(57)【要約】【課題】  燃料ガスを安定して供給できるとともに、改質器が高温において膨張してもマニホールドの変形を抑制でき、信頼性に優れるセルスタック装置およびそれを具備する燃料電池モジュールならびに燃料電池装置を提供する。【解決手段】  容器２３の長さ方向の両端部に設けられた燃料ガス送出口１１のそれぞれに燃料ガス供給管１３の一端が接続されており、前記燃料ガス供給管１３の他端同士をつないで前記マニホールド７に接続されている構成とすることにより、耐久性に優れ、発電効率が向上したセルスタック装置Ａおよび燃料電池モジュールＢならびに燃料電池装置とすることができる。【選択図】  図２
2010277746.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シール材にて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、筒状の容器の長さ方向の中央部に、原燃料が供給される供給口が設けられた気化部を有し、前記容器の長さ方向の両端部に、前記気化部より流入した原燃料を前記燃料ガスに改質する改質触媒を備えるとともに前記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とを具備するセルスタック装置であって、前記容器の前記両端部に設けられた前記燃料ガス送出口のそれぞれに燃料ガス供給管の一端が接続されており、前記燃料ガス供給管の他端同士がつながれて前記マニホールドに接続されていることを特徴とするセルスタック装置。
【請求項２】
前記燃料ガス供給管は、前記マニホールドの前記セルスタックが固定された面と反対側の底面側に回り込ませて前記マニホールドの底面に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック装置。
【請求項３】
前記燃料ガス供給管が前記マニホールドの底面の中央部に接続されていることを特徴とする請求項２に記載のセルスタック装置。
【請求項４】
前記マニホールド内に、前記燃料ガス供給管より供給された前記燃料ガスを前記燃料電池セルに向けて流すための多数の孔を有する平板またはメッシュ板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載のセルスタック装置。
【請求項５】
収納容器内に、請求項１乃至４のうちいずれか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。
【請求項６】
請求項５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、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、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、原燃料を燃料ガスに改質するための改質器と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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【０００４】
図８は従来の燃料電池モジュールＣを示す外観斜視図であり、収納容器１０１内にセルスタック装置Ｄが収納されている。セルスタック装置Ｄは、複数の燃料電池セル１０３を配列して直列に接続してなるセルスタック１０５と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質器１０８と、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１０９とを有している。
【０００５】
ここで、セルスタック１０５はガラス等のシール材１０７によりマニホールド１０９に固定されており、また、セルスタック１０５の上方にはＵの字状の改質器１０８が配置されている。なお、改質器１０８は、改質効率のよい水蒸気改質を行なうために、改質器１０８に供給される水を気化させるための気化部と、気化された水と原燃料から燃料ガス（水素含有ガス）を生成するための改質部とを備えている。
【０００６】
改質器１０８にて生成された燃料ガスは、燃料ガス供給管１１１を介してマニホールド１０９に供給され、マニホールド１０９から各燃料電池セル１０３に水素含有ガスが供給される。
【０００７】
ところで、図８に示した燃料電池モジュールＣにおいては、改質器１０８で生成された燃料ガスがマニホールド１０９の一端側に接続された燃料ガス供給管１１１よりマニホールド１０９内に供給されることから、燃料ガス供給管１１１との接続部より遠い位置に配置された燃料電池セル１０３には十分な量の燃料ガスを供給することができず、燃料電池セル１０３が劣化するおそれやセルスタック１０５の発電効率が低下するおそれがあった。また、図８に示した燃料電池モジュールＣでは、改質器１０８内において原燃料を燃料ガスに改質する改質部が１ヶ所しかないため、改質部が劣化した場合には、正常な燃料ガスの供給が行えなくなることから、燃料電池モジュールＣの発電効率が低下するという問題もあった。
