(57)【要約】【課題】各燃料電池セルへの均等な空気供給が可能な燃料電池モジュールを提供する。【解決手段】燃料電池モジュール１は、長手方向が横方向に延びるように配置された複数の燃料電池セルユニット７０を備えた燃料電池セルスタック６０と、燃料電池セルスタック６０を内部空間５３に収容するハウジング５０と、燃料ガスが供給され、供給された燃料ガスを燃料電池セルユニット７０供給する第１のマニホールド８０に形成された上流側燃料ガス流路６２Ａと、燃料電池セルユニット７０から残余燃料ガスが排出される下流側燃料ガス流路６２Ｂと、下流側燃料ガス流路６２Ｂに排出された残余燃料ガスが供給され、残余燃料ガスを燃焼させる燃焼部３８と、を備え、第１のマニホールド８０は、燃料電池セルスタック６０の側方に配置されており、燃焼部３８は、燃料電池セルスタック６０の上方に設けられている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることにより発電する燃料電池モジュールであって、
長手方向が横方向に延びるように配置された複数の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルスタックを内部空間に収容するハウジングと、
前記燃料ガスが供給され、供給された前記燃料ガスを前記燃料電池セルに供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料電池セルから発電に使用されなかった残余燃料ガスが排出される燃料ガス排出部と、
前記燃料ガス排出部に排出された前記残余燃料ガスが供給され、前記残余燃料ガスを燃焼させる燃焼部と、を備え、
前記燃料ガス供給部及び前記燃料ガス排出部は、前記燃料電池セルスタックの側方に配置されており、
前記燃焼部は、前記燃料電池セルスタックの上方に設けられている、ことを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記燃料ガス供給部を構成する第１の筐体と、前記燃料ガス排出部とを構成する第２の筐体とが別体で設けられている、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記燃料ガス排出部を構成する筐体は、前記燃焼部に直接接続されている、請求項１又は２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記ハウジングは、前記長手方向の底面から、前記内部空間に収容された前記燃料電池セルスタックに空気を供給するための空気供給口を有する、請求項１〜３の何れか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
さらに、前記燃焼部が前記残余燃料ガスを燃焼させることにより加熱され、原燃料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成し、前記燃料ガスを前記燃料電池セルスタックに供給する改質部を備え、
前記燃焼部の一部が、前記改質部の一部に接触している、請求項１〜４の何れか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
さらに、前記燃焼部において前記残余燃料ガスを燃焼させて生じた燃焼熱により、前記改質部で水蒸気改質に用いられる水蒸気を生成する蒸発部を備え、
前記改質部と前記蒸発部とは一体に構成されている、請求項５に記載の燃料電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池モジュールに関し、特に、供給された燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることにより発電する燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることにより発電する燃料電池モジュールが広く知られている。このような燃料電池モジュールとして、特許文献１には、モジュールケースと、モジュールケースに設けられた燃料電池セルスタックと、モジュールケース内に配置され、原燃料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質部と、燃料電池セルスタックの上方で発電に使用されずに残った残余燃料ガスを燃焼させて改質部を加熱する燃焼室と、を備えた燃料電池モジュールが開示されている。特許文献１に記載された発明では、燃料電池セルから排出された残余燃料ガスを直接燃料電池セルの上方で燃焼させるセルバーナー方式が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−５１５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に記載された燃料電池モジュールではセルバーナー方式を採用しているが、他の方式として、燃料電池セルの上部に残余燃料ガス回収用の筐体を配置し、この筐体の上部で回収した残余燃料ガスを燃焼させる方法が知られている。しかしながら、このような筐体を特許文献１に記載された発明において、燃料電池セルの上部に配置すると、筐体がモジュールケース内の空気の進路を妨げてしまい、各燃料電池セルへの均等な空気供給が困難になる。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、各燃料電池セルへの均等な空気供給が可能な燃料電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、供給された燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることにより発電する燃料電池モジュールであって、長手方向が横方向に延びるように配置された複数の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックと、燃料電池セルスタックを内部空間に収容するハウジングと、燃料ガスが供給され、供給された燃料ガスを燃料電池セルに供給する燃料ガス供給部と、燃料電池セルから発電に使用されなかった残余燃料ガスが排出される燃料ガス排出部と、燃料ガス排出部に排出された残余燃料ガスが供給され、残余燃料ガスを燃焼させる燃焼部と、を備え、燃料ガス供給部及び燃料ガス排出部は、燃料電池セルスタックの側部に配置されており、燃焼部は、燃料電池セルスタックの上方に設けられている、ことを特徴とする。
【０００７】
上記構成の本発明によれば、燃料ガスを燃料電池セルに供給する燃料ガス供給部、及び、燃料電池セルにおける発電に使用されなかった残余燃料ガスを回収する燃料ガス排出部が燃料電池セルスタックの側部に設けられているため、燃料ガス供給部、及び、燃料ガス排出部によりハウジング内における空気の流れが妨げられることがない。これにより、各燃料電池セルへ均等な空気供給が可能になる。さらに、本発明では、燃料電池セルが、長手方向が横方向になるように配置されているため、各燃料電池セルの長手方向に均等な空気供給を実現できる。
【０００８】
本発明において、好ましくは、燃料ガス供給部を構成する第１の筐体と、燃料ガス排出部とを構成する第２の筐体とが別体で設けられている。
上記構成の本発明によれば、燃料ガス供給部及び燃料ガス排出部の配置の自由度が上がり、発電効率の向上や、コンパクト化を実現できる。
【０００９】
本発明において、好ましくは、燃料ガス排出部を構成する筐体は、燃焼部に直接接続されている。
上記構成の本発明によれば、構成部材を削減することにより、コストの削減及び組立作業の簡略化が可能になるとともに、モジュールのコンパクト化を実現できる。
【００１０】
本発明において、好ましくは、ハウジングは、長手方向の底面から、内部空間に収容された燃料電池セルスタックに空気を供給するための空気供給口を有する。
上記構成の本発明によれば、燃料電池セルに対して長手方向に均等に空気を供給することができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、さらに、燃焼部が残余燃料ガスを燃焼させることにより加熱され、原燃料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成し、燃料ガスを燃料電池セルスタックに供給する改質部を備え、燃焼部の一部が、改質部の一部に接触している。
上記構成の本発明によれば、改質部が、燃焼部の炎や排ガスの熱伝達や輻射による伝熱のみならず、燃焼部で生じた熱が部材を介して伝熱されることにより、加熱される。これにより、改質部への燃焼熱の伝熱を改善することができる。また、部材を介した伝熱を利用することにより、排ガスの流れの乱れによる加熱に対する影響を受けにくくなる。また、上述したセルバーナー方式では、燃料電池セルの配置に応じて燃焼口の配置が決定されるが、本発明によれば燃焼部に燃焼口を自由に配列することができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、さらに、燃焼部において残余燃料ガスを燃焼させて生じた燃焼熱により、改質部で水蒸気改質に用いられる水蒸気を生成する蒸発部を備え、改質部と蒸発部とは一体に構成されている。
上記構成の本発明によれば、改質部及び蒸発部への燃焼熱の伝熱を改善することができるとともに、構成部材を削減することにより、コストの削減及び組立作業の簡略化が可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、各燃料電池セルへの均等な空気供給が可能な燃料電池モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料電池モジュール全体を示す斜視図である。
【図２】図１に示す燃料電池モジュールの正面図である。
【図３】図１に示す燃料電池モジュールの側面図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】図２におけるＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図２におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】図１に示す燃料電池モジュールに用いられる燃料電池セルユニットを示す長手方向断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態による燃料電池モジュール全体を示す断面図である。
【図９】図８におけるＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図１０】図８におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による燃料電池モジュール全体を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示す燃料電池モジュールの正面図である。
【図１３】図１１に示す燃料電池モジュールの側面図である。
【図１４】図１３におけるＸＩＶ−ＸＩＶ断面図である。
【図１５】図１２におけるＸＶ−ＸＶ断面図である。
【図１６】図１２におけるＸＶＩ−ＸＶＩ断面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態による燃料電池モジュールを示す斜視図である。
【図１８】図１７に示す燃料電池モジュールの正面図である。
【図１９】図１７に示す燃料電池モジュールの側面図である。
