the same height as the reformer or above the reformer in a state separated from the reformer and the cell stack.
  • stable power generation performance can be exhibited while shortening the startup time.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a fuel cell module according to a first embodiment. It is sectional drawing explaining the inside of the fuel cell module which concerns on 1st Embodiment. It is sectional drawing explaining the inside of the fuel cell module which concerns on 2nd Embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a fuel cell module according to an embodiment.
  • the fuel cell module 1 of the present embodiment includes a reformer 2, a cell stack 3, a combustion unit 4, a lower vaporizer (second vaporizer) 5a, and an upper vaporizer (first vaporizer). 5b and a housing 7 are provided.
  • a metal box having a rectangular parallelepiped shape is adopted as the housing 7, and the reformer 2, the cell stack 3, the combustion unit 4, the lower vaporizer 5 a, and the upper vaporizer 5 b are accommodated therein.
  • the fuel cell module 1 generates power in the cell stack 3 using a hydrogen-containing fuel and an oxidant.
  • the cell stack 3 has a stack of a plurality of cells called SOFC (Solid Oxide Fuel Cells).
  • SOFC Solid Oxide Fuel Cells
  • Each cell is configured by disposing an electrolyte that is a solid oxide between a fuel electrode and an oxidant electrode.
  • the electrolyte is made of, for example, yttria stabilized zirconia (YSZ) or the like, and conducts oxide ions at a high temperature.
  • the fuel electrode is made of, for example, a mixture of nickel and YSZ, and generates electrons and water by reacting oxide ions with hydrogen in the reformed gas.
  • the oxidant electrode is made of, for example, lanthanum strontium manganite and reacts oxygen and electrons in the oxidant to generate oxide ions.
  • hydrocarbon fuel for example, a hydrocarbon fuel is used.
  • hydrocarbon fuel a compound containing carbon and hydrogen in the molecule (may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof is used.
  • hydrocarbon fuels include hydrocarbons, alcohols, ethers or biofuels. These hydrocarbon fuels are derived from conventional fossil fuels such as petroleum and coal, and synthetic systems such as synthesis gas. A fuel-derived one or a biomass-derived one can be used as appropriate.
  • hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, town gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil.
  • methanol or ethanol is mentioned as alcohol.
  • ethers include dimethyl ether.
  • Biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel or biojet.
  • the oxidizing agent for example, air, pure oxygen gas (which may contain impurities that are difficult to remove by a normal removing method), or oxygen-enriched air is used.
  • the reformer 2 is connected to the fuel blower 10, and the hydrogen-containing fuel is supplied from the fuel blower 10 and is connected to the upper vaporizer 5 b, and vaporized water is supplied.
  • the reformer 2 generates reformed gas using the supplied hydrogen-containing fuel and water.
  • the reformer 2 reforms the hydrogen-containing fuel and generates a reformed gas by a reforming reaction using a reforming catalyst.
  • the reforming method in the reformer 2 is not particularly limited, and for example, steam reforming, partial oxidation reforming, autothermal reforming, and other reforming methods can be employed.
  • the reformer 2 is disposed on the upper side of the cell stack 3 so as to be heated by combustion heat described later.
  • the reformer 2 supplies the reformed gas to the fuel electrode of the cell stack 3.
  • the cell stack 3 generates power using the reformed gas from the reformer 2 and an oxidant supplied by an air blower (not shown).
  • the cell stack 3 supplies the reformed gas and the oxidant, which have not been used for power generation, to the combustion unit 4 as off-gas.
  • the combustion unit 4 burns off gas supplied from the cell stack 3 and heats the reformer 2.
  • the combustion unit 4 is located at the upper part of the cell stack 3.
  • the exhaust gas generated by the combustion of the combustion unit 4 is exhausted out of the housing 7 through the exhaust gas pipe 4a.
  • the exhaust gas pipe 4a is provided with a combustion catalyst 4b, and the exhaust gas exhausted is combusted by the combustion catalyst 4b.
  • a heat exchanging section 90 is connected to the exhaust gas pipe 4a, and the heat of the exhaust gas is recovered by exchanging heat with hot water or the like (not shown).
  • the lower vaporizer 5a and the upper vaporizer 5b heat and vaporize the supplied water to generate steam supplied to the reformer 2.
  • the lower vaporizer 5 a is connected to a water pump 8, and water is supplied by the water pump 8.
  • the lower vaporizer 5a supplies water or water vapor to the upper vaporizer 5b.
  • the upper vaporizer 5 b supplies the generated steam to the reformer 2.
  • the water in the lower vaporizer 5a and the upper vaporizer 5b is heated by recovering the heat of the exhaust gas.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the arrangement of internal flow paths and components of the fuel cell module 1 shown in FIG.
  • the housing 7 has an internal space for accommodating the reformer 2 and the cell stack 3.
  • the casing 7 includes a storage chamber 11 that stores the cell stack 3 and the reformer 2, and an exhaust gas passage 12 that is formed outside the storage chamber 11 and that passes the exhaust gas EG generated by combustion of off-gas from the cell stack 3. And an oxidant flow path 13 that allows the oxidant OX to pass through, and each wall portion that defines the storage chamber 11, the exhaust gas flow path 12, and the oxidant flow path 13.
  • the direction (vertical direction in the drawing) along the stacking direction of the cells of the cell stack 3 is defined as the “length direction D1” of the casing 7 and is orthogonal to the stacking direction of the cells in the horizontal direction.
