JP2023031383A - 燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池スタック内の温度分布のばらつきを抑制する。【解決手段】燃料電池モジュールは、燃料電池スタックの外側の領域に位置する熱伝達機構であって、燃料電池スタックの熱を、燃料電池スタックに供給するガスと、燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体との少なくとも一方に伝達する熱伝達機構を備える。熱伝達機構は、少なくとも一部が第１出口側領域（燃料電池モジュールのうち、空気室と燃料室との一方に供給されたガスを排出するガス出口側の領域）に含まれる領域内に位置する受熱部であって、燃料電池スタックの第１出口側領域内の熱を受け取る受熱部を備える。【選択図】図８

Description

本明細書によって開示される技術は、燃料電池モジュールに関する。

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の１つとして、固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という。）が知られている。ＳＯＦＣは、例えば、燃料電池スタックと、燃料電池スタックの外側に位置するモジュール機能部とを備える燃料電池モジュールの形態で利用される（例えば、特許文献１参照）。

燃料電池スタックは、複数の発電単位を備える構造体である。各発電単位は、電解質層と、電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極とを含む燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という。）を有する。モジュール機能部は、燃焼器と、改質器と、燃焼器と改質器とを収容するモジュール容器とを備える。

燃料電池スタックに導入され、燃料電池スタックから排出されるガス（燃料オフガスおよび酸化剤オフガス）は、燃焼器に導入され、燃焼器内で燃焼される。また、原燃料ガスは、改質器に導入され、改質器において改質（水蒸気改質）され、その結果、水素リッチな燃料ガスが生成される。このように生成された燃料ガスが、燃料電池スタックに供給される。

国際公開第２０２０／１２９３７２号

上記従来の燃料電池モジュールにおいて、燃料電池スタックの運転の際などに、燃料電池スタック内の温度分布にばらつきが生じることがある。なお、このような課題は、ＳＯＦＣに限らず、他のタイプの燃料電池の燃料電池モジュールにも共通の課題である。

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本明細書に開示される燃料電池モジュールは、電解質層と、前記電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極と、を含む単セルをそれぞれ有する複数の発電単位が第１の方向に積層されてなる燃料電池スタックであって、各発電単位において、前記空気極が面する空気室と、前記燃料極が面する燃料室と、が形成された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外側に位置するモジュール機能部であって、前記燃料電池スタックから排出されるガスを燃焼させる燃焼器と、前記燃料電池スタックに供給される原燃料ガスを改質する改質器と、前記燃焼器と前記改質器とを収容するモジュール容器と、を備えるモジュール機能部と、を備える燃料電池モジュールにおいて、少なくとも一つの前記発電単位である特定発電単位は、前記空気室と前記燃料室との一方である第１ガス室にガスを供給する第１ガス入口と、前記第１ガス室に供給されたガスを排出する第１ガス出口と、を有し、前記燃料電池モジュールのうち、前記第１ガス出口側の領域を第１出口側領域としたときに、前記燃料電池モジュールは、更に、前記燃料電池スタックの外側の領域に位置する熱伝達機構であって、前記燃料電池スタックの熱を、前記燃料電池スタックに供給するガスと、前記燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体との少なくとも一方に伝達する熱伝達機構を備え、前記熱伝達機構は、少なくとも一部が前記第１出口側領域に含まれる領域内に位置する受熱部であって、前記燃料電池スタックの前記第１出口側領域内の熱を受け取る受熱部を備える。

熱伝達機構を備えていない従来の燃料電池モジュールでは、燃料電池スタックの運転中などにおいて、燃料電池スタック内の温度分布にばらつきが生じることがある。この温度分布の態様は、燃料電池スタック内の構成や外部の構成（断熱構造など）等によって様々であるが、上述したように、基本的には、第１ガス室にガスを供給する第１ガス入口側と比較して、第１ガス室に供給されたガスを排出する第１ガス出口側が高温となりやすい。つまり、燃料電池スタックのうち、第１出口側領域内の領域（第１ガス出口側の領域）は、燃料電池スタックの高温部となりやすい。

本燃料電池モジュールにおいては、上記熱伝達機構を備えることにより、第１出口側領域に含まれる領域内に位置する受熱部によって燃料電池スタックの高温部となりやすい第１出口側領域内の熱が受け取られ、燃料電池スタックに供給するガスと、燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体との少なくとも一方に伝達される。そのため、燃料電池スタックにおいて高温部となりやすい第１出口側領域内の温度を低下させることができ、ひいては燃料電池スタックの温度分布にばらつきが抑制することができる。

ところで、仮に燃料電池スタックの第１出口側領域から放出された熱が上記燃料電池モジュールの外部に放出される構成においては、燃料電池スタックの発電効率が著しく低下することとなる。

これに対し、本燃料電池モジュールにおいては、上記従来の燃料電池モジュールと比較して、燃料電池スタックの第１出口側領域から放出された熱は、上記燃料電池モジュールの外部に放出されずに、燃料電池スタックに供給するガスの加熱や、燃料電池スタックに供給するガスを生成するために利用されるため、燃料電池スタックの発電効率の低下を抑制することができる。

（２）上記燃料電池モジュールにおいて、前記熱伝達機構は、前記燃料電池スタックに供給されるガスを内部に流通させることにより、前記燃料電池スタックの前記第１出口側領域内の熱を、前記燃料電池スタックに供給されるガスに伝達する、熱交換器である、構成としてもよい。本燃料電池モジュールによれば、簡易な構成により、燃料電池スタックの第１出口側領域内の熱を、燃料電池スタックに供給されるガスに伝達する熱伝達機構を実現することができる。更に、熱伝達媒体としての空気を用いることにより、特に効率的に、燃料電池スタックの第１出口側領域内の熱を、燃料電池スタックに供給されるガスに伝達することができる。

（３）上記燃料電池モジュールにおいて、前記受熱部は、前記燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体としての前記改質器の原燃料ガスを改質するために利用される水蒸気を生成するための水が供給される蒸発器である、構成としてもよい。本燃料電池モジュールにおいては、受熱部における水の気化熱による吸熱により、燃料電池スタックの第１出口側領域の熱を特に効率的に受け取ることができる。そのため、本燃料電池モジュールによれば、特に効率的に、燃料電池スタックの第１出口側領域内の熱を、燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体に伝達することができる。

（４）上記燃料電池モジュールにおいて、前記受熱部は、前記燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体として原燃料ガスが供給される改質器であって、原燃料ガスを改質する改質器である、構成としてもよい。本燃料電池モジュールによれば、特に効率的に、燃料電池スタックの第１出口側領域内の熱を、燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体に伝達することができる。

（５）上記燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池モジュールは、前記燃料電池スタックの外側の領域に位置する断熱材を備え、前記受熱部は、少なくとも一部が前記断熱材により画定される特定空間であり、前記熱伝達機構は、前記燃料電池スタックの前記第１出口側領域内の熱を、前記特定空間を通して、前記燃料電池スタックに供給するガスと、前記燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体との少なくとも一方に伝達する、構成としてもよい。本燃料電池モジュールによれば、簡易な構成により、燃料電池スタックの第１出口側領域内の熱を、燃料電池スタックに供給するガスと、燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体との少なくとも一方に伝達する熱伝達機構を実現することができる。

（６）上記燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池モジュールは、前記燃料電池スタックを覆う断熱材を備える、構成としてもよい。本燃料電池モジュールにおいては、断熱材を備えることにより、燃料電池スタック内の温度分布のばらつきがより顕著となる。そのため、このような構成において、上述したように熱伝達機構により燃料電池スタックの温度分布のばらつきを抑制することは、特に効果的である。

（７）上記燃料電池モジュールにおいて、前記特定発電単位において、前記空気室と前記燃料室との他方を第２ガス室としたときに、前記特定発電単位は、前記第２ガス室にガスを供給する第２ガス入口と、前記第２ガス室に供給されたガスを排出する第２ガス出口と、を有し、前記燃料電池モジュールのうち、前記第２ガス出口側の領域を第２出口側領域とし、前記第２出口側領域のうち、第１出口側領域と重なる領域を重複領域としたときに、前記受熱部は、前記重複領域に含まれる領域内に位置する、構成としてもよい。本燃料電池モジュールによれば、特に効果的に、燃料電池スタックの発電効率の低下を抑制することができる。

（８）上記燃料電池モジュールにおいて、前記第１の方向視において、前記燃料電池スタックの外形が略矩形であり、前記外形を画定する互いに対向する一対の辺のうち、前記第１ガス入口と前記第２ガス入口とが前記燃料電池スタックの一方の辺側に形成され、前記第１ガス出口と前記第２ガス出口とが他方の辺側に形成されている、構成としてもよい。本燃料電池モジュールにおいては、高温となりやすい第１ガス出口と第２ガス出口とが比較的密集する。そのため、燃料電池スタック内の温度分布のばらつきがより顕著となりやすい。そのため、このような構成において、上述したように熱伝達機構により燃料電池スタックの温度分布のばらつきを抑制することは、特に効果的である。