【図２０】図１９におけるＸＸ−ＸＸ断面図である。
【図２１】図１８におけるＸＸＩ−ＸＸＩ断面図である。
【図２２】図１８におけるＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ断面図である。
【図２３】図１８におけるＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ断面図である。
【図２４】図１７に示す燃料電池モジュールに用いられる燃料電池セルユニットを示す斜視図である。
【図２５】図１７に示す燃料電池モジュールに用いられる燃料電池セルユニットを示す正面図である。
【図２６】図１７に示す燃料電池モジュールに用いられる燃料電池セルユニットを示す長手方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態による燃料電池モジュールを図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態による燃料電池モジュール全体を示す斜視図である。図２は、図１に示す燃料電池モジュールの正面図である。図３は、図１に示す燃料電池モジュールの側面図である。図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ断面図である。図５は、図２におけるＶ−Ｖ断面図である。図６は、図２におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明の第１実施形態による燃料電池モジュール１は、燃料電池セル装置２、及び、燃料電池セル装置２の上方に配置された蒸発部（蒸発器）４を有する。これらの燃料電池セル装置２、及び蒸発部４は断熱材（図示せず）によって夫々包囲されており、燃料電池セル装置２は、蒸発部４から熱的に隔離されている。
【００１７】
図４〜図６に示すように、燃料電池セル装置２は、ハウジング５０と、ハウジング５０に収容された燃料電池セルスタック６０と、を備える。燃料電池セル装置２には、複数の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタック６０と、燃料電池セルスタック６０の上方に配置された燃焼部（燃焼器）３８と、燃焼部の上方に配置された改質部（改質器）３６とが収容されている。
【００１８】
燃料電池セルスタック６０は、複数の燃料電池セルにキャップが取り付けられた燃料電池セルユニット７０が、長手方向が水平かつ平行に延びるように、幅方向に複数列、高さ方向に複数段に配置されて構成されている。燃料電池セルスタック６０を構成する燃料電池セルユニット７０は、幅方向中央に位置する上流側燃料電池セルスタック６０Ａと、幅方向側方に位置する下流側燃料電池セルスタック６０Ｂとに分けられている。
【００１９】
図７は、図１に示す燃料電池モジュールに用いられる燃料電池セルユニットを示す長手方向断面図である。図７に示すように、燃料電池セルユニット７０は、燃料電池セル８４と、この燃料電池セル８４の両端部にそれぞれ接続されたキャップである内側電極端子８６とを備えている。燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。
【００２０】
燃料電池セル８４の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子８６について具体的に説明する。内側電極層９０の上部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと上端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の上端面９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層９０と電気的に接続されている。内側電極端子８６の中心部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する燃料ガス流路細管９８が形成されている。
【００２１】
内側電極層９０は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレートとの混合体、の少なくとも一種から形成される。
【００２２】
電解質層９４は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。
【００２３】
外側電極層９２は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。
【００２４】
燃料電池セルスタック６０は、各燃料電池セルユニット７０の燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６が、他の燃料電池セルユニット７０の空気極である外側電極層９２の外周面に電気的に接続されることにより、複数の燃料電池セルユニット７０の全てが直列接続されて構成される。なお、本実施形態では、燃料電池セルユニット７０を直列接続するものとしたが、並列接続としてもよいし、並列及び直列接続を併用してもよい。
【００２５】
図１〜図６に示すように、ハウジング５０は、ハウジング本体５２と、ハウジング本体５２を覆うように設けられた空気通路カバー５４と、備える。ハウジング５０の上面には排気ガス配管２６と混合ガス導管２８の二重管と、空気供給パイプ３２が接続されている。また、ハウジング５０の一方の側面には、点火用のセラミックヒータ３４が取り付けられている。
【００２６】
ハウジング本体５２は、略矩形の天板５２ａ、底板５２ｃ、これらの長手方向に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板５２ｂからなる筒状体と、この筒状体の長手方向の両端部の２つの対向する開口部を塞ぎ、天板５２ａ及び底板５２ｃの幅方向に延びる辺同士を連結する閉鎖側板５２ｄ、５２ｅと、からなる。ハウジング本体５２内には、発電室としての内部空間５３が形成され、内部空間５３内に燃料電池セルスタック６０が収容されている。天板５２ａには排出口が形成されており、この排出口には蒸発部４へ排気ガスを供給する排気ガス配管２６が接続されている。
【００２７】
また、ハウジング５０は、空気通路カバー５４によって天板５２ａ、側板５２ｂ、及び底板５２ｃが覆われている。空気通路カバー５４は、天板５４ａと、天板５４ａの両側から下方に延びる、対向する一対の側板５４ｂと、一対の側板５４ｂの下縁の間を結ぶ底板５４ｃと、を有する。天板５４ａの幅方向中心には、排気ガス配管２６を貫通させるための排出口が設けられている。また、天板５４ａには、空気供給パイプ３２が接続されている。
【００２８】
天板５２ａと天板５４ａとの間、側板５２ｂと側板５４ｂとの間、及び底板５２ｃと底板５４ｃとの間は、所定の距離だけ離間した状態となっている。これにより、ハウジング本体５２の天板５２ａ、側板５２ｂ、及び底板５２ｃと、空気通路カバー５４の天板５４ａ、側板５４ｂ、及び底板５４ｃとの間には、ハウジング本体５２の天板５２ａ、側板５２ｂ、及び底板５２ｃの外面に沿って、酸化剤ガス供給通路としての空気通路５７ａ、５７ｂ、５７ｃが形成されている。また、天板５２ａと天板５４ａとの間の空気通路５７ａ、及び、側板５２ｂと側板５４ｂとの間の空気通路５７ｂにはフィン５７ｄが設けられている。
【００２９】
ハウジング本体５２の底板５２ｃには、複数の貫通孔である空気供給口５８が設けられている（図４参照）。空気供給口５８は、幅方向（図５の左右方向）において、燃料電池セルユニット７０の間に配置されるのが好ましく、長手方向（図４の左右方向）において等間隔に配置されるのが好ましい。
発電用空気は、空気通路カバーの天板５４ａの開口部に接続された空気供給パイプ３２から空気通路５７ａ内に供給され、空気通路５７ａを長手方向に広がりながら流れる。そして、発電用空気は、空気通路５７ａ、５７ｂ、５７ｃを通って、底板５２ｃの空気供給口５８から燃料電池セルスタック６０に向けて内部空間５３内に噴射される。
【００３０】
なお、本実施形態では、空気供給口５８をハウジング本体５２の底板５２ｃのみに設けているが、これに限らず、側板５２ｂに設けてもよいし、天板５２ａに設けてもよく、要するに燃料電池セルユニット７０（燃料電池セル）の長手方向の側方から空気を供給するように構成されていればよい。ただし、排気ガス配管２６が接続される排出口が設けられた天板５２ａ以外の面に設けることが好ましい。さらに、本実施形態のように、排気ガス配管２６が接続される排出口が設けられた面と対向する底板５２ｃに設けることがより好ましい。
【００３１】
ハウジング５０内の燃料電池セルスタック６０の両側部には、それぞれ第１及び第２のマニホールド（筐体）８０、８２が設けられている。第１のマニホールド８０は、直方体状の筐体からなり、内部に一対の仕切板８０Ａが上下方向に延びるように設けられている。これら仕切板８０Ａにより、第１のマニホールド８０の内部空間は、幅方向中央に位置する上流側燃料ガス流路（燃料ガス供給部）６２Ａと、幅方向両側に位置する下流側燃料ガス流路（燃料ガス排出部）６２Ｂと、に分けられている。第１のマニホールド８０の第２のマニホールド８２に対向する側の面には、開口が形成されており、これら開口には、燃料電池セルユニット７０を構成する燃料電池セルユニット７０の一端側の内側電極端子８６の端部が嵌め込まれている。なお、上流側燃料ガス流路６２Ａに当たる部分の開口には、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０が嵌め込まれており、下流側燃料ガス流路６２Ｂに当たる部分の開口には、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０が嵌め込まれている。
【００３２】
第１のマニホールド８０の天板の幅方向中央には開口が設けられており、この開口には燃料供給通路１２が接続されている。これにより、燃料供給通路１２と上流側燃料ガス流路６２Ａとが連通しており、さらに、上流側燃料ガス流路６２Ａと上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の一端（上流側端部）と連通している。また、第１のマニホールド８０の天板の幅方向両側には、第１のマニホールド８０の天板及び燃焼部３８の底板を貫通する開口３８Ｂが設けられており、この開口３８Ｂを通じて下流側燃料ガス流路６２Ｂと、燃焼部３８の内部空間３８Ａとが連通している。さらに、下流側燃料ガス流路６２Ｂは、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の一端（下流側端部）と連通している。
【００３３】
第２のマニホールド８２は、直方体状の筐体からなり、内部に中流側燃料ガス流路６４が形成されている。第２のマニホールド８２の第１のマニホールド８０と対向する側の面には、開口が形成されており、これら開口には燃料電池セルユニット７０を構成する燃料電池セルユニット７０の他端側の内側電極端子８６の端部が嵌め込まれている。中流側燃料ガス流路６４は、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の他端（下流側端部）と連通し、さらに、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の他端（上流側端部）と連通している。
【００３４】