  • the following description will be made assuming that the direction is the “width direction D2” of the casing 7 and the vertical direction is the “vertical direction D3” of the casing 7.
  • the storage chamber 11 is defined by first side wall portions 16 and 17 facing each other in the width direction D2 and a first bottom wall portion 18 connected to each lower end portion of the first side wall portions 16 and 17.
  • a pedestal 41 that supports the cell stack 3 is disposed on the first bottom wall portion 18.
  • a heat insulating material may be disposed between the first bottom wall portion 18 and the pedestal 41.
  • the upper end of the storage chamber 11 is open. That is, the exhaust gas EG circulates in at least the space above the combustion unit 4 in the storage chamber 11, and thus is substantially an “exhaust gas flow path”.
  • the reformer 2 is disposed downstream of the cell stack 3 and above the cell stack in the “exhaust gas passage” that is a part of the storage chamber 11.
  • the upper vaporizer 5b is spaced from the cell stack 3 and the reformer 2 and is disposed near the upper end of the storage chamber 11. That is, the upper vaporizer 5 b is disposed downstream of the cell stack 3 and the reformer 2 and above the reformer 2 in the “exhaust gas passage” that is a part of the storage chamber 11. Yes.
  • a heat insulating member 9 that blocks heat exchange between the reformer 2 and the upper vaporizer 5b is disposed.
  • the exhaust gas flow path 12 includes a wall portion that defines the storage chamber 11, second side wall portions 21 and 22 that are respectively disposed outside the first side wall portions 16 and 17 in the width direction D ⁇ b> 2, 17 is defined by a first upper wall portion 23 disposed on the upper side of the upper end portion 17 and a second bottom wall portion 24 disposed on the lower side of the first bottom wall portion 18.
  • the first upper wall portion 23 is connected to the upper end portions of the second side wall portions 21 and 22, and the second bottom wall portion 24 is connected to the lower end portions of the second side wall portions 21 and 22.
  • the second side wall parts 21 and 22 are arranged so as to be spaced apart from the first side wall parts 16 and 17.
  • the first upper wall portion 23 is disposed at a position spaced from the upper end portion of the storage chamber 11 so as to face the upper end portion of the storage chamber 11.
  • the second bottom wall portion 24 is disposed so as to face the first bottom wall portion 18 while being spaced apart from the first bottom wall portion 18.
  • the exhaust gas passage 12 includes exhaust gas passages 12A and 12B formed between the upper opening of the storage chamber 11 and the first upper wall portion 23, the second side wall portions 21 and 22, the first side wall portion 16, 17 and exhaust gas passages 12C and 12D formed between the second bottom wall portion 24 and the first bottom wall portion 18, and exhaust gas passages 12E and 12F formed between the second bottom wall portion 24 and the first bottom wall portion 18.
  • the exhaust gas passages 12A and 12B guide the exhaust gas EG from the combustion unit 4 to the exhaust gas passages 12C and 12D.
  • the exhaust gas channels 12C and 12D pass the exhaust gas EG downward, and supply the heat of the exhaust gas EG to the oxidant OX flowing through the outer oxidant channels 13C and 13D.
  • the exhaust gas passages 12E and 12F allow the exhaust gas EG to pass in the horizontal direction toward the exhaust gas pipe 4a.
  • the lower vaporizer 5a is disposed in the exhaust gas passages 12E and 12F. That is, the lower vaporizer 5 a is disposed downstream of the reformer 2 and the upper vaporizer 5 b and below the cell stack 3.
  • the oxidant flow channel 13 includes a wall portion that defines the exhaust gas flow channel 12, third side wall portions 26 and 27 that are respectively disposed outside the second side wall portions 21 and 22 in the width direction D2, and a first upper wall.
  • the second upper wall portion 28 disposed above the portion 23 and the third bottom wall portion 29 disposed below the second bottom wall portion 24 are defined.
  • the second upper wall portion 28 is connected to the upper end portions of the third side wall portions 26 and 27, and the third bottom wall portion 29 is connected to the lower end portions of the third side wall portions 26 and 27.
  • the third side wall portions 26 and 27 are arranged so as to be spaced apart from the second side wall portions 21 and 22.
  • the second upper wall portion 28 is disposed so as to be spaced apart from the first upper wall portion 23.
  • the third bottom wall portion 29 is disposed so as to be spaced apart from the second bottom wall portion 24.
  • the first upper wall portion 23 is provided with an oxidant supply member 36 at the center thereof.
  • the oxidant supply member 36 extends downward from the first upper wall portion 23 and supplies the oxidant OX to the cell stack 3.
  • the oxidant supply member 36 extends so as to enter a gap between the pair of cell stacks 3, defines an oxidant flow path 13 ⁇ / b> K inside, and has through holes 37 and 38 at the tip. .
  • the oxidant flow path 13 includes oxidant flow paths 13A and 13B formed between the second upper wall portion 28 and the first upper wall portion 23, third side wall portions 26 and 27, and the second side wall portion 21, And oxidant flow paths 13C and 13D formed between the second bottom wall part 24 and the oxidant flow paths 13G and 13H formed between the third bottom wall part 29 and the second bottom wall part 24.
  • the oxidant flow paths 13G and 13H pass the oxidant OX from the air supply pipe 4c so as to spread in the horizontal direction and guide it to the oxidant flow paths 13C and 13D.