【０００８】
このような問題に対して、本出願人は、図９に示すように、中央部に気化部１２１ａを備え、その両端部に改質部１２１ｂを有する改質器１２１を備えるとともに、それぞれの改質部１２１ｂに接続された燃料ガス供給管１２３をマニホールド１０９の両端部に接続したセルスタック装置Ｅを提案した（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−５９３７７号公報
【特許文献２】国際出願第ＰＣＴ／ＪＰ２００９／５５８６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図９に示すように、２本の燃料ガス供給管１２３をマニホールド１０９の両端部の上面に接続したセルスタック装置Ｅにおいては、改質器１２１が高温となったときに矢印の方向に膨張して燃料ガス供給管１２３が破線で示すように変形するという問題があり、これに起因してマニホールド１０９が一点鎖線で示すように改質器１２１側に向けて凸状に変形することにより、燃料電池セル１０３をマニホールド１０９に固定するためのシール材１０７に割れＫが生じ、セルスタック装置Ｅの耐久性が低下するという問題があった。
【００１１】
それゆえ、本発明は、燃料ガスを安定して供給できるとともに、改質器が高温において膨張してもマニホールドの変形を抑制でき、信頼性に優れるセルスタック装置およびそれを具備する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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のセルスタック装置は、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シール材にて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、筒状の容器の長さ方向の中央部に、原燃料が供給される供給口が設けられた気化部を有し、前記容器の長さ方向の両端部に、前記気化部より流入した原燃料を前記燃料ガスに改質する改質触媒を備えるとともに前記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とを具備するセルスタック装置であって、前記容器の前記両端部に設けられた前記燃料ガス送出口のそれぞれに燃料ガス供給管の一端が接続されており、前記燃料ガス供給管の他端同士がつながれて前記マニホールドに接続されていることを特徴とする。
【００１３】
このようなセルスタック装置においては、改質器を構成する容器の両端部に設けられた燃料ガス送出口のそれぞれに燃料ガス供給管の一端が接続されており、燃料ガス供給管の他端同士がつながれてマニホールドに接続されていることから、改質器が高温となって膨張した場合に、その膨張に伴って配管（燃料ガス供給管）が変形したとしても、マニホールドに生じる応力を小さくできるため、マニホールドの変形を小さくすることができる。これにより燃料電池セルを固定するためのシール材に割れが生じることを抑制でき、結果的にセルスタック装置の耐久性を高めることができる。それにより信頼性の向上したセルスタック装置とすることができる。
【００１４】
また、本発明のセルスタック装置においては、改質器の両端部にそれぞれ改質部を有していることから、２つの改質部のうち１つの改質部が劣化しても、残りの１つの改質部から燃料ガスを供給することが可能になるために、セルスタック装置を安定して作動させることが可能になる。
【００１５】
また、本発明のセルスタック装置では、前記燃料ガス供給管は、前記マニホールドの前記セルスタックが固定された面と反対側の底面側に回り込ませて前記マニホールドの底面に接続されていることが好ましい。
【００１６】
このようなセルスタック装置においては、燃料ガス供給管がマニホールドの底面に接続されているために、改質器から出た高温の改質ガスがマニホールドの底面側に回り込んで、底面側よりマニホールドの内部に供給される。これにより、従来であれば温度が低かったマニホールドの底面側の温度を一様に高めることができる。従来はマニホールドの上面側はセルスタックの発電反応による発熱で温度が高いが、底面側には発熱源が無く熱放散のみであったためにマニホールドの上面側と底面側とでは温度差が発生していた。この温度差による熱膨張の違いにより上面のシール材に引張応力が生じていたが、底面まで高温の燃料ガスを回すことにより、この引張応力が緩和してセルスタックの耐久性や信頼性を向上させることが可能になる。
【００１７】
また、本発明のセルスタック装置は、前記燃料ガス供給管が前記マニホールドの底面の中央部に接続されていることが好ましい。
【００１８】
