(57)【要約】【課題】発電効率の向上した燃料電池モジュール１を提供する。【解決手段】本発明の燃料電池モジュール１は、内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セル３を複数個立設させた状態で配列し、電気的に接続するセルスタックを、収納容器２内の発電室３０に収納する燃料電池モジュール１であって、燃料電池セル３の配列方向に沿う側部と側部に沿った収納容器２の外壁１３との間に、第１の流路２１と、第４の流路２４とを備え、第１の流路２１を流れた反応ガスをこの順に流す第２の流路２２と、第３の流路２３とを備え、第２の流路２２は、反応ガスの流れの方向に沿った部位に、反応ガス流出口２６を有するとともに、第２の流路２２を流れた反応ガスを反応ガス流出口２６に向けて流すための第１のガス流通方向変更部を備えることから、第２の流路２２を流れた反応ガスを効率よく第３の流路２３に流し、発電効率が向上した燃料電池モジュール１とすることができる。【選択図】図２
2010257732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列し、電気的に接続してなるセルスタックを、直方体状の収納容器内に設けられた発電室内に収納してなる燃料電池モジュールであって、
前記収納容器は、前記セルスタックを構成する前記燃料電池セルの配列方向に沿う側部と前記燃料電池セルの配列方向に沿った方向の前記収納容器のそれぞれの側壁との間に、前記収納容器の下方側より供給される反応ガスを上方へ流すための第１の流路と、それぞれの前記第１の流路を流れた反応ガスを前記収納容器の上壁に沿って流すための第２の流路と、該第２の流路を流れた反応ガスを下方へ流すための第３の流路と、前記第１の流路と隣り合うように配置され前記発電室内の排ガスを上方から下方へ流すための第４の流路とを備えてなり、
前記第２の流路は、当該第２の流路を流れる反応ガスの流れの方向に沿った部位に、前記第２の流路を流れた反応ガスを前記第３の流路側に流すための反応ガス流出口を有するとともに、前記第２の流路を流れる反応ガスを前記反応ガス流出口に向けて流すための第１のガス流通方向変更部を備えることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記反応ガス流出口が前記発電室側に開口しており、前記第３の流路が、前記反応ガス流出口に接続されるとともに、前記発電室内に垂下するよう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。
【請求項３】
前記反応ガス流出口が前記発電室側に開口しており、前記第２の流路に隣り合うように前記反応ガス流出口を流れた反応ガスを前記第３の流路に流すための第５の流路を備えるとともに、前記第３の流路は、前記第４の流路に隣り合うよう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。
【請求項４】
前記第５の流路に隣り合うように配置され、前記発電室内の排ガスを収集して前記第４の流路に流すための排ガス収集室を備えることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記第５の流路は、該第５の流路を流れる反応ガスを前記発電室の上壁側または前記排ガス収集室側に向けて流すための第２のガス流通方向変更部を備えることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記第１の流路および前記第４の流路のうち少なくとも一方の流路は、それぞれの流路を流れる反応ガスまたは排ガスを他方の流路側に向けて流すための第３のガス流通方向変更部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の燃料電池モジュール。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の燃料電池モジュールと、前記セルスタックを動作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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収納容器内に燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュールおよびそれを具備する燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガスと空気（酸素含有ガス）とを用いて６００℃〜１０００℃の高温下で発電す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考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は従来の燃料電池モジュール６１を示す外観斜視図であり、図１１は、図１０で示す燃料電池モジュール６１を概略的に示す断面図である。
【０００４】
このような燃料電池モジュール６１は、内部にガス流路を有する燃料電池セル６３を複数個立設させた状態で配列し、電気的に接続したセルスタック６４をマニホールド６５に立設してなる燃料電池装置６８を収納容器６２に収納している。
【０００５】