  • the oxidant channels 13C and 13D allow the oxidant OX to pass upward, and heat the oxidant OX by the heat of the exhaust gas EG flowing through the inner exhaust gas channels 12C and 12D.
  • the oxidant flow paths 13A and 13B allow the oxidant OX to pass from the outside toward the inside in the width direction D2, flow into the oxidant flow path 13K of the oxidant supply member 36, and guide it to the through holes 37 and 38.
  • the third bottom wall portion 29 is provided with an air supply pipe 4c for allowing an oxidant to flow into the oxidant flow path 13 from an oxidant supply portion (not shown).
  • the second bottom wall portion 24 is provided with an exhaust gas pipe 4 a that exhausts the exhaust gas from the exhaust gas flow channel 12.
  • the reformed gas generated in the reformer 2 using the hydrogen-containing fuel supplied from the outside and the water vapor from the lower vaporizer 5a and the upper vaporizer 5b is not shown connecting the reformer 2 and the pedestal 41. It passes through the pipe and flows into the base 41 and is supplied from the base 41 to each cell of the cell stack 3. The reformed gas flows from the lower side to the upper side of the cell stack 3, and a part of the reformed gas is used as an off-gas for combustion in the combustion unit 4.
  • the oxidant OX is supplied from the outside through the air supply pipe 4c, spreads in the horizontal direction in the oxidant flow paths 13G and 13H, and is directed upward through the oxidant flow paths 13C and 13D while being heated by the exhaust gas EG flowing inside.
  • the oxidant OX passes through the oxidant flow paths 13A and 13B, flows through the oxidant flow path 13K of the oxidant supply member 36, passes through the through holes 37 and 38, and is supplied to the cell stack 3, and a part thereof Used for combustion in the combustion section 4.
  • the exhaust gas EG generated in the combustion unit 4 flows upward in the storage chamber 11 and heats the reformer 2, and then reaches the upper vaporizer 5b to heat the upper vaporizer 5b. Thereafter, the exhaust gas channels 12A and 12B are guided to the exhaust gas channels 12C and 12D, and pass through the exhaust gas channels 12C and 12D downward while supplying heat to the oxidant OX flowing outside.
  • the exhaust gas EG When the exhaust gas EG reaches the bottom, it flows into the exhaust gas channels 12E and 12F, and passes through the exhaust gas channels 12E and 12F while supplying heat to the lower vaporizer 5a.
  • the exhaust gas EG that has passed through the exhaust gas passages 12E and 12F is exhausted from the exhaust gas pipe 4a.
  • the upper vaporizer 5b, the reformer 2, and the cell stack 3 are accommodated in the housing 7, and the reformer 2 is more than the cell stack 3 in the storage chamber 11. Is located in the exhaust gas flow path on the downstream side and above the cell stack 3, and the upper vaporizer 5 b is in the exhaust gas flow path on the downstream side of the cell stack 3 in the storage chamber 11 and the reformer 2. And disposed above the reformer 2 in a state of being separated from the cell stack 3. With this configuration, since the exhaust gas of the cell stack 3 reaches the upper vaporizer 5b before exchanging heat with the wall surface defining the exhaust gas flow channel in the housing 7, sufficient heat is generated in the upper vaporizer 5b. Can be given.
  • the upper vaporizer 5b is arranged in a state of being separated from the reformer 2 and the cell stack 3, when the water vaporization is performed in the upper vaporizer 5b, the reformer and the cell stack are cooled by radiation cooling. Can be mitigated. For this reason, stable power generation performance can be exhibited during steady operation.
  • the upper vaporizer 5b since the heat insulating member 9 is disposed between the upper vaporizer 5b and the reformer 2, the upper vaporizer 5b performs convective heat transfer of the exhaust gas. Since the upper vaporizer 5b, the reformer 2 and the cell stack 3 are not adjacent to each other in a straight line, the cooling of the reformer 2 and the cell stack 3 by radiation cooling is further mitigated. Can do.
  • the fuel cell module 1 is disposed in the exhaust gas flow path 12 on the downstream side of the cell stack 3, the reformer 2, and the upper vaporizer 5b, and below the cell stack 3. Since the lower vaporizer 5a for supplying water or water vapor to the upper vaporizer 5b is provided, the water or water vapor heated by the lower vaporizer 5a can be supplied to the upper vaporizer 5b. Therefore, vaporization in the upper vaporizer 5b can be performed efficiently.
  • the fuel cell module according to the second embodiment is configured in substantially the same manner as the fuel cell module 1 according to the first embodiment, and only the route of the oxidant supply flow path 13 is different.
  • the description will focus on the differences from the fuel cell module 1 according to the first embodiment, and a duplicate description will be omitted.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the arrangement of internal flow paths and components of the fuel cell module according to this embodiment.
  • the second upper wall portion 28 is provided with an air supply pipe 4 c for allowing the oxidant to flow into the oxidant flow path 13.
  • the first side wall portions 16 and 17 are formed with insertion holes 16a and 17a.
  • oxidant channels 13C and 13D oxidant channels 13L and 13M communicating from the insertion ports 16a and 17a to the storage chamber 11 are formed.
  • the upper vaporizer 5b is spaced from the cell stack 3 and the reformer 2 and is disposed near the upper end of the storage chamber 11.
