JP6462290B2 - 燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池モジュールおよび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）と酸素含有ガス（空気）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や、燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

このような燃料電池モジュールにおいては、燃料電池セルを複数個配列してなるセルスタックが、該燃料電池セルに燃料ガスを供給するマニホールドに固定されているとともに、燃料電池セルに供給する燃料ガスを水蒸気改質にて生成するための改質器が配置されてなるセルスタック装置が、収納容器内に収納されている。

そして、このような改質器は、例えばセルスタックの上方に配置される例や（例えば、特許文献１参照。）、複数のセルスタックの間に配置されている例（例えば、特許文献２参照。）が知られている。

特開２００７−５９３７７号公報 特開２０１０−２１２０３８号公報

ところで、上記特許文献１のように改質器をセルスタックの上方にのみ配置している場合には、燃料電池装置の運転時に、燃料利用率の高い運転を行なうと、余剰の燃料ガスの量が少なく、十分な改質反応を行なうことができないという問題があった。

それゆえ、上記特許文献２においては、セルスタックの上方に配置された改質器に加えて、セルスタック間にも改質器を配置することが提案されているが、特許文献２に記載のセルスタック間に配置された改質器では、燃料ガスが燃料電池セルの立設方向（上下方向）を流れる構成とされているため、改質効率の点で改善の余地があり、ひいては発電効率の点で改善の余地があった。

そこで、本発明の目的は、改質効率を向上し、ひいては発電効率を改善した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にある。

本発明の燃料電池モジュールは、収納容器内に、複数の燃料電池セルと、該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を備えるセルスタック装置と、原燃料を改質して前記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とを備え、該改質器は、該セルスタック装置の上方に配置され、前記燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成する第１改質器と、前記第１改質器と接続され、前記セルスタック装置の前記燃料電池セルの配列方向に沿った側面側に配置され、前記燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成する第２改質器とを備え、前記第１改質器および前記第２改質器は、前記燃料ガスが前記燃料電池セルの配列方向に沿って流れる流路を備えているとともに、前記第２改質器は、前記燃料電池セルの上端より低い位置に配置されていることを特徴とする。

また、本発明の燃料電池装置は、外装ケース内に、上記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収納してなる。

本発明の燃料電池モジュールは、第１改質器に加えて、燃料ガスが燃料電池セルの配列方向に沿って流れる流路を備える第２改質器を備えることから、改質器効率が向上し、ひいては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。

また、本発明の燃料電池装置は、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。 図１に示す燃料電池モジュールの断面図である。 （ａ）は、本実施形態のセルスタック装置の一例を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線枠で囲った部分の平面図である。 （ａ）、（ｂ）は本実施形態の一例を概略的に示し、セルスタック装置と改質器とを抜粋して示す側面図である。 （ａ）、（ｂ）は本実施形態の他の一例を概略的に示し、セルスタック装置と改質器とを抜粋して示す側面図である。 本実施形態の燃料電池装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。

図１は、本実施形態のセルスタック装置および改質器を、収納容器内に収納してなる燃料電池モジュール（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り、図２は図１の断面図である。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に示すモジュール１においては、収納容器２の内部に、内部を長手方向に貫通し、燃料ガスが流通するガス流路（図示せず）を有する燃料電池セル３を立設させた状態で一列に配列し、隣接する燃料電池セル３間が集電部材（図１においては図示せず）を介して電気的に直列に接続されているとともに、燃料電池セル３の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材（図示せず）でマニホールド４に固定してなるセルスタック５を２つ備えるセルスタック装置１２が収納されている。

また、セルスタック装置１２の上方には、セルスタック５の上方に、燃料電池セル３に供給する燃料ガスを生成するための第１改質器６が配置され、セルスタック５間には、後述する第２改質器１４が配置されている。

また、セルスタック５の両端部には、セルスタック５（燃料電池セル３）の発電により生じた電気を集電して外部に引き出すための、電気引き出し部を有する導電部材が配置されている（図示せず）。なお、図１においては、セルスタック装置１２が２つのセルスタック５を備えている場合を示しているが、適宜その個数は変更することができ、例えばセルスタック５を１つだけ備えていてもよい。

また、図１においては、燃料電池セル３として、内部を長手方向に貫通し、燃料ガスが流通するガス流路を複数有する中空平板型で、ガス流路を有する支持体の表面に、燃料極
層、固体電解質層および酸素極層を順に積層してなる固体酸化物形の燃料電池セル３を例示している。なお、燃料電池セル３の間に酸素含有ガスが流通する。燃料電池セル３の構成については後述する。