このようなセルスタック装置においては、燃料ガス供給管からマニホールド内に供給される燃料ガスがマニホールドの中央部から周囲に拡散するようになるので、その中央部から両端部側に向けて対称的に燃料ガスを供給することが可能になり、マニホールドに固定されたセルスタックを構成する各燃料電池セルに対して効率よく燃料ガスを供給でき、これによりセルスタック装置の発電性能を高めることができる。
【００１９】
また、本発明のセルスタック装置は、前記マニホールド内に、前記燃料ガス供給管より供給された前記燃料ガスを前記燃料電池セルに向けて流すための多数の孔を有する平板またはメッシュ板が設けられていることが好ましい。
【００２０】
このようなセルスタック装置においては、マニホールド内に、それぞれの燃料電池セルに燃料ガスを流すための多数の孔を有する平板またはメッシュ板が設けられていることから、セルスタックを構成するそれぞれの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、発電効率を向上させることができる。
【００２１】
本発明の燃料電池モジュールは、収納容器内に、上記のセルスタック装置を収納してなることから、信頼性の向上した燃料電池モジュールとすることができる。
【００２２】
本発明の燃料電池装置は、上記の燃料電池モジュールと前記セルスタック装置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から、信頼性の向上した燃料電池装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、中央部に気化部を備え、その両端部に改質部を備えるとともに、それぞれの改質部に燃料ガス供給管が接続されている改質器を備えてなるセルスタック装置において、当該改質器が高温において膨張する場合に、マニホールドの変形を抑制でき、シール材に割れが生じることを抑制できる。また、改質器の両端部にそれぞれ改質部を有していることから、２つの改質部のうち１つの改質部が劣化しても、残りの１つの改質部から燃料ガスを供給することが可能になるために、セルスタック装置を安定して作動させることが可能になり、これにより、信頼性の向上したセルスタック装置およびそれを具備する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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】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２】本発明のセルスタック装置の効果を説明するための断面図である。
【図３】本発明のセルスタック装置の他の例を示すもので、マニホールドの内部に燃料電池セルに向けて燃料ガスを流すための部材が設けられていることを示す断面図である。
【図４】本発明のセルスタック装置を構成する改質器の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の燃料電池モジュールの一例を示し、改質器を取り外したセルスタック装置を収納容器の後方に引き出した状態を示す外観斜視図である。
【図６】本発明の燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。
【図７】図６に示す燃料電池モジュールのうち、収納容器を構成するとともに改質器が接続された上壁と、改質器を取り外したセルスタック装置を抜粋して示す外観斜視図である。
【図８】従来の燃料電池モジュールを示す外観斜視図である。
【図９】図８に示すセルスタック装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、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２は、本発明のセルスタック装置の効果を説明するための説明図である。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。
【００２６】
本発明のセルスタック装置Ａは、内部にガス流路（不図示）を有する燃料電池セル１を複数個立設させた状態で、間に集電部材（不図示）を設けて電気的に接続してなるセルスタック３と、セルスタック３の下端がシール材５を介して固定するマニホールド７と、セルスタック３の上方に設けられ、中央部に気化部を備えるとともに、その両端部に燃料ガス送出口１１を有し、上面に原燃料供給管３１が設けられた改質器９と、改質器９のそれぞれの燃料ガス送出口１１に接続された燃料ガス供給管１３とから構成されており、改質器９の両端部に設けられた燃料ガス送出口１１のそれぞれに接続されており、燃料ガス供給管１３の一端が燃料ガス供給管１３の他端がマニホールド７の底面に回り込んで互いに連結された後、マニホールド７の底面７ｂに接続されている。また、セルスタック３の両端部には、燃料電池セル１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、電流引出部１５を有する導電部材１７が配置されている。ここでセルスタック３および集電部材１７の下端をマニホールド７に固定するためのシール材５としては、セルスタック３が高温に加熱されても変形や溶融しないような耐熱性を有するガラスやガラスにセラミック粒子を含むガラスセラミックスなどが好適に用いられる。
