JP5317756B2 - 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

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、特許文献１参照）。

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９は従来の燃料電池モジュール９０を示す外観斜視図であり、収納容器９１内に複数の燃料電池セル９２を配列してなるセルスタック９４を収納して燃料電池モジュール９０が構成されている。

ここで、セルスタック９４の上方にはＵの字状の改質器９５が配置されており、原燃料供給管９７より供給された原燃料は、改質器９５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９５にて生成された燃料ガスは、燃料ガス供給管９６を介してマニホールド９３に供給され、マニホールド９３から各燃料電池セル９２に水素含有ガスが供給される。このような構成により、セルスタック装置９８が構成されている。

ところで、上述の燃料電池モジュール９０においては、改質器９５で生成された燃料ガスが、マニホールド９３の一端側に接続された燃料ガス供給管９６よりマニホールド９３内に供給されることから、燃料ガス供給管９６より遠い位置に配置された燃料電池セル９２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９２が劣化するおそれやセルスタック９４の発電効率が低下するおそれがあった。

それゆえ、本出願人は、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を有し、容器の両側部に、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るとともに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をそれぞれ有する改質器を先に出願している。

特開２００７−５９３７７号公報

しかしながら、筒状の容器の中央部に気化部を有し、容器の両側部に改質部を備えた改質器においては、セルスタック装置（セルスタック）の燃料電池セルの配列方向における長さが同じ場合に、図９で示した改質器に比べ改質部の長さが短くなる。それにより、十分な改質反応を行なうことができないおそれがあり、改質が十分に行われていない改質ガス（燃料ガス）を燃料電池セルに供給することで、燃料電池セルの発電効率が低下するおそれがあった。さらに、燃料電池セルに改質が十分に行われていない改質ガスを供給することにより、燃料電池セルに炭素析出が生じ、燃料電池セルが劣化するおそれがあった。

それゆえ、本発明においては、筒状の容器の中央部に気化部を有し、容器の両側部に改質部を備えた改質器であっても、効率よく改質反応を行なう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、長方体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を有し、前記容器の両側部に、前記気化部を通って流入した前記原燃料が流れるための流路を有するとともに、該流路内に前記原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒を備える改質部を有する改質器であって、それぞれの前記改質部の前記気化部と反対側に、前記燃料ガスを送出する燃料ガス送出口が設けられ、前記改質部は、前記原燃料が前記気化部側より前記燃料ガス送出口に向けて流れるように対向する側面を有して構成されているとともに、前記流路は、前記改質部において前記対向する側面間を往復して流れるように蛇行している部位を有することを特徴とする。

このような改質器においては、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、容器の両側部に、気化部を通って流入した原燃料が流れるための流路を有し、その流路内に改質触媒を備える改質部を有することから、気化部に供給された原燃料はそれぞれの改質部に供給されて改質される。

ここで、それぞれの改質部は、気化部と反対側に、改質反応により生じる燃料ガスを送出するための燃料ガス送出口を備え、気化部より流入した原燃料が流れるための流路は、蛇行している部位を有することから、原燃料を改質するための流路を長くすることができ、効率よく改質反応を行なうことができる。

また、改質反応を効率よく行なうことができることから、改質が十分に行なわれていない燃料ガスが燃料電池セルに供給されることを抑制でき、燃料電池セルの発電効率の低下や、燃料電池セルの劣化を抑制することができる。
また、このような改質器においては、改質部が、原燃料が気化部側より燃料ガス送出口に向けて流れるように対向する側面を有して構成されており、流路における蛇行している部位は、原燃料が対向する側面間を往復して流れるように形成されていることから、原燃料が気化部から燃料ガス送出口へ向けて効率よく流れることとなり、効率よく原燃料を改質することができる。

また、本発明の改質器は、前記気化部は、気化させて前記原燃料と混合するための水が供給される水供給口と、前記原燃料が前記改質部に向けて流れるように対向する側面を有して構成されている流路とを備え、該流路は、前記原燃料が前記対向する側面間を往復して流れるように蛇行している部位を有することが好ましい。

このような改質器においては、特に原燃料を水蒸気改質する場合において、気化部にて水供給口より供給される水を十分に気化させて原燃料と混合する必要がある。ここで、気化部が、原燃料が改質部に向けて流れるように対向する側面を有して構成され、原燃料が対向する側面間を往復して流れるように蛇行している部位を有する流路を備えることから、水を気化させるための流路を長くすることができる。それにより、効率よく水を気化させることができ、効率よく改質反応を行なうことができる。