一方では、収納容器６２は、外壁６９により外枠が形成され外壁６９と所定間隔をあけて配置された内壁７０によりセルスタック装置６８を収納する発電室７１が形成されている。それにより、外壁６９と内壁７０とにより反応ガス流通空間が形成され、その反応ガス流通空間とつながって、反応ガス導入部材７２が設けられている。そして、反応ガス導入部材７２に設けられた反応ガス吹き出し口７３により、発電室７１内に配置された２つのセルスタック６４側に反応ガス（空気）が供給される。
【０００６】
他方では、原燃料供給管１０を介して供給される天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器６８をセルスタック６４の上方に配置し、改質器７で生成された燃料ガス（水素含有ガス）は、燃料ガス流通管８を介してマニホールド６に供給され、マニホールド６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。それにより、セルスタック６４の上方で燃料ガスと反応ガスとを燃焼させ、燃料電池セル６３（セルスタック６４）の発電を行う。
【０００７】
そのため、内壁７０に沿って排ガスを流通し、反応ガスが、反応ガス流通空間を上方に向けて流通する間に、高温の排ガスの熱と熱交換を行い反応ガスの温度を上昇させることにより、燃料電池セル６３に温められた反応ガスを供給し、セルスタック６４の発電効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−５９３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、外壁６９に沿った反応ガス流通空間に反応ガスを流し、下方に垂下した反応ガス導入部材７２に流す際に、反応ガスの流通方向が異なるため、反応ガスが効率的に反応ガス導入部材７２に流れない問題があった。そのため、低出力で燃料電池装置（図示せず）を作動する場合、反応ガスが、反応ガス流通空間において滞留し、外壁６９からの放熱ロス等で発電効率が低下してしまうおそれがあった。
【００１０】
それゆえ、本発明においては、効率的に反応ガスを燃料電池セル６３に供給することで、発電効率が向上した燃料電池モジュール６１およびそれを具備してなる燃料電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の燃料電池モジュールは、内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列し、電気的に接続してなるセルスタックを、直方体状の収納容器内に設けられた発電室内に収納してなる燃料電池モジュールであって、収納容器は、セルスタックを構成する燃料電池セルの配列方向に沿う側部と燃料電池セルの配列方向に沿った方向の収納容器のそれぞれの側壁との間に、収納容器の下方側より供給される反応ガスを上方へ流すための第１の流路と、それぞれの第１の流路を流れた反応ガスを収納容器の上壁に沿って流すための第２の流路と、第２の流路を流れた反応ガスを下方へ流すための第３の流路と、第１の流路と隣り合うように配置され発電室内の排ガスを上方から下方へ流すための第４の流路とを備えてなり、第２の流路は、当該第２の流路を流れる反応ガスの流れの方向に沿った部位に、第２の流路を流れる反応ガスを第３の流路側に流すための反応ガス流出口を有するとともに、第２の流路を流れた反応ガスを反応ガス流出口に向けて流すための第１のガス流通方向変更部を備えることを特徴とする。
【００１２】
このような燃料電池モジュールにおいて、第２の流路は、当該第２の流路を流れる反応ガスの流れの方向に沿った部位に、第２の流路を流れた反応ガスを第３の流路側に流すための反応ガス流出口を有するとともに、第２の流路を流れた反応ガスを反応ガス流出口に向けて流すための第１のガス流通方向変更部を備えることから、第２の流路を流れた反応ガスを効率よく反応ガス流出口に流すことができ、第２の流路内で反応ガスが滞留することを抑制することができる。それにより、燃料電池モジュール内を反応ガスが効率よく流れ、十分な量の反応ガスを燃料電池セルに供給できることから、燃料電池モジュールの発電効率を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の燃料電池モジュールは、反応ガス流出口が発電室側に開口しており、第３の流路が、反応ガス流出口に接続されるとともに、発電室内に垂下するように配置されていることが好ましい。
【００１４】
このような燃料電池モジュールにおいて、反応ガス流出口が発電室側に開口しており、第３の流路が、反応ガス流出口に接続されるとともに、発電室内に垂下するように配置されていることから、第２の流路を流れた反応ガスを効率よく反応ガス流出口に流すことができ、第２の流路内で反応ガスが滞留することを抑制することができる。それにより、燃料電池モジュール内を反応ガスが効率よく流れ、十分な量の反応ガスを燃料電池セルに供給できることから、燃料電池モジュールの発電効率を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明の燃料電池モジュールは、反応ガス流出口が発電室側に開口しており、第２の流路に隣り合うように反応ガス流出口を流れた反応ガスを第３の流路に流すための第５の流路を備えるとともに、第３の流路は、前記第４の流路に隣り合うように配置されていることが好ましい。