【００２７】
これにより、改質器９が高温において、図２に示すように、破線で示した状態へと膨張した場合においても、マニホールド７に生じる応力は配管（燃料ガス供給管１３）が変形することにより緩和されることからマニホールド７の変形が抑えられる。これにより燃料電池セル１を固定するためのシール材５に割れが生じることを抑制でき、結果的にセルスタック装置Ａの耐久性を高めることができるとともに、信頼性を向上することができる。
【００２８】
また、本発明のセルスタック装置Ａにおいては、燃料ガス供給管１３がマニホールド７の底面７ｂの中央部に接続されていることが好ましい。
【００２９】
これにより、マニホールド７上に配置されたセルスタック３を構成する各燃料電池セル１に十分量の燃料ガスを供給することができ、燃料電池セル１が劣化することや発電効率が低下することを抑制することができる。
【００３０】
ここでいうマニホールド７の底面７ｂの中央とは、マニホールド７の長手方向の長さの１／２の点と、その長手方向に対して垂直な方向である幅の１／２の点の交点付近をいい、燃料ガス供給管１３をマニホールド７の底面７ｂの中央部に接続する場合においては、燃料ガス供給管１３はこの交点を含むように接続される。
【００３１】
本発明のセルスタック装置Ａにおいては、マニホールド７内に燃料ガスを燃料電池セルに向けて流すための部材２１が設けられていることが好ましい。図３は、本発明のセルスタック装置の他の例を示すもので、マニホールドの内部に燃料ガスを燃料電池セルに向けて流すための部材が設けられていることを示す断面図である。
【００３２】
このようなセルスタック装置Ａにおいては、マニホールド７の内部にセルスタック３を構成する燃料電池セル１に向けて燃料ガスを流すための部材２１（以下、燃料ガス流通方向調整部材２１という。）として、多数の孔を有する平板やメッシュ板が設けられていることから、セルスタック３を構成する各燃料電池セル１に燃料ガスを効率よく供給することができ、発電効率を向上することができる。なお、燃料ガス流通方向調整部材２１の材質をニッケルにした場合には、ニッケルの触媒作用により、改質器９にて十分に改質されなかった原燃料をさらに改質することができるという利点がある。
【００３３】
また、燃料ガス流通方向調整部材２１における孔のサイズを中央部側を小さく、端部側を大きくした場合には、燃料ガスが燃料ガス流通方向調整部材２１の端部側を通過しやすくなり、マニホールド７の底面７ｂの燃料ガス供給管１３の接続部から遠い燃料電池セル１にもさらに効率よく燃料ガスを供給することが可能になる。
【００３４】
図４は、本発明のセルスタック装置Ａを構成する改質器の一例を示す断面図である。図４に示す改質器９においては、筒状の容器２３内の長さ方向の中央部に気化部２５を有し、容器２３の長さ方向の両端部（すなわち気化部２５の両側）に改質触媒２７を備える改質部２９を有している。気化部２５は、原燃料が供給される供給口３０を有し、供給口２９に原燃料供給管３１が接続されている。また、それぞれの改質部２９には、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１１を有し、燃料ガス送出口１１に燃料ガス供給管１３の一端が接続されている。なお、気化部２５と改質部２９とは通気性のある壁３３で分離されている。また、図示しないが、改質器９において水蒸気改質を行う場合においては、原燃料供給管３１の内側に水供給管を設けることもできる。
【００３５】
このようなセルスタック装置Ａにおいては、改質器９におけるそれぞれの改質部２９にて生成された燃料ガスが、それぞれの燃料ガス供給管１３を通してマニホールド７より燃料電池セル１に供給されることとなる。
【００３６】
それにより、マニホールド７上に配置されたセルスタック３を構成する各燃料電池セル１に十分量の燃料ガスを供給することができ、燃料電池セル１が劣化することや発電効率が低下することを抑制することができる。
【００３７】
この改質器９は、その両端部にそれぞれ改質部２９を有していることから、２つの改質部２９のうち１つの改質部２９が劣化しても、残りの１つの改質部２９から燃料ガスを供給することが可能になるために、セルスタック装置Ａを安定して作動させることが可能になる。
【００３８】
ここで、燃料ガス供給管１３よりマニホールド７に供給される燃料ガスが等しい量となるように、改質器９の気化部２５の供給口２９からそれぞれの燃料ガス供給管１３とマニホールド７との接続部までの長さおよび燃料ガス供給管１３の内径が等しいことが好ましい。
【００３９】