本発明のセルスタック装置は、内部にガス流路を有する中空平板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うちいずれかに記載の改質器とを具備するセルスタック装置であって、前記改質部の流路における蛇行している部位は、前記原燃料が、前記燃料電池セルの幅方向に沿って流れるように形成されていることを特徴とするセルスタック装置。

このようなセルスタック装置においては、セルスタックの上方に、上述した改質器を配置してなることから、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、燃料電池セルの発電効率が低下することや、燃料電池セルが劣化することを抑制できる。

また、セルスタックは発電に伴い中央部側の温度が高く、端部側の温度が低いといった温度分布を生じる場合がある。ここで、改質部の流路における蛇行している部位を、原燃料が、燃料電池セルの幅方向に沿って流れるように形成することにより、改質部に流入する原燃料は、温度分布に沿って流れることから、原燃料が温度変化を繰り返すことを抑制することができ、効率よく改質反応を行なうことができる。

本発明の燃料電池モジュールは、上記のセルスタック装置を収納してなることを特徴とする。

このような燃料電池モジュールにおいては、燃料電池セルの発電効率の低下を抑制できるとともに、燃料電池セルの劣化を抑制することができるセルスタック装置を収納容器内に備えることから、発電効率の向上した燃料電池モジュールとすることができる。

本発明の燃料電池装置は、上述の燃料電池モジュールと、セルスタック装置を作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることから、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。

本発明の改質器は、長方体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を有し、前記容器の両側部に、前記気化部を通って流入した前記原燃料が流れるための流路を有するとともに、該流路内に前記原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒を備える改質部を有する改質器であって、それぞれの前記改質部の前記気化部と反対側に、前記燃料ガスを送出する燃料ガス送出口が設けられ、前記改質部は、前記原燃料が前記気化部側より前記燃料ガス送出口に向けて流れるように対向する側面を有して構成されているとともに、前記流路は、前記改質部において前記対向する側面間を往復して流れるように蛇行している部位を有することから、効率よく改質反応を行なうことができる。
また、このような改質器を備えることにより、燃料電池セルの発電効率の低下や燃料電池セルの劣化を抑制することができ、発電効率の向上したセルスタック装置、燃料電池モ
ジュールおよび燃料電池装置を提供することができる。

本発明のセルスタック装置の一例を示す外観斜視図である。 図１に示す改質器を抜粋して示す分解斜視図である。 図２に示す改質器の平面図である。 本発明の改質器の他の一例を示す分解斜視図である。 図４に示す改質器の平面図である。 燃料電池モジュールの一例を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断面図である。 燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。 従来のセルスタック装置の一例を示す外観斜視図である。

図１は、本発明の改質器６を備える本発明のセルスタック装置１の外観斜視図であり、図２は図１に示す改質器６および燃料ガス供給管８を抜粋し、改質器６の上蓋をはずした状態の分解斜視図であり、図３は図２で示す改質器６の平面図である。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に示すセルスタック装置１は、内部にガス流路を有する燃料電池セル２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３を、セルスタック３を構成する燃料電池セル２の下端を燃料電池セル２に燃料ガスを供給するマニホールド４に、絶縁性の接着材により固定し、燃料電池セル２（セルスタック３）の上方に改質器６を配置するとともに、マニホールド４の両端部に、改質器６のそれぞれの燃料ガス送出口と接続される燃料ガス供給管８を具備する。なお、ここでいう端部とは、セルスタック３の端部からマニホールド４の端部までの空間およびマニホールド４の側面のうち燃料電池セル２配列方向と直交する側面を意味する。なお、セルスタック３の両端部には、燃料電池セル２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９を有する導電部材５が配置されている。

ここで、燃料電池セル２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状で、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２を例示している。

上述のセルスタック装置１においては、後述する改質器６に天然ガスや灯油等の原燃料を供給して改質反応を行ない、改質反応により得られる燃料ガス（水素含有ガス）を、燃料ガス供給管８を介してマニホールド４に供給し、マニホールド４に供給された燃料ガスが燃料電池セル２に供給される。一方、燃料電池セル２の外側より酸素含有ガスが供給される。それにより燃料電池セル２において発電が行なわれる。