【００１６】
このような燃料電池モジュールにおいて、反応ガス流出口が発電室側に開口しており、第２の流路に隣り合うように配置され、反応ガス流出口を流れた反応ガスを第３の流路に流すための第５の流路を備えるとともに、第３の流路は、前記第４の流路に隣り合うように配置されていることから、第２の流路を流れた反応ガスを効率よく流すことができる。それにより、第５の流路へ流すことができ、燃料電池セルに十分な量の反応ガスを供給できることから、燃料電池モジュールの発電効率を向上させることができる。
【００１７】
さらに、第３の流路は、第４の流路に隣り合うように配置されることから、第３の流路を流れる反応ガスと、第４の流路を流れる排ガスとで熱交換を行うことができ、燃料電池セルに温かい反応ガスを供給することができる。それにより、燃料電池セルの発電効率が向上し、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。
【００１８】
また、本発明の燃料電池モジュールは、第５の流路に隣り合うように配置され、発電室内の排ガスを収集して第４の流路に流すための排ガス収集室を備えることが好ましい。
【００１９】
このような燃料電池モジュールにおいては、第５の流路に隣り合うように配置され、発電室内の排ガスを収集して第４の流路に流すための排ガス収集室を備えることから、発電室内において特に高温となる発電室の上方における排ガスを第４の流路に効率的に供給することができ、効率的に反応ガスと排ガスとが熱交換を行うことができ、燃料電池セルに温かい反応ガスを供給することができる。それにより、燃料電池セルの発電効率の発電効率の低下を抑制すことができ、燃料電池モジュールの発電効率をさらに向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の燃料電池モジュールは、第５の流路は、第５の流路を流れる反応ガスを発電室の上壁側または排ガス収集室側に向けて流すための第２のガスガス流通方向変更部を備えることが好ましい。
【００２１】
このような燃料電池モジュールにおいては、第５の流路は、第５の流路を流れる反応ガスを発電室の上壁側または排ガス収集室側に向けて流すための第２のガスガス流通方向変更部を備えることから、反応ガスが、発電室の上壁に衝突するように反応ガスの流れが変更され、第５の流路を流れる間、効率的に反応ガスと排ガスとが熱交換を行うことができる。それにより、燃料電池セルにさらに温められた反応ガスを供給することができ、燃料電池セルの発電効率の低下を抑制することで、燃料電池モジュールの発電効率をさらに向上させることができる。
【００２２】
また、本発明の燃料電池モジュールは、第１の流路および第４の流路のうち少なくとも一方の流路は、それぞれの流路を流れる反応ガスまたは排ガスを他方の流路側に向けて流すための第３のガス流通方向変更部を備えることが好ましい。
【００２３】
このような燃料電池モジュールにおいては、第１の流路および第４の流路のうち少なくとも一方の流路は、それぞれの流路を流れる反応ガスまたは排ガスを他方の流路側に向けて流すための第３のガス流通方向変更部を備えることから、反応ガスが、第１の流路を通る間に、反応ガスと排ガスとが効率的に熱交換を行うことができる。それにより、燃料電池セルにより温められた反応ガスをさらに供給することができ、燃料電池セルの発電効率の低下を抑制することで、燃料電池モジュールの発電効率をさらに向上させることができる。
【００２４】
また、本発明の燃料電池装置は、上記の燃料電池モジュールと、セルスタックを動作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。それにより、発電効率が向上した燃料電池装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の燃料電池モジュールは、内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列し、電気的に接続してなるセルスタックを、直方体状の収納容器内に設けられた発電室内に収納してなる燃料電池モジュールであって、収納容器は、セルスタックを構成する燃料電池セルの配列方向に沿う側部と燃料電池セルの配列方向に沿った方向の収納容器のそれぞれの側壁との間に、収納容器の下方側より供給される反応ガスを上方へ流すための第１の流路と、それぞれの第１の流路を流れた反応ガスを収納容器の上壁に沿って流すための第２の流路と、第２の流路を流れた反応ガスを下方へ流すための第３の流路と、第１の流路と隣り合うように配置され発電室内の排ガスを上方から下方へ流すための第４の流路とを備えてなり、第２の流路は、当該第２の流路を流れる反応ガスの流れの方向に沿った部位に、第２の流路を流れた反応ガスを第３の流路側に流すための反応ガス流出口を有するとともに、第２の流路を流れる反応ガスを反応ガス流出口に向けて流すための第１のガス流通方向変更部を備えることから、第２の流路を流れた反応ガスを効率よく反応ガス流出口に流すことができ、第２の流路内で反応ガスが滞留することを抑制することができる。それにより、燃料電池モジュール内を反応ガスが効率よく流れ、十分な量の反応ガスを燃料電池セルに供給できることから、燃料電池モジュールの発電効率を向上させることができる。また、本発明の燃料電池モジュールを外装ケース内に収納することで発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。