  • the upper vaporizer 5 b is disposed downstream of the cell stack 3 and the reformer 2 and above the reformer 2 in the “exhaust gas passage” that is a part of the storage chamber 11. Between the reformer 2 and the upper vaporizer 5b, a heat insulating member 9 that blocks heat exchange between the reformer 2 and the upper vaporizer 5b is disposed. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the oxidant OX is supplied from the outside through the air supply pipe 4c, spreads in the horizontal direction in the oxidant flow paths 13A and 13B, and is directed downward through the oxidant flow paths 13C and 13D while being heated by the exhaust gas EG flowing inside. Pass through.
  • the oxidant OX is supplied to the cell stack 3 from the oxidant flow paths 13L and 13M through the insertion ports 16a and 17a, and a part thereof is used for combustion in the combustion unit 4.
  • the exhaust gas EG generated in the combustion unit 4 flows upward in the storage chamber 11 and heats the reformer 2, and then reaches the upper vaporizer 5b to heat the upper vaporizer 5b.
  • the exhaust gas channels 12A and 12B are guided to the exhaust gas channels 12C and 12D, and pass through the exhaust gas channels 12C and 12D downward while supplying heat to the oxidant OX flowing outside.
  • the exhaust gas EG reaches the bottom, it flows into the exhaust gas channels 12E and 12F, and passes through the exhaust gas channels 12E and 12F while supplying heat to the lower vaporizer 5a.
  • the exhaust gas EG that has passed through the exhaust gas passages 12E and 12F is exhausted from the exhaust gas pipe 4a.
  • the upper vaporizer 5b, the reformer 2, and the cell stack 3 are accommodated in the housing 7, and the reformer 2 is more than the cell stack 3 in the storage chamber 11.
  • the upper vaporizer 5b is disposed in the exhaust gas flow path on the downstream side and above the cell stack 3, and the upper vaporizer 5b is disposed in the exhaust gas flow path on the downstream side of the cell stack 3 in the storage chamber 11 and the reformer 2 and It is disposed above the reformer 2 in a state of being separated from the cell stack 3.
  • the upper vaporizer 5b since the heat insulating member 9 is disposed between the upper vaporizer 5b and the reformer 2, the upper vaporizer 5b only performs convective heat transfer of the exhaust gas. Since the upper vaporizer 5b and the reformer 2 and the cell stack 3 are not adjacent to each other in a straight line, the cooling of the reformer 2 and the cell stack 3 by radiation cooling can be further mitigated. it can.
  • the fuel cell module is disposed in the exhaust gas flow path 12 on the downstream side of the cell stack 3, the reformer 2, and the upper vaporizer 5b and below the cell stack 3. Since the lower vaporizer 5a for supplying water or water vapor to the upper vaporizer 5b is provided, the water or water vapor heated by the lower vaporizer 5a can be supplied to the upper vaporizer 5b. Therefore, vaporization in the upper vaporizer 5b can be performed efficiently.