また、本実施形態のモジュール１（セルスタック装置１２）においては、中空平板型の燃料電池セル３を例示しているが、例えば平板型や円筒型とすることもでき、あわせて収納容器２の形状も適宜変更することができる。

また図１においては、収納容器２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１２を後方に取り出した状態を示している。ここで、図１に示したモジュール１においては、セルスタック装置１２を、収納容器２内にスライドして収納することが可能である。

また、図１に示す第１改質器６においては、原燃料供給管１０を介して第１改質器６の内部に天然ガスやメタンガス、さらには灯油等の原燃料が供給され、水供給管１３を介して水が供給され、原燃料と水とで水蒸気改質を行ない、燃料ガスを生成する。それゆえ、第１改質器６は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とされ、水を気化させるための気化部７と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部８とを備えている。

第１改質器６は、燃料ガス流通管９を介して第２改質器１４と接続されており、第１改質器６を流れたガスは、続いて第２改質器１４に供給される。図１においては図示していないが、第２改質器１４は燃料ガス流通管を介してマニホールド４と接続されており、第２改質器１４を流れた燃料ガスがマニホールド４に供給され、マニホールド４より燃料電池セル３の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、図示していないが、第１改質器６および第２改質器の改質部には、セラミックボールやペレット等からなる担持体にＲｕやＰｔ等の金属を担持させた粒状や粉状の改質触媒が充填されている。

また、図１において、収納容器２の内部には、セルスタック５の側面側に配置され、酸素含有ガスが燃料電池セル３の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、酸素含有ガス導入部材１１が配置されている。

図２に示すように、モジュール１を構成する収納容器２は、内壁１５と外壁１６とを有する二重構造で、外壁１６により収納容器２の外枠が形成されるとともに、内壁１５によりセルスタック装置１２を収納する発電室１７が形成されている。さらに収納容器２においては、内壁１５と外壁１６との間を、燃料電池セル３に導入する酸素含有ガスが流通する酸素含有ガス流路２２としている。

ここで、収納容器２内には、収納容器２の上部より、上端側に酸素含有ガスが流入するための酸素含有ガス流入口を備え、下端部に燃料電池セル３の下端部に酸素含有ガスを導入するための酸素含有ガス流出口２４が設けられてなる酸素含有ガス導入部材１１が、内壁１５を貫通して挿入されて固定されている。

なお、図２においては、酸素含有ガス導入部材１１を２つ設け、それぞれの酸素含有ガス導入部材１１が収納容器２の内部に並置された２つのセルスタック５の両側面側に位置するように配置されているが、セルスタック５の数により、適宜配置することができる。

また発電室１７内には、モジュール１内の熱が極端に放散され、燃料電池セル３（セルスタック５）の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール１内の温度を高温に維持するための断熱部材１８が適宜設けられている。

断熱部材１８は、セルスタック５の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル３の配列方向に沿ってセルスタック５の側面側に配置するとともに、セルスタック５の側面における燃料電池セル３の配列方向に沿った幅と同等またはそれ以上の幅を有する断熱部材１８を配置することが好ましい。なお、セルスタック５の両側面側に断熱部材１８を配置することが好ましい。それにより、セルスタック５の温度が低下することを効果的に抑制できる。さらには、酸素含有ガス導入部材１１より導入される酸素含有ガスが、セルスタック５の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック５を構成する燃料電池セル３間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。なお、セルスタック５の両側面側に配置された断熱部材１８においては、燃料電池セル３に供給される酸素含有ガスの流れを調整し、セルスタック５の長手方向および燃料電池セル３の積層方向における温度分布を低減するための開口部１９が設けられている。

また、燃料電池セル３の配列方向に沿った内壁１５の内側には、排ガス用内壁２０が設けられており、内壁１５と排ガス用内壁２０との間が、発電室１７内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路２３とされている。なお、排ガス流路２３は、収納容器２の底部に設けられた排気孔２１と通じている。また、排ガス用内壁２０のセルスタック５側にも断熱部材１８が設けられている。

それにより、モジュール１の稼動（起動処理時、発電時、停止処理時）に伴って生じる排ガスは、排ガス流路２３を流れた後、排気孔２１より排気される構成となっている。なお、排気孔２１は収納容器２の底部の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を設けることにより形成してもよい。