【図２】図１に示す燃料電池モジュールを概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の燃料電池モジュールのさらに他の一例を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の燃料電池モジュールの他の一例を示す外観斜視図である。
【図５】図４に示す燃料電池モジュールを概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の燃料電池モジュールのさらに他の一例を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の燃料電池モジュールのさらに他の一例を概略的に示す断面図である。
【図８】図７に示す燃料電池モジュールの一部を抜粋して示す分解斜視図である。
【図９】本発明の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。
【図１０】従来の燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。
【図１１】図１０に示す燃料電池モジュールを概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明の燃料電池モジュール１（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、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。
【００２８】
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、内部をガスが流通するガス流路（図１においては図示せず）を有する柱状の燃料電池セル３を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル３間に集電部材（図１においては図示せず）を介して電気的に直列に接続するとともに、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６に固定してなるセルスタック４（セルスタック装置９）を収納して構成されている。なお、セルスタック４の両端部側には、セルスタック４（燃料電池セル３）の発電により生じた電流を集電して外部に引き出すための、電流引き出し部を有する導電部材５が配置されている。
【００２９】
さらに図１においては、燃料電池セル３の発電で使用する燃料ガス（水素含有ガス）を得るために、原燃料供給管１０を介して供給される天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器７をセルスタック４（燃料電池セル３）の上方に配置している。そして、改質器７で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管８を介してマニホールド６に供給され、マニホールド６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。
【００３０】
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９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９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。
【００３１】
なお、図１に示した収納容器２においては、収納容器２の底面に、燃料電池セル３に供給する反応ガス（酸素含有ガス（通常は空気である））を供給するための反応ガス供給管１１と、燃料電池セル３の発電等により生じた排ガスを収納容器２の外部に排気するための排気管１２とが接続されている。反応ガス供給管１１と排気管１２とは二重管とすることもできる。
【００３２】
図２は、図１に示した燃料電池モジュール１を概略的に示す断面図である。
【００３３】
収納容器２は、外壁１３（側壁）にて収納容器２の外枠が形成され、内部に燃料電池セル３（セルスタック装置９）を収納する発電室３０が形成されている。
【００３４】
ここで、収納容器２は、外壁１３（側壁）の内側に所定間隔をあけて第１の壁１４が形成されており、第１の壁１４の内側に所定間隔をあけて第２の壁１５が配置されている。
【００３５】
それにより、それぞれの側壁（外壁）１３と第１の壁１４とで形成された空間がそれぞれ第１の流路２１となり、第１の壁１４と第２の壁１５とで形成された空間がそれぞれ第４の流路２４となる。さらに、発電室３０の上方には発電室３０を形成するための上壁１７が設けられており、上壁１７と外壁１３（収納容器２の上壁）との間が、第１の流路２１を流れたそれぞれの反応ガスを合流させるとともに、第３の流路２３に流すための第２の流路２２となる。
【００３６】