  • the upper vaporizer 5 b is downstream of the cell stack 3 and the reformer 2 in the “exhaust gas flow path” that is a part of the storage chamber 11 and above the reformer 2.
  • carburetor 5b may be arrange
  • the reformer 2 is arrange
  • the vaporizer 5b is in the exhaust gas flow path downstream of the cell stack 3 and is spaced from the reformer 2 and the cell stack 3 at the same height as the reformer 2 or above the reformer 2.
  • the heat insulating member 9 may be omitted.
  • the example in which the hydrogen-containing fuel discharged from the fuel blower 10 is introduced from the reformer 2 has been described.
  • the hydrogen-containing fuel discharged from the fuel blower 10 is introduced from the lower carburetor 5a. You may make it.

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Abstract

　水蒸気を生成する上部気化器５ｂと、水蒸気及び水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器２と、改質ガスを用いて発電を行うセルスタック３と、上部気化器５ｂ、改質器２及びセルスタック３を内部に収納するとともに、セルスタック３の排ガスを外部へ流通させる排ガス流路を内部に形成する筐体７と、を備え、改質器２は、セルスタック３よりも下流側の排ガス流路内であってセルスタック３よりも上方に配置され、上部気化器５ｂは、セルスタック３よりも下流側の排ガス流路内であって改質器２及びセルスタック３と離間した状態で改質器２と同一の高さ又は改質器２よりも上方に配置される。

Description

燃料電池モジュール
　本発明の種々の側面及び実施形態は、燃料電池モジュールに関する。
　従来、燃料電池モジュールとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１記載の燃料電池モジュールは、水素含有燃料を用いて改質ガスを生成するための気化部及び改質部を有する改質器、及び改質ガスを用いて発電を行うセルスタックが筐体内部に収容され、モジュール化されて構成されている。気化部（改質器）は、セルスタック上方に配置され、筐体外部より原燃料ガス及び水を供給するための供給管がそれぞれ接続されている。筐体内部には、セルスタックの排ガスを筐体外部へ流す排ガス流路が形成されている。排ガス流路内には、排ガス流路を流れる排ガスと供給管を流れる原燃料ガス又は水とで熱交換を行うための熱交換部が配置されている。
　また、気化器をセルスタックの側方に配置させた燃料電池モジュールが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２０１０－８０２６０号公報 ＷＯ２００９／０２８１６９号公報
　しかしながら、特許文献２記載の燃料電池モジュールにあっては、燃料電池モジュールの起動時において、排ガスが排ガス流路を流通する際に排ガス流路を画成する壁面と熱交換し、排ガスの熱量が壁面に奪われるため、排ガスの持つ熱量が低下する。このため、排ガスと気化器とが十分な熱交換を行うことができない場合がある。したがって、燃料電池モジュールの起動時間が長くなるおそれがある。
　上記課題を解決するために、特許文献１記載の燃料電池モジュールのように、気化器と改質器とを一体的に構成してセルスタックの上方に配置することによってセルスタックからの排ガスをなるべく早期に気化器に到達させることが考えられる。しかしながら気化器は動作することによって周囲から熱を奪うため、特許文献１記載の燃料電池モジュールの構成を採用した場合、燃料電池モジュールの定常運転時において気化器が改質部又はセルスタックを冷却し発電性能を低下させるおそれがある。
　本技術分野では、起動時間の短縮を図りつつ、安定した発電性能を発揮することができる燃料電池モジュールが望まれている。
　すなわち本発明の一側面に係る燃料電池モジュールは、水蒸気を生成する第１気化器と、前記水蒸気及び水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器と、前記改質ガスを用いて発電を行うセルスタックと、前記第１気化器、前記改質器及び前記セルスタックを内部に収納するとともに、前記セルスタックの排ガスを外部へ流通させる排ガス流路を内部に形成する筐体と、を備え、前記改質器は、前記セルスタックよりも下流側の前記排ガス流路内であって前記セルスタックよりも上方に配置され、前記第１気化器は、前記セルスタックよりも下流側の前記排ガス流路内であって前記改質器及び前記セルスタックと離間した状態で前記改質器と同一の高さ又は前記改質器よりも上方に配置されることを特徴として構成される。
　本発明の種々の側面及び実施形態によれば、起動時間の短縮を図りつつ、安定した発電性能を発揮することができる。
第１実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。 第１実施形態に係る燃料電池モジュールの内部を説明する断面図である。 第２実施形態に係る燃料電池モジュールの内部を説明する断面図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
　図１は、一実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。図１に示すように、本実施形態の燃料電池モジュール１は、改質器２、セルスタック３、燃焼部４、下部気化器（第２気化器）５ａ、上部気化器（第１気化器）５ｂ、及び筐体７を備えている。筐体７は、例えば直方体状を呈する金属製の箱体が採用され、その内部に改質器２、セルスタック３、燃焼部４、下部気化器５ａ及び上部気化器５ｂを収容する。
　燃料電池モジュール１は、水素含有燃料及び酸化剤を用いて、セルスタック３にて発電を行う。セルスタック３は、ＳＯＦＣ（Solid　Oxide　Fuel　Cells）と称される複数のセルの積層体を有している。各セルは、固体酸化物である電解質が燃料極と酸化剤極との間に配置されることで構成されている。電解質は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等からなり、高温下で酸化物イオンを伝導する。燃料極は、例えばニッケルとＹＳＺとの混合物からなり、酸化物イオンと改質ガス中の水素とを反応させて、電子及び水を発生させる。酸化剤極は、例えばランタンストロンチウムマンガナイトからなり、酸化剤中の酸素と電子とを反応させて、酸化物イオンを発生させる。