ところで、燃料電池セル１の発電に伴い燃料電池セル１（セルスタック３）に熱が生じるが、その発電により生じた熱は、隣接する燃料電池セル１間等から放熱されることとなる。
【００４０】
しかしながら、燃料電池セル１を複数個並設し電気的に直列に接続してなるセルスタック３においては、セルスタック３を構成する燃料電池セル１の配列方向の端部に配置される燃料電池セル１は放熱しやすいが、セルスタック３を構成する燃料電池セル１の配列方向の中央部側に配置される燃料電池セル１は放熱しにくいため、セルスタック３全体として、中央部側の温度が高く、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。
【００４１】
また、燃料電池セル１の上端部側にて、燃料電池セル１より排出される余剰の燃料ガスを燃焼させる場合においては、燃料電池セル１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。
【００４２】
図１に示したように、水蒸気改質を行なうための改質器９をセルスタック３の上方に配置する場合には、改質器９の気化部２５が、セルスタック３の中央部側に位置する燃料電池セル１の上方に配置されることとなる。
【００４３】
それにより、例えば、原燃料供給管３１の内側に設けられた水供給管より気化部２５に供給される水が気化するための吸熱反応により、セルスタック３の中央部側に位置する燃料電池セル１の温度（特には、セルスタック３の中央部側に位置する燃料電池セル１の上端部側の温度）が低下することとなる。
【００４４】
したがって、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１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１の配列方向における温度分布を均一に近づけることができるとともに、燃料電池セル１の上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。それにより、セルスタック３の発電効率を向上させることができるセルスタック装置Ａとすることができる。
【００４５】
なお、図１においては、燃料電池セル１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型の支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層をこの順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セル１を例示している。
【００４６】
燃料電池セル１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１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１の配列方向における温度分布や、燃料電池セル１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。
【００４７】
ここで、上述したセルスタック装置Ａにおいては、この場合も、気化部２５における吸熱反応により、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１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１の配列方向における温度分布や、燃料電池セル１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１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。
【００４８】
なお、燃料電池セル１としては、上記以外にたとえば円筒状、平板状の燃料電池セルを用いることもでき、また酸素側電極層としての機能を持たせた支持体の表面に固体電解質層および燃料側電極層を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セルとすることもできる。
【００４９】
図５は、収納容器４１内に、上述したセルスタック装置Ａを収納してなる本発明の燃料電池モジュールＢ（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、図５においては、改質器９を収納容器４１の上壁の内面に接続しており、セルスタック装置Ａとしては、改質器９を取り外した状態を示している。
【００５０】
また、図５に示すモジュールＢにおいては、収納容器４１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Ａ（図５においては改質器９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Ｂを構成する収納容器４１について説明する。
【００５１】
