(57)【要約】【課題】発電停止時におけるセルスタックの酸化を抑えつつも、設備コストを抑える。【解決手段】燃料電池モジュールＭは、圧力容器１０と、圧力容器内に配置され、酸素を含む酸化剤ガスと水素との反応で発電するセルを有し、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する改質能を有する触媒を含むセルスタック１０１と、炭化水素を含む燃料ガスをセルスタックに供給する燃料ガス供給配管３１０と、圧力容器内であってセルスタックの外側に配置されている断熱材１６と、断熱材中に配置され、セルスタックの放熱による熱で液体水から水蒸気を生成し、水蒸気を燃料ガス供給配管３１０に送る気化器４０と、を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器と、
前記圧力容器内に配置され、酸素を含む酸化剤ガスと水素との反応で発電するセルを有し、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する改質能を有する触媒を含むセルスタックと、
炭化水素を含む燃料ガスを前記セルスタックに供給する燃料ガス供給配管と、
前記圧力容器内であって前記セルスタックの外側に配置されている断熱材と、
前記断熱材から受熱できるよう前記圧力容器内に配置され、前記セルスタックの放熱により液体水から水蒸気を生成し、該水蒸気を前記燃料ガス供給配管に送る気化器と、
を備えていることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記気化器は、前記断熱材内部に配置された伝熱管であることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記圧力容器内に配置され、前記気化器から前記燃料ガス供給配管中に送られる水蒸気内に含まれている液滴を分離して排出するセパレータを備えている、
ことを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールと、
前記気化器に液体水を供給する停止時水供給ラインと、
を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムと、
前記セルスタックによる発電の停止時に前記停止時水供給ラインの流路を開ける停止時水供給機構を備えている、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の燃料電池システムにおいて、
前記気化器と該気化器の上流側と該気化器の下流側とのうちのいずれかに、前記燃料ガスを供給する停止時燃料ガス供給ラインと、
前記セルスタックによる発電の停止時に前記停止時燃料ガス供給ラインの流路を開ける停止時燃料ガス供給機構と、
を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池モジュールは、前記燃料ガス供給配管から前記セルスタックに供給され、該セルスタックを通った燃料ガスである排燃料ガスを前記圧力容器外に排出する排燃料ガス配管を有し、
前記排燃料ガスの少なくとも一部を前記燃料ガス供給配管に戻す再循環ラインを備えている、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素を含む燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池モジュール、及びこれを備えている燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、低公害で発電効率が高いため、近年、各種分野での利用が期待されている。この燃料電池システムの構成要素である燃料電池モジュールは、炭化水素を含む燃料ガスと空気とを用いて発電を行うセルスタックの束と、このセルスタック束全体を覆う圧力容器とを備えている。
【０００３】