　水素含有燃料として、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類又はバイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、又はバイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油又は軽油が挙げられる。
　なお、アルコール類として、メタノール又はエタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル又はバイオジェットが挙げられる。酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス（通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい）又は酸素富化空気が用いられる。
　改質器２は、燃料ブロワ１０に接続されており、燃料ブロワ１０により水素含有燃料が供給されるとともに、上部気化器５ｂに接続されており、気化された水が供給される。改質器２は、供給される水素含有燃料及び水を用いて改質ガスを発生させる。改質器２は、改質触媒を用いた改質反応により、水素含有燃料を改質して改質ガスを発生させる。改質器２での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他の改質方式を採用できる。改質器２は、後述する燃焼熱によって加熱され得るようにセルスタック３の上側に配置されている。改質器２は、改質ガスをセルスタック３の燃料極へ供給する。
　セルスタック３は、改質器２からの改質ガス、及び図示しない空気ブロワ等により供給された酸化剤を用いて発電を行う。このセルスタック３は、発電に用いられなかった改質ガス及び酸化剤をオフガスとして、燃焼部４へ供給する。
　燃焼部４は、セルスタック３から供給されるオフガスを燃焼させ、改質器２を加熱する。この燃焼部４は、セルスタック３の上部に位置している。燃焼部４の燃焼で発生した排ガスは、排ガス配管４ａを介して筐体７外へ排気される。排ガス配管４ａには、燃焼触媒４ｂが設けられており、排気される排ガスが当該燃焼触媒４ｂにより燃焼処理される。また、排ガス配管４ａには熱交換部９０が接続されており、排ガスの熱が図示しない貯湯水等と熱交換することにより回収される構成とされている。
　下部気化器５ａ及び上部気化器５ｂは、供給される水を加熱し気化させ、改質器２に供給される水蒸気を生成する。下部気化器５ａは、水ポンプ８に接続されており、水ポンプ８により水が供給される。下部気化器５ａは、水又は水蒸気を上部気化器５ｂへ供給する。上部気化器５ｂは、生成した水蒸気を改質器２へ供給する。この下部気化器５ａ及び上部気化器５ｂにおける水の加熱は、排ガスの熱を回収することで行われる。
　ここで、下部気化器５ａ及び上部気化器５ｂの配置を詳細に説明する。図２は、図１に示す燃料電池モジュール１の内部流路及び構成要素の配置を説明する断面図である。図２に示すように、筐体７は、改質器２及びセルスタック３を収納するための内部空間を有する。筐体７は、セルスタック３及び改質器２を収納する収納室１１と、収納室１１よりも外側に形成され、セルスタック３からのオフガスの燃焼による排ガスＥＧを通過させる排ガス流路１２、及び酸化剤ＯＸを通過させる酸化剤流路１３と、収納室１１、排ガス流路１２及び酸化剤流路１３を画成する各壁部と、を備える。なお、以下の説明においては、セルスタック３の各セルの積層方向に沿った方向（図面垂直方向）を筐体７の「長さ方向Ｄ１」とし、水平方向において各セルの積層方向と直交する方向を筐体７の「幅方向Ｄ２」とし、鉛直方向を筐体７の「上下方向Ｄ３」として以下の説明を行う。
　収納室１１は、幅方向Ｄ２に互いに対向する第１側壁部１６，１７、及び第１側壁部１６，１７の各下端部に連結される第１底壁部１８によって画成される。収納室１１では、セルスタック３を支持する台座４１が第１底壁部１８に配置される。なお、第１底壁部１８と台座４１との間に断熱材が配置されていてもよい。燃焼部４で発生した排ガスＥＧを通過させるため、収納室１１の上端部は開口している。すなわち、収納室１１の少なくとも燃焼部４より上方側の空間は、排ガスＥＧが流通するため、実質的には「排ガス流路」である。
　改質器２は、収納室１１の一部である「排ガス流路」においてセルスタック３よりも下流側であって、セルスタックの上方側に配置されている。上部気化器５ｂは、セルスタック３及び改質器２と離間して収納室１１の上端部付近に配置されている。すなわち、上部気化器５ｂは、収納室１１の一部である「排ガス流路」においてセルスタック３及び改質器２よりも下流側であって、改質器２よりも上方側に配置されている。改質器２と上部気化器５ｂとの間には、改質器２と上部気化器５ｂとの熱のやり取りを遮断する断熱部材９が配置されている。
　排ガス流路１２は、収納室１１を画成する壁部と、幅方向Ｄ２において第１側壁部１６，１７の外側にそれぞれ配置される第２側壁部２１，２２と、第１側壁部１６，１７の上端部よりも上側に配置される第１上壁部２３と、第１底壁部１８よりも下側に配置される第２底壁部２４と、によって画成される。
　第１上壁部２３は第２側壁部２１，２２の上端部に連結され、第２底壁部２４は第２側壁部２１，２２の下端部に連結される。第２側壁部２１，２２は、第１側壁部１６，１７から離間して対向するように配置される。第１上壁部２３は、収納室１１の上端部から離間した位置に、収納室１１の上端部と対向するように配置される。第２底壁部２４は、第１底壁部１８から離間して対向するように配置される。
　排ガス流路１２は、収納室１１の上側の開口部と第１上壁部２３との間に形成される排ガス流路１２Ａ，１２Ｂと、第２側壁部２１，２２と第１側壁部１６，１７との間に形成される排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄと、第２底壁部２４と第１底壁部１８との間に形成される排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆと、を有する。排ガス流路１２Ａ，１２Ｂは、燃焼部４からの排ガスＥＧを排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄへ導く。排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄは、排ガスＥＧを下方へ通過させ、当該排ガスＥＧの熱を外側の酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄを流れる酸化剤ＯＸに供給する。排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆは、排ガスＥＧを排ガス配管４ａへ向かって水平方向に通過させる。