このような構成により、燃料電池セル装置２に燃料供給通路１２から供給された燃料ガスは、上流側燃料ガス流路６２Ａを介して上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、中流側燃料ガス流路６４で回収され、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、下流側燃料ガス流路６２Ｂで回収され、燃焼部３８の内部空間３８Ａに送出される。
【００３５】
燃焼部３８は、燃料電池セルスタック６０の上方に設けられており、燃料電池セルスタック６０において発電に使用されなかった残余燃料ガスを、発電に使用されなかった残余空気により燃焼させるように構成されている。
【００３６】
図４〜図６に示すように、燃焼部３８は平坦な筐体からなり、第１及び第２のマニホールド８０、８２と略等しい幅を有する。燃焼部３８は、長手方向の一端部（図４の左側の端部）が第１のマニホールド８０の上方に直接接続されており、長手方向の他端部（図４の右側の端部）が第２のマニホールド８２により支持されている。燃焼部３８の幅方向の両側面と、ハウジング５０の側板５０ｂとの間には隙間が設けられている。
【００３７】
上述の通り、燃焼部３８の底面及び第１のマニホールド８０の幅方向の両側には開口３８Ｂが形成されており、この開口３８Ｂを通じて、燃焼部３８の内部空間３８Ａは第１のマニホールド８０の下流側燃料ガス流路６２Ｂと連通している。また、燃焼部３８の上面には、改質部３６の下方に当たる領域に所定の間隔をあけて燃焼口３８ｃが形成されている。
【００３８】
このような構成により、燃焼部３８の内部空間３８Ａには、第１のマニホールド８０の下流側燃料ガス流路６２Ｂから残余燃料ガスが供給され、供給された残余燃料ガスは燃焼口３８ｃを介してハウジング５０の内部空間に噴出される。また、燃焼部３８とハウジング５０の側板５０ｂとの間の空間を通じて、発電に使用されなかった空気が上昇する。燃料電池モジュール１の起動時において、燃焼部３８の各燃焼口３８ｃから残余燃料ガスが噴出している状態でセラミックヒータ３４に通電することにより、噴出している残余燃料ガスに点火することができる。これにより、ハウジング５０内で燃焼部３８の上方に配置された改質部３６を加熱することができる。（なお、燃料電池モジュール１の起動時においては、改質部３６が昇温されていないため、改質部３６内で改質反応は発生せず、燃料電池セル装置２による発電も行われていない。）
【００３９】
改質部３６は、上面視で長方形の断面を有し、中央に長方形の開口が設けられた金属製の環状容器であり、その一端部には混合ガスを導入するための混合ガス導管２８が接続され、他端部には改質された燃料ガスを流出させる燃料供給通路１２が接続（図４）されている。蒸発部４からハウジング５０内に延びる混合ガス導管２８は、ハウジング５０内で９０度屈曲され、水平方向に延びた後、鉛直下方に向けて９０度屈曲して、改質部３６の天井面に接続されている。燃料供給通路１２は、混合ガス導管２８とは反対側の端部の、改質部３６の底面に接続（図４）され、鉛直下方に延び、第１のマニホールド８０の天板の中央に接続されている。
【００４０】
改質部３６の内部には改質触媒が充填されている。混合ガス導管２８から流入した原燃料ガスと水蒸気の混合ガスは、改質触媒と接触することにより水蒸気改質され、水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。改質部３６内で水蒸気改質された燃料ガスは燃料供給通路１２に流入し、第１のマニホールド８０の上流側燃料ガス流路６２Ａに供給される。
【００４１】
次に、蒸発部４の構造を説明する。図１〜図５に示すように蒸発部４には、水を供給するための水供給用配管２０と、原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給配管２２と、排気ガスを排出するための排気ガス排出管２４が接続されている。また、蒸発部４と、燃料電池セル装置２とは配管により接続されており、この配管は燃料電池セル装置２から蒸発部４へ排気ガスを供給する排気ガス配管２６と、この内側に配置された混合ガス導管２８の二重管構造となっている（図４）。混合ガス導管２８は、蒸発部４内で生成された水蒸気と、蒸発部４に供給された原燃料ガスを混合した混合ガスを改質・加熱器４ｂ内に導入するように構成されている。また、蒸発部４の側面周囲三辺には、蒸発部４を補助的に加熱するための電気ヒータ２９が巻回されている。
【００４２】
図４に示すように、蒸発部４は、金属板により直方体状の箱形に形成されており、内部には、蒸発室３０ａと、混合室３０ｂと、排気ガス室３０ｃが形成されている。蒸発室３０ａは、蒸発部４の天井面の直下に形成された薄型の空間であり、蒸発部４の天井面に接続された水供給用配管２０及び原燃料ガス供給配管２２から夫々供給された水及び原燃料ガスが蒸発室３０ａ内に流入するように構成されている。
【００４３】
混合室３０ｂは、細い通路３０ｄを介して蒸発室３０ａの下流側に連通した空間として形成されている。蒸発室３０ａ内で生成された水蒸気と、蒸発室３０ａ内に供給された原燃料ガスは、細い通路３０ｄを通って混合室３０ｂ内に流入することにより混合される。
混合室３０ｂの底面には、混合ガス導管２８が接続されており、混合室３０ｂ内で混合された水蒸気及び原燃料ガスは混合ガス導管２８を通って改質部３６内に導入される。
【００４４】
排気ガス室３０ｃは、蒸発部４の下部に設けられた空間であり、蒸発部４の底面に接続された排気ガス配管２６を介して排気ガスが流入するように構成されている。排気ガス室３０ｃに流入した排気ガスは、排気ガス室３０ｃの上側に設けられた蒸発室３０ａの床面を加熱して、蒸発部４の側面端部に接続された排気ガス排出管２４から排出される。蒸発室３０ａに供給された水は、排気ガス室３０ｃ内を流れる排気ガスによって蒸発室３０ａの床面が加熱されることにより蒸発される。
【００４５】
排気ガス室３０ｃの下流側は、流入した排気ガスが蒸発室３０ａの床面（排気ガス室３０ｃの天井面）に沿って流れるように、薄型にされている。この薄型にされた空間には、排気ガス室３０ｃを流れる排気ガスの熱が蒸発室３０ａの床面に効率良く伝わるように、伝熱用のフィン３０ｅが配置されている。このように、排気ガス室３０ｃの一端に接続された排気ガス配管２６から流入した排気ガスは、他端に接続された排気ガス排出管２４に向かって（図４の左から右へ）流れる。一方、蒸発室３０ａの、排気ガス排出管２４側の端部に接続された水供給用配管２０から供給された水は、蒸発室３０ａ内で蒸発されながら、他端部に向かって（図４の右から左へ）流れる。このように、蒸発部４内を流れる水蒸気と排気ガスは反対方向に流れるので、それらの間でカウンターフロー型の熱交換が行われ、効率良く熱交換がなされる。
【００４６】
次に、本実施形態による燃料電池モジュール１の作用を説明する。
まず、燃料電池モジュール１の起動時においては、原燃料ガス供給配管２２を介して蒸発部４に原燃料ガスが供給されると共に、空気供給パイプ３２を介して発電用の空気が燃料電池セル装置２に供給される。図４に示すように、供給された原燃料ガス（実線で示す）は、蒸発部４の蒸発室３０ａ、混合室３０ｂを通って混合ガス導管２８に流入し、さらに、燃料電池セル装置２の改質部３６の中に流入する。なお、燃料電池モジュール１の起動初期においては、改質部３６の温度が低いため、原燃料ガスを改質する反応は発生しない。改質部３６に流入した原燃料ガスは、燃料供給通路１２（図４）を通り、第１のマニホールド８０内の上流側燃料ガス流路６２Ａを介して、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に流入する。上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された原燃料ガスは、中流側燃料ガス流路６４で回収され、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された原燃料ガスは、下流側燃料ガス流路６２Ｂで回収され、燃焼部３８に送られる。
【００４７】
一方、空気供給パイプ３２を介して燃料電池セル装置２に供給された空気（破線で示す）は、空気通路５７ａ、５７ｂ、５７ｃを通り、ハウジング本体５２の底板５２ｃの空気供給口５８から燃料電池セルスタック６０に向けて内部空間５３内に噴射される。
【００４８】
燃焼部３８に送られた原燃料ガスは、燃焼部３８の内部空間３８Ａに流入し、その天板に形成された燃焼口３８ｃから噴出する。一方、内部空間５３内に噴射された空気は上昇し、ハウジング５０と燃焼部３８との間から燃焼部３８に供給される。また、燃料電池モジュール１の起動時においては、セラミックヒータ３４に通電され、セラミックヒータ３４の熱により燃焼部３８の天板の燃焼口３８ｃから噴出した原燃料ガスに点火される。これにより燃焼部３８が燃焼熱を生成するようになる。
【００４９】
燃焼部３８が点火されると、その上方に配置された改質部３６が加熱され、内部の改質触媒の温度が上昇する。また、燃焼により生成される燃焼ガスにより、ハウジング５０の空気通路５７ａ、５７ｂ、５７ｃを流れる空気が加熱される。加熱された空気はハウジング５０の内部空間５３に流入するので、この熱により燃料電池セル装置２の燃料電池セルユニット７０が加熱される。
【００５０】
また、ハウジング５０内で生成された燃焼ガスは、排気ガス配管２６を通って排気ガスとして蒸発部４に流入する。蒸発部４内に流入した排気ガスは、排気ガス室３０ｃを通って排気ガス排出管２４から排出される。この際、排気ガス室３０ｃの上側に設けられた蒸発室３０ａが加熱される。このように、蒸発部４に供給された水は、燃焼部３８によって生成され、排気ガス配管２６によって供給された燃焼ガスにより加熱される。蒸発室３０ａの温度が上昇した後、水供給用配管２０からの水の供給が開始され、蒸発室３０ａ内で水蒸気が生成されるようになる。なお、燃料電池モジュール１の起動時において、蒸発室３０ａの加熱を補助するために電気ヒータ２９に通電を行っても良い。
【００５１】
蒸発室３０ａにおいて水蒸気が生成されるようになると、原燃料ガスと水蒸気の混合ガスが、改質部３６に供給されるようになる。また、改質部３６の温度が十分に上昇すると、改質触媒により水蒸気改質反応が誘発されて、原燃料ガスから水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、上流側燃料ガス流路６２Ａを介して上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、中流側燃料ガス流路６４で回収され、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガス（残余燃料ガス）は、下流側燃料ガス流路６２Ｂで回収され、燃焼部３８に送られる。
【００５２】
燃料電池セル装置２の温度が十分に上昇すると、各燃料電池セルユニット７０を通る燃料ガスと、空気供給口５８から燃料電池セルスタック６０に向けて内部空間５３に噴出された空気により発電反応が発生するようになる。燃料電池セル装置２の温度が発電可能な温度まで上昇した状態において、燃料電池セル装置２から電力が取り出され、発電が開始される。
【００５３】
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、燃料ガスを燃料電池セルユニット７０に供給する上流側燃料ガス流路（燃料ガス供給部）６２Ａ、及び、燃料電池セルユニット７０における発電に使用されなかった残余燃料ガスを回収する下流側燃料ガス流路（燃料ガス排出部）６２Ｂが燃料電池セルスタック６０の側部に設けられているため、上流側燃料ガス流路６２Ａ及び下流側燃料ガス流路６２Ｂによりハウジング５０内における空気の流れが妨げられることがない。これにより、各燃料電池セルユニット７０へ均等な空気供給が可能になる。さらに、本実施形態では、燃料電池セルユニット７０が、長手方向が横方向になるように配置されているため、各燃料電池セルユニット７０の長手方向に均等な空気供給を実現できる。