（９）本明細書に開示される燃料電池モジュールは、電解質層と、前記電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極と、を含む単セルをそれぞれ有する複数の発電単位が第１の方向に積層されてなる燃料電池スタックであって、各発電単位において、前記空気極が面する空気室と、前記燃料極が面する燃料室と、が形成された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外側に位置するモジュール機能部であって、前記燃料電池スタックから排出されるガスを燃焼させる燃焼器と、前記燃料電池スタックに供給される原燃料ガスを改質する改質器と、前記燃焼器と前記改質器とを収容するモジュール容器と、を備えるモジュール機能部と、を備える燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池モジュールは、更に、前記燃料電池スタックの熱を、前記燃料電池スタックに供給するガスと、前記燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体との少なくとも一方に伝達する熱伝達機構を備え、前記熱伝達機構は、前記燃料電池スタックのうち、少なくとも、他の部分よりも高温である高温部の熱を受け取る受熱部を備える。本燃料電池モジュールにおいては、熱伝達機構（特に受熱部）を備えることにより、燃料電池スタックの高温部の熱が、燃料電池スタックに供給するガスと、燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体との少なくとも一方に伝達される。そのため、燃料電池スタックの高温部の温度を低下させることができ、ひいては燃料電池スタックの温度分布のばらつきを抑制することができる。

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池モジュールおよびその製造方法等の形態で実現することが可能である。

第１実施形態における燃料電池モジュール１０の構成を模式的に示す説明図 図１に示す燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図 図２のＩＩＩ－ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図 図２のＩＶ－ＩＶの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図 図２のＶ－Ｖの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図 図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図 図４に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図 図１に示す燃料電池モジュール１０の燃料電池スタック１００（図６および図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面）周辺の構成を模式的に示す説明図 図１に示す燃料電池モジュール１０の燃料電池スタック１００（図６および図７のIＸ－IＸの位置における発電単位１０２のＸＹ断面）周辺の構成を模式的に示す説明図 第２実施形態における燃料電池モジュール１０ａの構成を模式的に示す説明図 図１０に示す燃料電池モジュール１０ａの燃料電池スタック１００（図８と同様の位置における発電単位１０２のＸＹ断面）周辺の構成を模式的に示す説明図 図１０に示す燃料電池モジュール１０ａの燃料電池スタック１００（図９と同様の位置における発電単位１０２のＸＹ断面）周辺の構成を模式的に示す説明図 第３実施形態における燃料電池モジュール１０ｂの構成を模式的に示す説明図 図１３に示す燃料電池モジュール１０ｂのＸＹ断面構成を模式的に示す説明図

Ａ．第１実施形態：
Ａ－１．燃料電池モジュール１０の構成：
図１は、第１実施形態における燃料電池モジュール１０の構成を模式的に示す説明図である。燃料電池モジュール１０は、燃料電池スタック１００と、その他の装置（後述する改質・加熱器３３０や熱伝達機構４００等）とを備える。以下では、まず燃料電池スタック１００の構成について説明し、その後、燃料電池モジュール１０を構成する他の装置の構成について説明する。

Ａ－２．燃料電池スタック１００の構成：
図２は、図１に示す燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。図４は、図２のＩＶ－ＩＶの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。図５は、図２のＶ－Ｖの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている（図６以降においても同様）。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。なお、燃料電池モジュール１０の設置向きや燃料電池スタック１００以外の装置の設置向きを変えずに燃料電池スタック１００の設置向きを変えてもよい（例えば、発電単位１０２の配列方向をＹ軸方向とする）。

図２から図５に示すように、燃料電池スタック１００は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向（Ｚ軸方向））に積層されてなる複数の（本実施形態では７つの）燃料電池発電単位（以下、単に「発電単位」という。）１０２と、下端用セパレータ１８９と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６のうちの一方（以下、「上側エンドプレート１０４」という。）は、７つの発電単位１０２からなる発電ブロック１０３と下端用セパレータ１８９とから構成される集合体の上側に配置されており、一対のエンドプレート１０４，１０６のうちの他の（以下、「下側エンドプレート１０６」という。）は、発電ブロック１０３の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、発電ブロック１０３を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。

燃料電池スタック１００を構成する各層（上側エンドプレート１０４、各発電単位１０２、下端用セパレータ１８９）のＺ軸方向回りの外周の４つの角部付近には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されており、下側エンドプレート１０６のＺ軸方向回りの外周の４つの角部付近における上側の表面には、孔（ネジ孔）が形成されている。これらの各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、上下方向に延びるボルト孔１０９を構成している。以下の説明では、ボルト孔１０９を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、ボルト孔１０９と呼ぶ場合がある。

各ボルト孔１０９にはボルト２２が挿入されている。各ボルト２２の下端部は下側エンドプレート１０６に形成されたネジ孔に螺号しており、各ボルト２２の上端部にはナット２４が嵌められている。ナット２４の下側の表面は、絶縁シート２６を介してエンドプレート１０４の上側の表面に当接している。このような構成のボルト２２およびナット２４により、燃料電池スタック１００の各層が一体に締結されている。なお、絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。

また、図２から図４に示すように、燃料電池スタック１００を構成する各層（各発電単位１０２、下端用セパレータ１８９、下側エンドプレート１０６）のＺ軸方向回りの周縁部には、各層を上下方向に貫通する４つの孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、最上部の発電単位１０２から下側エンドプレート１０６にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。

図２および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周を構成する１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の付近に位置する１つの連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２の後述する空気室１６６に供給するガス流路である空気極側供給マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の付近に位置する１つの連通孔１０８は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へ排出するガス流路である空気極側排出マニホールド１６２として機能する。酸化剤ガスＯＧとしては、例えば空気が使用される。なお、空気室１６６は、特許請求の範囲における第１ガス室の一例である。

また、図２および図４に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した空気極側供給マニホールド１６１として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の１つの連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２の後述する燃料室１７６に供給するガス流路である燃料極側供給マニホールド１７１として機能し、上述した空気極側排出マニホールド１６２として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の１つの連通孔１０８は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へ排出するガス流路である燃料極側排出マニホールド１７２として機能する。燃料ガスＦＧとしては、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。なお、燃料室１７６は、特許請求の範囲における第２ガス室の一例である。

図３および図４に示すように、燃料電池スタック１００には、４つのガス通路部材２７が設けられている。各ガス通路部材２７は、中空筒状の本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した中空筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。図３に示すように、空気極側供給マニホールド１６１の位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、空気極側供給マニホールド１６１に連通しており、空気極側排出マニホールド１６２の位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、空気極側排出マニホールド１６２に連通している。また、図４に示すように、燃料極側供給マニホールド１７１の位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料極側供給マニホールド１７１に連通しており、燃料極側排出マニホールド１７２の位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料極側排出マニホールド１７２に連通している。なお、各ガス通路部材２７と下側エンドプレート１０６の表面との間には、絶縁シート２６が介在している。

（エンドプレート１０４，１０６の構成）
図３から図５に示すように、一対のエンドプレート１０４，１０６は、Ｚ軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。一対のエンドプレート１０４，１０６の中央付近には、それぞれ、Ｚ軸方向に貫通する孔３２，３４が形成されている。Ｚ軸方向視で、一対のエンドプレート１０４，１０６のそれぞれに形成された孔３２，３４の内周線は、後述する各単セル１１０を内包している。そのため、各ボルト２２およびナット２４による締結によって生じるＺ軸方向の圧縮力は、主として各発電単位１０２の周縁部（後述する各単セル１１０より外周側の部分）に作用する。また、本実施形態では、上側エンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側エンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。

（下端用セパレータ１８９の構成）
図３から図５に示すように、下端用セパレータ１８９は、Ｚ軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えば金属により形成されている。下端用セパレータ１８９の周縁部は、発電ブロック１０３と下側エンドプレート１０６との間に挟み込まれた状態で、下側エンドプレート１０６と例えば溶接により接合されており、下側エンドプレート１０６と電気的に接続されている。

（発電単位１０２の構成）
図６は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図７は、図４に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。

図６および図７に示すように、発電単位１０２は、燃料電池単セル（以下、「単セル」という。）１１０と、単セル用セパレータ１２０と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１９０と、インターコネクタ用セパレータ１９１と、空気極側フレーム１３０と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電部１４４と、を備えている。単セル用セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ用セパレータ１９１におけるＺ軸方向回りの周縁部には、各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２として機能する各連通孔１０８を構成する孔と、各ボルト孔１０９を構成する孔とが形成されている。

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んでＺ軸方向に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６と、電解質層１１２と空気極１１４との間に配置された反応防止層１１８とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で単セル１１０を構成する他の層（電解質層１１２、空気極１１４、反応防止層１１８）を支持する燃料極支持形の単セルである。

電解質層１１２は、Ｚ軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、固体酸化物（例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア））を含むように構成されている。すなわち、本実施形態の単セル１１０は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。空気極１１４は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、例えばペロブスカイト型酸化物（例えば、ＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物））を含むように構成されている。燃料極１１６は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉとセラミック粒子からなるサーメット、Ｎｉ基合金等により形成されている。反応防止層１１８は、Ｚ軸方向視で空気極１１４と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えばＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とＹＳＺとを含むように構成されている。反応防止層１１８は、空気極１１４から拡散した元素（例えば、Ｓｒ）が電解質層１１２に含まれる元素（例えば、Ｚｒ）と反応して高抵抗な物質（例えば、ＳｒＺｒＯ３）が生成されることを抑制する機能を有する。

単セル用セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。単セル用セパレータ１２０における貫通孔１２１を取り囲む部分（以下、「貫通孔周囲部」という。）は、単セル１１０（電解質層１１２）の周縁部における上側の表面に対向している。単セル用セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部１２４により、単セル１１０（電解質層１１２）と接合（接続）されている。単セル用セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリーク（クロスリーク）が抑制される。