ところで、燃料電池システムでは、電力負荷系統との電気的接続が断たれる電源喪失を伴うトリップ等で、燃料電池モジュールでの発電が停止した場合、セルスタックが酸化して損傷する。そこで、例えば、特許文献１に記載の技術では、セルスタックに還元性ガスに供給することで、セルスタックの酸化による損傷を防いでいる。具体的に、特許文献１に記載の技術では、液体水を水蒸気にする気化器、水蒸気等から水素を生成する外部改質器、及びこれらを加熱するためのバーナを設け、発電の停止時に水素を還元性ガスとしてセルスタックに供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８０１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の技術では、トリップ後に気化器を起動してセルスタックに水蒸気を供給するまでに長い時間を要する。具体的に、セルスタックまでの配管中でのドレン発生を抑制するため、この配管を水蒸気の凝縮温度以上に余熱するなど供給開始前の準備が必要である。よって、上記特許文献１に記載の技術では、上記特許文献１に記載の技術では、トリップ後に気化器を起動してセルスタックに水蒸気を供給するまでに、３０分から１時間ほどの時間を要すると考えられる。一方、トリップ等で燃料電池モジュールでの発電が停止した場合、セルスタックの酸化を抑制するためには、長くても数分しか許容されない。
【０００６】
よって、上記特許文献１に記載の技術では、電源喪失を伴うトリップ等で、燃料電池モジュールでの発電が停止した場合、セルスタックの酸化を抑制できない、という課題を持つ。さらに、上記特許文献１に記載の技術では、トリップ時に還元性ガスを供給するために多数の機器等が必要であり、設備コストがかさむ、という課題を持つ。
【０００７】
そこで、本発明は、発電停止時におけるセルスタックの酸化を抑えつつも、設備コストを抑えることのできる燃料電池モジュール、及びこれを備えている燃料電池システム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】
【０００８】
上記問題点を解決するための発明の一態様としての燃料電池モジュールは、
圧力容器と、前記圧力容器内に配置され、酸素を含む酸化剤ガスと水素との反応で発電するセルを有し、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する改質能を有する触媒を含むセルスタックと、炭化水素を含む燃料ガスを前記セルスタックに供給する燃料ガス供給配管と、前記圧力容器内であって前記セルスタックの外側に配置されている断熱材と、前記断熱材から受熱できるよう前記圧力容器内に配置され、前記セルスタックの放熱により液体水から水蒸気を生成し、該水蒸気を前記燃料ガス供給配管に送る気化器と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
当該燃料電池モジュールでは、電源喪失等によるトリップ時等で、セルスタックでの発電が停止したときには、断熱材からの熱を受ける気化器で生成された水蒸気が燃料ガス供給配管を介してセルスタックに供給される。このセルスタックは、水蒸気等から水素を生成する改質能を有しているので、水蒸気等から水素を生成することができる。よって、当該燃料電池モジュールでは、セルスタックの環境を還元雰囲気にすることができ、セルスタックの酸化による損傷を抑えることができる。
【００１０】
また、当該燃料電池モジュールでは、セルスタックから放熱による熱を受けた断熱材からの熱で、気化器が液体水から水蒸気を生成するので、加熱用のバーナやバーナ制御用の電源が不要である。すなわち、当該燃料電池モジュールでは、セルスタックでの発電が停止してときに、バーナやバーナ制御用の電源を使わずにセルスタックに水蒸気を供給することができる。さらに、当該燃料電池モジュールのセルスタックは、前述したように、水蒸気等から水素を生成する改質能があるため、別途、改質器を設ける必要がない。よって、当該燃料電池モジュールによれば、多数の機器を設けなくても、セルスタックの酸化を抑えることができるので、設備コストを抑えることができる。また、液体水から水蒸気を生成するために、別途、ボイラー等を設ける場合に比べて、既に、加熱されている気化器に液体水を供給して、ここで水蒸気を発生させているので、セルスタックでの発電停止から極めて短時間のうちにセルスタックに水蒸気を供給することができる。
【００１１】
また、燃料電池モジュールの定常運転時における圧力容器内は、数百度以上の高温雰囲気になる。しかし、当該燃料電池モジュールでは、気化器を断熱材内に配置しておけば、このような高温雰囲気下に気化器が晒されることがなく、気化器に作用する起動停止の繰り返しによる高温クリープ等の熱的ダメージを軽減して、気化器の耐久性を向上させることができる。
【００１２】
さらに、当該燃料電池モジュールでは、気化器を断熱材内に配置しておけば、圧力容器内に新たに気化器専用の設置スペースを確保する必要が無く、気化器の導入に伴う燃料電池モジュールの大型化を抑えることができる。