【００５４】
また、本実施形態では、下流側燃料ガス流路６２Ｂを形成する第１のマニホールド８０は、燃焼部３８に直接接続されている。これにより、構成部材を削減することにより、コストの削減及び組立作業の簡略化が可能になるとともに、燃料電池モジュール１のコンパクト化を実現できる。
【００５５】
また、本実施形態では、ハウジング５０は、長手方向の側方から、内部空間５３に収容された燃料電池セルスタック６０に空気を供給するための空気供給口５８を有する。これにより、燃料電池セルユニット７０に対して長手方向に均等に空気を供給することができる。
【００５６】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態による燃料電池モジュールを説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５７】
図８は本発明の第２実施形態による燃料電池モジュール全体を示す断面図である。図９は図８におけるＩＸ−ＩＸ断面図である。図１０は、図８におけるＸ−Ｘ断面図である。第１実施形態では、燃焼部３８と、改質部３６とを別体として構成したが、第２実施形態では、燃焼部と改質部とが一体に構成されている。
【００５８】
図８〜図１０に示すように、本発明の第２実施形態による燃料電池モジュール１は、燃料電池セル装置１０２、及び、燃料電池セル装置１０２の上方に配置された蒸発部４を有する。これらの燃料電池セル装置１０２、及び蒸発部４は断熱材（図示せず）によって夫々包囲されており、燃料電池セル装置１０２は、蒸発部４から熱的に隔離されている。
【００５９】
図８〜図１０に示すように、燃料電池セル装置２は、ハウジング５０と、ハウジング５０に収容された燃料電池セルスタック６０と、を備える。燃料電池セル装置１０２には、複数の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタック６０と、燃料電池セルスタック６０の上方に配置された燃焼部１３８と、燃焼部１３８と一体になった改質部１３６とが収容されている。燃料電池セルスタック６０及びハウジング５０の構成は第１実施形態と同様である。
【００６０】
ハウジング５０内の燃料電池セルスタック６０の両側部には、それぞれ第１及び第２のマニホールド１８０、１８２が設けられている。第１のマニホールド１８０は、直方体状の筐体からなり、内部に一対の仕切板１８０Ａが上下方向に延びるように設けられている。これら仕切板１８０Ａにより、第１のマニホールド１８０の内部空間は、幅方向中央に位置する上流側燃料ガス流路（燃料ガス供給部）１６２Ａと、幅方向両側に位置する下流側燃料ガス流路（燃料ガス排出部）１６２Ｂと、に分けられている。第１のマニホールド１８０の第２のマニホールド１８２に対向する側の面には、開口が形成されており、これら開口には、燃料電池セルユニット７０を構成する燃料電池セルユニット７０の一端側の内側電極端子８６の端部が嵌め込まれている。なお、上流側燃料ガス流路６２Ａに当たる部分の開口には、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０が嵌め込まれており、下流側燃料ガス流路６２Ｂに当たる部分の開口には、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０が嵌め込まれている。
【００６１】
第１のマニホールド１８０の天板及び燃焼部１３８の底面の幅方向中央には開口１８０Ｂが設けられており、上流側燃料ガス流路１６２Ａは、開口１８０Ｂを通じて燃料供給空間１１２と連通している。さらに、上流側燃料ガス流路１６２Ａは、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の一端（上流側端部）と連通している。
【００６２】
第１のマニホールド１８０の天板及び燃焼部１３８の底面の幅方向両側には、開口１３８Ｂが設けられており、この開口１３８Ｂを通じて下流側燃料ガス流路１６２Ｂと、燃焼部１３８の残余燃料ガス分散空間１４３とが連通している。また、下流側燃料ガス流路１６２Ｂは下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の一端（下流側端部）と連通している。
【００６３】
第２のマニホールド１８２は、直方体状の筐体からなり、内部に中流側燃料ガス流路１６４が形成されている。第２のマニホールド１８２の第１のマニホールド１８０と対向する側の面には、開口が形成されており、これら開口には、各開口には燃料電池セルユニット７０を構成する燃料電池セルユニット７０の他端側の内側電極端子８６の端部が嵌め込まれている。中流側燃料ガス流路１６４は、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の他端（下流側端部）と連通し、さらに、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の他端（上流側端部）と連通している。
【００６４】
このような構成により、改質部１３６から燃料供給空間１１２を介して第１のマニホールド１８０に供給された燃料ガスは、上流側燃料ガス流路１６２Ａを介して上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、中流側燃料ガス流路１６４で回収され、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、下流側燃料ガス流路１６２Ｂで回収され、燃焼部１３８の残余燃料ガス分散空間１４３に送出される。
【００６５】
燃焼部１３８は発電に使用されずに残った残余燃料ガスが供給される残余燃料ガス分散空間１４３を有し、残余燃料ガス分散空間１４３から燃焼口１４４Ａを通じて残余燃料ガスを噴出することにより、残余燃料ガスを燃焼させる部位である。
【００６６】
残余燃料ガス分散空間１４３は、燃焼部筐体１４２、仕切部材１４４及び、区画部材１１２Ａにより形成されている。燃焼部筐体１４２は、上部が開口する平坦な容器状の部材であり、第１のマニホールド１８０から第２のマニホールド１８２の間にわたって設けられている。燃焼部１３８を構成する燃焼部筐体１４２は、長手方向の一端部（図８の左側の端部）が第１のマニホールド１８０の上方に直接接続されており、長手方向の他端部（図８の右側の端部）が第２のマニホールド１８２により支持されている。燃焼部筐体１４２の幅方向の両側面と、ハウジング５０の側板５０ｂとの間には隙間が設けられている。
【００６７】
仕切部材１４４は、平面視で燃焼部筐体１４２と同形状の矩形状の部材である。仕切部材１４４には、平面視において後述する上部ケーシング１４６に対応するようなＴ字状の下方に突出する凹部１４４Ｂが形成されている。
【００６８】
区画部材１１２Ａは、平面視コの字形の部材であり、下縁が燃焼部筐体１４２に接続され、上縁が仕切部材１４４に接続されている。また、区画部材１１２Ａの側方の縁部は燃焼部筐体１４２の側壁に接続されている。燃焼部筐体１４２と仕切部材１４４との間に形成された空間を、上流側燃料ガス流路（燃料ガス供給部）１６２Ａの上方の燃料供給空間１１２と、燃焼部１３８の残余燃料ガス分散空間１４３とに区画している。
【００６９】
仕切部材１４４の上面のハウジング５０の内部空間５３に露出する部分（後述するように、上部ケーシング１４６により覆われていない部分）には、多数の燃焼口（細孔）１４４Ａが形成されており、この燃焼口１４４Ａを通じて燃焼部１３８の残余燃料ガス分散空間１４３内に供給された残余燃料ガスがハウジング５０の内部空間５３に噴出される。なお、側板５２ｂと側板５４ｂとの間の空気通路５７ｂに沿う領域に設けられた燃焼口１４４Ａは、残余燃料ガスを空気通路５７ｂの側面部に向けて噴出するように傾斜して設けられている。
【００７０】
本実施形態では、燃焼口１４４Ａは均等に分布するように配置されているが、好ましくは、の空気通路５７ｂの側面部の近傍において密になるように配置するのがよい。また、好ましくは、燃焼口１４４Ａは、改質部１３６を流動する原燃料ガスの上流側（混合ガス導管２８側）よりも下流側（燃料供給空間１１２側）が密になるように配置されているのがよい。
【００７１】
このような構成により、燃焼部１３８の残余燃料ガス分散空間１４３には、第１のマニホールド１８０の下流側燃料ガス流路１６２Ｂから残余燃料ガスが供給され、供給された残余燃料ガスは燃焼口１４４Ａを介してハウジング５０の内部空間５３に噴出される。また、燃焼部１３８とハウジング５０の側板５０ｂとの間の空間を通じて、発電に使用されなかった空気が上昇する。燃料電池モジュール１０１の起動時において、燃焼部１３８の各燃焼口１４４Ａから残余燃料ガスが噴出している状態でセラミックヒータ３４に通電することにより、噴出している残余燃料ガスに点火することができる。これにより、ハウジング５０内で燃焼部１３８と一体に構成された改質部１３６を加熱することができる。（なお、燃料電池モジュール１０１の起動時においては、改質部１３６が昇温されていないため、改質部１３６内で改質反応は発生せず、燃料電池セル装置１０２による発電も行われていない。）
【００７２】
改質部１３６は、内部に改質触媒が充填された改質空間１４５を有する。改質空間１４５は、仕切部材１４４及び上部ケーシング１４６により形成されている。上部ケーシング１４６は上面視においてＴ字形に形成された下部が開口する容器状の部材であり、長手方向一端側（図１０の左側）の幅広部１４６Ａと、幅広部１４６Ａの幅方向中央部から長手方向他端側（図１０の右側）に延びる本体部１４６Ｂとを有する。上部ケーシング１４６の幅広部１４６Ａは、幅方向（図１０の上下方向）に、仕切部材１４４と略等しい幅を有する。本体部１４６Ｂは、幅方向に仕切部材１４４よりも狭い幅を有し、長手方向のセラミックヒータ３４側の端部は、仕切部材１４４のセラミックヒータ３４側の端部よりも手前で終端している。これにより、仕切部材１４４の本体部１４６Ｂの幅広部１４６Ａ側以外の周囲に当たる部分は、上部ケーシング１４６によって覆われておらず、ハウジング５０の内部空間５３に露出している。改質部１３６の改質空間１４５のセラミックヒータ３４側の一端部には混合ガスを導入するための混合ガス導管２８が接続され、他端部の底部には開口１４４Ｃが形成されており、この開口１４４Ｃを通じて改質空間１４５が燃料供給空間１１２に連通している。蒸発部４からハウジング５０内に延びる混合ガス導管２８は、ハウジング５０内で９０度屈曲され、水平方向に延びた後、鉛直下方に向けて９０度屈曲して、改質部１３６を形成する上部ケーシング１４６に接続されている。混合ガス導管２８から流入した原燃料ガスと水蒸気の混合ガスは、改質触媒と接触することにより水蒸気改質され、水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。改質部１３６内で水蒸気改質された燃料ガスは燃料供給空間１１２に流入し、第１のマニホールド１８０の上流側燃料ガス流路１６２Ａに供給される。
【００７３】