　下部気化器５ａは、排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆに配置されている。すなわち、下部気化器５ａは、改質器２及び上部気化器５ｂよりも下流側であって、セルスタック３の下方側に配置されている。
　酸化剤流路１３は、排ガス流路１２を画成する壁部と、幅方向Ｄ２において第２側壁部２１，２２の外側にそれぞれ配置される第３側壁部２６，２７と、第１上壁部２３よりも上側に配置される第２上壁部２８と、第２底壁部２４よりも下側に配置される第３底壁部２９と、によって画成される。
　第２上壁部２８は第３側壁部２６，２７の上端部に連結され、第３底壁部２９は第３側壁部２６，２７の下端部に連結される。第３側壁部２６，２７は、第２側壁部２１，２２から離間して対向するように配置される。第２上壁部２８は、第１上壁部２３から離間して対向するように配置される。第３底壁部２９は、第２底壁部２４から離間して対向するように配置される。
　第１上壁部２３には、その中央部に酸化剤供給部材３６が設けられている。酸化剤供給部材３６は、第１上壁部２３から下方向に延在し、セルスタック３に酸化剤ＯＸを供給する。酸化剤供給部材３６は、一対のセルスタック３の間の隙間に入り込むように延びており、内部に酸化剤流路１３Ｋを画成するとともに、先端部に貫通孔３７，３８を有している。
　酸化剤流路１３は、第２上壁部２８と第１上壁部２３との間に形成される酸化剤流路１３Ａ，１３Ｂと、第３側壁部２６，２７と第２側壁部２１，２２との間に形成される酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄと、第３底壁部２９と第２底壁部２４との間に形成される酸化剤流路１３Ｇ，１３Ｈと、を有する。酸化剤流路１３Ｇ，１３Ｈは、給気管４ｃからの酸化剤ＯＸを水平方向に広がるように通過させ、酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄへ導く。酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄは、酸化剤ＯＸを上方へ通過させ、当該酸化剤ＯＸを内側の排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄを流れる排ガスＥＧの熱によって加熱する。酸化剤流路１３Ａ，１３Ｂは、酸化剤ＯＸを幅方向Ｄ２における外側から内側へ向かって通過させ、酸化剤供給部材３６の酸化剤流路１３Ｋへ流して貫通孔３７，３８へ導く。
　第３底壁部２９には、図示されない酸化剤供給部から酸化剤流路１３に酸化剤を流入させるための給気管４ｃが設けられている。また、第２底壁部２４には、排ガス流路１２からの排ガスを排気する排ガス配管４ａが設けられている。
　次に、改質ガス、酸化剤ＯＸ、及び排ガスＥＧの流れについて説明する。
　外部から供給される水素含有燃料、並びに下部気化器５ａ及び上部気化器５ｂからの水蒸気を用いて改質器２で発生した改質ガスは、改質器２と台座４１とを接続する図示しないパイプを通過して台座４１に流れ込み、台座４１からセルスタック３の各セルに供給される。改質ガスは、セルスタック３を下方から上方へ向かって流れ、一部はオフガスとして燃焼部４での燃焼に用いられる。酸化剤ＯＸは、外部から給気管４ｃを介して供給され、酸化剤流路１３Ｇ，１３Ｈにて水平方向に広がり、内側を流れる排ガスＥＧで加熱されながら酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄを上方へ向かって通過する。酸化剤ＯＸは、酸化剤流路１３Ａ，１３Ｂを通過し、酸化剤供給部材３６の酸化剤流路１３Ｋを流れて、貫通孔３７，３８を通過してセルスタック３へ供給され、一部は燃焼部４での燃焼に用いられる。燃焼部４で発生した排ガスＥＧは、収納室１１を上方に向けて流通し、改質器２を加熱した後、上部気化器５ｂに到達して上部気化器５ｂを加熱する。その後、排ガス流路１２Ａ，１２Ｂで排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄに導かれ、外側を流れる酸化剤ＯＸに熱を供給しながら排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄを下方へ向かって通過する。排ガスＥＧは、底部まで達すると排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆへ流れ込み、下部気化器５ａに熱を供給しながら排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆを通過する。排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆを通過した排ガスＥＧは、排ガス配管４ａから排気される。
　以上、第１実施形態に係る燃料電池モジュール１では、筐体７内部に上部気化器５ｂ、改質器２及びセルスタック３が収容され、改質器２は、収納室１１におけるセルスタック３よりも下流側の排ガス流路内であってセルスタック３よりも上方に配置され、上部気化器５ｂは、収納室１１におけるセルスタック３よりも下流側の排ガス流路内であって改質器２及びセルスタック３と離間した状態で改質器２よりも上方に配置される。このように構成することで、セルスタック３の排ガスが筐体７内において排ガス流路を画成する壁面と熱交換する前に上部気化器５ｂへ到達するため、上部気化器５ｂに十分な熱を与えることができる。このため、起動時間の短縮を図ることが可能となる。さらに、上部気化器５ｂが改質器２及びセルスタック３と離間した状態で配置されているため、上部気化器５ｂにおいて水気化がなされた際に、輻射冷却によって改質器及びセルスタックが冷却されることを緩和することができる。このため、定常運転時において安定した発電性能を発揮することができる。
　また、第１実施形態に係る燃料電池モジュール１によれば、上部気化器５ｂと改質器２との間には断熱部材９が配置されているため、上部気化器５ｂが排ガスの対流熱伝達のみで加熱されるとともに、上部気化器５ｂと改質器２及びセルスタック３とが直線上に隣接しないため、輻射冷却によって改質器２及びセルスタック３が冷却されることを一層緩和することができる。
　さらに、第１実施形態に係る燃料電池モジュール１によれば、セルスタック３、改質器２及び上部気化器５ｂよりも下流側の排ガス流路１２内であって、セルスタック３の下方に配置され、上部気化器５ｂに水又は水蒸気を供給する下部気化器５ａを備えているため、下部気化器５ａで加熱された水又は水蒸気を上部気化器５ｂへ供給することができる。よって、上部気化器５ｂでの気化を効率良く行うことができる。
（第２実施形態）
　第２実施形態に係る燃料電池モジュールは、第１実施形態に係る燃料電池モジュール１とほぼ同様に構成されるものであり、酸化剤供給流路１３の経路のみが相違する。以下では説明理解の容易性を考慮して、第１実施形態に係る燃料電池モジュール１との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