ここで上壁１７には、上壁１７の上面からセルスタック４の側面側にまで延び、上壁１７と外壁（収納容器２の上壁）１３とで第２の流路２２が形成される。上壁の中央部には反応ガス流出口２６が設けられ、反応ガス流出口２６の下方にセルスタック４に反応ガスを導入するための反応ガス導入部材２０（第３の流路２３）が備えられている。なお、反応ガス導入部材２０内が第３の流路２３となり、反応ガス導入部材２０の下端側に、燃料電池セル３の下端部に反応ガスを導入するための反応ガス導入口２７が設けられている。
【００３７】
また、収納容器２の底部には、反応ガス（空気）を収納容器２内に供給するための反応ガス供給管１１が接続されており、反応ガス供給管１１より供給される反応ガスは反応ガス導入部３１に流れる。反応ガス導入部３１は反応ガス導入口２５を介して第１の流路２１とつながっているため、反応ガス導入部３１に供給された反応ガスは、反応ガス導入口２５を介してそれぞれの第１の流路２１に流れる。第１の流路２１を上方に流れたそれぞれの反応ガスは、続いて、第２の流路２２において合流し、反応ガス流出口２６を介して第３の流路である反応ガス導入部材１８に流れる。そして、反応ガス導入部材２０を上方から下方に流れた反応ガスは、反応ガス導入部材２０に設けられた反応ガス吹き出し口２７を通して、発電室３０内（燃料電池セル３）に供給される。なお、燃料電池セル３（セルスタック４）の側面および底面に断熱材２９が配置されている。
【００３８】
反応ガス流出口２６の上方における上壁１７には、反応ガス流出口２６に向けた第１のガス流通方向変更部１９が設けられている。それにより、上壁１７に沿って収納容器２の中央部に向って流れた反応ガスを反応ガス流出口２６に向けて流し、第２の流路２２内で反応ガスが滞留することなく第３の流路２３に流れることで、モジュール１内を効率よく反応ガスを流すことができ、燃料電池セル３に十分な量の反応ガスを供給できることから、モジュール１の発電効率を向上させることができる。
【００３９】
ここで、モジュール１は、セルスタック４の上方で燃焼ガスと、反応ガス（空気）とを燃焼させることにより、燃料電池セル３が６００℃〜１０００℃の高い温度で発電する。そのため、冷たい反応ガスを燃料電池セル３に供給すると燃料電池セル３の発電効率が低下してしまうおそれがあるため、温かい反応ガスを燃料電池セル３に供給する必要がある。そこで、燃焼により生じた高温な排ガスと反応ガスとを熱交換させることにより、反応ガスを昇温させることができ、それにより、燃料電池セル３の発電効率の低下を抑制し、発電効率の向上したモジュール１とすることができる。
【００４０】
また、反応ガスは、外部から供給された直後の第１の流路２１を流れる際が最も温度が低い。そのため、第１の流路２１を流れる間に第４の流路２４を流れる排ガスと効率的に熱交換を行うことが好ましい。
【００４１】
ここで排ガスの流れについて説明する。発電室３０の上方で燃焼により生じた高温な排ガスは、第４の流路２４を上方から下方に向けて流れ、排ガス収集口２８を介して反応ガス導入部３１の上部に設けられた排ガス収集部３２に流れた後、排ガス収集部３２に接続された排気管１２（図１参照）を通して収納容器２の外部に排気される。
【００４２】
それにより、反応ガスが、第１の流路２１を下方から上方に流れる間、第１の流路２１と隣り合うように配置された第４の流路２４内を流れる排ガスと熱交換を行うことができ、反応ガスを昇温させることができる。そのため、燃料電池セル３に温かい反応ガスを供給することができ、燃料電池セル３の発電効率の低下を抑制し、発電効率の向上したモジュール１とすることができる。
【００４３】
なお、図１において、第１のガス流通方向変更部１９は直方体状の突起部材を設けた例を示したが、円錐状や円筒状等の突起を設けてもよく、その形状は限定されない。また、第１のガス流通方向変更部１９を設ける壁を突出させ、第１のガス流通方向変更部１９を設けてもよい。
【００４４】
さらに、第１のガス流通方向変更部１９を１つ設けた例を示したが、複数設けてもよい。第２の流路２２から第３の流路２３に向かって流れるよう第１のガス流通方向変更部１９を適宜設ければよい。
【００４５】
なお、第２の流路２２の高さは、大きくすることでより効果が出る。さらには、反応ガス導入部３１と同等の高さとすることにより、燃料電池セル３の配列方向に沿った流れを均一に近づけることができる。
【００４６】
図３は、本発明の燃料電池モジュールの他の一例を示す概略的な断面図であり、第１の流路２１を構成する外壁１３および第４の流路２４を構成する第２の壁１５のそれぞれに第３のガス流通方向変更部３９を設けている。
【００４７】
反応ガスは第１の流路２１を下方から上方に流れた後、外壁１３（上壁）に沿って第２の流路を流れ、反応ガス流出部３６を介して第３の流路２３を上方から下方に流れ燃料電池セル３（セルスタック４）に供給される。燃料電池セル３で発電に利用された後、余剰の反応ガスは、セルスタック４上部にて、燃料ガスと燃焼され、高温な排ガスとなる。排ガスは、第４の流路２４を介して排ガス収集部３２に流れた後、排気管１２を通して収納容器４２の外部に排気される。
【００４８】
ここで、流体同士を効率よく熱交換するためには、温かい流体と冷たい流体とが壁を隔てて、壁に沿って対向して流れる場合に、隔てる壁が熱交換を行う熱交換部となり、熱交換部（図３においては、第１の壁１４である。）に温かい流体と冷たい流体とをそれぞれ衝突させることにより効率的な熱交換が行われる。それにより、熱交換部における温かい流体の熱を効率よく冷たい流体に与えることができる。なお、モジュール４１においては、冷たい流体は反応ガスであり、温かい流体としては排ガスである。なお、第１の流路２１と第４の流路２４とを隔てる第１の壁１４が熱交換部となる。