上記のように、本実施形態では、燃焼部１３８が残余燃料ガス分散空間１４３を備え、この残余燃料ガス分散空間１４３は、燃焼部筐体１４２、仕切部材１４４及び区画部材１１２Ａにより形成されている。また、改質部１３６は、改質空間１４５を備え、この改質空間１４５は仕切部材１４４及び上部ケーシング１４６により形成されている。これにより、燃焼部１３８の上部は、改質部１３６の下部と接触した状態となっており、仕切部材１４４は、燃焼部１３８の残余燃料ガス分散空間１４３を形成する燃焼部形成部材であるとともに、改質空間１４５を形成する改質部形成部材として共有されている。
【００７４】
なお、本実施形態による燃料電池モジュール１０１の作用は第１実施形態と同様である。
【００７５】
本実施形態によれば、第１実施形態で奏された効果に加えて、以下の効果が奏される。
本実施形態では、燃焼部１３８の一部が、改質部１３６の一部に接触している。このような本実施形態によれば、改質部１３６が、燃焼部１３８の炎や排ガスの熱のみならず、燃焼部１３８で生じた熱が部材を介して伝熱されることにより、加熱される。これにより、改質部１３６への燃焼熱の伝熱を改善することができる。また、部材を介した伝熱を利用することにより、排ガスの流れの乱れによる加熱に対する影響を受けにくくなる。また、上述したセルバーナー方式では、燃料電池セルの配置に応じて燃焼口の配置が決定されるが、本実施形態によれば燃焼部１３８に燃焼口１４４Ａを自由に配列することができる。
【００７６】
＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態による燃料電池モジュールを図面を参照しながら説明する。第１又は第２実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。図１１は本発明の第３実施形態による燃料電池モジュール全体を示す斜視図である。図１２は、図１１に示す燃料電池モジュールの正面図である。図１３は、図１１に示す燃料電池モジュールの側面図である。図１４は、図１３におけるＸＩＶ−ＸＩＶ断面図である。図１５は、図１２におけるＸＶ−ＸＶ断面図である。図１６は、図１２におけるＸＶＩ−ＸＶＩ断面図である。
【００７７】
第２実施形態では蒸発部が燃料電池セル装置の外部に別体として設けられていたが、第３実施形態では、蒸発部が改質部と一体に構成されており、燃料電池セル装置のハウジング内に収容されている。
【００７８】
図１１に示すように、本発明の第３実施形態による燃料電池モジュール２０１は、燃料電池セル装置２０２を有する。燃料電池セル装置２０２は断熱材（図示せず）によって包囲されている。
【００７９】
図１１〜図１６に示すように、燃料電池セル装置２０２は、ハウジング２５０を備え、ハウジング２５０には、複数の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタック６０と、燃料電池セルスタック６０の上方に配置された燃焼部２３８と、燃焼部２３８と一体になった改質部２３６と、燃焼部２３８及び改質部２３６と一体になった蒸発部２０４と、が収容されている。燃料電池セルスタック６０の構成は第１実施形態と同様である。
【００８０】
ハウジング２５０は、ハウジング本体２５２と、ハウジング本体２５２を覆うように設けられた空気通路カバー２５４と、を備える。ハウジング２５０の上面には、水を供給するための水供給用配管２２０と、原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給配管２２２と、排気ガスを排出するための排気ガス配管２２６と、空気を供給するための空気供給パイプ２３２が接続されている。また、ハウジング２５０の一方の側面には、点火用のセラミックヒータ３４が取り付けられている。
【００８１】
ハウジング本体２５２は、略矩形の天板２５２ａ、底板２５２ｃ、これらの長手方向に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板２５２ｂからなる筒状体と、この筒状体の長手方向の両端部の２つの対向する開口部を塞ぎ、天板２５２ａ及び底板２５２ｃの幅方向に延びる辺同士を連結する閉鎖側板２５２ｄ、２５２ｅと、からなる。ハウジング本体２５２内には、発電室としての内部空間２５３が形成され、内部空間５３内に燃料電池セルスタック６０が収容されている。天板２５２ａには排出口が形成されており、この排出口には外部へ排気ガスを供給する排気ガス配管２２６が接続されている。
【００８２】
また、ハウジング２５０は、空気通路カバー２５４によって天板２５２ａ、側板２５２ｂ、及び底板２５２ｃが覆われている。空気通路カバー２５４は、天板２５４ａと、天板２５４ａの両側から下方に延びる、対向する一対の側板２５４ｂと、一対の側板２５４ｂの下縁の間を結ぶ底板２５４ｃと、を有する。天板２５４ａの幅方向中心には、排気ガス配管２２６を貫通させるための排出口が設けられている。また、天板２５４ａには、空気供給パイプ２３２が接続されている。
【００８３】
天板２５２ａと天板２５４ａとの間、側板２５２ｂと側板２５４ｂとの間、及び底板２５２ｃと底板２５４ｃとの間は、所定の距離だけ離間した状態となっている。これにより、ハウジング本体２５２の天板２５２ａ、側板２５２ｂ、及び底板２５２ｃと、空気通路カバー２５４の天板２５４ａ、側板２５４ｂ、及び底板２５４ｃとの間には、ハウジング本体２５２の天板２５２ａ、側板２５２ｂ、及び底板２５２ｃの外面に沿って、酸化剤ガス供給通路としての空気通路２５７ａ、２５７ｂ、２５７ｃが形成されている。また、天板２５２ａと天板２５４ａとの間の空気通路２５７ａ、及び、側板２５２ｂと側板２５４ｂとの間の空気通路２５７ｂにはフィン２５７ｄが設けられている。
【００８４】
ハウジング本体２５２の底板２５２ｃには、複数の貫通孔である空気供給口２５８が設けられている（図１４参照）。空気供給口２５８は、幅方向（図１５の左右方向）において、燃料電池セルユニット７０の間に配置されるのが好ましく、長手方向（図１４の左右方向）において等間隔に配置されるのが好ましい。
発電用空気は、空気通路カバーの天板２５４ａの開口部に接続された空気供給パイプ２３２から空気通路２５７ａ内に供給され、空気通路２５７ａを長手方向に広がりながら流れる。そして、発電用空気は、空気通路２５７ａ、２５７ｂ、２５７ｃを通って、底板２５２ｃの空気供給口２５８から燃料電池セルスタック６０に向けて内部空間５３内に噴射される。
【００８５】
なお、本実施形態では、空気供給口２５８をハウジング本体２５２の底板２５２ｃのみに設けているが、これに限らず、側板２５２ｂに設けてもよいし、天板２５２ａに設けてもよく、要するに燃料電池セルユニット７０（燃料電池セル）の長手方向の側方から空気を供給するように構成されていればよい。ただし、排気ガス配管２２６が接続される排出口が設けられた天板２５２ａ以外の面に設けることが好ましい。さらに、本実施形態のように、排気ガス配管２２６が接続される排出口が設けられた面と対向する底板２５２ｃに設けることがより好ましい。
【００８６】
ハウジング２５０内の燃料電池セルスタック６０の両側部には、それぞれ第１及び第２のマニホールド２８０、２８２が設けられている。第１のマニホールド２８０は、直方体状の筐体からなり、内部に一対の仕切板２８０Ａが上下方向に延びるように設けられている。これら仕切板２８０Ａにより、第１のマニホールド２８０の内部空間は、幅方向中央に位置する上流側燃料ガス流路（燃料ガス供給部）２６２Ａと、幅方向両側に位置する下流側燃料ガス流路（燃料ガス排出部）２６２Ｂと、に分けられている。第１のマニホールド２８０の第２のマニホールド２８２に対向する側の面には、開口が形成されており、これら開口には、燃料電池セルユニット７０を構成する燃料電池セルユニット７０の一端側の内側電極端子８６の端部が嵌め込まれている。なお、上流側燃料ガス流路６２Ａに当たる部分の開口には、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０が嵌め込まれており、下流側燃料ガス流路２６２Ｂに当たる部分の開口には、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０が嵌め込まれている。
【００８７】
第１のマニホールド２８０の天板及び燃焼部２３８の底面の幅方向中央には開口２８０Ｂが設けられており、上流側燃料ガス流路２６２Ａは、開口２８０Ｂを通じて燃料供給空間２１２と連通している。さらに、上流側燃料ガス流路２６２Ａは、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の一端（上流側端部）と連通している。
【００８８】
第１のマニホールド２８０の天板及び燃焼部２３８の底面の幅方向両側には、開口２３８Ｂが設けられており、この開口２３８Ｂを通じて下流側燃料ガス流路２６２Ｂと、燃焼部２３８の残余燃料ガス分散空間２４３とが連通している。また、下流側燃料ガス流路２６２Ｂは下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の一端（下流側端部）と連通している。
【００８９】
第２のマニホールド２８２は、直方体状の筐体からなり、内部に中流側燃料ガス流路２６４が形成されている。第２のマニホールド２８２の第１のマニホールド２８０と対向する側の面には、開口が形成されており、これら開口には、各開口には燃料電池セルユニット７０を構成する燃料電池セルユニット７０の他端側の内側電極端子８６の端部が嵌め込まれている。中流側燃料ガス流路２６４は、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の他端（下流側端部）と連通し、さらに、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０の燃料ガス流路８８の他端（上流側端部）と連通している。
【００９０】
このような構成により、改質部２３６から燃料供給空間２１２を介して第１のマニホールド２８０に供給された燃料ガスは、上流側燃料ガス流路２６２Ａを介して上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、中流側燃料ガス流路２６４で回収され、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、下流側燃料ガス流路２６２Ｂで回収され、燃焼部２３８の残余燃料ガス分散空間２４３に送出される。
【００９１】
図１４に示すように、燃焼部２３８は発電に使用されずに残った残余ガスが供給される残余燃料ガス分散空間２４３を有し、残余燃料ガス分散空間２４３から燃焼口２４４Ａを通じて残余ガスを噴出することにより、残余燃料ガスを燃焼させる部位である。
【００９２】
残余燃料ガス分散空間２４３は、燃焼部筐体２４２、仕切部材２４４及び、区画部材２１２Ａにより形成されている。燃焼部筐体２４２は、上部が開口する平坦な容器状の部材であり、第１のマニホールド２８０から第２のマニホールド２８２の間にわたって設けられている。
【００９３】
仕切部材２４４は、平面視で燃焼部筐体２４２と同形状の矩形状の部材である。仕切部材２４４には、平面視において後述する上部ケーシング２４６に対応するようなＴ字状の下方に突出する凹部２４４Ｂが形成されている。
【００９４】
