(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルを複数個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ガスケースと、
該セルスタックを構成する前記燃料電池セルの上端と所定の間隔をあけて配置され、内部が上下に一方領域と他方領域とに仕切り部材によって仕切られた中空の容器体であって、一方領域と他方領域とは前記仕切り部材の両端部側でそれぞれ連通しており、前記一方領域が、前記セルスタック側に配置され、外部より供給される原燃料を気化して原燃料ガスを生成する気化部であり、前記他方領域が、前記気化部上に配置され、該気化部にて生成された原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質ガス生成部である改質器とを備えることを特徴とするセルスタック装置。
【請求項２】
前記改質器と前記セルスタックとの間が、前記燃料電池セルの発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させる燃焼領域とされていることを特徴とする請求項１記載のセルスタック装置。
【請求項３】
前記改質器は、前記改質ガス生成部を貫通して外部と前記気化部とが連通された、前記原燃料を外部から前記気化部に導入するための原燃料導入管を備えることを特徴とする請求項２記載のセルスタック装置。
【請求項４】
前記改質器は、一端が前記改質ガス生成部の側方から見た中央部に接続され、他端が前記ガスケースの側方から見た中央部に接続された、前記燃料ガスを前記改質ガス生成部から前記ガスケースに供給するための燃料ガス供給管を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のセルスタック装置。
【請求項５】
前記改質器は、前記気化部に供給された前記原燃料が前記気化部の両端部に向けて流れるように調整するための調整部材を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のセルスタック装置。
【請求項６】
前記改質器は、前記気化部の両端部に、該気化部で生成された前記原燃料ガスを前記改質ガス生成部へ流すための流れ方向調整部材を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のセルスタック装置。
【請求項７】
収納容器と、
該収納容器に収納される請求項１〜６のいずれか１つに記載のセルスタック装置とを具備することを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項８】
外装ケースと、
該外装ケース内に収納される請求項７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具備す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、改質器で生成された燃料ガスを用いて発電を行うセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギー生成装置として、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。
【０００３】
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、たとえば、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、燃料電池モジュールは、水蒸気改質を行うための改質器を備える。
【０００４】
特許文献１記載の改質器は、筒状の容器内の中央部に気化部を有し、容器の両側部に改質部を有している。原燃料は、気化部にて必要に応じて気化された後、容器の両側部に位置する改質部に流れて、改質部の内部に備える改質触媒により改質され、燃料ガスが生成される。１つの改質器の内部に、２箇所の改質部を有することから、効率よく改質反応を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／１１９６１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の改質器では、中央部の気化部で気化した原燃料のガスが、両側部の改質部に流れて改質されることになるが、この両側部それぞれへの気化した原燃料のガスの分配は、ガスの圧力に依存する。したがって、改質器内で圧力が不均一であると、両側部それぞれに流れる原燃料のガスの分配が不均一となる。分配が不均一になると、それぞれの改質部で生成される燃料ガスが不均一となり、セルスタックへの燃料ガスの供給が不均一となって発電効率が低下してしまう。