【００１３】
ここで、前記燃料電池モジュールにおいて、前記気化器は、前記断熱材内部に配置された伝熱管であることが望ましい。
【００１４】
当該燃料電池モジュールでは、伝熱管の断面寸法や、断熱材からの熱を受けられるように管長さ寸法等を変更することで、簡単に発生する水蒸気量を調整することができ、燃料電池モジュールに装備されるセル集合体の数量の増減に伴う供給水蒸気量の変更に迅速かつ簡単に対応することができる。また、気化器の構造が単純で済むため、低コストで必要な水蒸気発生量の気化器を備えることができる。
【００１５】
また、以上のいずれかの燃料電池モジュールにおいて、前記圧力容器内に配置され、前記気化器から前記燃料ガス供給配管中に送られる水蒸気内に含まれている液滴を分離して排出するセパレータを備えていてもよい。
【００１６】
当該燃料電池モジュールでは、気化器の出口に接続されたセパレータによって、気化器からの水蒸気中に含まれている液滴が排除されるため、燃料ガス供給配管を介してセルスタックに液滴が混入することを抑えることができる。
【００１７】
上記問題点を解決するための発明の一態様としての燃料電池システムは、
以上のいずれかの燃料電池モジュールと、前記気化器に液体水を供給する停止時水供給ラインと、を備えていることを特徴とする。この場合、前記セルスタックによる発電の停止時に前記停止時水供給ラインの流路を開ける停止時水供給弁を備えていてもよい。
【００１８】
当該燃料電池システムでは、セルスタックによる発電の停止時に、気化器への液体水の供給を確保することができる。
【００１９】
ここで、前記燃料電池システムにおいて、前記気化器と該気化器の上流側と該気化器の下流側とのうちのいずれかに、前記燃料ガスを供給する停止時燃料ガス供給ラインと、前記セルスタックによる発電の停止時に前記停止時燃料ガス供給ラインの流路を開ける停止時燃料ガス供給機構と、を備えていてもよい。
【００２０】
当該電療電池システムでは、前記セルスタックによる発電の停止時にセルスタックへ燃料ガスが供給されてなくなる場合でも、気化器を介してセルスタックへ燃料ガスを供給することができる。この結果、当該電療電池システムでは、前記セルスタックによる発電の停止時にセルスタックへ燃料ガスが供給されてなくなる場合でも、炭化水素を含む燃料ガスと水蒸気とから水素を生成することができる。
【００２１】
また、以上のいずれかの燃料電池システムにおいて、前記燃料電池モジュールは、前記燃料ガス供給配管から前記セルスタックに供給され、該セルスタックを通った燃料ガスである排燃料ガスを前記圧力容器外に排出する排燃料ガス配管を有し、前記排燃料ガスの少なくとも一部を前記燃料ガス供給配管に戻す再循環ラインを備えていてもよい。
【００２２】
セルスタックでは、前述したように、燃料ガスの改質で得られた水素と酸化剤ガス中に含まれている酸素との反応で、水蒸気が生成される。この水蒸気等は、改質されなかった燃料ガスと混ざって排燃料ガスとして、排燃料ガスラインに流出する。当該燃料電池システムでは、排燃料ガスライン中の排燃料ガスは、その一部が再循環ラインに流れ込み、燃料ガス供給配管に戻されて、再び、セルスタックに供給される。このため、当該燃料電池システムでは、水素を生成するために必要な水蒸気を自給することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、発電停止時におけるセルスタックの酸化を抑えつつも、設備コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る第一実施形態における燃料電池システムの系統図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態におけるセルスタックの要部断面図である。
【図３】本発明に係る第一実施形態におけるカートリッジの断面図である。
【図４】本発明に係る第二実施形態におけるカートリッジの断面図である。
【図５】本発明に係る実施形態の変形例における気化器の要部斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る燃料電池システムの各種実施形態及び変形例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
「第一実施形態」
本発明に係る燃料電池システムの第一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００２７】