単セル用セパレータ１２０における貫通孔１２１付近には、ガラスを含むガラスシール部１２５が配置されている。ガラスシール部１２５は、接合部１２４に対して空気室１６６側に位置しており、単セル用セパレータ１２０の貫通孔周囲部の表面と、単セル１１０（本実施形態では電解質層１１２）の表面との両方に接触するように形成されている。ガラスシール部１２５により、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリーク（クロスリーク）が効果的に抑制される。

インターコネクタ１９０は、略矩形の平板形状の平板部１５０と、平板部１５０から空気極１１４側に突出した複数の略柱状の空気極側集電部１３４と、を有する導電性の部材であり、金属（例えば、フェライト系ステンレス）により形成されている。本実施形態では、インターコネクタ１９０の表面（空気室１６６に面する表面）に、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性の被覆層１９４が形成されている。以下では、被覆層１９４に覆われたインターコネクタ１９０を、単にインターコネクタ１９０という。各発電単位１０２において、上側のインターコネクタ１９０は、単セル１１０に対して空気室１６６を挟んで上側（空気極１１４に対してＺ軸方向の電解質層１１２とは反対側）に配置されている。上側のインターコネクタ１９０（の各空気極側集電部１３４）は、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性接合材１９６を介して、単セル１１０の空気極１１４に接合されており、これにより単セル１１０の空気極１１４に電気的に接続されている。また、各発電単位１０２において、下側のインターコネクタ１９０は、単セル１１０に対して燃料室１７６を挟んで下側に配置されており、後述する燃料極側集電部１４４を介して、単セル１１０の燃料極１１６に電気的に接続されている。インターコネクタ１９０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を抑制する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１９０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１９０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１９０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は下端用セパレータ１８９を備えているため、燃料電池スタック１００において最も下側に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１９０を備えていない（図３から図５参照）。

インターコネクタ用セパレータ１９１は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔１８１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。インターコネクタ用セパレータ１９１における貫通孔１８１を取り囲む部分（以下、「貫通孔周囲部」という。）は、インターコネクタ１９０の周縁部における上側の表面に例えば溶接により接合されている。ある発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ用セパレータ１９１のうち、上側のインターコネクタ用セパレータ１９１は、該発電単位１０２の空気室１６６と、該発電単位１０２に対して上側に隣り合う他の発電単位１０２の燃料室１７６とを区画する。また、ある発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ用セパレータ１９１のうち、下側のインターコネクタ用セパレータ１９１は、該発電単位１０２の燃料室１７６と、該発電単位１０２に対して下側に隣り合う他の発電単位１０２の空気室１６６とを区画する。このように、インターコネクタ用セパレータ１９１により、発電単位１０２の周縁部における発電単位１０２間のガスのリークが抑制される。なお、燃料電池スタック１００において最も上側に位置する発電単位１０２の上側のインターコネクタ１９０に接合されたインターコネクタ用セパレータ１９１は、上側エンドプレート１０４に電気的に接続されている。

空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。空気極側フレーム１３０は、単セル用セパレータ１２０の周縁部における上側の表面と、上側のインターコネクタ用セパレータ１９１の周縁部における下側の表面とに接触しており、両者の間のガスシール性（すなわち、空気室１６６のガスシール性）を確保するシール部材として機能する。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ用セパレータ１９１間（すなわち、一対のインターコネクタ１９０間）間が電気的に絶縁される。空気極側フレーム１３０には、空気極側供給マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する空気極側供給連通流路１３２と、空気室１６６と空気極側排出マニホールド１６２とを連通する空気極側排出連通流路１３３とが形成されている。なお、空気極側供給連通流路１３２は、特許請求の範囲における第１ガス入口の一例である。空気極側排出連通流路１３３は、特許請求の範囲における第１ガス出口の一例である。

燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。燃料極側フレーム１４０は、単セル用セパレータ１２０の周縁部における下側の表面と、下側のインターコネクタ用セパレータ１９１の周縁部における上側の表面とに接触している。燃料極側フレーム１４０には、燃料極側供給マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料極側供給連通流路１４２と、燃料室１７６と燃料極側排出マニホールド１７２とを連通する燃料極側排出連通流路１４３とが形成されている。なお、燃料極側供給連通流路１４２は、特許請求の範囲における第２ガス入口の一例である。燃料極側排出連通流路１４３は、特許請求の範囲における第２ガス出口の一例である。

燃料極側集電部１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電部１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、電極対向部１４５と、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部１４７とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部１４５は、燃料極１１６の下側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１９０の上側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下側に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１９０を備えていないため、該発電単位１０２における燃料極側集電部１４４のインターコネクタ対向部１４６は、下端用セパレータ１８９に接触している。燃料極側集電部１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１９０（または下端用セパレータ１８９）とを電気的に接続する。なお、燃料極側集電部１４４の電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー１４９が配置されている。そのため、燃料極側集電部１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電部１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１９０（または下端用セパレータ１８９）との電気的接続が良好に維持される。

Ａ－３．燃料電池モジュール１０における燃料電池スタック１００以外の装置の構成：
次に、燃料電池モジュール１０における燃料電池スタック１００以外の装置の構成について説明する。図１に示すように、燃料電池モジュール１０は、蒸発器３１０および改質・加熱器３３０を含む補助器３００と、熱伝達機構４００と、各装置間を結ぶ各種流路とを備える。各装置は、燃料電池スタック１００の外側に位置している。各装置（燃料電池スタック１００、蒸発器３１０、改質・加熱器３３０、熱伝達機構４００）は、断熱材３５０によって囲まれた断熱空間３５１に収容されている。なお、図１では、便宜的に、断熱材３５０は全装置の周囲を覆う単純な四角形状をなすものとしてあるが、実際には、全装置の周囲を覆い、かつ、各装置の周囲を覆っている。なお、図１では、便宜的に、燃料極側のガス（原燃料ガスＲＦＧ、燃料ガスＦＧ、および燃料オフガスＦＯＧを含む）の流れを一点鎖線で示し、空気極側のガス（酸化剤ガスＯＧおよび酸化剤オフガスＯＯＧを含む）の流れを実線で示し、排ガスＥＧの流れを破線で示し、水の流れを二点鎖線で示している。

蒸発器３１０は、内部に空間が形成された箱形部材であり、例えば金属により形成されている。蒸発器３１０は、水ＷＡを蒸発させて水蒸気を生成するための装置である。蒸発器３１０には、水ＷＡを導入するための純水導入流路２５１が接続されている。純水導入流路２５１は、主として配管により構成されており、純水導入流路２５１上には、イオン交換樹脂（図示無し）と、浄水タンク・フロート（図示無し）と、流量制御機構（図示無し）とが設けられている。給水源から純水導入流路２５１に供給された水ＷＡは、イオン交換樹脂においてカルシウムイオン等の除去が行われ、浄水タンク・フロートにおいて浄化・貯留され、流量制御機構により制御された流量で、純水として蒸発器３１０に導入される。

また、蒸発器３１０には、原燃料ガスＲＦＧを導入するための原燃料ガス導入流路２６１が接続されている。原燃料ガス導入流路２６１は、主として配管により構成されており、原燃料ガス導入流路２６１上には、流量制御機構（図示無し）と、水素添加脱硫器（図示無し）とが設けられている。ガス源から原燃料ガス導入流路２６１に供給された原燃料ガスＲＦＧは、水素添加脱硫器において硫黄成分を除去された状態で、流量制御機構により制御された流量で蒸発器３１０に導入される。

また、蒸発器３１０には、改質・加熱器３３０のハウジング３３５（後述）から蒸発器３１０へ排ガスＥＧを送り出すための排ガス中継流路２２６と、蒸発器３１０から改質・加熱器３３０の改質器３３１（後述）へ混合ガスを送り出すための混合ガス流路２２８と、蒸発器３１０から排ガスＥＧを排出するための排ガス排出流路（図示無し）とが接続されている。これらの流路は、主として配管により構成されている。

改質・加熱器３３０は、改質器３３１と、燃焼器３３３と、ハウジング３３５とを備える。ハウジング３３５は、例えば金属により形成された密閉型の容器であり、改質器３３１と燃焼器３３３とを収容している。ハウジング３３５は、内壁３３６と外壁３３７とを有する二重壁構造に構成されており、内壁３３６と外壁３３７との間に形成された空気流路３３８には、伝熱用フィン３３９が配置されている。なお、図１では、便宜的に、伝熱用フィン３３９の一部の図示を省略している。ハウジング３３５には、酸化剤ガスＯＧ（空気）を導入するための空気導入流路である熱伝達機構４００が接続されている。空気導入流路である熱伝達機構４００は、主として配管により構成されており、熱伝達機構４００上には流量制御機構（図示無し）が設けられている。熱伝達機構４００に供給された酸化剤ガスＯＧは、流量制御機構により制御された流量でハウジング３３５の空気流路３３８に導入される。また、ハウジング３３５には、燃料電池スタック１００の空気極側供給マニホールド１６１（後述）に向けて酸化剤ガスＯＧを送り出すための空気極側ガス供給流路６１が接続されている。空気極側ガス供給流路６１は、主として配管により構成されている。なお、改質・加熱器３３０は、特許請求の範囲におけるモジュール機能部の一例である。ハウジング３３５は、特許請求の範囲におけるモジュール容器の一例である。