区画部材２１２Ａは、平面視コの字形の部材であり、下縁が燃焼部筐体２４２に接続され、上縁が仕切部材２４４に接続されている。また、側方の縁部は燃焼部筐体２４２の側壁に接続されている。燃焼部筐体２４２と仕切部材２４４との間に形成された空間を、上流側燃料ガス流路（燃料ガス供給部）２６２Ａの上方の燃料供給空間２１２と、燃焼部２３８の残余燃料ガス分散空間２４３とに区画している。燃焼部２３８を構成する燃焼部筐体２４２は、長手方向の一端部（図１４の左側の端部）が第１のマニホールド２８０の上方に直接接続されており、長手方向の他端部（図１４の右側の端部）が第２のマニホールド２８２により支持されている。燃焼部筐体２４２の幅方向の両側面と、ハウジング２５０の側板２５０ｂとの間には隙間が設けられている。仕切部材２４４の上部ケーシング２４６に覆われていない部分には、複数の燃焼口２４４Ａが設けられている。また、上述のように、残余燃料ガス分散空間２４３は、開口２３８Ｂを通じて下流側燃料ガス流路２６２と連通している。
【００９５】
仕切部材２４４の上面のハウジング２５０の内部空間に露出する部分（後述するように、上部ケーシング２４６により覆われていない部分）には、多数の燃焼口（細孔）２４４Ａが形成されており、この燃焼口２４４Ａを通じて燃焼部２３８の残余燃料ガス分散空間２４３内に供給された残余燃料ガスがハウジング２５０の内部空間に噴出される。なお、側板２５２ｂと側板２５４ｂとの間の空気通路２５７ｂに沿う領域に設けられた燃焼口２４４Ａは、残余燃料ガスを空気通路２５７ｂの側面部に向けて噴出するように傾斜して設けられている。
【００９６】
本実施形態では、燃焼口２４４Ａは均等に分布するように配置されているが、好ましくは、の空気通路２５７ｂの側面部の近傍において密になるように配置するのがよい。また、好ましくは、燃焼口２４４Ａは、改質部２３６を流動する原燃料ガスの上流側（蒸発部２０４側）よりも下流側（燃料供給空間２１２側）が密になるように配置されているのがよい。
【００９７】
このような構成により、燃焼部２３８の残余燃料ガス分散空間２４３には、第１のマニホールド２８０の下流側燃料ガス流路２６２Ｂから残余燃料ガスが供給され、供給された残余燃料ガスは燃焼口２４４Ａを介してハウジング２５０の内部空間に噴出される。また、燃焼部２３８とハウジング２５０の側板２５０ｂとの間の空間を通じて、発電に使用されなかった空気が上昇する。燃料電池モジュール２０１の起動時において、燃焼部２３８の各燃焼口２４４Ａから残余燃料ガスが噴出している状態でセラミックヒータ３４に通電することにより、噴出している残余燃料ガスに点火することができる。これにより、ハウジング２５０内で燃焼部２３８と一体に構成された改質部２３６を加熱することができる。（なお、燃料電池モジュール２０１の起動時においては、改質部２３６が昇温されていないため、改質部２３６内で改質反応は発生せず、燃料電池セル装置２０２による発電も行われていない。）
【００９８】
改質部２３６は、内部に改質触媒が充填された改質空間２４５を有する。改質空間２４５は、仕切部材２４４、上部ケーシング２４６、及び区画部材２４９により形成されている。上部ケーシング２４６は上面視においてＴ字形に形成された下部が開口する容器状の部材であり、長手方向一端側（図１６の左側）の幅広部２４６Ａと、幅広部２４６Ａの幅方向中央部から長手方向他端側（図１６の右側）に延びる本体部２４６Ｂとを有する。上部ケーシング２４６の幅広部２４６Ａは、幅方向（図１６の上下方向）に、仕切部材２４４と略等しい幅を有する。本体部２４６Ｂは、幅方向に仕切部材２４４よりも狭い幅を有し、長手方向のセラミックヒータ３４側の端部は、仕切部材２４４のセラミックヒータ３４側の端部よりも手前で終端している。これにより、仕切部材２４４の本体部２４６Ｂの幅広部２４６Ａ側以外の周囲に当たる部分は、上部ケーシング２４６によって覆われておらず、ハウジング２５０の内部空間２５３に露出している。
【００９９】
区画部材２４９は、上部ケーシング２４６の本体部１４６Ｂの長手方向中間部に設けられており、仕切部材２４４と上部ケーシング２４６との間の空間を、上流側（水供給用配管２２０及び原燃料ガス供給配管２２２が接続された側）の蒸発部２０４を構成する蒸発空間２０５と、下流側（燃料供給空間２１２側）の改質空間２４５に分割している。区画部材２４９には、蒸発部２０４において水が蒸発して発生した水蒸気と、原燃料ガスとが流通可能なスリットが形成されている。
【０１００】
改質部２３６を形成する仕切部材２４４の燃料供給空間２１２の上部に当たる部分には開口２４４Ｃが形成されており、この開口２４４Ｃを通じて改質空間２４５が燃料供給空間２１２に連通している。
【０１０１】
蒸発部２０４から改質部２３６に流入した原燃料ガスと水蒸気の混合ガスは、改質触媒と接触することにより水蒸気改質され、水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。改質部２３６内で水蒸気改質された燃料ガスは燃料供給空間２１２に流入し、第１のマニホールド２８０の上流側燃料ガス流路２６２Ａに供給される。
【０１０２】
蒸発部２０４は、仕切部材２４４、上部ケーシング２４６及び区画部材２４９により形成された蒸発空間２０５を有する。上部ケーシング２４６の蒸発空間２０５の上部に当たる部分には、ハウジング２５０の天板を貫通した水供給用配管２２０及び原燃料ガス供給配管２２２が接続されており、蒸発空間２０５には、水供給用配管２２０及び原燃料ガス供給配管２２２から水及び原燃料ガスが流入する。蒸発部２０４は流入した水を蒸発させて水蒸気を発生させ、水蒸気と原燃料ガスを混合して混合ガスを生成する。混合ガスは、区画部材２４９のスリットを通って、改質部２３６へ送出される。
【０１０３】
上記のように、本実施形態では、燃焼部２３８は残余燃料ガス分散空間２４３を備え、残余燃料ガス分散空間２４３は、燃焼部筐体２４２、仕切部材２４４及び、区画部材２１２Ａにより形成されている。また、改質部２３６は、改質空間２４５を備え、この改質空間２４５は、仕切部材２４４、上部ケーシング２４６、及び区画部材２４９により形成されている。さらに蒸発部２０４は蒸発空間２０５を備え、蒸発空間２０５は、仕切部材２４４、上部ケーシング２４６及び区画部材２４９により形成されている。これにより、燃焼部２３８の上部は、改質部２３６の下部と接触した状態となっており、仕切部材２４４は、燃焼部２３８の残余燃料ガス分散空間２４３を形成する燃焼部形成部材であるとともに、改質空間２４５を形成する改質部形成部材として共有されている。さらに、改質部２３６及び蒸発部２０４が横方向に並んで配置される、すなわち、並列に設置されるとともに、仕切部材２４４、上部ケーシング２４６、及び区画部材２４９が改質部２３６の改質空間２４５を構成する改質部形成部材であるとともに、蒸発部２０４を構成する蒸発部構成部材として共有され、蒸発部２０４と改質部２３６とが一体となっている。
【０１０４】
次に、本実施形態による燃料電池モジュール２０１の作用を説明する。
まず、燃料電池モジュール２０１の起動時においては、原燃料ガス供給配管２２２を介して蒸発部２０４に原燃料ガスが供給されると共に、空気供給パイプ２３２を介して発電用の空気が燃料電池セル装置２０２に供給される。図１４に示すように、供給された原燃料ガス（実線で示す）は、蒸発部２０４の蒸発空間２０５を通って、改質部２３６の中に流入する。なお、燃料電池モジュール２０１の起動初期においては、改質部２３６の温度が低いため、原燃料ガスを改質する反応は発生しない。改質部２３６に流入した原燃料ガスは、燃料供給空間２１２を通り、第１のマニホールド２８０内の上流側燃料ガス流路２６２Ａを介して、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に流入する。上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、中流側燃料ガス流路６４で回収され、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、下流側燃料ガス流路２６２Ｂで回収され、燃焼部２３８に送られる。
【０１０５】
一方、空気供給パイプ２３２を介して燃料電池セル装置２０２に供給された空気（破線で示す）は、空気通路２５７ａ、２５７ｂ、２５７ｃを通り、ハウジング本体２５２の底板２５２ｃの空気供給口２５８から燃料電池セルスタック６０に向けて内部空間２５３内に噴射される。
【０１０６】
燃焼部２３８に送られた原燃料ガスは、燃焼部２３８の残余燃料ガス分散空間２４３に流入し、燃焼部２３８の燃焼口２４４Ａから噴出する。一方、内部空間２５３内に噴射された空気は上昇し、ハウジング２５０と燃焼部２３８との間から燃焼部２３８に供給される。また、燃料電池モジュール２０１の起動時においては、セラミックヒータ３４に通電され、セラミックヒータ３４の熱により燃焼部２３８の燃焼口２４４Ａから噴出した原燃料ガスに点火される。これにより燃焼部２３８が燃焼熱を生成するようになる。
【０１０７】
燃焼部２３８が点火されると、燃焼部２３８の炎により改質部２３６が加熱されるとともに、燃焼部筐体２４２及び仕切部材２４４を介して燃焼部２３８の熱が改質部２３６に伝わり、内部の改質触媒の温度が上昇する。また、燃焼により生成される燃焼ガスにより、ハウジング２５０の空気通路２５７ａ、２５７ｂ、２５７ｃを流れる空気が加熱される。加熱された空気はハウジング２５０の内部空間２５３に流入するので、この熱により燃料電池セル装置２０２の燃料電池セルユニット７０が加熱される。
【０１０８】
また、ハウジング２５０内で生成された燃焼ガスは、蒸発部２０４を加熱する。これにより、蒸発部２０４に供給された水は、燃焼部２３８によって生成された燃焼ガスにより加熱される。蒸発部２０４の温度が上昇した後、水供給用配管２２０からの水の供給が開始され、蒸発空間２０５内で水蒸気が生成されるようになる。
【０１０９】
蒸発部２０４において水蒸気が生成されるようになると、原燃料ガスと水蒸気の混合ガスが、改質部２３６に供給されるようになる。また、改質部２３６の温度が十分に上昇すると、改質触媒により水蒸気改質反応が誘発されて、原燃料ガスから水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、上流側燃料ガス流路２６２Ａを介して上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、上流側燃料電池セルスタック６０Ａを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、中流側燃料ガス流路６４で回収され、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０に供給される。そして、下流側燃料電池セルスタック６０Ｂを構成する燃料電池セルユニット７０から排出された燃料ガスは、下流側燃料ガス流路６２Ｂで回収され、燃焼部２３８に送られる。
【０１１０】
燃料電池セル装置２０２の温度が十分に上昇すると、各燃料電池セルユニット７０を通る燃料ガスと、空気供給口２５８から燃料電池セルスタック６０に向けて内部空間２５３に噴出された空気により発電反応が発生するようになる。燃料電池セル装置２の温度が発電可能な温度まで上昇した状態において、燃料電池セル装置２０２から電力が取り出され、発電が開始される。
【０１１１】
本実施形態によれば、第１実施形態及び第２実施形態で奏された効果に加えて以下の効果が奏される。
本実施形態では、改質部２３６と蒸発部２０４とは一体に構成されている。これにより、改質部２３６及び蒸発部２０４への燃焼熱の伝熱を改善することができるとともに、構成部材を削減することにより、コストの削減及び組立作業の簡略化が可能になる。
【０１１２】
＜第４実施形態＞