なお、図示していないが、酸素含有ガス導入部材１１の内部には、セルスタック５近傍の温度を測定するための熱電対が、その測温部が燃料電池セル３の長手方向の中央部でかつ燃料電池セル３の配列方向における中央部に位置するように配置されていることが好ましい。

また、上述の構成のモジュール１においては、燃料電池セル３で発電に使用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスとを、燃料電池セル３の上端側、すなわち燃料電池セル３と第１改質器６との間で燃焼させることができる。それにより、燃料電池セル３の温度を上昇・維持させることができる。あわせて、燃料電池セル３（セルスタック５）の上方に配置された第１改質器６を温めることができ、第１改質器６で効率よく改質反応を行なうことができる。なお、通常発電時においては、上記燃焼や燃料電池セル３の発電に伴い、モジュール１内の温度は５００〜８００℃程度となる。

図３は、本実施形態のセルスタック装置の一例を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線枠で囲った部分の平面図である。

図３に示すセルスタック装置１２は、内部にガス流路２８を有して、一対の対向する平坦面をもつ断面が扁平状で全体として柱状の導電性支持体２７の一方の平坦面上に内側電極層としての燃料極層２９と、固体電解質層３０と、外側電極層としての空気極層３１とを順次積層してなるとともに、他方の平坦面のうち空気極層３１が形成されていない部位にインターコネクタ３２を積層してなる柱状の燃料電池セル３の複数個を備えるセルスタック５を有している。そして、隣接する燃料電池セル３間に導電部材２４を介して配置することで、燃料電池セル３同士を電気的に直列に接続される。なお、インターコネクタ３２の外面および空気極層３１の外面には、導電性の接合材３３が設けられており、導電部材２４を、接合材３３を介して空気極層３１およびインターコネクタ３２に接続させることより、両者の接触がオーム接触となって電位降下を少なくし、導電性能の低下を有効に
抑制することができる。

そして、セルスタック５を構成する各燃料電池セル３の下端が、ガス流路２８を介して燃料電池セル３に反応ガスを供給するためのマニホールド４にガラス等のシール材３４により固定されている。

また、燃料電池セル３の配列方向（図１に示すＸ方向）の両端から導電部材２４を介してセルスタック５を挟持するように、マニホールド４に下端が固定された弾性変形可能な導電部材２５を具備している。ここで、図１に示す導電部材２５においては、燃料電池セル３の配列方向に沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック５（燃料電池セル３）の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部２６が設けられている。

以下に、図３において示す燃料電池セル３を構成する各部材について説明する。

例えば、燃料極層２９は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２（安定化ジルコニアと称し、部分安定化も含むものとする。）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。

固体電解質層３０は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ_２から形成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。

空気極層３１は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができる。空気極層３１はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。

インターコネクタ３２は、導電性セラミックスから形成することができるが、燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガス（空気等）と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、それゆえランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクタ３２は導電性支持体２７に形成された複数のガス流路２８を流通する燃料ガス、および導電性支持体２７の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが好ましい。

導電性支持体２７としては、燃料ガスを燃料極層２９まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタ３２を介して集電するために導電性であることが要求される。したがって、導電性支持体２７としては、かかる要求を満足するものを材質として採用する必要があり、例えば導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。燃料電池セル３を作製するにあたり、燃料極層２９または固体電解質層３０との同時焼成により導電性支持体２７を作製する場合においては、鉄属金属成分と特定希土類酸化物（Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３等）とから導電性支持体２７を形成することが好ましい。また、導電性支持体２７は、所要ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５〜５０％の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であるのが好ましい。

なお、図示はしていないが、固体電解質層３０と空気極層３１との間に、固体電解質層３０と空気極層３１との接合を強固とするとともに、固体電解質層３０の成分と空気極層
３１の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることを抑制する目的で中間層を備えることもできる。

ここで、中間層としては、Ｃｅ（セリウム）と他の希土類元素とを含有する組成にて形成することができ、例えば、
（１）：（ＣｅＯ_２）_１−ｘ（ＲＥＯ_１．５）_ｘ
式中、ＲＥはＳｍ、Ｙ、Ｙｂ、Ｇｄの少なくとも１種であり、ｘは０＜ｘ≦０．３を満足する数。
で表される組成を有していることが好ましい。さらには、電気抵抗を低減するという点から、ＲＥとしてＳｍやＧｄを用いることが好ましく、例えば１０〜２０モル％のＳｍＯ_１．５またはＧｄＯ_１．５が固溶したＣｅＯ_２からなることが好ましい。