改質器３３１は、内部に空間が形成された箱形部材であり、例えば金属により形成されている。改質器３３１は、原燃料ガスＲＦＧを改質（水蒸気改質）して燃料ガスＦＧを生成するための装置である。改質器３３１内には、改質反応を促進させる触媒が配置されている。上述したように、改質器３３１には、蒸発器３１０から改質器３３１へ混合ガスを送り出すための混合ガス流路２２８が接続されている。また、改質器３３１には、燃料電池スタック１００の燃料極側供給マニホールド１７１（後述）に向けて燃料ガスＦＧを送り出すための燃料極側ガス供給流路７１が接続されている。燃料極側ガス供給流路７１は、主として配管により構成されている。

燃焼器３３３は、内部に空間が形成された箱形部材であり、例えば金属により形成されている。燃焼器３３３は、酸化剤オフガスＯＯＧおよび燃料オフガスＦＯＧを燃焼させるための装置である。燃焼器３３３内には、酸化剤オフガスＯＯＧおよび燃料オフガスＦＯＧの燃焼を促進させる触媒が配置されていてもよい。燃焼器３３３には、燃料電池スタック１００の空気極側排出マニホールド１６２から酸化剤オフガスＯＯＧが送り出される空気極側ガス排出流路２４０と、燃料電池スタック１００の燃料極側排出マニホールド１７２から燃料オフガスＦＯＧが送り出される燃料極側ガス排出流路２３０とが接続されている。これらの流路は、主として配管により構成されている。

熱伝達機構４００は、燃料電池スタック１００の熱を、燃料電池スタック１００に供給するガスである酸化剤ガスＯＧに伝達する装置である。本実施形態の熱伝達機構４００は、上述したように改質・加熱器３３０のハウジング３３５に酸化剤ガスＯＧ（空気）を導入するための空気導入流路である。熱伝達機構４００は、燃料電池スタック１００のうち、少なくとも、他の部分よりも高温である高温部（本実施形態では、後述する第１出口側領域ＥＸ１や第２出口側領域ＥＸ２）の熱を受け取る受熱部４１０を含んでいる。

Ａ－４．熱伝達機構４００およびその周辺の詳細構成：
次に、熱伝達機構４００およびその周辺の構成について説明する。図８および図９は、図１に示す燃料電池モジュール１０の燃料電池スタック１００周辺の構成を模式的に示す説明図である。図８および図９には、熱伝達機構４００の受熱部４１０および燃料電池スタック１００の構成が示されている。図８には、図６および図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩにおける発電単位１０２のＸＹ断面が示され、図９には、図６および図７のＩＸ－ＩＸの位置における発電単位１０２のＸＹ断面が示されている。

なお、図８および図９に示すように、Ｚ軸方向視において、燃料電池スタック１００の外形ＦＳは略矩形である。燃料電池スタック１００の外形ＦＳを画定する互いに対向する一対の辺ｓｄ１，ｓｄ２のうち、空気極側供給連通流路１３２と燃料極側供給連通流路１４２とが燃料電池スタック１００の一方の辺ｓｄ２側に形成され、空気極側排出連通流路１３３と燃料極側排出連通流路１４３とが他方の辺ｓｄ１側に形成されている。

上述したように、熱伝達機構４００は、燃料電池スタック１００の熱を、燃料電池スタック１００に供給するガスである酸化剤ガスＯＧに伝達する装置であり、本実施形態の熱伝達機構４００は、改質・加熱器３３０のハウジング３３５に酸化剤ガスＯＧ（空気）を導入するための空気導入流路である。従って、本実施形態の熱伝達機構４００は、改質・加熱器３３０のハウジング３３５に連通している（図１参照）。

また、上述したように、熱伝達機構４００は、燃料電池スタック１００のうち、少なくとも、他の部分よりも高温である高温部（本実施形態では、後述する第１出口側領域ＥＸ１や第２出口側領域ＥＸ２）の熱を受け取る受熱部４１０を備えている。また、熱伝達機構４００は、燃料電池スタック１００の外側の領域に位置している。換言すれば、熱伝達機構４００は、燃料電池スタック１００に内包されておらず、燃料電池スタック１００を内包してもいない。

図８および図９に示すように、本実施形態の熱伝達機構４００の受熱部４１０は、空気導入流路である熱伝達機構４００の一部（空気流路）であって、燃料電池スタック１００の近傍に位置している。

図８に示すように、熱伝達機構４００の受熱部４１０は、燃料電池モジュール１０のうち、空気極側排出連通流路１３３側の領域（以下、「第１出口側領域」という。）ＥＸ１に位置している。

本実施形態の第１出口側領域ＥＸ１は、以下のように定義される。すなわち、第１出口側領域ＥＸ１は、Ｚ軸方向視において、空気極側供給連通流路１３２と空気極側排出連通流路１３３とを結ぶ線分ＬＰ１の垂直二等分線Ｌ１を境界として分けられた２つの領域ＥＸ１、ＩＮ１のうち、空気極側排出連通流路１３３側の領域である。

また、図９に示すように、熱伝達機構４００の受熱部４１０は、燃料電池モジュール１０のうち、燃料極側排出連通流路１４３側の領域（以下、「第２出口側領域」という。）ＥＸ２に位置している。

本実施形態の第２出口側領域ＥＸ２は、以下のように定義される。すなわち、第２出口側領域ＥＸ２は、Ｚ軸方向視において、燃料極側供給連通流路１４２と燃料極側排出連通流路１４３とを結ぶ線分ＬＰ２の垂直二等分線Ｌ２を境界として分けられた２つの領域ＥＸ２、ＩＮ２のうち、燃料極側排出連通流路１４３側の領域である。

特に本実施形態では、熱伝達機構４００の受熱部４１０は、燃料電池モジュール１０のうち、第２出口側領域ＥＸ２のうち、第１出口側領域ＥＸ１と重なる領域（以下、「重複領域ＲＦ」という。）に位置している。

上述した領域（第１出口側領域ＥＸ１、第２出口側領域ＥＸ２、重複領域ＲＦ）に位置する受熱部４１０を通る酸化剤ガスＯＧに、燃料電池スタック１００の熱が移動し、熱を受け取った酸化剤ガスＯＧは熱伝達機構４００を通って改質・加熱器３３０のハウジング３３５まで流れ、酸化剤ガスＯＧの熱が改質・加熱器３３０のハウジング３３５に移動する。

Ａ－５．燃料電池モジュール１０の動作：
次に、燃料電池モジュール１０の動作について説明する。図１に示すように、酸化剤ガスＯＧは、空気導入流路である熱伝達機構４００を流れ、改質・加熱器３３０のハウジング３３５に形成された空気流路３３８内に導入される。熱伝達機構４００を流れる酸化剤ガスＯＧは、受熱部４１０にて燃料電池スタック１００の少なくとも高温部（本実施形態では第１出口側領域ＥＸ１や第２出口側領域ＥＸ２）の熱を受け取る。燃料電池スタック１００の高温部の熱を受け取り、空気流路３３８内に導入された酸化剤ガスＯＧは、燃焼器３３３によって生成された燃焼熱（排ガスＥＧ）によって加熱されつつ空気流路３３８内を流れ、空気極側ガス供給流路６１を介して燃料電池スタック１００の空気極側供給マニホールド１６１に供給される。図３および図５に示すように、空気極側供給マニホールド１６１に供給された酸化剤ガスＯＧは、空気極側供給マニホールド１６１から、各発電単位１０２の空気極側供給連通流路１３２を介して空気室１６６に供給される。また、図１に示すように、原燃料ガス導入流路２６１を介して蒸発器３１０に原燃料ガスＲＦＧが供給されると共に、純水導入流路２５１を介して蒸発器３１０に水ＷＡが供給されると、蒸発器３１０において、排ガス中継流路２２６を介して導入された排ガスＥＧの熱を利用して水ＷＡを蒸発させることにより水蒸気が生成されると共に、この水蒸気が原燃料ガスＲＦＧと混合される。水蒸気と混合された原燃料ガスＲＦＧは、混合ガス流路２２８を介して蒸発器３１０から改質器３３１に導入され、改質器３３１において水蒸気改質され、その結果、水素リッチな燃料ガスＦＧが生成される。生成された燃料ガスＦＧは、燃料極側ガス供給流路７１を介して燃料電池スタック１００の燃料極側供給マニホールド１７１に供給される。図４および図６に示すように、燃料極側供給マニホールド１７１に供給された燃料ガスＦＧは、燃料極側供給マニホールド１７１から、各発電単位１０２の燃料極側供給連通流路１４２を介して燃料室１７６に供給される。

各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、各発電単位１０２の単セル１１０において酸化剤ガスＯＧに含まれる酸素と燃料ガスＦＧに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電部１３４を介して一方のインターコネクタ１９０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電部１４４を介して他方のインターコネクタ１９０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するエンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われる。

図１、図３および図６に示すように、各発電単位１０２の空気室１６６から空気極側排出連通流路１３３を介して空気極側排出マニホールド１６２に排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、空気極側ガス排出流路２４０を介して燃焼器３３３に導入される。また、図１、図４および図７に示すように、各発電単位１０２の燃料室１７６から燃料極側排出連通流路１４３を介して燃料極側排出マニホールド１７２に排出された燃料オフガスＦＯＧは、燃料極側ガス排出流路２３０を介して燃焼器３３３に導入される。燃焼器３３３に導入された酸化剤オフガスＯＯＧおよび燃料オフガスＦＯＧは、燃焼器３３３において混合されて燃焼され、その後、排ガスＥＧとして排ガス中継流路２２６を介して蒸発器３１０へと排出される。なお、燃焼器３３３において発生する熱により、改質器３３１における改質反応が促進されると共に、燃料電池スタック１００が加熱される。