【０００７】
本発明の目的は、改質器で生成された燃料ガスを均一に供給することで発電効率を向上させ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である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態のセルスタック装置は、燃料電池セルを複数個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ガスケースと、
該セルスタックを構成する前記燃料電池セルの上端と所定の間隔をあけて配置され、内部が上下に一方領域と他方領域とに仕切り部材によって仕切られた中空の容器体であって、一方領域と他方領域とは前記仕切り部材の両端部側でそれぞれ連通しており、前記一方領域が、前記セルスタック側に配置され、外部より供給される原燃料を気化して原燃料ガスを生成する気化部であり、前記他方領域が、前記気化部上に配置され、該気化部にて生成された原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質ガス生成部である改質器とを備える。
【０００９】
また本実施形態の燃料電池モジュールは、収納容器と、
該収納容器に収納される上記のセルスタック装置とを具備する。
【００１０】
また本実施形態の燃料電池装置は、外装ケースと、
該外装ケース内に収納される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具備する。
【発明の効果】
【００１１】
本実施形態のセルスタック装置によれば、セルスタックは、燃料電池セルを複数個配列して電気的に接続して構成され、ガスケースが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。
【００１２】
改質器は、該セルスタックを構成する前記燃料電池セルの上端と所定の間隔をあけて配置され、内部が上下に一方領域と他方領域とに仕切り部材によって仕切られた中空の容器体であって、一方領域と他方領域とは前記仕切り部材の両端部側でそれぞれ連通する。前記一方領域が、前記セルスタック側に配置され、外部より供給される原燃料を気化して原燃料ガスを生成する気化部であり、前記他方領域が、前記気化部上に配置され、前記気化部にて生成された原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質ガス生成部である。
【００１３】
気化部で気化された原燃料ガスおよび水蒸気は、改質ガス生成部において、容器体の前記仕切り部材の両端側から改質反応を起こしながら燃料ガスとして中央部へと流れ込む。これにより、改質ガス生成部からガスケースへ供給される燃料ガスが不均一となることを防止することができ、発電効率を向上させることができる。
【００１４】
また本実施形態の燃料電池モジュールおよび燃料電池装置によれば、発電効率を向上することができるセルスタック装置を備えることにより、発電効率の向上した燃料電池モジュールおよび燃料電池装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態であるセルスタック装置１の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の切断面線Ａ−Ａで切断した改質器１４の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態であるセルスタック装置１が備える改質器１５の断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態であるセルスタック装置１が備える改質器１６の断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態の燃料電池モジュール２２を示す外観斜視図である。
【図６】燃料電池モジュール２２の一例を概略的に示す断面図である。
【図７】図６で示す収納容器２３のうちの側面側および底面側を一部抜粋して示す外観斜視図である。
【図８】本発明の第５の実施形態である燃料電池装置１２０を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下図面を参考にして本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態であるセルスタック装置１の外観を示す斜視図である。図２は、図１の切断面線Ａ−Ａで切断した改質器１４の構成を示す断面図である。
【００１７】