図６は、モジュールＢの一例を概略的に示す断面図である。モジュールＢを構成する収納容器４１は、外壁５１にて収納容器４１の外枠が形成され、内部に燃料電池セル１（セルスタック３）を収納する発電室５３が形成されている。
【００５２】
このような収納容器４１においては、セルスタック３を構成する燃料電池セル１の配列方向に沿う側部と、該側部に対向する収納容器４１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。
【００５３】
ここで、収納容器４１は、外壁５１の内側に所定間隔をあけて第１の壁５５が形成されており、第１の壁５５の内側に所定間隔をあけて第２の壁５７が配置されており、さらに第２の壁５７の内側に所定間隔をあけて第３の壁５９が配置されている。
【００５４】
それにより、外壁５１と第１の壁５５とで形成された空間が第１の流路６１となり、第２の壁５７と第３の壁５９とで形成された空間が第２の流路６３となり、第１の壁５５と第２の壁５７とで形成された空間が第３の流路６５となる。
【００５５】
なお、図６に示した収納容器４１においては、第１の壁５５の上端部が第２の壁５７に接続されており、第２の壁５７が収容容器４１の上壁（外壁５１）と接続されており、第３の壁５９の上端部が第２の壁５７と接続されている。
【００５６】
また、収納容器４１の底部には、空気（空気）を収納容器４１内に供給するための空気供給管６７が接続されており、空気供給管６７より供給される空気は空気導入部６９に流れる。空気導入部６９は空気導入口７１により第１の流路６１とつながっているため、空気導入部６９を流れる空気は、空気導入口７１を通して、第１の流路６１に流れる。第１の流路６１を上方に向けて流れた空気は、第２の壁５７に設けられた空気流通口７３を通して、第２の流路６３に流れる。そして、第２の流路６３を下方に向けて流れた空気は、第３の壁５９に設けられた空気吹き出し口７５を通して、発電室５３内に供給される。
【００５７】
一方、燃料電池セル１より排出される排ガスや、燃料電池セル１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５７に設けられた排ガス流通口７６を通して第３の流路６５に流入する。そして、第３の流路６５を下方に向けて流れた排ガスは、排ガス収集口７７を通して排ガス収集部７９に流れた後、排ガス収集部７９に接続された排ガス排気管８１を通して収納容器４１の外部に排気される。
【００５８】
それゆえ、空気供給管６７より供給される空気は、空気導入部６９を流れる間に、排ガス収集部７９を流れる排ガスと熱交換され、第１の流路６１を流れる間に、第３の流路６５を流れる排ガスと熱交換され、第２の流路６３を流れる間に、第３の流路６５を流れる排ガスと発電室５３内の熱とで熱交換されることとなる。
【００５９】
それにより、効率よく空気の温度を高めることができることから、燃料電池セル１の発電効率を向上することができる。
【００６０】
なお、セルスタック３（燃料電池セル１）の両側面側に配置されている断熱材８５（図中において断熱材８５は斜線にて示している）において、空気吹き出し口７５に対応して、空気を燃料電池セル１側に流すための孔が設けられている。
【００６１】
そして空気吹き出し口７５より発電室５３内に供給された空気は、燃料電池セル１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１の発電を行なうことができる。
【００６２】
なお、断熱材８５は、収納容器４１内の熱が極端に放熱され、燃料電池セル１（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６においては、マニホールド７の底部と、燃料電池セル１（セルスタック３）の両側面側と、収納容器４１の上壁と改質器９との間とに設けている例を示している。
【００６３】
なお、図６においては一列のセルスタック３を有するセルスタック装置Ａを発電室５３内に収納した例を示しており、この場合、燃料電池セル１の両側面側より空気が導入されることとなる。
【００６４】
また、図６において、空気供給管６７の内部に排ガス排気管８１が位置するように設けた例を示しているが、空気供給管６７と排ガス排気管８１とは、それぞれ位置をずらして設けることもできる。
【００６５】
また改質器９は、燃料電池セル１（セルスタック３）の上方に配置され、かつ収納容器４１の上壁の内面に、断熱材８５を介して接続されている。それにより、改質器９がセルスタック３（燃料電池セル１）の上方に配置されていることから、セルスタック３における燃料電池セル１の配列方向における温度分布や、燃料電池セル１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ができ、発電効率が向上したモジュールＢとすることができる。
【００６６】
図７は、図６に示したモジュールＢのうち、セルスタック装置Ａ（改質器９を取り外して示している）と、改質器９が接続された収納容器４１の上壁８７とを抜粋して示した外観斜視図である。
【００６７】