上記のように、熱伝達機構４００により、受熱部４１０にて燃料電池スタック１００の高温部の熱を受け取ったガス（酸化剤ガスＯＧ）が燃料電池スタック１００に供給され、これにより燃料電池スタック１００の高温部の熱が燃料電池スタック１００の運転（発電）に再利用される。

なお、上記のように、空気極側供給連通流路１３２から空気室１６６に供給されたガス（酸化剤ガスＯＧ）は、空気極１１４において行われる発電反応に伴って加熱されてから空気極側排出連通流路１３３から排出される。このことから、燃料電池スタック１００の温度分布は、基本的には、空気室１６６にガス（酸化剤ガスＯＧ）を供給する空気極側供給連通流路１３２側と比較して、空気室１６６に供給されたガス（酸化剤ガスＯＧ）を排出する空気極側排出連通流路１３３側が高温となりやすい。このことから、本実施形態の燃料電池スタック１００のうち、空気極側排出連通流路１３３側の領域（第１出口側領域ＥＸ１内の領域）は、燃料電池スタック１００の高温部であるといえる。

同様に、燃料極側供給連通流路１４２から燃料室１７６に供給されたガス（燃料ガスＦＧ）は、燃料極１１６において行われる発電反応に伴って加熱されてから燃料極側排出連通流路１４３から排出される。このことから、燃料電池スタック１００の温度分布は、基本的には、燃料室１７６にガス（燃料ガスＦＧ）を供給する燃料極側供給連通流路１４２側と比較して、燃料室１７６に供給されたガス（燃料ガスＦＧ）を排出する燃料極側排出連通流路１４３側が高温となりやすい。このことから、本実施形態の燃料電池スタック１００のうち、燃料極側排出連通流路１４３側の領域（第２出口側領域ＥＸ２内の領域）は、燃料電池スタック１００の高温部であるといえる。

上記のことから、本実施形態の熱伝達機構４００は、燃料電池スタック１００に供給されるガス（酸化剤ガスＯＧ、燃料ガスＦＧ）を内部に流通させることにより、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１内の熱、および第２出口側領域ＥＸ２内の熱を、燃料電池スタック１００に供給されるガス（酸化剤ガスＯＧ、燃料ガスＦＧ）に伝達する熱交換器であるといえる。

Ａ－６．第１実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の燃料電池モジュール１０は、燃料電池スタック１００を備える。燃料電池スタック１００は、Ｚ軸方向に積層されてなる複数の発電単位１０２を備える。各発電単位１０２は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６と、を含む単セル１１０をそれぞれ有する。各発電単位１０２において、空気極１１４が面する空気室１６６と、燃料極１１６が面する燃料室１７６とが形成されている。燃料電池モジュール１０は、燃料電池スタック１００の外側に位置する改質・加熱器３３０を備える。改質・加熱器３３０は、燃料電池スタック１００から排出されるガス（酸化剤オフガスＯＯＧ、燃料オフガスＦＯＧ）を燃焼させる燃焼器３３３と、燃料電池スタック１００に供給されるガス（原燃料ガスＲＦＧ）を改質する改質器３３１と、燃焼器３３３と改質器３３１とを収容するハウジング３３５とを備える。各発電単位１０２は、空気室１６６にガス（酸化剤ガスＯＧ）を供給する空気極側供給連通流路１３２と、空気室１６６に供給されたガス（酸化剤ガスＯＧ）を排出する空気極側排出連通流路１３３とを有する。

燃料電池モジュール１０は、更に、燃料電池スタック１００の外側の領域に位置する熱伝達機構４００を備える。熱伝達機構４００は、燃料電池スタック１００の熱を、燃料電池スタック１００に供給するガス（酸化剤ガスＯＧ）に伝達する。燃料電池モジュール１０のうち、空気極側排出連通流路１３３側の領域を第１出口側領域ＥＸ１としたときに、熱伝達機構４００は、少なくとも一部が第１出口側領域ＥＸ１に含まれる領域内に位置する受熱部４１０を備える。受熱部４１０は、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１内の熱を受け取る部分である。

ところで、熱伝達機構４００を備えていない従来の燃料電池モジュールでは、燃料電池スタック１００の運転中などにおいて、燃料電池スタック１００内の温度分布にばらつきが生じることがある。この温度分布の態様は、燃料電池スタック１００内の構成や外部の構成（断熱構造など）等によって様々であるが、上述したように、基本的には、空気室１６６にガス（酸化剤ガスＯＧ）を供給する空気極側供給連通流路１３２側と比較して、空気室１６６に供給されたガス（酸化剤ガスＯＧ）を排出する空気極側排出連通流路１３３側が高温となりやすい。つまり、燃料電池スタック１００のうち、第１出口側領域ＥＸ１内の領域（空気極側排出連通流路１３３側の領域）は、燃料電池スタック１００の高温部となりやすい。

本実施形態の燃料電池モジュール１０においては、熱伝達機構４００を備えることにより、第１出口側領域ＥＸ１に含まれる領域内に位置する受熱部４１０によって燃料電池スタック１００の高温部となりやすい第１出口側領域ＥＸ１内の熱が受け取られ、燃料電池スタック１００に供給するガス（酸化剤ガスＯＧ）に伝達される。そのため、燃料電池スタック１００において高温部となりやすい第１出口側領域ＥＸ１内の領域の温度を低下させることができ、ひいては燃料電池スタック１００の温度分布にばらつきが抑制することができる。

ところで、仮に燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１内の領域から放出された熱が燃料電池モジュール１０の外部に放出される構成においては、燃料電池スタック１００の発電効率が著しく低下することとなる。

これに対し、本実施形態の燃料電池モジュール１０においては、上記従来の燃料電池モジュールと比較して、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１内の領域から放出された熱は、燃料電池モジュール１０の外部に放出されずに、燃料電池スタック１００に供給するガス（酸化剤ガスＯＧ）を生成するために利用されるため、燃料電池スタック１００の発電効率の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態の燃料電池モジュール１０においては、上述したように、改質器３３１と、燃焼器３３３と改質器３３１とを収容するハウジング３３５と、を備える改質・加熱器３３０を備える。このように燃焼器３３３と改質器３３１とがハウジング３３５に収容されていることにより、燃焼器３３３と改質器３３１とにおける熱効率が良好なものとなる。

本実施形態の燃料電池モジュール１０では、熱伝達機構４００は、燃料電池スタック１００に供給されるガス（酸化剤ガスＯＧ）を内部に流通させることにより、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１内の熱を、燃料電池スタック１００に供給されるガス（酸化剤ガスＯＧ）に伝達する熱交換器である。そのため、本実施形態の燃料電池モジュール１０によれば、簡易な構成により、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１内の熱を、燃料電池スタック１００に供給されるガス（酸化剤ガスＯＧ）に伝達する熱伝達機構４００を実現することができる。更に、熱伝達媒体としての酸化剤ガスＯＧ（空気）を用いることにより、特に効率的に、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１内の熱を、燃料電池スタック１００に供給されるガス（酸化剤ガスＯＧ）に伝達することができる。

本実施形態の燃料電池モジュール１０は、燃料電池スタック１００を覆う断熱材３５０を備える。本実施形態の燃料電池モジュール１０においては、断熱材３５０を備えることにより、燃料電池スタック１００内の温度分布のばらつきがより顕著となる。そのため、このような構成において、上述したように熱伝達機構４００により燃料電池スタック１００の温度分布のばらつきを抑制することは、特に効果的である。

本実施形態の燃料電池モジュール１０では、各発電単位１０２は、燃料室１７６にガス（燃料ガスＦＧ）を供給する燃料極側供給連通流路１４２と、燃料室１７６に供給されたガス（燃料ガスＦＧ）を排出する燃料極側排出連通流路１４３とを有する。燃料電池モジュール１０のうち、燃料極側排出連通流路１４３側の領域を第２出口側領域ＥＸ２とし、第２出口側領域ＥＸ２のうち、第１出口側領域ＥＸ１と重なる領域を重複領域ＲＦとしたときに、受熱部４１０は、重複領域ＲＦに含まれる領域内に位置する。そのため、本実施形態の燃料電池モジュール１０によれば、特に効果的に、燃料電池スタック１００の発電効率の低下を抑制することができる。

本実施形態の燃料電池モジュール１０では、Ｚ軸方向視において、燃料電池スタック１００の外形ＦＳが略矩形である。燃料電池スタック１００の外形ＦＳを画定する互いに対向する一対の辺ｓｄ１，ｓｄ２のうち、空気極側供給連通流路１３２と燃料極側供給連通流路１４２とが燃料電池スタック１００の一方の辺ｓｄ２側に形成され、空気極側排出連通流路１３３と燃料極側排出連通流路１４３とが他方の辺ｓｄ１側に形成されている。そのため、本実施形態の燃料電池モジュール１０においては、高温となりや空気極側排出連通流路１３３と燃料極側排出連通流路１４３とが比較的密集する。そのため、燃料電池スタック１００内の温度分布のばらつきがより顕著となりやすい。そのため、このような構成において、上述したように熱伝達機構４００により燃料電池スタック１００の温度分布のばらつきを抑制することは、特に効果的である。

本実施形態の燃料電池モジュール１０は、上述したように、燃料電池スタック１００の熱を、燃料電池スタック１００に供給するガス（酸化剤ガスＯＧ）に伝達する熱伝達機構４００を備える。熱伝達機構４００は、燃料電池スタック１００のうち、少なくとも、他の部分よりも高温である高温部の熱を受け取る受熱部４１０を備える。熱伝達機構４００（特に受熱部４１０）を備えることにより、燃料電池スタック１００の高温部の熱が燃料電池スタック１００に供給するガス（酸化剤ガスＯＧ）に伝達される。そのため、燃料電池スタック１００の高温部の温度を低下させることができ、ひいては燃料電池スタック１００の温度分布のばらつきを抑制することができる。