【００４９】
図３に示す燃料電池モジュール４１は、第１の流路２１の側壁１３および第４の流路２４の第２の壁１５に、それぞれ第３のガス流通方向変更部３９を複数設けている。
【００５０】
それにより、熱交換部である第１の壁１４に、一方では、第１の流路２１を下方から上方に流れる冷たい反応ガスを衝突させることができ、他方では、第４の流路２４を上方から下方に流れる温かい排ガスを衝突させることができ、反応ガスと排ガスとが効率的に熱交換を行うことができ、燃料電池セル３（セルスタック４）に温かい反応ガスを供給することができる。それゆえ、燃料電池セル３の発電効率の低下を抑制し、モジュール４１の発電効率を向上させることができる。
【００５１】
なお、図３において、複数の第３のガス流通方向変更部３９を第１の流路２０および第４の流路２３に設けた例を示したが、どちらか一方にのみ第３のガス流通方向変更部３９を設けた場合においても効率的な熱交換を行うことができる。
【００５２】
なお、図３においても第２の流路２２から第３の流路２３に反応ガスを流すための第１のガス流通方向変更部１９を設けていることから、第２の流路２２で反応ガスが滞留することなく、反応ガス流出口２６に向けて反応ガスが流れ、反応ガスがモジュール４１内を効率よく流れることができ発電効率の向上したモジュール４１とすることができる。
【００５３】
図４は、本発明の燃料電池モジュールの他の一例を示す外観斜視図であり、図５は、図４に示した燃料電池モジュール４１を概略的に示す断面図である。図４、図５においては、収納容器４４内にセルスタック４を１つのみ収納する場合を示している。
【００５４】
ここで、燃料電池モジュール４３では余剰の燃料ガスを発電室３０の上方で燃焼させる構成であることから、発電室３０の上方が最も高温となる。そのため、反応ガスを効率よく昇温させるため、反応ガスを発電室３０の上方を流れるような構成とし、燃焼により生じた熱と反応ガスとで熱交換させることが好ましい。
【００５５】
さらに、第３の流路２３が外壁（側壁）１３側に配置され、反応ガス流出口２６が収納容器４４の外壁（側壁）１３側にそれぞれ設けられている場合、第１の流路２１を流れた反応ガスが、発電室３０の上方（第２の流路２２）を流れることなく、第３の流路２３に流れてしまい、熱交換が十分に行われていない反応ガスが、燃料電池セル３（セルスタック４）に供給され、燃料電池セル３の発電効率が低下してしまうおそれがある。
【００５６】
また、発電室３０の上方に反応ガスが滞留し、収納容器４４の上壁１３（外壁）が高温となるおそれもある。さらに、収納容器４４の上壁１３（外壁）が外部に熱を放熱することで熱エネルギーのロスとなり、モジュール４３（セルスタック４）の温度が低下することで、モジュール４３の発電効率が低下するおそれがある。
【００５７】
また、第２の流路に流れた反応ガスが、燃料電池セルの配列方向に沿う一方側（もしくは他方側）に位置する第３の流路に多く流れる場合には、燃料電池セルの両側面側から供給される反応ガスの量が異なることに伴い、燃料電池セルの発電出力が低下するおそれがあるほか、劣化等の悪影響が生じるおそれがある。
【００５８】
図５は、図４に示す燃料電池モジュールの一部を抜粋して示す断面図であり、図５に示したモジュール４３においては、外壁１３（側壁）の内側に所定間隔を空けて第１の壁を１４が形成されており、第１の壁１４の内側に所定間隔をあけて第２の壁１５が配置され、さらに第２の壁の内側に所定感覚をあけて第３の壁１５が配置されている。それにより、外壁１３（側壁）と第１の壁１４で形成された空間が第１の流路２１となり、第１の壁１４と第２の壁１５とで形成された空間が第４の流路２４となり、第２の壁１５と第３の壁１６とで形成された空間が第３の流路２３となる。
【００５９】
上壁１７には、上壁１７の上面からセルスタック４の側面側にまで延び、上壁１７と外壁（収納容器２の上壁）１３とで第２の流路２２が形成される。収納容器４４内の外壁（上壁）１３から内側に所定間隔を空けて仕切部材１８が設けられている。収納容器４４内の外壁（上壁）１３と仕切部材１８との間が第５の流路３５となる。
【００６０】
反応ガスは第１の流路２１を下方から上方に流れた後、外壁１３（上壁）に沿って第２の流路を流れ、反応ガス流出部３６を介して第５の流路３５を通り、第３の流路２３を上方から下方に流れ燃料電池セル３（セルスタック４）に供給される。燃料電池セル３で発電に利用された後、余剰の反応ガスは、セルスタック４上部にて、燃料ガスと燃焼され、高温な排ガスとなる。排ガスは、第４の流路２４を介して排ガス収集部３２に流れた後、排気管１２を通して収納容器４２の外部に排気される。
【００６１】
それにより、反応ガスが、高温な発電室３０の上部において、高温な排ガスと熱交換することができ、燃料電池セル３に高温な反応ガスを供給できることから、燃料電池セル３の発電効率が向上し、発電効率の向上したモジュール４３とすることができる。
【００６２】