また、固体電解質層３０と空気極層３１とを強固に接合するとともに、固体電解質層３０の成分と空気極層３１の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることをさらに抑制することを目的として、中間層を２層から形成することもできる。

また、図示はしていないが、インターコネクタ３２と導電性支持体２７との間に、インターコネクタ３２と導電性支持体２７との間の熱膨張係数差を軽減する等のために密着層を設けることもできる。

密着層としては、燃料極層２９と類似した組成とすることができ、例えば、ＹＳＺなどの希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２（安定化ジルコニアと称する）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。なお、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとは、体積比で４０：６０〜６０：４０の範囲とすることが好ましい。

図１に示したように、本実施形態のモジュール１は、収納容器２の内部に、セルスタック装置１２と、第１改質器６と、第２改質器１４とを収納してなる。以降、図４を用いて説明する。

図４（ａ）、（ｂ）は本実施形態の一例を示し、セルスタック装置と改質器とを抜粋して概略的に示す側面図である。図４（ａ）は第２改質器１４が、燃料電池セル３の立設方向における上端部に配置されている例を示し、図４（ｂ）は第２改質器１４が燃料電池セル３の立設方向における中央部に配置されている例を示している。

上述したように、改質器（第１改質器６）をセルスタック５の上方にのみ配置している場合には、燃料電池装置の運転時に、燃料利用率の高い運転を行なうと、余剰の燃料ガスの量が少なく、十分な改質反応を行なうことができないという問題がある。

それゆえ、本実施形態においては、セルスタック装置１２の燃料電池セル３の配列方向に沿った側面側に、第１改質器６と接続され、燃料電池セル３に供給する燃料ガスを生成する第２改質器１４が配置されている。特に、図４（ａ）においては、第２改質器１４が燃料電池セル３の立設方向における上端側に、図４（ｂ）においては、第２改質器１４が燃料電池セル３の立設方向における中央部側に配置されている。なお、第２改質器１４とマニホールド４とは、燃料ガス流通管３５により接続されている。

例えば、燃料電池セル３の上端側での燃焼熱が大きい場合には、燃料電池セル３の発電に伴うジュール熱等に加えて、燃焼熱も大きいことから、燃料電池セル３の上端部側の温度が特に高くなるため、図４（ａ）に示すように、第２改質器１４を燃料電池セル３の立設方向における上端部側に配置することが好ましい。それにより、第２改質器１４での改
質効率をさらに向上することができる。

一方、燃料利用率が特に高い運転を行なう場合には、燃料電池セル３の上方での燃焼熱が小さく、燃料電池セル３の立設方向における中央部側の温度が特に高くなる傾向がある。それゆえ、このような運転を行なう燃料電池装置においては、図４（ｂ）に示すように、第２改質器１４は燃料電池セル３の立設方向における中央部側に配置することが好ましい。それにより、第２改質器１４での改質効率をさらに向上することができる。

なお、本発明でいう上端側、中央部側とは、燃料電池セル３の上端とマニホールド４上面（シール材３４の表面）との距離を３等分して、上側１／３を上端側とし、下側１／３を下端側とし、上端側と下端側の間に位置する１／３を中央部側とするものとする。なお、第２改質器１４はその高さ方向における半分以上が、上端側もしくは中央部側に位置していれば良く、一部が下端側にかかるように配置されていてもよい。

そして、本実施形態においては、第２改質器１４は燃料ガスが燃料電池セル３の配列方向に沿って流れる流路を備えており、図４に示しているように、燃料電池セル３の配列方向における一端側から供給されたガスは他端側に流れるように構成されている。

このように、第２改質器１４を、燃料ガスが燃料電池セル３の配列方向における一端側から供給されたガスは他端側に流れるように構成することにより、燃料電池セル３の熱を効率よく受けることができ、第２改質器１４における改質効率を向上することができる。

さらに、第２改質器１４が、燃料電池セル３の配列方向に沿って流れる流路を備えていることから、燃料電池セル３の配列方向における温度分布を解消することもできる。それゆえ、改質効率のみならず、燃料電池セル３（セルスタック５）の発電効率をも向上することができる。