改質器６は、筒状の容器内の中央部に原燃料が供給される原燃料供給口が設けられた気化部１０を有し、原燃料供給口に原燃料供給管７が接続されている。また、容器の両側部（すなわち気化部１０の両側）に改質触媒１４を備える改質部１１を有しており、それぞれの改質部１１の気化部１０と反対側に、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を有し、この燃料ガス送出口に燃料ガス供給管８が接続されている。なお、気化部１０と改質部１１とは、通気性のある壁１２で分離されている。また、改質器６とマニホールド４とが、２本の燃料ガス供給管８により接続されていることから、改質器６とマニホールド４とを強固に接続することができる。

原燃料供給管７より供給される原燃料（例えば天然ガスや灯油等）は、気化部１０にて必要に応じて気化された後、容器の両側部（気化部１０の両側）に位置する改質部１１に流れて、改質部１１の内部に備える改質触媒１４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６の内部に、２箇所の改質部１１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６とすることができる。

なお、改質部１１の内部に備える改質触媒１４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１４は、改質部１１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。

ここで、上述した改質器６においては、セルスタック装置１を構成する燃料電池セル２の配列方向の長さが同じ場合に、図９に示した従来の改質器９５に比べて、改質部１１の長さが短くなり、十分な改質反応を行なうことができないおそれがある。この場合、改質が十分に行なわれていない燃料ガスが燃料電池セル２に供給されると、燃料電池セル２に炭素析出が生じ、燃料電池セル２が劣化するおそれがある。

それゆえ、本発明の改質器６においては、原燃料供給管７より供給された原燃料が、燃料ガス送出口に向けて改質部１１内を流れるように、対向する側面（改質器６の側面）を有して構成されている流路を備えている。さらに、この流路が蛇行している部位（以下、蛇行している部位を蛇行流路という場合がある）を有するように仕切板１３を適宜備えている。なお、図２および図３においては、改質部１１内の流路がすべて蛇行流路である改質部１１を示している（以降の図においても同様である）。なお、改質部１１で処理する原燃料の量や改質触媒の性能等により、改質部１１内の流路の一部のみを蛇行する形状とすることもできる。

ここで、改質部１１内の流路が蛇行流路を有することから、改質部１１の原燃料が流れる流路を長くすることができ、効率よく改質反応を行なうことができる。あわせて、原燃料が効率よく改質されることから、改質反応が十分に行なわれていない燃料ガスが燃料電池セル２に供給されることを抑制できる。それにより、燃料電池セル２の発電効率の低下や、燃料電池セル２の劣化を抑制することができる。また、蛇行流路は仕切板１３を設けるだけで形成することができることから、蛇行流路を容易に形成することができる。

あわせて、蛇行流路を形成するための仕切板１３を、伝熱性の高い部材により形成することにより、原燃料および改質触媒１４への伝熱を促進することができ、それにより改質部１１での改質効率を向上することができる。

ここで、改質部１１に設ける仕切板１３は、仕切板１３により形成される蛇行流路は、対向する側面間（改質器６の側面間）を往復して流れるように形成されていること、すなわち図１に示すセルスタック装置１においては、燃料電池セル３の幅方向に沿って流れるように形成することが好ましい。

セルスタック３の発電に伴い燃料電池セル２の温度が上昇する。ここで、複数の燃料電池セル２を配置してなるセルスタック３においては、中央部側に配置された燃料電池セル２は放熱されにくく、端部側に配置された燃料電池セル２は放熱されやすいことから、セルスタック３において、中央部側の温度が高く端部側の温度が低いという温度分布を生じる場合がある。この場合、セルスタック３の上方に配置される改質器６の改質部１１も、中央部側（気化部１０側）の温度が高く、端部側の温度が低いという温度分布を生じる。

それゆえ、蛇行流路を、原燃料が燃料電池セル３の幅方向に沿った方向（すなわち対向する側面間）を往復して流れる形状とすることにより、原燃料が温度の高い領域を流れたのち、温度の低い領域を流れることとなる。それにより、原燃料が温度変化を繰り返すことを抑制することができ、効率よく改質反応を行なうことができる。

また、図２および図３に示した改質器６においては、気化部１０から改質部１１の燃料ガス送出口までを１つの流路構造としている例を示している。このように、気化部１０から改質部１１の燃料ガス送出口までを１つの流路構造とすることにより、原燃料の偏流の発生を抑制（防止）することができる。それにより、効率よく原燃料を改質することができる。

ところで、このような改質器６においては、セルスタック３の発電を効率よくするため、容器の両側に配置されたそれぞれの改質部１１にて生成される燃料ガスが同じ量となるようにすることが好ましい。