セルスタック装置１は、原燃料を気化したのちに改質して燃料ガスを生成する改質器１４と、燃料電池セル１７を複数個配列して電気的に接続してなるセルスタック１８と、燃料電池セル１７に燃料ガスを供給するためのガスケースであるマニホールド２０とを備える。
【００１８】
改質器１４について詳細は後述するが、たとえば、炭化水素ガスである天然ガス、メタノール、灯油などの原燃料および水を気化させる気化部と、気化した原燃料ガスを水蒸気改質して水素ガスを含む燃料ガスを生成する改質部とを備え、燃料電池セル１７（セルスタック１８）の上方に所定の間隔をあけて配置される。
【００１９】
セルスタック１８は、内部にガス流路を有する燃料電池セル１７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構成される。
【００２０】
ガスケースとしてのマニホールド２０は、セルスタック１８を構成する燃料電池セル１７の下端を固定するとともに、各燃料電池セル１７に、改質器１４で生成された燃料ガスを供給する。
【００２１】
改質器１４は、中空の容器体２と、容器体２の内部に設けられる仕切り部材３と、原燃料供給管４とを備える。容器体２は、仕切り部材３によって上部側の領域（一方領域）と下部側の領域（他方領域）に仕切られており、一方領域と他方領域とは仕切り部材３の両端部側でそれぞれ連通している。たとえば、直方体状の容器体２において、互いに向かい合う２つの側部、本実施形態では容器体２を上方から見たときの短辺を成す２つの側部２ａ，２ｂと、仕切り部材３との間に形成される連通路３ａ，３ｂによって、一方領域と他方領域とが連通する。容器体２において、下部側の他方領域が気化部５となり、上部側の一方領域が改質ガス生成部６となる。
【００２２】
本実施形態の原燃料供給管４は、円筒状部材からなり、容器体２の上壁２ｃの中央を厚み方向に貫通し、さらに改質ガス生成部６を貫通して、気化部５に開口するように設けられる。原燃料供給管４によって改質器１４の外部と気化部５とを連通している。原燃料供給管４の一方の開口端から原燃料および水（または水蒸気）が導入され、原燃料供給管４を通って気化部５へと供給される。
【００２３】
下部の気化部５では、供給された原燃料および水を必要に応じて気化する。気化部５の中央に供給された原燃料および水は、気化して原燃料ガスと水蒸気となって仕切り部材３の両端部側へと流れ、両端部で連通路３ａ，３ｂを通って改質ガス生成部６に流入する。上部の改質ガス生成部６では、内部に配置された改質触媒６ａと原燃料ガスおよび水蒸気とが接触して、水蒸気改質反応が生じる。水蒸気改質反応では、一酸化炭素、二酸化炭素、および水素と、残存成分であるメタンおよび水蒸気とを含んだ改質ガスが得られる。
【００２４】
水蒸気改質反応によって発生した上述の改質ガスは、容器体２の両端部から中央部に向かって移動し、容器体２の中央部から燃料ガス供給管７を通ってマニホールド２０へと供給される。
【００２５】
燃料ガス供給管７は、容器体２において、互いに向かい合う２つの側部、本実施形態では容器体２を上方から見たときの長辺を成す２つの側部２ｄ，２ｅの中央部に、一端が接続され、他端がマニホールド２０の中央部に接続される。燃料ガス供給管７の一端が側部２ｄ，２ｅに接続されて改質ガス生成部６に開口する。燃料ガス供給管７の他端は、マニホールド２０内に開口する。改質ガス生成部６の中央部には、生成した改質ガスが連続的に流れ込み、燃料ガス供給管７に対して連続的に排出される。
【００２６】
本実施形態の改質器１４では、原燃料ガスおよび水蒸気が、容器体２の両端側から改質反応を起こしながら燃料ガスとして中央部へと流れ込むので、改質ガス生成部６からマニホールド２０へ供給される燃料ガスが不均一となることを防止することができ、発電効率を向上させることができる。
【００２７】
また、容器体２の上部側全体を改質ガス生成部６として利用できるので、効率よく改質反応を生じさせることができる。
【００２８】
改質ガス生成部６の内部に配置された改質触媒６ａ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、たとえば、γ−アルミナ、α−アルミナおよびコージェライトなどのいずれか一種からなる多孔質担体に、Ｒｕ、Ｐｔなどの貴金属やＮｉ、Ｆｅなどの卑金属を担持させた改質触媒を用いることができる。なお、改質触媒６ａは、改質ガス生成部６にて行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。
【００２９】
改質触媒６ａが、改質ガス生成部６から連通路３ａ，３ｂを通って気化部５へと落下しないように、改質ガス生成部６の内壁、仕切り部材３の表面、図示しない固定部材などに固定してもよく、固定しない場合には、燃料ガスおよび水蒸気が通過可能な程度の通気性を有し、改質触媒６ａが通過できないような部材で連通路３ａ，３ｂを覆うことが好ましい。