なお、第２改質器１４の燃料電池セル３の配列方向に沿った長さは、セルスタック５の長さの７０％以上の長さとすることが好ましい。

ちなみに、第１改質器６および第２改質器１４が水蒸気改質を行なう場合に、第１改質器６に水を気化させるための気化部を有している場合には、第２改質器１４は気化部を設けなくてもよく、図４においては第２改質器１４が気化部を有していない構成を示している。

図５（ａ）、（ｂ）は本実施形態の他の一例を示し、セルスタック装置と改質器とを抜粋して概略的に示す側面図である。この実施形態においては、第２改質器１４として、燃料電池セル３の立設方向における上端側に配置された第３改質器３６と、燃料電池セル３の立設方向における中央部側に配置された第４改質器３７とを備えている例を示している。

本実施形態においては、第２改質器１４が、燃料電池セル３の立設方向における上端側に配置された第３改質器３６と、燃料電池セル３の立設方向における中央部側に配置された第４改質器３７との２つを備えることで、より改質効率を向上することができ、ひいては発電効率を向上することができる。

この場合において、例えば、燃料電池セル３の上端側での燃焼熱が大きい場合には、図５（ａ）に示すように、それぞれの改質器は、第１改質器６を流れた燃料ガスが、第３改質器３６を流れた後に、第４改質器３７を流れるように、それぞれの改質器を、燃料ガス流通管９、３５、３８のそれぞれにて接続することができる。この構成においては、第１
改質器６を流れた燃料ガスは、第２改質器１４のうち、特に温度が高い燃料電池セル３の上端部側に配置された第３改質器３６に先に流れることから、効率よく改質反応を行なうことができ、改質効率を向上することができる。

一方、燃料利用率が特に高い運転を行なう場合には、燃料電池セル３の上方での燃焼熱が小さく、燃料電池セル３の立設方向における中央部側の温度が特に高くなる傾向がある。それゆえ、このような運転を行なう燃料電池装置においては、図５（ｂ）に示すように、それぞれの改質器は、第１改質器６を流れた燃料ガスが、第４改質器３７を流れた後に第３改質器３６を流れるように、それぞれの改質器を、燃料ガス流通管９、３５、３８のそれぞれにて接続することができる。この構成においては、第１改質器６を流れた燃料ガスは、第２改質器１４のうち、特に温度が高い燃料電池セル３の中央部側に配置された第４改質器３７に先に流れることから、効率よく改質反応を行なうことができ、改質効率を向上することができる。

ところで、それぞれの改質器で改質反応である水蒸気改質を行なうにあたり、改質効率を向上させるにあたり、最も温度が高くなる部位において、最も改質反応が高くなる構成とすることができる。

それゆえ、例えば上述したそれぞれの改質器においては、燃料電池装置の構成に応じて、改質反応可能量が異なっているものとすることができる。

例えば、燃料電池セル３の上端側での燃焼熱が大きい場合、第１改質器６が最も燃焼熱からの熱を受け取ることから、第１改質器６での改質反応可能量を、第２改質器１４よりも大きくすることができる。

一方、燃料利用率が特に高い運転を行なう場合には、燃料電池セル３の上方での燃焼熱が小さく、燃料電池セル３の立設方向における中央部側の温度が特に高くなる傾向があることから、燃料電池セル３の立設方向における中央部側に配置された第２改質器１４（第４改質器３７）における改質反応可能量を、他の改質器よりも大きくすることができる。

それにより、最も改質反応が行なわれる改質器での改質量を多くすることで、より改質効率を向上することができ、ひいて発電効率を向上することができる。

このように、改質反応量を異ならせるにあたっては、例えば、第１改質器６と第２改質器１４に同じ改質触媒を充填する場合には、充填する改質触媒の充填量を異ならせることで、改質反応量を異ならせることができる。

また、例えば、第１改質器６と第２改質器１４とに充填する改質触媒を異ならせてもよい。具体的には、上述の例でいえば、担持体が担持する金属の量や、金属の種類、金属粒子径を異ならせるほか、担持体であるセラミックボールの球径や気孔率、さらにはその形状を異ならせてもよい。

なお、燃料電池セル３の立設方向における上端部側に配置された第２改質器１４（第３改質器３６）において最も温度が高くなる構成の場合には、上述と同様にして調整すればよい。このような事例としては、例えば燃料利用率が特に高い運転の燃料電池装置において、セルスタック装置１２において、電流引出し部２６が、燃料電池セル３の上端部側に設けられている構成の燃料電池装置が挙げられる。