ここで、改質器９にて生成された燃料ガスをマニホールド７に供給するための燃料ガス供給管１３は、改質器９（それぞれの燃料ガス送出口１１）に接続された改質器側燃料ガス供給管８９と、マニホールド７に接続されたマニホールド側燃料ガス供給管９１とから構成されており、これらを接続することにより上壁８７に接続されたセルスタック装置Ａが構成される。
【００６８】
ここで、改質器９が上壁８７の内面に接続されていることから、モジュールＢの組み立てにあたり、改質器９の位置決めが容易となるとともに、改質器９を除くセルスタック装置Ａの位置決めも容易となる。それにより、モジュールＢの組み立てが容易となる。
【００６９】
またこのようなモジュールＢにおいては、改質器側燃料ガス供給管８９とマニホールド側燃料ガス供給管９１とを取り外すとともに、上壁８７を収納容器４１から取り外すことで、改質器９を収納容器４１から容易に取り出すことができることから、改質器９を容易に脱着することが可能となる。
【００７０】
また、セルスタック装置Ａにおいて改質器９を容易に脱着することができることから、モジュールＢを組み立てるにあたり、改質器９を取り外したセルスタック装置Ａを収納容器４１内にスライドして収納し、その後、改質器９が接続された上壁８７を収納容器４１に取り付けることで、容易にモジュールＢを組み立てることができるとともに、容易にセルスタック装置Ａを組み立てることができる。
【００７１】
なお、改質器側燃料ガス供給管８９とマニホールド側燃料ガス供給管９１とを取り付けるにあたっては、改質器９から供給される燃料ガスが漏出しにくいよう、改質器側燃料ガス供給管８９がマニホールド側燃料ガス供給管９１の内側に接続されるようにすることが好ましい。
【００７２】
さらに、改質器側燃料ガス供給管８９とマニホールド側燃料ガス供給管９１を容易に脱着することができる構造とすることが好ましく、例えばワンタッチ式で脱着することができる構造とすることが好ましい。
【００７３】
このような構造を採用することにより、改質器９を燃料電池セル１の上方に容易に配置することが可能となり、燃料電池セル１の上端部側で余剰の燃料ガスを燃焼させる場合においては、改質器９の温度を効率よく上昇させることができ、改質器９の改質効率を向上することができる。
【００７４】
そして、上述したモジュールＢを外装ケース内に収納することにより、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。なお、外装ケースにおいては内部を仕切部材により上下に区画するとともに、その上側をモジュールＢを収納するモジュール収納室とし、下側をモジュールＢを稼動するにあたり必要な補機を収納するための補機収納室とすることにより、よりコンパクトな燃料電池装置とすることができる。
【００７５】
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。
【００７６】
例えば、収納容器４１に収納するセルスタック装置Ａにおいて、燃料電池セル１を複数個配列したセルスタック３をマニホールド７上に１つだけ配置した例を示したが、マニホールド７上にセルスタック３を２つ並置することもできる。この場合においては、それぞれのセルスタック３の側面側に位置する空気吹き出し口７５より燃料電池セル１に空気が供給されることとなる。
【００７７】
また例えば、収納容器４１は、外壁５１と第１の壁５５とで第１の流路６１を形成し、第２の壁５７と第２の壁５９とで第２の流路６３を形成し、第１の壁５５と第２の壁５７とで第３の流路６５を形成していればよく、適宜空気流通口や排ガス流通口の位置を変更することもでき、また例えば第１の壁５５と第２の壁５７との間に第１の流路６１と第２の流路６３とをつなぐ空気流通路を設けてもよく、第２の壁５７と第３の壁５９との間に、発電室５３と第３の流路６５とをつなぐ排ガス流通路を設けてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１、１０３          ：燃料電池セル
３、１０５          ：セルスタック
５、１０７          ：シール材
７、１０９          ：マニホールド
７ｂ                ：マニホールドの底面
９、１０８、１２１  ：改質器
１１                ：燃料ガス送出口
１３、１１１、１２３：燃料ガス供給管
２５、１２１ａ      ：気化部
２９                ：改質部
３０                ：供給口
３１                ：原燃料供給管
４１、１０１        ：収納容器
Ａ、Ｄ、Ｅ          ：セルスタック装置
Ｂ、Ｃ              ：燃料電池モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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