　図３は、本実施形態に係る燃料電池モジュールの内部流路及び構成要素の配置を説明する断面図である。図３に示すように、第２上壁部２８には、酸化剤流路１３に酸化剤を流入させるための給気管４ｃが設けられている。また、第１側壁部１６，１７には挿通口１６ａ、１７ａが形成されている。酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄには、挿通口１６ａ、１７ａから収納室１１へ連通する酸化剤流路１３Ｌ，１３Ｍが形成されている。上部気化器５ｂは、セルスタック３及び改質器２と離間して収納室１１の上端部付近に配置されている。上部気化器５ｂは、収納室１１の一部である「排ガス流路」においてセルスタック３及び改質器２よりも下流側であって、改質器２よりも上方側に配置されている。改質器２と上部気化器５ｂとの間には、改質器２と上部気化器５ｂとの熱のやり取りを遮断する断熱部材９が配置されている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
　次に、酸化剤ＯＸ及び排ガスＥＧの流れについて説明する。
　酸化剤ＯＸは、外部から給気管４ｃを介して供給され、酸化剤流路１３Ａ，１３Ｂにて水平方向に広がり、内側を流れる排ガスＥＧで加熱されながら酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄを下方へ向かって通過する。酸化剤ＯＸは、酸化剤流路１３Ｌ，１３Ｍから挿通口１６ａ，１７ａを通過してセルスタック３へ供給され、一部は燃焼部４での燃焼に用いられる。燃焼部４で発生した排ガスＥＧは、収納室１１を上方に向けて流通し、改質器２を加熱した後、上部気化器５ｂに到達して上部気化器５ｂを加熱する。その後、排ガス流路１２Ａ，１２Ｂで排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄに導かれ、外側を流れる酸化剤ＯＸに熱を供給しながら排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄを下方へ向かって通過する。排ガスＥＧは、底部まで達すると排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆへ流れ込み、下部気化器５ａに熱を供給しながら排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆを通過する。排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆを通過した排ガスＥＧは、排ガス配管４ａから排気される。
　以上、第２実施形態に係る燃料電池モジュールでは、筐体７内部に上部気化器５ｂ、改質器２及びセルスタック３が収容され、改質器２は、収納室１１におけるセルスタック３よりも下流側の排ガス流路内であってセルスタック３よりも上方に配置され、上部気化器５ｂは、収納室１１におけるセルスタック３よりも下流側の排ガス流路内であって改質器２及びセルスタック３と離間した状態で改質器２よりも上方に配置される。このように構成することで、セルスタック３の排ガスが筐体７等と熱交換する前に上部気化器５ｂへ到達するため、上部気化器５ｂに十分な熱を与えることができる。このため、起動時間の短縮を図ることが可能となる。さらに、上部気化器５ｂが改質器２及びセルスタック３と離間した状態で配置されているため、上部気化器５ｂにおいて水気化がなされた際に、輻射冷却によって改質器及びセルスタックが冷却されることを緩和することができる。このため、定常運転時において安定した発電性能を発揮することができる。
　また、第２実施形態に係る燃料電池モジュールによれば、上部気化器５ｂと改質器２との間には断熱部材９が配置されているため、上部気化器５ｂが排ガスの対流熱伝達のみで加熱されるとともに、上部気化器５ｂと改質器２及びセルスタック３とが直線上に隣接しないため、輻射冷却によって改質器２及びセルスタック３が冷却されることを一層緩和することができる。
　さらに、第２実施形態に係る燃料電池モジュールによれば、セルスタック３、改質器２及び上部気化器５ｂよりも下流側の排ガス流路１２内であって、セルスタック３の下方に配置され、上部気化器５ｂに水又は水蒸気を供給する下部気化器５ａを備えているため、下部気化器５ａで加熱された水又は水蒸気を上部気化器５ｂへ供給することができる。よって、上部気化器５ｂでの気化を効率良く行うことができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
　例えば、上記実施形態では、上部気化器５ｂは、収納室１１の一部である「排ガス流路」においてセルスタック３及び改質器２よりも下流側であって、改質器２よりも上方側に配置されている例を説明したが、上部気化器５ｂは、改質器２と離間した状態で改質器２と同一の高さの位置に配置されていてもよい。
　また、上記実施形態では、下部気化器５ａを備える場合を説明したが、必要に応じて下部気化器５ａを備えずに構成してもよい。
　また、上記実施形態では、断熱部材９を備える場合を説明したが、改質器２がセルスタック３よりも下流側の排ガス流路内であってセルスタック３よりも上方に配置され、第１気化器５ｂがセルスタック３よりも下流側の排ガス流路内であって改質器２及びセルスタック３と離間した状態で改質器２と同一の高さ又は改質器２よりも上方に配置されている場合には、断熱部材９を備えずに構成してもよい。
　さらに、上記実施形態では、燃料ブロア１０から吐出される水素含有燃料が改質器２から導入される例を説明したが、燃料ブロア１０から吐出される水素含有燃料が下部気化器５ａから導入されるようしてもよい。
　１…燃料電池モジュール、２…改質器、３…セルスタック、５ａ…下部気化器（第２気化器）、５ｂ…上部気化器（第１気化器）、７…筐体、９…断熱部材、１１…収納室（一部は排ガス流路）、１２…排ガス流路。

Claims (3)

  1. 　水蒸気を生成する第１気化器と、
    　前記水蒸気及び水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器と、
    　前記改質ガスを用いて発電を行うセルスタックと、
    　前記第１気化器、前記改質器及び前記セルスタックを内部に収納するとともに、前記セルスタックの排ガスを外部へ流通させる排ガス流路を内部に形成する筐体と、を備え、
    　前記改質器は、前記セルスタックよりも下流側の前記排ガス流路内であって前記セルスタックよりも上方に配置され、
    　前記第１気化器は、前記セルスタックよりも下流側の前記排ガス流路内であって前記改質器及び前記セルスタックと離間した状態で前記改質器と同一の高さ又は前記改質器よりも上方に配置されること、を特徴とする燃料電池モジュール。
  2. 　前記第１気化器と前記改質器との間には断熱部材が配置される請求項１に記載の燃料電池モジュール。
  3. 　前記セルスタック、前記改質器及び前記第１気化器よりも下流側の前記排ガス流路内であって、前記セルスタックの下方に配置され、前記第１気化器に水又は水蒸気を供給する第２気化器を備える請求項１又は２に記載の燃料電池モジュール。
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