さらに、第１の流路２１を上方に向けて流れた後、反応ガスを第２の流路２２を介して、反応ガス流入路２６に向けて反応ガスを流すことができ、効率的に第５の流路３５に流すことができる。それゆえ、燃料電池セル３に供給する反応ガスを、発電室３０の上方の排ガスと効率よく熱交換することにより、さらに高温の反応ガスとすることができ、温かい反応ガスを燃料電池セル３に供給することができる。それにより、燃料電池セル３の発電効率の低下を抑制し、モジュール４３（燃料電池セル３）の発電効率を向上させることができる。
【００６３】
また、第１の流路２１を流れて第２の流路２２に流れた反応ガスが、効率よく第５の流路３５に流れることができることから、第２の流路２１内に反応ガスが滞留することを抑制でき、効率的に燃料電池セル３に反応ガスを供給することができる。それにより、燃料電池セル３の発電効率が低下することを抑制できる。またあわせて、収納容器２の外壁１３（側壁）が高温となることを抑制でき、外壁１３（上壁）からの放熱を抑制することができる。そのため、発電効率の向上したモジュールとすることができる。
【００６４】
さらに、第４の流路２４を構成する第２の壁１５および、第３の流路を構成する外壁１３（側壁）にそれぞれ第３の流通方向変更部３９が複数設けられていることから、反応ガスと排ガスとが効率的に熱交換を行うことができ、モジュール４３の発電効率をさらに向上させることができる。
【００６５】
また、燃料電池セル３の配列方向に沿う一方側（もしくは他方側）に位置する第３の流路２３に多く流れることを抑制することができ、燃料電池セル３の両側面側から供給される反応ガスの量が異なることに伴う燃料電池セル３の劣化等を抑制することができる。そのため、燃料電池セル３の発電効率の低下を抑制することができ、より発電効率の向上したモジュール４３とすることができる。
【００６６】
さらに、反応ガスが流れる第１の流路２１と第３の流路２３との間に排ガスが流れる第４の流路２４が位置することから、反応ガスと排ガスとで熱交換を行うことができ、燃料電池セル３に温かい反応ガスを供給することができる。それにより、発電効率の向上したモジュール４３とすることができる。
【００６７】
なお、図５においては、モジュール４３内にセルスタック４を１つ収納した例を示したが、セルスタック４を複数収納してもよい。その場合においても、発電効率の向上したモジュール４３とすることができる。
【００６８】
さらに、第３の流路２３が発電部の両側にそれぞれ配置されることから、セルスタックを１つのみ収納することができる。それにより、モジュール４３は様々な様態で使用することができる。
【００６９】
また、第３の流路２３と、第４の流路２４との間に断熱材を設けて隣り合うように配置してもよい。断熱材を配置する場所は適宜設定すればよい。
【００７０】
図６は、本発明の燃料電池モジュールのさらに他の一例を示す概略的な断面図であり、第１の流路２１を構成する外壁１３および第４の流路２４を構成する第２の壁１５のそれぞれに第３のガス流通方向変更部３９を設けている。
【００７１】
反応ガスは第１の流路２１を下方から上方に熱交換をしながら流れた後、外壁１３（上壁）に沿って第２の流路を流れ、反応ガス流出部３６を介して第５の流路３５を通り、第３の流路２３を上方から下方に流れ燃料電池セル３（セルスタック４）に供給される。燃料電池セル３で発電に利用された後、余剰の反応ガスは、セルスタック４上部にて、燃料ガスと燃焼され、高温な排ガスとなる。排ガスは、第４の流路２４を介して排ガス収集部３２に流れた後、排気管１２を通して収納容器４２の外部に排気される。
【００７２】
それにより、第１の流路２１を流れる反応ガスと、第４の流路を流れる排ガスとを、熱交換部である第２の壁１４に衝突させることができることから、効率的な反応ガスと排ガスとの熱交換を行うことができる。それにより、反応ガスを昇温させることができ、燃料電池セル３に高温の反応ガスを供給することができ、発電効率の向上したモジュール４５とすることができる。
【００７３】
図７は、本発明の燃料電池モジュールの他の一例を示す断面図であり、図８は、図７に示す燃料電池モジュール４７の一部を抜粋して示す分解斜視図である。図７に示したモジュール４７においては、収納容器４６の発電室３０内に、セルスタック４を２つ併置している例を示している。なおセルスタック４は１つのマニホールド６上に配置されている。
【００７４】
この場合において、反応ガス吹き出し口２７よりそれぞれのセルスタック４の一方側の側面に反応ガスが供給されることから、２つのセルスタックを並置した場合であっても、効率よく燃料電池セル３の発電を行なうことができる。
【００７５】
図７に示したモジュール４７においては、収納容器４８内における第２の流路２２と発電室３０との間に、排ガスを収集し、第４の流路２４に流すための排ガス収集室３７が設けられた例を示している。なお、図７においては仕切部材１８により形成された第５の流路３５を排ガス収集室３７と対向するように配置し、第５の流路３５を形成する仕切部材１８の第５の流路３５側に第２のガス流通方向変更部３４を複数設けている。
【００７６】
反応ガスは、それぞれの第１の流路２１を下方から上方に流れ、第２の流路２２を介し、合流した後、反応ガス流入路２６を介して第５の流路３５に流れ、第３の流路２３を上方から下方に流れ燃料電池セル３（セルスタック４）に供給される。燃料電池セル３で発電に利用された後、余剰の反応ガスは、セルスタック４上部にて、燃料ガスと燃焼され、高温な排ガスとなる。燃料電池セル３より排出される排ガスや、燃料電池セル３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、排ガス収集室３７を通して、第３の流路２３を貫通する排ガス流通口３６を介して、第４の流路２４に流入する。そして、第４の流路２４を上方から下方に流れる。