それゆえ、図１〜図３に示す改質器６においては、気化部１０の原燃料供給口からそれぞれの燃料ガス送出口までの長さ（言い換えれば、気化部１１と原燃料供給管７との接続部から改質部１１と燃料ガス供給管８との接続部までの長さ）が等しいとともに、それぞれの改質部１１が等量でかつ同一材料からなる改質触媒１４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１０の原燃料供給口から通気性のある壁１２までの長さが等しく、改質部１１の大きさおよび改質部１１が備える改質触媒１４の量と材質が同じで、さらに気化部１０の原燃料供給口から燃料ガス送出口までの長さが等しい改質器６を示している。すなわち、図１〜図３に示す改質器６は、原燃料供給管７を中心として左右対称である。

また、あわせて改質器６に接続される燃料ガス供給管８よりマニホールド４に供給される燃料ガスが等しい量となるように、燃料ガス送出口からそれぞれの燃料ガス供給管８とマニホールド４との接続部までの長さが等しいこと、すなわち改質器６の気化部１０の原燃料供給口から燃料ガス供給管８とマニホールド４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、原燃料供給管７より供給された原燃料は、それぞれの改質部１１に向けて同じ量が流れることとなり、また改質部１１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り、さらにそれぞれの燃料ガス供給管８よりマニホールド４に供給される燃料ガスの量も同じ量とすることができる。それゆえ、セルスタック３の発電効率を向上することができる。

図４は本発明の改質器の他の一例を示し、改質器１５の上蓋をはずした状態の分解斜視図であり、図５は図４で示す改質器１５の平面図である。

改質器１５において、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行なうにあたっては、気化部１０に水を供給して水蒸気に気化させて原燃料と混合し、水蒸気が混合した原燃料を改質部１１に供給するが、気化部１０についても、図９に示した従来の改質器９５に比べて、気化部１０の流路の長さが短くなり、効率よく水を気化させることができず、水蒸気改質反応を効率よく行なうことが難しくなるおそれがある。

それゆえ、図４および図５に示す改質器１５においては、気化部１０に仕切板１３を配置して、原燃料が改質部１１に向けて流れるように対向する側面（改質器６の側面）を有して構成され、原燃料が対向する側面間を往復して流れるように蛇行している部位を有する形状（蛇行流路）としている。なお、図４および図５においては、気化部１０内の流路のすべてが蛇行流路の形状である場合を示しており、その流路の一部のみを蛇行流路とすることもできる。

それにより、気化部１０内の水を気化させるための流路を長くすることができることから、効率よく水を気化させることができ、改質部１１にて効率よく水蒸気改質を行なうことができる。

なお、気化部１０における蛇行流路は、改質部１１の蛇行流路と連続するように形成することが好ましい。それゆえ、改質部１１の蛇行流路を燃料電池セル３の幅方向に沿った蛇行流路とする場合には、気化部１０における蛇行流路も、燃料電池セル３の幅方向に沿った蛇行流路とすることが好ましい。

また、気化部１０に水を供給するにあたり（すなわち改質部１１で水蒸気改質を行うにあたり）、上述の原燃料の供給と同様に、容器の両側に配置されたそれぞれの改質部１１にて生成される燃料ガスが同じ量となるようにすることが好ましい。

それゆえ、気化部１０の水供給口からそれぞれの改質部１１の燃料ガス送出口までの長さが等しくなるように水供給口を設けることが好ましい。例えば、水供給口と原燃料供給口とを併用し、水供給口に接続される水供給管（図示せず）と、原燃料供給口に接続される原燃料供給管とを二重管とすることができる。それにより、改質器１５にて水蒸気改質を行なう場合に、それぞれの改質部１１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、二重管とする場合においては、原燃料供給管７の内側に水供給管を設けるほか、水供給管の内側に原燃料供給管７を設ける形状とすることもできる。

また、燃料電池セル２のガス流路より排出される余剰の燃料ガスを燃焼させる構成のセルスタック３においては、上述した燃料電池セル２の配列方向における温度分布の他、燃料電池セル２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。

特に、燃料電池セル２として固体酸化物形燃料電池セルを用いる場合にあっては、燃料電池セル２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２の配列方向における温度分布や、燃料電池セル２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。

これに対して、気化部１０にて水を気化させて水蒸気改質反応を行なう改質器１５を備えるセルスタック装置１においては、セルスタック３の中央部側（特には中央部側に位置する燃料電池セル２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３を構成する燃料電池セル２の配列方向における温度分布や、燃料電池セル２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２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。