以下、本発明の第４実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。図１７は、本発明の第４実施形態による燃料電池モジュールを示す斜視図である。図１８は、図１７に示す燃料電池モジュールの正面図である。図１９は、図１７に示す燃料電池モジュールの側面図である。図２０は、図１９におけるＸＸ−ＸＸ断面図である。図２１は、図１８におけるＸＸＩ−ＸＸＩ断面図である。図２２は、図１８におけるＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ断面図である。図２３は、図１８におけるＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ断面図である。第４実施形態の燃料電池モジュール３０１は、燃料電池セル装置３０２の燃料電池セルユニット３７０の構成、及び、ハウジング３５０の構成が第１実施形態と異なっている。
【０１１３】
まず、第４実施形態で用いられている燃料電池セルユニット３７０について、図２４〜図２６を参照して説明する。図２４〜図２６は図１７に示す燃料電池モジュールに用いられる燃料電池セルユニットを示し、図２４は斜視図、図２５は正面図、図２６は長手方向断面図である。
【０１１４】
図２４〜図２６に示すように、燃料電池セルユニット３７０は略直方体形状に形成されている。燃料電池セルユニット３７０は、燃料極支持体３７２と、仕切部３７４と、電解質部３７６と、燃料極３７８と、を備えている。
【０１１５】
燃料極支持体３７２は、第１実施形態における燃料極である内側電極層９０と同様の材料により形成されている。燃料極支持体３７２には一端側から矩形状の内部空間３７２Ａが形成されている。内部空間３７２Ａは、一端側（図２４の手前側）は開口しており、他端側は閉塞されている。
【０１１６】
仕切部３７４は、ペロブスカイト型酸化物からなる空気極材料（例えばＬａＣｏＯ３、ＬａＭｎＯ３、ＬａＦｅＯ３等であって、ＳｒやＣａ等をＬａサイトにドープしたもの、あるいはドープしないもの、又はそれらの複合材等）や、銀、金、タングステン、ロジウム、イリジウムを少なくとも１種以上含む合金、またはそれらの複合材などで空気極支持体よりも低い透過率で形成される材料からなり、熱膨張係数が燃料極支持体３７２と略同一である板状体として形成されている。図２５に示すように、仕切部３７４は、燃料極支持体３７２の内部空間３７２Ａを上下に分割するように、内部空間３７２Ａの幅方向全体にわたって延びている。また、図２６に示すように、仕切部３７４は、内部空間３７２Ａの一端（図２６の左側端部）から延び、内部空間３７２Ａの他端の手前で終端している。これにより、内部空間３７２Ａは、仕切部３７４の上方の上流側空間３７２Ａ１と、仕切部３７４の下方の下流側空間３７２Ａ２とに分割され、上流側空間３７２Ａ１と下流側空間３７２Ａ２とは、内部空間３７２Ａの奥部において連通した構成となっている。
【０１１７】
電解質部３７６は、燃料極支持体３７２の内部空間３７２Ａが開口する面以外の面を覆うように層状に形成されている。電解質部３７６は、第１実施形態の電解質層９４と同様の材料により形成されている。
【０１１８】
燃料極３７８は、電解質部３７６の外周面を環状に覆うように層状に形成されている。具体的には、燃料極３７８は、長手方向に電解質部３７６の長さよりも短い長さ範囲にわたって形成されている。燃料極３７８は、第１実施形態の燃料極である内側電極層９０と同様の材料により構成されている。
【０１１９】
このような構成により、燃料電池セルユニット３７０の一端側から上流側空間３７２Ａ１に流入された燃料ガスは、内部空間３７２Ａの他端側において折り返されて、下流側空間３７２Ａ２の一端側から排出される。
【０１２０】
燃料電池セルスタック３６０は、複数の燃料電池セルユニット３７０が幅方向に複数列、高さ方向に二段、配列されて構成されている。各燃料電池セルユニット３７０は、仕切部３７４が鉛直になり、上流側空間３７２Ａ１と下流側空間３７２Ａ２が幅方向に並ぶように配置されている。また、各燃料電池セルユニット３７０は内部空間３７２Ａが所定の方向（図２０の左側）に開口するように配置されている。
【０１２１】
図１７〜図２３に示すように、ハウジング３５０は、ハウジング本体３５２と、ハウジング本体３５２を覆うように設けられた空気通路カバー３５４と、を備える。
【０１２２】
ハウジング本体３５２は、略矩形の天板３５２ａ、底板３５２ｃ、これらの長手方向に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板３５２ｂからなる筒状体と、この筒状体の長手方向の両端部の２つの対向する開口部を塞ぎ、天板３５２ａ及び底板３５２ｃの幅方向に延びる辺同士を連結する閉鎖側板３５２ｄ、３５２ｅと、からなる。ハウジング本体３５２内には、発電室としての内部空間３５３が形成され、内部空間３５３内に燃料電池セルスタック３６０が収容されている。天板３５２ａには排出口が形成されており、この排出口には蒸発部４へ排気ガスを供給する排気ガス配管２６が接続されている。
【０１２３】
また、ハウジング３５０は、空気通路カバー３５４によって天板３５２ａ、側板３５２ｂ、及び底板３５２ｃが覆われている。空気通路カバー３５４は、天板３５４ａと、天板３５４ａの両側から下方に延びる、対向する一対の側板３５４ｂと、一対の側板３５４ｂの下縁の間を結ぶ底板３５４ｃと、を有する。天板３５４ａの幅方向中心には、排気ガス配管２６を貫通させるための排出口が設けられている。また、天板３５４ａには、空気供給パイプ３２が接続されている。
【０１２４】
天板３５２ａと天板３５４ａとの間、側板３５２ｂと側板３５４ｂとの間、及び底板３５２ｃと底板３５４ｃとの間は、所定の距離だけ離間した状態となっている。これにより、ハウジング本体３５２の天板３５２ａ、側板３５２ｂ、及び底板３５２ｃと、空気通路カバー３５４の天板３５４ａ、側板３５４ｂ、及び底板３５４ｃとの間には、ハウジング本体３５２の天板３５２ａ、側板３５２ｂ、及び底板３５２ｃの外面に沿って、酸化剤ガス供給通路としての空気通路３５７ａ、３５７ｂ、３５７ｃが形成されている。また、天板３５２ａと天板３５４ａとの間の空気通路３５７ａ、及び、側板３５２ｂと側板３５４ｂとの間の空気通路３５７ｂにはフィン３５７ｄが設けられている。
【０１２５】
ハウジング本体３５２の底板３５２ｃには、複数の貫通孔である空気供給口３５８が設けられている（図２０参照）。空気供給口３５８は、幅方向（図２２の左右方向）において、燃料電池セルユニット３７０の間に配置されるのが好ましく、長手方向（図２０の左右方向）において等間隔に配置されるのが好ましい。
発電用空気は、空気通路カバーの天板３５４ａの開口部に接続された空気供給パイプ３２から空気通路３５７ａ内に供給され、空気通路３５７ａを長手方向に広がりながら流れる。そして、発電用空気は、空気通路３５７ａ、３５７ｂ、３５７ｃを通って、底板３５２ｃの空気供給口３５８から燃料電池セルスタック３６０に向けて内部空間３５３内に噴射される。
【０１２６】
なお、本実施形態では、空気供給口３５８をハウジング本体３５２の底板３５２ｃのみに設けているが、これに限らず、側板３５２ｂに設けてもよいし、天板３５２ａに設けてもよく、要するに燃料電池セルユニット３７０（燃料電池セル）の長手方向の側方から空気を供給するように構成されていればよい。ただし、排気ガス配管２６が接続される排出口が設けられた天板３５２ａ以外の面に設けることが好ましい。さらに、本実施形態のように、排気ガス配管２６が接続される排出口が設けられた面と対向する底板３５２ｃに設けることがより好ましい。
【０１２７】
ハウジング３５０内の燃料供給通路３１２が設けられた側の側部には、マニホールド３８０が設けられている。マニホールド３８０は燃料電池セルスタック３６０の長手方向の側部に設けられている。マニホールド３８０は、直方体状の筐体からなり、内部に仕切板３８５が上下方向及び幅方向に延びるように設けられている。仕切板３８５により、マニホールド３８０の内部空間は、長手方向に燃料電池セルスタック３６０側に位置する上流側燃料ガス流路（燃料ガス供給部）３６２Ａと、長手方向外側に位置する下流側燃料ガス流路（燃料ガス排出部）３６２Ｂと、に分割されている。
【０１２８】
マニホールド３８０の燃料電池セルユニット側の側板３８３には、各燃料電池セルユニット３７０の上流側空間３７２Ａ１及び下流側空間３７２Ａ２に対応する形状の開口３８３Ａ、３８３Ｂが形成されている。また、仕切板３８５には、下流側空間３７２Ａ２に対応する形状の開口３８５Ａが形成されている。側板３８３と仕切板３８５との間には、側板３８３の開口３８３Ｂと、仕切板３８５の開口３８５Ａとを連結する筒状部材３８７が設けられている。
【０１２９】
各燃料電池セルユニット３７０は、上流側空間３７２Ａ１及び下流側空間３７２Ａ２が側板３８３の開口３８３Ａ、３８３Ｂにそれぞれ接続されるように、配置されている。これにより、上流側空間３７２Ａ１が、マニホールド３８０内の燃料電池セルスタック３６０側に形成された上流側燃料ガス流路３６２Ａに連通し、下流側空間３７２Ａ２が、マニホールド３８０内の長手方向外側に形成された下流側燃料ガス流路３６２Ｂに連通する。
【０１３０】
図２０及び図２１に示すように、マニホールド３８０の天板の上流側燃料ガス流路３６２Ａの上方に当たる位置には開口が形成されており、この開口には燃料供給通路３１２が接続されている。燃焼部３８の底面及びマニホールド３８０の下流側燃料ガス流路３６２Ｂの上方に当たる位置には開口３８Ｂが形成されており、この開口３８Ｂを通じて、燃焼部３８の内部空間３８Ａはマニホールド３８０の下流側燃料ガス流路３６２Ｂと連通している。
【０１３１】
このような構成により、マニホールド３８０に燃料供給通路１２から供給された燃料ガスは上流側燃料ガス流路３６２Ａを介して燃料電池セルユニット３７０の上流側空間３７２Ａ１内に流れこむ。燃料電池セルユニット３７０の上流側空間３７２Ａ１に流れこんだ燃料ガスは、内部空間３７２Ａの端部で折り返されて、下流側空間３７２Ａ２を通って、下流側燃料ガス流路３６２Ｂに排出される。下流側燃料ガス流路３６２Ｂに排出された残余燃料ガスは、燃焼部３８の内部空間３８Ａに送出される。
【０１３２】
燃焼部３８及び改質部３６の構成は第１実施形態と同様である。
【０１３３】
次に、本実施形態による燃料電池モジュール３０１の作用を説明する。
【０１３４】
まず、燃料電池モジュール３０１の起動時においては、原燃料ガス供給配管２２を介して蒸発部４に原燃料ガスが供給されると共に、空気供給パイプ３２を介して発電用の空気が燃料電池セル装置２に供給される。図２０に示すように、供給された原燃料ガス（実線で示す）は、蒸発部４の蒸発室３０ａ、混合室３０ｂを通って混合ガス導管２８に流入し、さらに、燃料電池セル装置２の改質部３６の中に流入する。なお、燃料電池モジュール１の起動初期においては、改質部３６の温度が低いため、原燃料ガスを改質する反応は発生しない。改質部３６に流入した原燃料ガスは、燃料供給通路３１２（図２０）を通り、マニホールド３８０内の上流側燃料ガス流路３６２Ａを介して、燃料電池セルユニット３７０の上流側空間３７２Ａ１に流入する。燃料電池セルユニット３７０の一端側から上流側空間３７２Ａ１に流入された燃料ガスは、内部空間３７２Ａの他端側において折り返されて、下流側空間３７２Ａ２の一端側から排出される。下流側空間３７２Ａ２から排出された燃料ガスは、下流側燃料ガス流路３６２Ｂで回収され、燃焼部３８に送られる。
【０１３５】
一方、空気供給パイプ３２を介して燃料電池セル装置３０２に供給された空気（破線で示す）は、空気通路３５７ａ、３５７ｂ、３５７ｃを通り、ハウジング本体３５２の底板３５２ｃの空気供給口３５８から燃料電池セルスタック３６０に向けて内部空間３５３内に噴射される。