Ｂ．第２実施形態：
図１０は、第２実施形態における燃料電池モジュール１０ａの構成を模式的に示す説明図である。図１１および図１２は、図１０に示す燃料電池モジュール１０ａの燃料電池スタック１００周辺の構成を模式的に示す説明図である。図１１には、燃料電池スタック１００の断面として、図８と同様の位置における発電単位１０２のＸＹ断面が示され、図１２には、燃料電池スタック１００の断面として、図９と同様の位置における発電単位１０２のＸＹ断面が示されている。

Ｂ－１．燃料電池モジュール１０ａの構成：
以下では、第２実施形態の燃料電池モジュール１０ａの構成のうち、上述した第１実施形態の燃料電池モジュール１０と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。

本実施形態の燃料電池モジュール１０ａは、熱伝達機構４００ａ（および熱伝達機構４００ａに関連する部分）の構成が第１実施形態の熱伝達機構４００（および熱伝達機構４００に関連する部分）の構成と異なっている。具体的には、本実施形態の熱伝達機構４００ａは、受熱部４１０ａを構成する蒸発器４１１ａおよびプレ改質器４１２ａと、混合ガス流路４１３ａ，４１４ａとを備える。

本実施形態の受熱部４１０ａを構成する蒸発器４１１ａは、水ＷＡを蒸発させて水蒸気を生成するための装置であり、その材質等の基本的構成は、蒸発器３１０の基本的構成と同様である。蒸発器４１１ａは、燃料電池スタック１００の周辺に配置されている。具体的には、図１１および図１２に示すように、蒸発器４１１ａは、燃料電池スタック１００に対してＺ軸方向側に位置している。本実施形態の受熱部４１０ａを構成するプレ改質器４１２ａは、原燃料ガスＲＦＧを改質（水蒸気改質）して燃料ガスＦＧを生成するための装置であり、その材質等の基本的構成は、改質器３３１の基本的構成と同様である。プレ改質器４１２ａは、燃料電池スタック１００の周辺に配置されている。具体的には、図１１および図１２に示すように、蒸発器４１１ａおよびプレ改質器４１２ａは、燃料電池スタック１００に対してＺ軸方向側に位置している。なお、受熱部４１０ａを構成する蒸発器４１１ａやプレ改質器４１２ａは、燃料電池スタック１００に接していてもよいが、燃料電池スタック１００のうち、他の部分よりも高温である高温部（本実施形態では第１出口側領域ＥＸ１や第２出口側領域ＥＸ２）の熱を受け取ることが可能な位置であれば、燃料電池スタック１００に接していなくてもよい。

本実施形態では、蒸発器４１１ａに、純水導入流路２５１、原燃料ガス導入流路２６１、混合ガス流路４１３ａが接続されており、第１実施形態の蒸発器３１０は排されている。

混合ガス流路４１３ａは、蒸発器４１１ａから改質・加熱器３３０の改質器３３１（後述）へ混合ガスを送り出すためのガス流路であり、蒸発器４１１ａとプレ改質器４１２ａとに接続されている。混合ガス流路４１４ａは、プレ改質器４１２ａから改質・加熱器３３０の改質器３３１へ混合ガスを送り出すためのガス流路であり、プレ改質器４１２ａと改質器３３１とに接続されている。

本実施形態の燃料電池モジュール１０ａは、第１実施形態の熱伝達機構４００（空気導入流路）の代わりに、改質・加熱器３３０のハウジング３３５に酸化剤ガスＯＧ（空気）を導入するための空気導入流路２７１を備える。空気導入流路２７１は、ハウジング３３５に接続されている。空気導入流路２７１は、主として配管により構成されており、空気導入流路２７１上には流量制御機構（図示無し）が設けられている。空気導入流路２７１に供給された酸化剤ガスＯＧは、流量制御機構により制御された流量でハウジング３３５の空気流路３３８に導入される。

Ｂ－２．燃料電池モジュール１０ａの動作：
第２実施形態の燃料電池モジュール１０ａの動作は、基本的には第１実施形態の燃料電池モジュール１０の動作と同様であるが、熱伝達機構４００ａに関する部分が異なっている。以下では、その異なっている部分についてのみ説明する。

図１０に示すように、空気導入流路２７１を介して改質・加熱器３３０のハウジング３３５に形成された空気流路３３８内に導入された酸化剤ガスＯＧは、燃焼器３３３によって生成された燃焼熱（排ガスＥＧ）によって加熱されつつ空気流路３３８内を流れ、空気極側ガス供給流路６１を介して燃料電池スタック１００の空気極側供給マニホールド１６１に供給される。

原燃料ガス導入流路２６１を介して蒸発器４１１ａに原燃料ガスＲＦＧが供給されると共に、純水導入流路２５１を介して蒸発器４１１ａに水ＷＡが供給されると、蒸発器４１１ａにおいて、燃料電池スタック１００の熱を利用して水ＷＡを蒸発させることにより水蒸気が生成されると共に、この水蒸気が原燃料ガスＲＦＧと混合される。受熱部４１０ａを構成する蒸発器４１１ａを流れる混合ガス（原燃料ガスＲＦＧおよび水ＷＡの混合ガス）は、蒸発器４１１ａにて燃料電池スタック１００の少なくとも高温部（本実施形態では第１出口側領域ＥＸ１や第２出口側領域ＥＸ２）の熱を受け取る。燃料電池スタック１００の高温部の熱を受け取った混合ガスは、混合ガス流路４１３ａを介して蒸発器４１１ａからプレ改質器４１２ａに導入され、プレ改質器４１２ａにおいて水蒸気改質され、その結果、水素リッチな燃料ガスＦＧが生成される。受熱部４１０ａを構成するプレ改質器４１２ａを流れる混合ガス（原燃料ガスＲＦＧおよび水ＷＡの混合ガス）は、プレ改質器４１２ａにて燃料電池スタック１００の少なくとも高温部（本実施形態では第１出口側領域ＥＸ１や第２出口側領域ＥＸ２）の熱を受け取る。プレ改質器４１２ａにて生成された燃料ガスＦＧは、混合ガス流路４１４ａを介してプレ改質器４１２ａから改質器３３１に導入され、改質器３３１において更に水蒸気改質され、燃料ガスＦＧの水素成分が更に増加される。プレ改質器４１２ａおよび改質器３３１における水蒸気改質の際に、熱伝達機構４００ａの受熱部４１０にてガス（原燃料ガスＲＦＧおよび水ＷＡの混合ガス）が受け取った燃料電池スタック１００の高温部の熱が利用される。プレ改質器４１２ａおよび改質器３３１において水蒸気改質されることにより生成された燃料ガスＦＧは、燃料極側ガス供給流路７１を介して燃料電池スタック１００の燃料極側供給マニホールド１７１に供給される。

上記のように、熱伝達機構４００ａにより、受熱部４１０を構成する蒸発器４１１ａにて燃料電池スタック１００の高温部の熱を受け取ったガス（原燃料ガスＲＦＧおよび水ＷＡの混合ガス）がプレ改質器４１２ａに供給される。更に、熱伝達機構４００ａにより、受熱部４１０ａを構成するプレ改質器４１２ａにて燃料電池スタック１００の高温部の熱を受け取ったガス（原燃料ガスＲＦＧおよび水ＷＡの混合ガス）が改質器３３１に供給される。そして、プレ改質器４１２ａおよび改質器３３１にて混合ガス（原燃料ガスＲＦＧおよび水ＷＡの混合ガス）が水蒸気改質されることにより生成されるガス（燃料ガスＦＧ）が燃料電池スタック１００に供給される。以上のように、燃料電池スタック１００の高温部の熱が燃料電池スタック１００の運転（発電）に再利用される。

なお、上記のように、本実施形態ではプレ改質器４１２ａと改質器３３１とにより水蒸気改質を行うため、仮にプレ改質器４１２ａの改質能力が不十分であっても、その不足を改質器３３１における改質により補完することができる。また、プレ改質器４１２ａによる改質を行うため、改質器３３１による改質のみを行う構成と比較して改質器３３１の改質能力（ひいては改質器３３１のサイズ）を小さくすることができる。

なお、本実施形態において、熱伝達機構４００ａの受熱部４１０ａは、蒸発器４１１ａとプレ改質器４１２ａとの一方のみにより構成されるとしてもよい。熱伝達機構４００ａの受熱部４１０ａはプレ改質器４１２ａであるとする際には、燃料電池モジュール１０ａは第１実施形態のように蒸発器３１０等を備えるとすればよい。

Ｂ－３．第２実施形態の効果：
第２実施形態の燃料電池モジュール１０ａにおいても、第１実施形態と共通する構成を備えることにより、第１実施形態の燃料電池モジュール１０と同様の上記効果を得ることができる。例えば、本実施形態の燃料電池モジュール１０ａにおいては、熱伝達機構４００ａを備えることにより、第１出口側領域ＥＸ１に含まれる領域内に位置する受熱部４１０ａによって燃料電池スタック１００の高温部となりやすい第１出口側領域ＥＸ１内の熱が受け取られ、燃料電池スタック１００に供給するガス（燃料ガスＦＧ）を生成するための流体（原燃料ガスＲＦＧおよび水ＷＡの混合ガス）に伝達される。そのため、燃料電池スタック１００において高温部となりやすい第１出口側領域ＥＸ１内の領域の温度を低下させることができ、ひいては燃料電池スタック１００の温度分布のばらつきを抑制することができる。更に、本実施形態の燃料電池モジュール１０ａにおいては、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１内の領域から放出された熱は、燃料電池モジュール１０ａの外部に放出されずに、燃料電池スタック１００に供給するガス（燃料ガスＦＧ）を生成するための流体（原燃料ガスＲＦＧおよび水ＷＡの混合ガス）を生成するために利用されるため、燃料電池スタック１００の発電効率の低下を抑制することができる。