図６は、収納容器１７内に、上述したセルスタック装置１を収納してなる本発明の燃料電池モジュール１６（以下、モジュールという場合がある。）の一例を示す外観斜視図である。なお、改質器としては、図４および図５に示した改質器１５を備えている例を示している。なお、図６においては、改質器１５を収納容器１７の上壁の内面に接続しており、セルスタック装置１としては、改質器１５を取り外した状態を示している。

また、図６に示すモジュール１６においては、収納容器１７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１（図６においては改質器１５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、モジュール１６を構成する収納容器１７について説明する。

図７は、モジュール１６の一例を概略的に示す断面図である。モジュール１６を構成する収納容器１７は、外壁１８にて収納容器１７の外枠が形成され、内部に燃料電池セル２（セルスタック３）を収納する発電室２５が形成されている。

このような収納容器１７においては、セルスタック３を構成する燃料電池セル２の配列方向に沿う側部と、該側部に対向する収納容器１７の外壁との間に、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１７は、外壁１８の内側に所定間隔をあけて第１の壁１９が形成されており、第１の壁１９の内側に所定間隔をあけて第２の壁２０が配置されており、さらに第２の壁２０の内側に所定間隔をあけて第３の壁２１が配置されている。

それにより、外壁１８と第１の壁１９とで形成された空間が第１の流路２２となり、第２の壁２０と第３の壁２１とで形成された空間が第２の流路２３となり、第１の壁１９と第２の壁２０とで形成された空間が第３の流路２４となる。

なお、図７に示した収納容器１７においては、第１の壁１９の上端部が第２の壁２０に接続されており、第２の壁２０が収容容器１７の上壁（外壁１８）と接続されており、第３の壁２１の上端部が第２の壁２０と接続されている。

また、収納容器１７の底部には、空気（酸素含有ガス）を収納容器１７内に供給するための空気供給管２６が接続されており、空気供給管２６より供給される空気は空気導入部３１に流れる。空気導入部３１は空気導入口３２により第１の流路２２とつながっているため、空気導入部３１を流れる空気は、空気導入口３２を通して、第１の流路２２に流れる。第１の流路２２を上方に向けて流れた空気は、第２の壁１９に設けられた空気流通口２７を通して、第２の流路２３に流れる。そして、第２の流路２３を下方に向けて流れた空気は、第３の壁２１に設けられた空気吹き出し口２９を通して、発電室２５内に供給される。

一方、燃料電池セル２より排出される排ガスや、燃料電池セル２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１９に設けられた排ガス流通口２８を通して第３の流路２４に流入する。そして、第３の流路２４を下方に向けて流れた排ガスは、排ガス収集口３４を通して排ガス収集部３３に流れた後、排ガス収集部３３に接続された排ガス排気管３５を通して収納容器１７の外部に排気される。

それゆえ、空気導入管２６より供給される空気は、空気導入部３１を流れる間に、排ガス収集部３３を流れる排ガスと熱交換され、第１の流路２２を流れる間に、第３の流路２４を流れる排ガスと熱交換され、第２の流路２３を流れる間に、発電室２５内の熱とで熱交換されることとなる。

なお、図７において、空気導入管２６の内部に排ガス排気管３５が位置するように設けた例を示しているが、排ガス排気管３５の内部に空気導入管２６が位置するように設けることもでき、さらには、空気導入管２６と排ガス排気管３５とは、それぞれ位置をずらして設けることもできる。

ここで、図７に示すモジュール１６においては、第３の流路２４のうち、第２の壁２０側に断熱材３０（図中において断熱材３０は斜線にて示している）が固着して配置されている。それにより、第２の流路２３を流れる空気と第３の流路２４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２３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、燃料電池セル２に供給さ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２に供給することができることから、発電効率の高いモジュール１６とすることができる。

なお、第３の流路２４に配置される断熱材３０は、好ましくは、セルスタック３を構成する燃料電池セル２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。それにより、第２の流路２３を流れる空気と第３の流路２４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。

また断熱材３０は、第３の流路２４以外にも、収納容器１７内の熱が極端に放熱され、燃料電池セル２（セルスタック３）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７においては、第３の流路２４以外に、マニホールド４の底部と、燃料電池セル２（セルスタック３）の両側面側と、収納容器１７の上壁（外壁１８）と改質器１５との間とに設けている例を示している。