【０１３６】
燃焼部３８に送られた原燃料ガスは、燃焼部３８の内部空間３８Ａに流入し、その天板に形成された燃焼口３８ｃから噴出する。一方、内部空間３５３内に噴射された空気は上昇し、ハウジング３５０と燃焼部３８との間から燃焼部３８に供給される。また、燃料電池モジュール３０１の起動時においては、セラミックヒータ３４に通電され、燃焼部３８の天板の燃焼口３８ｃから噴出した原燃料ガスがセラミックヒータ３４の熱により点火される。これにより燃焼部３８が燃焼熱を生成するようになる。
【０１３７】
燃焼部３８が点火されると、その上方に配置された改質部３６が加熱され、内部の改質触媒の温度が上昇する。また、燃焼により生成される燃焼ガスにより、ハウジング３５０の空気通路３５７ａ、３５７ｂ、３５７ｃを流れる空気が加熱される。加熱された空気はハウジング３５０の内部空間３５３に流入するので、この熱により燃料電池セル装置３０２の燃料電池セルユニット３７０が加熱される。
【０１３８】
また、ハウジング３５０内で生成された燃焼ガスは、排気ガス配管２６を通って排気ガスとして蒸発部４に流入する。蒸発部４内に流入した排気ガスは、排気ガス室３０ｃを通って排気ガス排出管２４から排出される。この際、排気ガス室３０ｃの上側に設けられた蒸発室３０ａが加熱される。このように、蒸発部４に供給された水は、燃焼部３８によって生成され、排気ガス配管２６によって供給された燃焼ガスにより加熱される。蒸発室３０ａの温度が上昇した後、水供給用配管２０からの水の供給が開始され、蒸発室３０ａ内で水蒸気が生成されるようになる。なお、燃料電池モジュール３０１の起動時において、蒸発室３０ａの加熱を補助するために電気ヒータ２９に通電を行っても良い。
【０１３９】
蒸発室３０ａにおいて水蒸気が生成されるようになると、原燃料ガスと水蒸気の混合ガスが、改質部３６に供給されるようになる。また、改質部３６の温度が十分に上昇すると、改質触媒により水蒸気改質反応が誘発されて、原燃料ガスから水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、上流側燃料ガス流路３６２Ａを介して燃料電池セルユニット３７０に供給される。燃料電池セルユニット３７０から排出された燃料ガスは、下流側燃料ガス流路３６２Ｂで回収され、燃焼部３８に送られる。
【０１４０】
燃料電池セル装置２の温度が十分に上昇すると、各燃料電池セルユニット３７０を通る燃料ガスと、空気供給口３５８から燃料電池セルスタック３６０に向けて内部空間３５３に噴出された空気により発電反応が発生するようになる。燃料電池セル装置３０２の温度が発電可能な温度まで上昇した状態において、燃料電池セル装置３０２から電力が取り出され、発電が開始される。
本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が奏される。
【０１４１】
なお、上記各実施形態では、第１のマニホールド（マニホールド）内に上流側燃料ガス流路（燃料ガス供給部）と、下流側燃料ガス流路（燃料ガス排出部）とを形成したが、本発明はこれに限られない。例えば、上流側燃料ガス流路を構成する第１の筐体と、下流側燃料ガス流路を構成する第２の筐体とを別体に設けてもよい。さらに、例えば、第１〜第３実施形態において、第１のマニホールドから全ての燃料電池セルユニットに燃料ガスを供給し、第２のマニホールドにおいて残余燃料ガスを回収し、回収した残余燃料ガスを燃焼部に供給する構成としてもよい。
【０１４２】
このような構成によれば、上流側燃料ガス流路（燃料ガス供給部）及び下流側燃料ガス流路（燃料ガス排出部）の配置の自由度が上がり、発電効率の向上や、コンパクト化を実現できる。
【符号の説明】
【０１４３】
１          燃料電池モジュール
２          燃料電池セル装置
４          蒸発部
４ｂ        改質・加熱器
６          ハウジング
１２        燃料供給通路
２０        水供給用配管
２２        原燃料ガス供給配管
２４        排気ガス排出管
２６        排気ガス配管
２８        混合ガス導管
２９        電気ヒータ
３０ａ      蒸発室
３０ｂ      混合室
３０ｃ      排気ガス室
３０ｄ      通路
３０ｅ      フィン
３２        空気供給パイプ
３４        セラミックヒータ
３６        改質部
３８        燃焼部
３８Ａ      内部空間
３８Ｂ      開口
３８ｃ      燃焼口
５０        ハウジング
５０ｂ      側板
５２        ハウジング本体
５２ａ      天板
５２ｂ      側板
５２ｃ      底板
５２ｄ      閉鎖側板
５２ｅ      閉鎖側板
５３        内部空間
５４        空気通路カバー
５４ａ      天板
５４ｂ      側板
５４ｃ      底板
５７ａ      空気通路
５７ｂ      空気通路
５７ｃ      空気通路
５７ｄ      フィン
５８        空気供給口
６０        燃料電池セルスタック
６０Ａ      上流側燃料電池セルスタック
６０Ｂ      下流側燃料電池セルスタック
６２Ａ      上流側燃料ガス流路
６２Ｂ      下流側燃料ガス流路
６４        中流側燃料ガス流路
７０        燃料電池セルユニット
８０        第１のマニホールド
８０Ａ      仕切板
８２        第２のマニホールド
８４        燃料電池セル
８６        内側電極端子
８８        燃料ガス流路
９０        内側電極層
９０ａ      上部
９０ｂ      外周面
９０ｃ      上端面
９２        外側電極層
９４        電解質層
９６        シール材
９８        燃料ガス流路細管
１０１      燃料電池モジュール
１０２      燃料電池セル装置
１１２      燃料供給空間
１１２Ａ    区画部材
１３６      改質部
１３８      燃焼部
１３８Ｂ    開口
１４２      燃焼部筐体
１４３      残余燃料ガス分散空間
１４４      仕切部材
１４４Ａ    燃焼口
１４４Ｂ    凹部
１４４Ｃ    開口
１４５      改質空間
１４６      上部ケーシング
１４６Ａ    幅広部
１４６Ｂ    本体部
１５０      ハウジング
１６２      下流側燃料ガス流路
１６２Ａ    上流側燃料ガス流路
１６２Ｂ    下流側燃料ガス流路
１６４      中流側燃料ガス流路
１８０      第１のマニホールド
１８０Ａ    仕切板
１８０Ｂ    開口
１８２      第２のマニホールド
２０１      燃料電池モジュール
２０２      燃料電池セル装置
２０４      蒸発部
２０５      蒸発空間
２１２      燃料供給空間
２１２Ａ    区画部材
２２０      水供給用配管
２２２      原燃料ガス供給配管
２２６      排気ガス配管
２３２      空気供給パイプ
２３６      改質部
２３８      燃焼部
２３８Ｂ    開口
２４２      燃焼部筐体
２４３      残余燃料ガス分散空間
２４４      仕切部材
２４４Ａ    燃焼口
２４４Ｂ    凹部
２４４Ｃ    開口
２４５      改質空間
２４６      上部ケーシング
２４６Ａ    幅広部
２４６Ｂ    本体部
２４９      区画部材
２５０      ハウジング
２５０ｂ    側板
２５２      ハウジング本体
２５２ａ    天板
２５２ｂ    側板
２５２ｃ    底板
２５２ｄ    閉鎖側板
２５２ｅ    閉鎖側板
２５３      内部空間
２５４      空気通路カバー
２５４ａ    天板
２５４ｂ    側板
２５４ｃ    底板
２５７ａ    空気通路
２５７ｂ    空気通路
２５７ｃ    空気通路
２５７ｄ    フィン
２５８      空気供給口
２６２      下流側燃料ガス流路
２６２Ａ    上流側燃料ガス流路
２６２Ｂ    下流側燃料ガス流路
２６４      中流側燃料ガス流路
２８０      第１のマニホールド
２８０Ａ    仕切板
２８０Ｂ    開口
２８２      第２のマニホールド
３０１      燃料電池モジュール
３０２      燃料電池セル装置
３１２      燃料供給通路
３５０      ハウジング
３５２      ハウジング本体
３５２ａ    天板
３５２ｂ    側板
３５２ｃ    底板
３５２ｄ    閉鎖側板
３５２ｅ    閉鎖側板
３５３      内部空間
３５４      空気通路カバー
３５４ａ    天板
３５４ｂ    側板
３５４ｃ    底板
３５７ａ    空気通路
３５７ｂ    空気通路
３５７ｃ    空気通路
３５７ｄ    フィン
３５８      空気供給口
３６０      燃料電池セルスタック
３６２Ａ    上流側燃料ガス流路
３６２Ｂ    下流側燃料ガス流路
３７０      燃料電池セルユニット
３７２      燃料極支持体
３７２Ａ    内部空間
３７２Ａ１  上流側空間
３７２Ａ２  下流側空間
３７４      仕切部
３７６      電解質部
３７８      燃料極
３８０      マニホールド
３８３      側板
３８３Ａ    開口
３８３Ｂ    開口
３８３ｄ    側板
３８５      仕切板
３８５Ａ    開口
３８７      筒状部材
【図１】
2020098740.tif 000003
【図２】
2020098740.tif 000004
【図３】
2020098740.tif 000005
【図４】
2020098740.tif 000006
【図５】
2020098740.tif 000007
【図６】
2020098740.tif 000008
【図７】
2020098740.tif 000009
【図８】
2020098740.tif 000010
【図９】
2020098740.tif 000011
【図１０】
2020098740.tif 000012
【図１１】
2020098740.tif 000013
【図１２】
2020098740.tif 000014
【図１３】
2020098740.tif 000015
【図１４】
2020098740.tif 000016
【図１５】
2020098740.tif 000017
【図１６】
2020098740.tif 000018
【図１７】
2020098740.tif 000019
【図１８】
2020098740.tif 000020
【図１９】
2020098740.tif 000021
【図２０】
2020098740.tif 000022
【図２１】
2020098740.tif 000023
【図２２】
2020098740.tif 000024
【図２３】
2020098740.tif 000025
【図２４】
2020098740.tif 000026
【図２５】
2020098740.tif 000027
【図２６】
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