更に、第２実施形態の燃料電池モジュール１０ａでは、熱伝達機構４００の受熱部４１０ａは、燃料電池スタック１００に供給するガス（燃料ガスＦＧ）を生成するための流体（原燃料ガスＲＦＧ）を改質するために利用される水蒸気を生成するための水ＷＡが供給される蒸発器４１１ａである。そのため、受熱部４１０ａ（蒸発器４１１ａ）における水ＷＡの気化熱による吸熱により、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１（高温部）の熱を特に効率的に受け取ることができる。そのため、本実施形態の燃料電池モジュール１０ａによれば、特に効率的に、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１内の熱を、燃料電池スタック１００に供給するガス（燃料ガスＦＧ）を生成するための流体（原燃料ガスＲＦＧおよび水ＷＡの混合ガス）に伝達することができる。

第２実施形態の燃料電池モジュール１０ａでは、熱伝達機構４００の受熱部４１０ａは、燃料電池スタック１００に供給するガス（燃料ガスＦＧ）を生成するための流体（原燃料ガスＲＦＧ）が供給される改質器であるプレ改質器４１２ａである。そのため、本実施形態の燃料電池モジュール１０ａによれば、特に効率的に、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１内の熱を、燃料電池スタック１００に供給するガス（燃料ガスＦＧ）を生成するための流体（原燃料ガスＲＦＧおよび水ＷＡの混合ガス）に伝達することができる。

Ｃ．第３実施形態：
図１３は、第３実施形態における燃料電池モジュール１０ｂの構成を模式的に示す説明図である。図１４は、図１３に示す燃料電池モジュール１０ｂのＸＹ断面構成を模式的に示す説明図である。

Ｃ－１．燃料電池モジュール１０ｂの構成：
以下では、第３実施形態の燃料電池モジュール１０ｂの構成のうち、上述した第１実施形態の燃料電池モジュール１０と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。

本実施形態の燃料電池モジュール１０ｂでは、熱伝達機構４００ｂ（および熱伝達機構４００ｂに関連する部分）の構成が第１実施形態の熱伝達機構４００（および熱伝達機構４００に関連する部分）の構成と異なっている。

図１４に示すように、本実施形態の熱伝達機構４００ｂの受熱部４１０ｂは、燃料電池モジュール１０ｂの周辺から蒸発器３１０の周辺まで連通する空間（以下、「特定空間」という。）ＳＳである。本実施形態の断熱材３５０ｂは、第１実施形態の断熱材３５０とは形状が異なっており、燃料電池モジュール１０ｂや補助器３００との間に特定空間ＳＳが形成される形状をなしている。特定空間ＳＳは、燃料電池モジュール１０ｂの周辺から蒸発器３１０の周辺まで連通している。特定空間ＳＳは、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１（高温部）内の熱を、熱対流ＨＦにより蒸発器３１０まで伝達する機能を果たす。なお、特定空間ＳＳは、燃料電池スタック１００に接していてもよいが、燃料電池スタック１００のうち、他の部分よりも高温である高温部（本実施形態では第１出口側領域ＥＸ１や第２出口側領域ＥＸ２）の熱を受け取ることが可能な位置であれば、燃料電池スタック１００に接していなくてもよい。

図１３に示すように、本実施形態の燃料電池モジュール１０ｂは、第１実施形態の熱伝達機構４００（空気導入流路）の代わりに、改質・加熱器３３０のハウジング３３５に酸化剤ガスＯＧ（空気）を導入するための空気導入流路２７１を備える。空気導入流路２７１は、ハウジング３３５に接続されている。空気導入流路２７１は、主として配管により構成されており、空気導入流路２７１上には流量制御機構（図示無し）が設けられている。空気導入流路２７１に供給された酸化剤ガスＯＧは、流量制御機構により制御された流量でハウジング３３５の空気流路３３８に導入される。

Ｃ－２．燃料電池モジュール１０ｂの動作：
本実施形態の燃料電池モジュール１０ｂの動作については、基本的には第１実施形態と同様であり、異なるのは、酸化剤ガスＯＧが空気導入流路２７１を介して改質・加熱器３３０のハウジング３３５に形成された空気流路３３８内に導入される点のみである。

Ｃ－３．第３実施形態の効果：
第３実施形態の燃料電池モジュール１０ｂにおいても、第１実施形態と共通する構成を備えることにより、第１実施形態の燃料電池モジュール１０と同様の上記効果を得ることができる。例えば、本実施形態の燃料電池モジュール１０ｂにおいては、熱伝達機構４００ｂを備えることにより、第１出口側領域ＥＸ１に含まれる領域内に位置する受熱部４１０ｂによって燃料電池スタック１００の高温部となりやすい第１出口側領域ＥＸ１内の熱が受け取られ、燃料電池スタック１００に供給するガス（燃料ガスＦＧ）を生成するための流体（原燃料ガスＲＦＧおよび水ＷＡの混合ガス）に伝達される。そのため、燃料電池スタック１００において高温部となりやすい第１出口側領域ＥＸ１内の領域の温度を低下させることができ、ひいては燃料電池スタック１００の温度分布のばらつきを抑制することができる。更に、本実施形態の燃料電池モジュール１０ｂにおいては、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１内の領域から放出された熱は、燃料電池モジュール１０ｂの外部に放出されずに、燃料電池スタック１００に供給するガス（燃料ガスＦＧ）を生成するための流体（原燃料ガスＲＦＧおよび水ＷＡの混合ガス）を生成するために利用されるため、燃料電池スタック１００の発電効率の低下を抑制することができる。

更に、第３実施形態の燃料電池モジュール１０ｂは、以下の構成である。すなわち、燃料電池モジュール１０ｂは、燃料電池スタック１００の外側の領域に位置する断熱材３５０ｂを備える。熱伝達機構４００ｂの受熱部４１０ｂは、少なくとも一部が断熱材３５０ｂにより画定される特定空間ＳＳである。熱伝達機構４００ｂは、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１内の熱を、特定空間ＳＳを通して、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１（高温部）内の熱を、特定空間ＳＳを通して、燃料電池スタック１００に供給するガス（燃料ガスＦＧ）を生成するための流体（原燃料ガスＲＦＧおよび水ＷＡの混合ガス）に伝達する。本実施形態の燃料電池モジュール１０ｂによれば、簡易な構成により、燃料電池スタック１００の第１出口側領域ＥＸ１内の熱を、燃料電池スタック１００に供給するガス（燃料ガスＦＧ）を生成するための流体（原燃料ガスＲＦＧおよび水ＷＡの混合ガス）に伝達する熱伝達機構４００ｂを実現することができる。

Ｄ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態における燃料電池モジュール１０の構成や燃料電池モジュール１０を構成する各部分の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。

熱伝達機構４００、４００ａ、４００ｂは、燃料電池スタック１００の熱を、燃料電池スタック１００に供給するガスと、燃料電池スタック１００に供給するガスを生成するための流体との少なくとも一方に伝達することが可能なものであれば、その構成は特に限定されるものではない。また、熱伝達機構４００、４００ａ、４００ｂの受熱部４１０、４１０ａ、４１０ｂは、第１出口側領域ＥＸ１内の熱や第２出口側領域ＥＸ２内の熱を受け取ることが可能なものであれば、その構成は特に限定されるものではない。例えば、熱伝達機構４００、４００ａ、４００ｂは、燃料電池モジュール１０、１０ａ、１０ｂを構成する他の補助器（例えば水素添加脱硫器）であってもよい。

上記実施形態（または変形例、以下同様）では、熱伝達機構４００、４００ａ、４００ｂの受熱部４１０、４１０ａ、４１０ｂは、第１出口側領域ＥＸ１に含まれる領域内に位置し（換言すれば、第１出口側領域ＥＸ１内の熱を受け取る）、かつ、第２出口側領域ＥＸ２に含まれる領域内に位置する（換言すれば、第２出口側領域ＥＸ２内の熱を受け取る）構成であるが、第１出口側領域ＥＸ１と第２出口側領域ＥＸ２との一方のみに含まれる領域内に位置する構成であってもよい。なお、上述したように、燃料電池スタック１００のうち、他の部分よりも高温である高温部（上記実施形態では、第１出口側領域ＥＸ１、第２出口側領域ＥＸ２）の位置は、燃料電池スタック１００内の構成や外部の構成（断熱構造など）等によって変化しうる。従って、高温部は、第１出口側領域ＥＸ１、第２出口側領域ＥＸ２とは限らない。従って、熱伝達機構４００、４００ａ、４００ｂの受熱部４１０、４１０ａ、４１０ｂの位置は、燃料電池スタック１００の高温部の位置に応じて、適宜、設定されることがより好ましい。