ちなみに、各改質器における改質反応量が異なっているか否かは、改質器に含まれる触媒の種類や大きさ、さらにはそれらの量を確認することで判断することができる。また、
それぞれの改質器の出口温度を測定することでも判断することができる。

図６は、外装ケース内に図１で示した燃料電池モジュール１と、燃料電池モジュール１を動作させるための補機（図示せず）とを収納してなる本実施形態の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図６においては一部構成を省略して示している。

図６に示す燃料電池装置３９は、支柱４０と外装板４１から構成される外装ケース内を仕切板４２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１を収納するモジュール収納室４３とし、下方側を燃料電池モジュール１を動作させるための補機を収納する補機収納室４４として構成されている。なお、補機収納室４４に収納する補機を省略して示している。

また、仕切板４２には、補機収納室４４の空気をモジュール収納室４３側に流すための空気流通口４５が設けられており、モジュール収納室４３を構成する外装板４１の一部に、モジュール収納室４３内の空気を排気するための排気口４６が設けられている。

このような燃料電池装置３９においては、上述したように、改質効率、ひいては発電効率の向上した燃料電池モジュール１をモジュール収納室４３に収納し、燃料電池モジュール１を動作させるための補機を補機収納室４４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３９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。

上述の例ではいわゆる縦縞型と呼ばれる燃料電池セル３を用いて説明したが、一般に横縞型と呼ばれる複数の発電素子部を支持体上に設けてなる横縞型の燃料電池セルを用いることもできる。

また、上述の例ではセルスタック５を２つ配列してなるセルスタック装置１２を用いて説明したが、例えば、マニホールド４にセルスタック５を３つ以上配列してなるセルスタック装置を備える大規模発電用の燃料電池装置や、セルスタック装置１２を複数個配列してなる大規模発電用の燃料電池装置においても、適宜本実施形態の改質器を配置することで、発電効率を向上した燃料電池装置とすることができる。

１：燃料電池モジュール
２：収納容器
３：燃料電池セル
４：マニホールド
５：セルスタック
６：第１改質器
１２：セルスタック装置
１４：第２改質器
３６：第３改質器
３７：第４改質器
３９：燃料電池装置

Claims (8)

1. 収納容器内に、複数の燃料電池セルと、該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を備えるセルスタック装置と、原燃料を改質して前記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とを備え、該改質器は、該セルスタック装置の上方に配置され、前記燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成する第１改質器と、前記第１改質器と接続され、前記セルスタック装置の前記燃料電池セルの配列方向に沿った側面側に配置され、前記燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成する第２改質器とを備え、前記第１改質器および前記第２改質器は、前記燃料ガスが前記燃料電池セルの配列方向に沿って流れる流路を備えているとともに、前記第２改質器は、前記燃料電池セルの上端より低い位置に配置されていることを特徴とする燃料電池モジュール。
2. 前記第２改質器は、前記燃料電池セルの上端側および前記燃料電池セルの立設方向における中央部側のうち少なくとも一方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
3. 前記第１改質器と前記第２改質器とを接続する燃料ガス流通管および前記第２改質器と前記マニホールドとを接続する燃料ガス流通管のそれぞれが、前記セルスタックにおける前記燃料電池セルの配列方向より外側に位置していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池モジュール。
4. 前記第２改質器は、前記燃料電池セルの上端側に配置された第３改質器と、前記燃料電池セルの立設方向における中央部側に配置された第４改質器とを備え、前記第３改質器と前記第４改質器とは、前記燃料電池セルの立設方向に間を空けて配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の燃料電池モジュール。
5. 前記第１改質器と前記第４改質器とが接続され、前記第４改質器と前記第３改質器とが接続され、前記第３改質器と前記マニホールドとが接続されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池モジュール。
6. 前記改質器は水蒸気改質を行なうとともに、前記第１改質器と、前記第２改質器とで改質反応可能量が異なっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の燃料電池モジュール。
7. 前記改質器は水蒸気改質を行なうとともに、前記第１改質器、前記第３改質器および前記第４改質器のうち、少なくとも１つの改質器が、他の改質器と比較して改質反応可能量が異なっていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の燃料電池モジュール。
8. 外装ケース内に、請求項１乃至請求項７のうちいずれか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収納してなることを特徴とする燃料電池装置。

Images