【００３０】
マニホールド２０の両側部中央に、燃料ガス供給管７が接続され、燃料ガス供給管７を通って供給される水素ガスを含む燃料ガスは、マニホールド２０から燃料電池セル１７それぞれに供給される。
【００３１】
セルスタック１８の両端部側には、燃料電池セル１７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、電流引き出し部を有する集電部材１９が配置されている。
【００３２】
また図１に示したセルスタック装置１においては、改質器１４とマニホールド２０とが、２本の燃料ガス供給管７により接続されていることから、改質器１４とマニホールド２０とを強固に接続することができる。
【００３３】
また、セルスタック装置１は、燃料電池セル１７の上端部側の燃焼領域では、発電に使用されなかった余剰の燃料ガスを燃焼させるように構成され、改質器１４の気化部５がこの燃焼領域に対向するように改質器１４が設けられている。
【００３４】
このように改質器１４を配置することで、燃焼領域で発生した燃焼熱によって改質器１４の気化部５の温度を上昇させることができる。それにより、改質器１４にて効率よく改質反応を行うことができる。
【００３５】
燃料電池セル１７の発電に伴い燃料電池セル１７（セルスタック１８）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１７間等から放熱されることとなる。
【００３６】
しかしながら、燃料電池セル１７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１８においては、セルスタック１８を構成する燃料電池セル１７の配列方向の端部に配置される燃料電池セル１７は放熱しやすいが、セルスタック１８を構成する燃料電池セル１７の配列方向の中央部側に配置される燃料電池セル１７は放熱しにくいため、セルスタック１８全体として、セル配列方向中央部側の温度が高く、配列方向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。
【００３７】
また、燃料電池セル１７の上端部側に燃焼領域を設け、燃料電池セル１７より排出される余剰の燃料ガスを燃焼させる構成では、燃料電池セル１７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。
【００３８】
ここで、図１に示したセルスタック装置１においては、水蒸気改質を行うための改質器１４をセルスタック１８の上方に配置していることから、改質器１４の気化部５が、セルスタック１８側に配置されることになる。原燃料および水は、気化部５の中央部に供給されるので、気化部５の中央部は両端部に比べて比較的温度が低くなる。改質器１４をセルスタック１８の上方に配置することで、セルスタック１８の中央部側（特には中央部側に位置する燃料電池セル１７の上端部側）の温度を低下させることができるので、セルスタック１８を構成する燃料電池セル１７の配列方向における温度分布を均一な分布に近づけることができる。また、燃料電池セル１７の上下方向における温度分布を均一な分布に近づけることができる。これにより、セルスタック１８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１を実現できる。
【００３９】
なお、図１においては、燃料電池セル１７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１７を例示している。
【００４０】
特に、燃料電池セル１７として固体酸化物形燃料電池セル１７を用いる場合にあっては、燃料電池セル１７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１７の配列方向における温度分布、燃料電池セル１７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。
【００４１】
ここで、上述したセルスタック装置１においては、セルスタック１８の中央部側（特には中央部側に位置する燃料電池セル１７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１８を構成する燃料電池セル１７の配列方向における温度分布や、燃料電池セル１７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１７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。
【００４２】