ここで、セルスタック３（燃料電池セル２）の両側面側に配置されている断熱材３０においては、空気吹き出し口２９に対応して、空気を燃料電池セル２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２９より発電室２５内に供給された空気は、燃料電池セル２の下端側から上端部側に向けて流れることとなり、効率よく燃料電池セル２の発電を行なうことができる。

セルスタック装置１を上述のような収納容器１７の発電室２５内に収納することにより、発電効率の向上したモジュール１６とすることができる。

図８は、本発明の燃料電池装置３６の一例を示す分解斜視図である。なお、図８においては一部構成を省略して示している。

図８に示す燃料電池装置３６は、支柱３７と外装板３８から構成される外装ケース内を仕切板３９により上下に区画し、その上方側を上述したモジュール１６を収納するモジュール収納室４０とし、下方側をモジュール１６を動作させるための補機類を収納する補機収納室４１として構成されている。なお、補機収納室４１に収納する補機類を省略して示している。

また、仕切板３９は、補機収納室４１の空気をモジュール収納室４０側に流すための空気流通口４２が設けられており、モジュール収納室４０を構成する外装板３８の一部に、モジュール収納室４０内の空気を排気するための排気口４３が設けられている。

このような燃料電池装置３６においては、上述したように、発電効率が向上したモジュール１６をモジュール収納室４０内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３６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の例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。

たとえば、気化部１０の原燃料供給口や水供給口に接続された原燃料供給管７や水供給管（図示せず）に、原燃料または水をそれぞれの改質部１１側に流すための流通方向調整部材を設けることも可能である。なお、原燃料供給管７と水供給管とを二重管とする場合においては、この流通方向調整部材を併用することもできる。

なお流通方向調整部材としては、底部を有する筒状の容器の左右に穴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とすることができる。

また、この場合において流通調整方向部材の吹き出し口は、気化部１０の底面と対向しないように設けることが好ましい。それにより、気化部１０の一部の温度が急激に低下し、気化部３での水の気化効率が悪くなることを抑制できる。

また例えば、収納容器１７は、外壁１８と第１の壁１９とで第１の流路２２を形成し、第２の壁２０と第３の壁２１とで第２の流路２３を形成し、第１の壁１９と第２の壁２０とで第３の流路２４を形成していればよく、適宜空気流通口２７や排ガス流通口２８の位置を変更することもできる。

また、例えば第１の壁１９と第２の壁２０との間に第１の流路２２と第２の流路２３とをつなぐ空気流通路を設けてもよく、第２の壁２０と第３の壁２１との間に、発電室２５と第３の流路２４とをつなぐ排ガス流通路を設けてもよい。

１：セルスタック装置
２：燃料電池セル
３：セルスタック
４：マニホールド
６、１５：改質器
７：原燃料供給管
８：燃料ガス供給管
１０：気化部
１１：改質部
１３：仕切板
１６：燃料電池モジュール
１７：収納容器
３６：燃料電池装置

Claims (5)

1. 直方体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を有し、前記容器の両側部に、前記気化部を通って流入した前記原燃料が流れるための流路を有するとともに、該流路内に前記原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒を備える改質部を有する改質器であって、それぞれの前記改質部の前記気化部と反対側に、前記燃料ガスを送出する燃料ガス送出口が設けられ、前記改質部は、前記原燃料が前記気化部側より前記燃料ガス送出口に向けて流れるように対向する側面を有して構成されているとともに、前記流路は、前記改質部において前記対向する側面間を往復して流れるように蛇行している部位を有することを特徴とする改質器。
2. 前記気化部は、気化させて前記原燃料と混合するための水が供給される水供給口と、前記原燃料が前記改質部に向けて流れるように対向する側面を有して構成されている流路とを備え、該流路は、前記原燃料が前記対向する側面間を往復して流れるように蛇行している部位を有することを特徴とする請求項１に記載の改質器。
3. 内部にガス流路を有する中空平板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または請求項２に記載の改質器とを具備するセルスタック装置であって、前記改質部の流路における蛇行している部位は、前記原燃料が、前記燃料電池セルの幅方向に沿って流れるように形成されていることを特徴とするセルスタック装置。
4. 収納容器内に、請求項３に記載のセルスタック装置を収納してなることを特徴とする燃料電池モジュール。
5. 請求項４に記載の燃料電池モジュールと、前記セルスタック装置を作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする燃料電池装置。

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