【００７７】
それにより、高温な排ガスを排ガス収集室３７を介して第４の流路２４に流すことができ、排ガスが発電室３０の上方で滞留することを抑制することができ、モジュール４５の発電効率を向上させることができる。
【００７８】
また、排ガス収集室３７と第５の流路３５とが、排ガス収集室３７の上壁（図示せず）を介して、隣り合うように配置されるため、排ガス収集室３７の上壁が熱交換部となる。そのため、反応ガス供給管１１より供給される反応ガスは、第２の流路２２および第５の流路３５を流れる間（特には、第５の流路３５を流れる間）に、排ガス収集室３７を流れる排ガスと効率よく熱交換され、燃料電池セル３に供給される反応ガスの温度をさらに上昇させることができ、燃料電池セル３（モジュール４５）の発電効率を向上することができる。
【００７９】
さらに、第５の流路３５を形成する仕切部材１８の第５の流路３５内に第２のガス流通方向変更部３４を複数設けたことから、第５の流路３５を流れる反応ガスを熱交換部である排ガス収集室３７の上壁に衝突させることができ、さらに熱交換を行うことができる。それにより、さらに温かい反応ガスを燃料電池セル３に供給することでき、モジュール４５の発電効率をさらに向上させることができる。
【００８０】
なお、熱交換部である排ガス収集室３７の上壁に向けてそれぞれのガスを流すための第２のガス流通方向変更部材３４を第５の流路３５にのみ設けた例を示したが、排ガス収集室３７に設けてもよい。その場合においても、熱交換部である排ガス収集室の上壁に衝突させることができ、燃料電池セルの発電効率を向上させることから、モジュール４７の発電効率をさらに向上させることができる。
【００８１】
なお、第２のガス流通方向変更部３４や第３のガス流通方向変更部３９は、第１のガス流通方向変更部１９と同様に、直方体状の突起部材を設けた例を示したが、それぞれの壁を突出させて第２のガス流通方向変更部３４や第３のガス流通方向変更部３９としてもよい。
【００８２】
図９は、外装ケース内に、本発明の燃料電池モジュールと、セルスタック４を動作させるための補機とを収納してなる本発明の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図９においては一部構成を省略して示している。
【００８３】
図９に示す燃料電池装置４１は、支柱４２と外装板４３から構成される外装ケース内を仕切板４４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４５とし、下方側を燃料電池モジュール１を動作するための補機類を収納する補機収納室４６として構成されている。なお、補機収納室４６に収納する補機類を省略して示している。
【００８４】
また、仕切板４４には、補機収納室４６の空気をモジュール収納室４５側に流すための空気流通口４７が設けられており、モジュール収納室４５を構成する外装板４３の一部に、モジュール収納室４５内の空気を排気するための排気口４８が設けられている。
【００８５】
このような燃料電池装置４１においては、上述したように、発電効率を向上することができる燃料電池モジュール１をモジュール収納室４５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４１とすることができる。
【００８６】
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。
【００８７】
上述の例においては、収納容器２内の各流路内を反応ガスとして酸素含有ガスを流す場合を例示したが、例えば収納容器２内の各流路内を反応ガスとして水素含有ガス（燃料ガス）を流すこともできる。この場合、マニホールド６に供給する空気を別の構成により温めるとともに、改質器７は収納容器２の外部に配置すればよい。
【符号の説明】
【００８８】
１、４１、４３、４５、４７、６１：燃料電池モジュール
２、４２、４４、４６、４８、６２：収納容器
３：燃料電池セル
４：セルスタック
１９：第１のガス流通方向変更部
３４：第２のガス流通方向変更部
３９：第３のガス流通方向変更部
２０：反応ガス導入部材
２１：第１の流路
２２：第２の流路
２３：第３の流路
２４：第４の流路
３５：第５の流路
２６：反応ガス流出口
５１：燃料電池装置
【図１】
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【図２】
2010257732.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010257732.tif 000006
【図５】
2010257732.tif 000007
【図６】
2010257732.tif 000008
【図７】
2010257732.tif 000009
【図８】
2010257732.tif 000010
【図９】
2010257732.tif 000011
【図１０】
2010257732.tif 000012
【図１１】
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