なお、燃料電池セル１７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、また支持体の表面に酸素側電極層、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。
【００４３】
図３は、本発明の第２実施形態であるセルスタック装置１が備える改質器１５の断面図である。第２実施形態は第１実施形態と改質器１５の構成が異なるのみで、他の構成は同様の構成である。よって、第２実施形態については、改質器１５の構成についてのみ説明し、他の構成の説明は省略する。
【００４４】
本実施形態では、気化部５に供給された原燃料が気化部５の両端部に向けて均等に流れるように調整するための調整部材４ａを備えている。調整部材４ａは、原燃料供給管４の気化部５側の先端に設けられる板状の部材、いわゆる邪魔板であり、原燃料供給管４の調整部材４ａ直前位置において管側壁に吹き出し孔４ｂを設けている。原燃料供給管４の軸線方向に沿って流れる原燃料は、調整部材４ａによって軸線方向とは略垂直な方向、すなわち容器体２の長手方向にその流れ方向が変更され、管側壁に設けられた吹き出し孔４ｂから容器体２両端部に向かって流すことができる。
【００４５】
調整部材４ａを設けることで、原燃料供給管４から供給される原燃料を、連通路３ａ，３ｂが設けられた両端部に向けて均等に流すことができ、改質ガス生成部６に両端側からそれぞれ流入する原燃料ガスおよび水蒸気の量を等しくすることができる。これにより、改質ガス生成部６において均一な改質反応を生じさせることができるので、改質ガス生成部６における温度分布を均一化することができる。
【００４６】
また、原燃料供給管４より供給される原燃料を、両端側に効率よく供給するにあたり、原燃料供給管４を気化部５内に突出するように設けることが好ましい。
【００４７】
なお、調整部材４ａとしては、上記ように邪魔板のほか、二又状の管など、反対方向に原燃料を流すことのできる部材を用いることができる。
【００４８】
調整部材４ａを設けるにあたり、吹き出し孔４ｂは、気化部５の底面と対向しないように設けられていることが好ましい。吹き出し孔４ｂが、気化部５の底面に対向し原燃料が底面に直接吹き付けるような場合、気化部５の一部の温度が急激に低下し、気化部５での気化効率が低下するおそれがある。また、特に改質器１５を燃料電池セル１７の上方に配置する場合には、温度が低下した底面に対向する位置の燃料電池セル１７の温度が急激に低下し、燃料電池セルの発電効率が低下するおそれがある。
【００４９】
吹き出し孔４ｂを、気化部５の底面と対向しないようにして設けることにより、気化部５の一部の温度が低下することを抑制でき、また改質器１５を燃料電池セル１７の上方に配置する場合に、気化部５の下方に位置する燃料電池セル１７の温度が急激に低下することを抑制することができる。
【００５０】
なお、調整部材４ａは、原燃料供給管４に直接接続される構成にはされず、たとえば仕切り部材３の下面から垂下して設けるような構成であってもよい。
【００５１】
図４は、本発明の第３実施形態であるセルスタック装置１が備える改質器１６の断面図である。第３実施形態は第１実施形態と改質器１６の構成が異なるのみで、他の構成は同様の構成である。よって、第３実施形態については、改質器１６の構成についてのみ説明し、他の構成の説明は省略する。
【００５２】
本実施形態において、改質器１６は、気化部５の両端部に、気化部５で生成された原燃料ガスを改質ガス生成部６へ流すための流れ方向調整部材８を備える。
【００５３】
流れ方向調整部材８は、気化部５の両端部において、容器体２の底部２ｆと、側部２ａ，２ｂとの接続部近傍に設けられ、底部２ｆおよび側部２ａ，２ｂに対して傾斜した傾斜面８ａを有している。
【００５４】
原燃料供給管４を通って気化部５に供給された原燃料は、底部２ｆの表面に沿って、中央部から両端部に向かって気化しながら流れる。この流れは、流れ方向に垂直な側部２ａ，２ｂに原燃料ガスが衝突することで、急激に上向きに方向が変わり、連通路３ａ，３ｂから改質ガス生成部６へと流入する。この急激な流れ方向の変化により、原燃料ガスおよび水蒸気が側部２ａ，２ｂ付近に滞留し、改質ガス生成部６への流入が妨げられたり、連通路３ａ，３ｂそれぞれから改質ガス生成部６へ流入する流入量が不均一になるおそれがある。原燃料の供給速度が比較的遅い場合は、原燃料ガスの流れ方向が緩やかに変化して改質ガス生成部６へと流入するが、供給速度が速くなると、このような不具合が発生する。
【００５５】
流れ方向調整部材８は、その傾斜面８ａにより、原燃料の供給速度が速い場合であっても、側部２ａ，２ｂ近傍において原燃料ガスの流れ方向を緩やかに変化させ、側部２ａ，２ｂ付近での滞留を防止し、改質ガス生成部６への両端部における均一な流入を実現する。