なお、燃料電池スタック１００の高温部を、ガス入口（空気極側供給連通流路１３２、空気極側排出連通流路１３３）や（燃料極側供給連通流路１４２、燃料極側排出連通流路１４３）の位置に基づいて特定する際には、燃料電池スタック１００が備える複数の発電単位１０２のいずれかにおけるガス入口やガス出口との関係に基づいてガス入口側の領域やガス出口側の領域を特定すればよい。

上記実施形態では、燃料電池スタック１００の外形ＦＳが略矩形であるが、燃料電池スタック１００の外形ＦＳは特に限定されるものではない。例えば、燃料電池スタック１００の外形ＦＳが円形であってもよい。

上記実施形態では、燃料電池スタック１００の外形ＦＳを画定する互いに対向する一対の辺ｓｄ１，ｓｄ２のうち、空気極側供給連通流路１３２と燃料極側供給連通流路１４２とが燃料電池スタック１００の一方の辺ｓｄ２側に形成され、空気極側排出連通流路１３３と燃料極側排出連通流路１４３とが他方の辺ｓｄ１側に形成されているが、空気極側供給連通流路１３２や燃料極側供給連通流路１４２の配置は特に限定されるものではない。例えば、空気極側排出連通流路１３３と燃料極側排出連通流路１４３との一方が、上記の一対の辺ｓｄ１，ｓｄ２を除いた残りの一対の辺の一方に位置し、空気極側排出連通流路１３３と燃料極側排出連通流路１４３との他方が上記の一対の辺ｓｄ１，ｓｄ２を除いた残りの一対の辺の他方に位置していてもよい。

上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本明細書に開示される技術は、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった他のタイプの燃料電池にも適用可能である。

１０：燃料電池モジュール １０ａ：燃料電池モジュール １０ｂ：燃料電池モジュール ２２：ボルト ２４：ナット ２６：絶縁シート ２７：ガス通路部材 ２８：本体部 ２９：分岐部 ３２，３４：孔 ６１：空気極側ガス供給流路 ７１：燃料極側ガス供給流路 １００：燃料電池スタック １０２：発電単位 １０３：発電ブロック １０４：エンドプレート（上側エンドプレート） １０６：エンドプレート（下側エンドプレート） １０８：連通孔 １０９：ボルト孔 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １１８：反応防止層 １２０：単セル用セパレータ １２１：貫通孔 １２４：接合部 １２５：ガラスシール部 １３０：空気極側フレーム １３１：孔 １３２：酸化剤ガス供給連通流路 １３３：酸化剤ガス排出連通流路 １３４：空気極側集電部 １４０：燃料極側フレーム １４１：孔 １４２：燃料ガス供給連通流路 １４３：燃料ガス排出連通流路 １４４：燃料極側集電部 １４５：電極対向部 １４６：インターコネクタ対向部 １４７：連接部 １４９：スペーサー １５０：平板部 １６１：マニホールド（空気極側供給マニホールド） １６２：マニホールド（空気極側排出マニホールド） １６６：空気室 １７１：マニホールド（燃料極側供給マニホールド） １７２：マニホールド（燃料極側排出マニホールド） １７６：燃料室 １８１：貫通孔 １８９：下端用セパレータ １９０：インターコネクタ １９１：インターコネクタ用セパレータ １９４：被覆層 １９６：導電性接合材 ２２６：排ガス中継流路 ２２８：混合ガス流路 ２３０：燃料極側ガス排出流路 ２４０：空気極側ガス排出流路 ２５１：純水導入流路 ２６１：原燃料ガス導入流路 ２７１：空気導入流路 ３００：補助器 ３１０：蒸発器 ３３０：改質・加熱器 ３３１：改質器 ３３３：燃焼器 ３３５：ハウジング ３３６：内壁 ３３７：外壁 ３３８：空気流路 ３３９：伝熱用フィン ３５０：断熱材 ３５０ａ：断熱材 ３５０ｂ：断熱材 ３５１：断熱空間 ４００：熱伝達機構 ４００ａ：熱伝達機構 ４００ｂ：熱伝達機構 ４１０：受熱部 ４１０ａ：受熱部 ４１０ｂ：受熱部 ４１１ａ：蒸発器 ４１２ａ：プレ改質器 ４１３ａ：混合ガス流路 ４１４ａ：混合ガス流路 ＥＧ：排ガス ＥＸ１：第１出口側領域 ＥＸ２：第２出口側領域 ＦＧ：燃料ガス ＦＯＧ：燃料オフガス ＯＧ：酸化剤ガス ＯＯＧ：酸化剤オフガス ＲＦ：重複領域 ＲＦＧ：原燃料ガス ＳＳ：特定空間 ＷＡ：水

Claims (9)

1. 電解質層と、前記電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極と、を含む単セルをそれぞれ有する複数の発電単位が第１の方向に積層されてなる燃料電池スタックであって、各発電単位において、前記空気極が面する空気室と、前記燃料極が面する燃料室と、が形成された燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックの外側に位置するモジュール機能部であって、前記燃料電池スタックから排出されるガスを燃焼させる燃焼器と、前記燃料電池スタックに供給される原燃料ガスを改質する改質器と、前記燃焼器と前記改質器とを収容するモジュール容器と、を備えるモジュール機能部と、を備える燃料電池モジュールにおいて、
   少なくとも一つの前記発電単位である特定発電単位は、前記空気室と前記燃料室との一方である第１ガス室にガスを供給する第１ガス入口と、前記第１ガス室に供給されたガスを排出する第１ガス出口と、を有し、
   前記燃料電池モジュールのうち、前記第１ガス出口側の領域を第１出口側領域としたときに、
   前記燃料電池モジュールは、更に、前記燃料電池スタックの外側の領域に位置する熱伝達機構であって、前記燃料電池スタックの熱を、前記燃料電池スタックに供給するガスと、前記燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体との少なくとも一方に伝達する熱伝達機構を備え、
   前記熱伝達機構は、少なくとも一部が前記第１出口側領域に含まれる領域内に位置する受熱部であって、前記燃料電池スタックの前記第１出口側領域内の熱を受け取る受熱部を備える、
   ることを特徴とする燃料電池モジュール。
2. 請求項１に記載の燃料電池モジュールであって、
   前記熱伝達機構は、前記燃料電池スタックに供給されるガスを内部に流通させることにより、前記燃料電池スタックの前記第１出口側領域内の熱を、前記燃料電池スタックに供給されるガスに伝達する、熱交換器である、
   ことを特徴とする、燃料電池モジュール。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池モジュールであって、
   前記受熱部は、前記燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体としての前記改質器の原燃料ガスを改質するために利用される水蒸気を生成するための水が供給される蒸発器である、
   ことを特徴とする、燃料電池モジュール。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュールであって、
   前記受熱部は、前記燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体として原燃料ガスが供給される改質器であって、原燃料ガスを改質する改質器である、
   ことを特徴とする、燃料電池モジュール。
5. 請求項１に記載の燃料電池モジュールであって、
   前記燃料電池モジュールは、前記燃料電池スタックの外側の領域に位置する断熱材を備え、
   前記受熱部は、少なくとも一部が前記断熱材により画定される特定空間であり、
   前記熱伝達機構は、前記燃料電池スタックの前記第１出口側領域内の熱を、前記特定空間を通して、前記燃料電池スタックに供給するガスと、前記燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体との少なくとも一方に伝達する、
   ことを特徴とする、燃料電池モジュール。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の燃料電池モジュールであって、
   前記燃料電池モジュールは、前記燃料電池スタックを覆う断熱材を備える、
   ことを特徴とする、燃料電池モジュール。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の燃料電池モジュールであって、
   前記特定発電単位において、前記空気室と前記燃料室との他方を第２ガス室としたときに、前記特定発電単位は、前記第２ガス室にガスを供給する第２ガス入口と、前記第２ガス室に供給されたガスを排出する第２ガス出口と、を有し、前記燃料電池モジュールのうち、前記第２ガス出口側の領域を第２出口側領域とし、前記第２出口側領域のうち、第１出口側領域と重なる領域を重複領域としたときに、
   前記受熱部は、前記重複領域に含まれる領域内に位置する、
   ことを特徴とする、燃料電池モジュール。
8. 請求項７に記載の燃料電池モジュールであって、
   前記第１の方向視において、
   前記燃料電池スタックの外形が略矩形であり、
   前記外形を画定する互いに対向する一対の辺のうち、前記第１ガス入口と前記第２ガス入口とが前記燃料電池スタックの一方の辺側に形成され、前記第１ガス出口と前記第２ガス出口とが他方の辺側に形成されている、
   ことを特徴とする、燃料電池モジュール。
9. 電解質層と、前記電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極と、を含む単セルをそれぞれ有する複数の発電単位が第１の方向に積層されてなる燃料電池スタックであって、各発電単位において、前記空気極が面する空気室と、前記燃料極が面する燃料室と、が形成された燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックの外側に位置するモジュール機能部であって、前記燃料電池スタックから排出されるガスを燃焼させる燃焼器と、前記燃料電池スタックに供給される原燃料ガスを改質する改質器と、前記燃焼器と前記改質器とを収容するモジュール容器と、を備えるモジュール機能部と、を備える燃料電池モジュールにおいて、
   前記燃料電池モジュールは、更に、前記燃料電池スタックの熱を、前記燃料電池スタックに供給するガスと、前記燃料電池スタックに供給するガスを生成するための流体との少なくとも一方に伝達する熱伝達機構を備え、
   前記熱伝達機構は、前記燃料電池スタックのうち、少なくとも、他の部分よりも高温である高温部の熱を受け取る受熱部を備える、
   ることを特徴とする燃料電池モジュール。

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