【００５６】
図５は、収納容器２３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第４の実施形態の燃料電池モジュール２２を示す外観斜視図である。なお、図５においては、改質器１４，１５，１６を収納容器２３の上壁の内面側に設けており、セルスタック装置１としては、改質器１４，１５，１６を取り外した状態を示している。
【００５７】
また、図５に示す燃料電池モジュール２２においては、収納容器２３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５においては改質器１４，１５，１６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、燃料電池モジュール２２を構成する収納容器２３について説明する。
【００５８】
図６は、燃料電池モジュール２２の一例を概略的に示す断面図であり、図７は図６で示す収納容器２３のうちの側面側および底面側を一部抜粋して示す外観斜視図である。
【００５９】
燃料電池モジュール２２を構成する収納容器２３では、外壁２４にて収納容器２３の外枠が形成され、内部に燃料電池セル１７（セルスタック１８）を収納する発電室３１が形成されている。
【００６０】
このような収納容器２３においては、セルスタック１８を構成する燃料電池セル１７の配列方向に沿う側部と、該側部に対向する収納容器２３の外壁２４との間に、空気や排ガスを流すための流路を備えている。
【００６１】
ここで、収納容器２３では、外壁２４の内側に所定間隔をあけて第１の壁２５が形成されており、第１の壁２５の内側に所定間隔をあけて第２の壁２６が配置されており、さらに第２の壁２６の内側に所定間隔をあけて第３の壁２７が配置されている。
【００６２】
それにより、外壁２４と第１の壁２５との間に形成された空間が第１の流路２８となり、第２の壁２６と第３の壁２７との間に形成された空間が第２の流路２９となり、第１の壁２５と第２の壁２６との間に形成された空間が第３の流路３０となる。
【００６３】
なお、図６に示した収納容器２３においては、第１の壁２５の上端部が第２の壁２６に接続されており、第２の壁２６が収納容器２３の上壁（外壁２４）と接続されており、第３の壁２７の上端部が第２の壁２６と接続されている。
【００６４】
また、収納容器２３の底部には、酸素含有ガス（空気）を収納容器２３内に供給するための空気供給管３２が接続されており、空気供給管３２より供給される空気は底部に設けられた空気導入部３８に流れる。空気導入部３８は空気導入口３９を介して第１の流路２８と連通しており、空気導入部３８を流れる空気は、空気導入口３９を通って、第１の流路２８に流入する。下部から流入した空気は第１の流路２８を上方に向けて流れ、第２の壁２６上部に設けられた空気流通口３３を通って、第２の流路２９に流入する。そして、上部から流入した空気は、第２の流路２９を下方に向けて流れ、第３の壁２７下部に設けられた空気供給口３４を通って、発電室３１内に供給される。
【００６５】
一方、燃料電池セル１７より排出される排ガスや、燃料電池セル１７の上端部の燃焼領域１７ａ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２６上部で空気流通口３３の下方に設けられた排ガス流通口３５を通って第３の流路３０に流入する。そして、上部から流入した排ガスは、第３の流路３０を下方に向けて流れ、下部に設けられた排ガス収集口４１を通って、底部に、空気供給管３２に隣接して設けられる排ガス収集部４０に流入し、排ガス収集部４０に連接された排ガス排気管３６（図５参照）を通って収納容器２３の外部に排気される。
【００６６】
空気供給管３２より供給される空気は、空気導入部３８を流れる間に、排ガス収集部４０を流れる排ガスと熱交換され、第１の流路２８を流れる間に、第３の流路３０を流れる排ガスと熱交換され、第２の流路２９を流れる間に、第３の流路３０を流れる排ガスと発電室３１とで熱交換されることとなる。
【００６７】
それにより、効率よく空気の温度を高めることができ、加熱された空気を燃料電池セル１７に供給できることから、燃料電池セル１７の発電効率を向上することができる。
【００６８】
また、燃料電池モジュール２２を、燃料電池セル１７の燃焼領域１７ａで余剰の燃料ガスを燃焼させる構成とすることで、余剰の燃料ガスが燃焼することにより生じる燃焼熱にて改質器１４，１５，１６の温度を上昇させることができる。それにより、改質器１４，１５，１６にて効率よく改質反応を行うことができる。
【００６９】
図７には、空気流通口３３および排ガス流通口３５を複数個設けている例を示している。このような構成とすることで第１の流路２８を流れる空気は、効率よく第２の流路２９に流れて発電室３１内に供給される。また発電室３１内の排ガスは、効率よく第３の流路３０を流れて、収納容器２３の外部に排気することができる。
【００７０】
なお、セルスタック１８（燃料電池セル１７）の両側面側に配置されている断熱材３７には、空気供給口３４に対応して、空気を燃料電池セル１７側に流すための孔が設けられている。
【００７１】
そして空気供給口３４より発電室３１内に供給された空気は、燃料電池セル１７の下端部側から上端部側に向けて流れ、その一部は、燃料電池セル１７の間に配置される集電部材の内部を下端部側から上端部側へと向けて流れることとなり、効率よく燃料電池セル１７の発電を行うことができる。
【００７２】
なお、断熱材３７は、収納容器２３内の熱が極端な放熱によって、燃料電池セル１７（セルスタック１８）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２０の底部と、燃料電池セル１７（セルスタック１８）の両側面側と、収納容器２３の上壁（外壁２４）と改質器１４，１５，１６との間とに設けている例を示している。すなわち、改質器１４，１５，１６は断熱材３７を介して収納容器２３の上壁（外壁２４）の内面と接続されている。
【００７３】
なお、図６においては一列のセルスタック１８を有するセルスタック装置１を発電室３１内に収納した例を示しており、この場合、燃料電池セル１７の両側面側より空気が導入されることとなる。
【００７４】
また、図６において、空気供給管３２と排ガス排気管３６とがそれぞれ位置をずらして設けた例を示したが、空気供給管３２の内部に排ガス排気管３６が位置するように設けることもできる。
【００７５】
図８は、本発明の第５の実施形態である燃料電池装置１２０を示す斜視図である。なお、図８においては一部の構成を省略して示している。
【００７６】
図８に示すように、燃料電池装置１２０は、支柱１２１と外装板１２２とから構成される外装ケース内を仕切板１２３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２２を収納するモジュール収納室１２４とし、下方側を燃料電池モジュールを作動させるための補機を収納する補機収納室１２５として構成されている。なお、補機収納室１２５に収納する補機は、省略している。
【００７７】
また、仕切板１２３には、補機収納室１２５の空気をモジュール収納室１２４側に流すための空気流通口１２６が設けられており、モジュール収納室１２４を構成する外装板１２２の一部に、モジュール収納室１２４内の空気を排気するための排気口１２７が設けられている。
【００７８】
このような燃料電池装置１２０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２２をモジュール収納室１２４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１２０とすることができる。
【００７９】
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。
【００８０】
たとえば、収納容器２３に収納するセルスタック装置１として、上記では燃料電池セル１７を複数個配列したセルスタック１８をマニホールド２０上に１つだけ配置した例を示したが、マニホールド２０上にセルスタック１８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１８の側面側に位置する空気供給口３４より燃料電池セル１７に空気が供給されることとなる。
【００８１】
またたとえば、収納容器２３は、外壁２４と第１の壁２５との間に第１の流路２８を形成し、第２の壁２６と第３の壁２７との間に第２の流路２９を形成し、第１の壁２５と第２の壁２６との間に第３の流路３０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る。
【符号の説明】
【００８２】
１  セルスタック装置
２  容器体
３  仕切り部材
４  原燃料供給管
４ａ  調整部材
５  気化部
６  改質ガス生成部
６ａ  改質触媒
７  燃料ガス供給管
８  方向調整部材
８ａ  傾斜面
１４，１５，１６  改質器
１７  燃料電池セル
１７ａ  燃焼領域
１８  セルスタック
１９  集電部材
２０  マニホールド
２２  燃料電池モジュール
２３  収納容器
１２０  燃料電池装置
【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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