本実施形態の燃料電池システムは、図１に示すように、酸素を含む酸化剤ガスＯ１と燃料ガスＦ１とを用いて発電を行う燃料電池モジュールＭと、この燃料電池モジュールＭに接続されている各種ライン３１〜３７と、を備えている。
【００２８】
各種ライン３１〜３７としては、燃料ガス供給源１からの燃料ガスＦ１を燃料電池モジュールＭに供給する燃料ガス供給ライン３１と、燃料電池モジュールＭを通過した燃料ガスである排燃料ガスＦ２を外部に排出する排燃料ガスライン３２と、排燃料ガスライン３２中の排燃料ガスＦ２の一部を燃料ガス供給ライン３１に戻す再循環ライン３６と、酸化剤ガス供給源３からの酸化剤ガスＯ１を燃料電池モジュールＭに供給する酸化剤ガス供給ライン３３と、燃料電池モジュールＭを通過した酸化剤ガスである排酸化剤ガスＯ２を外部に排出する排酸化剤ガスライン３４と、水供給源５からの液体水を燃料電池モジュールＭに供給する停止時水供給ライン３５と、燃料ガス供給ライン３１から分岐して、燃料ガス供給ライン３１中の燃料ガスＦ１を停止時水供給ライン３５に導く停止時燃料ガス供給ライン３７と、を有している。
【００２９】
燃料ガス供給ライン３１中で、停止時燃料ガス供給ライン３７の分岐部分と燃料電池モジュールＭとの間には、燃料ガス供給機構としての燃料ガス供給弁４１が設けられている。停止時水供給ライン３５中で、停止時燃料ガス供給ライン３７との合流部分と水供給源５との間には、停止時水供給機構としての停止時水供給弁４５が設けられている。さらに、停止時水供給ライン３５中で、停止時燃料ガス供給ライン３７との合流部分と燃料電池モジュールＭとの間には、燃料ガスＦ１と液体水とを混合する混合器４８が設けられている。停止時燃料ガス供給ライン３７には、停止時燃料ガス供給機構としての停止時燃料ガス供給弁４７が設けられている。再循環ライン３６には、排燃料ガスライン３２中の排燃料ガスＦ２の一部を燃料ガス供給ライン３１に戻すために排燃料ガスＦ２を昇圧する排燃料ガス圧縮機４６が設けられている。
【００３０】
燃料ガス供給弁４１、停止時水供給弁４５及び停止時燃料ガス供給弁４７は、いずれも、外部からの指示で弁体を駆動する駆動部を有している。この駆動部は、電力の供給を受けて駆動する空気圧縮機からの圧縮空気で弁体を駆動する空気駆動式、電力で弁体を駆動する電動式、電力の供給を受けて駆動する油ポンプからの油で駆動する油圧式等、いずれも方式のものでもよい。但し、燃料ガス供給弁４１は、燃料電池モジュールＭが発電している運転状態では基本的に開いているが、外部から弁閉の制御信号が入力したときや電源喪失したときに閉じる弁である。一方、停止時水供給弁４５及び停止時燃料ガス供給弁４７は、燃料電池モジュールＭが発電している運転状態では基本的に閉じているが、外部から弁開の制御信号が入力したときや電源喪失したときに開く弁である。このため、燃料電池モジュールＭが発電している運転状態では、停止時水供給ライン３５から液体水や停止時燃料ガス供給ライン３７からの燃料ガスＦ１は燃料電池モジュールＭに供給されない。
【００３１】
燃料電池モジュールＭは、酸化剤ガスＦ１と燃料ガスＯ１とを用いて発電を行う複数のセルスタックの束である複数のカートリッジ２０１と、複数のカートリッジ２０１が収納される円筒形状の圧力容器１０と、圧力容器１０内に配置され複数のカートリッジ２０１の外周を覆う断熱材１６と、セルスタック１０１からの放熱で液体水から水蒸気を生成する気化器４０と、気化器４０からの水蒸気中の液滴を除去するセパレータ５０と、各種配管と、を備えている。
【００３２】
配管としては、燃料ガス供給ライン３１からの燃料ガスＦ１を各カートリッジ２０１に導く燃料ガス供給配管３１０と、各カートリッジ２０１を通過した排燃料ガスＦ２を排燃料ガスライン３２に導く排燃料ガス配管３２０と、酸化剤ガス供給ライン３３からの酸化剤ガスＯ１を各カートリッジ２０１に導く酸化剤ガス供給配管３３０と、各カートリッジ２０１を通過した排酸化剤ガスＯ２を排酸化剤ガスライン３４に導く排酸化剤ガス配管３４０とがある。さらに、配管として、停止時水供給ライン３５からの液体水等を気化器４０に導く停止時水供給配管３５０と、気化器４０からの水蒸気等を燃料ガス供給配管３１０に導く水蒸気配管３６０と、セパレータ５０で除去された液滴の集まりである凝縮水を圧力容器１０外に排出するドレン配管３７０とがある。
【００３３】
燃料ガスＦ１としては、例えば、水素、一酸化炭素、メタン等の炭化水素系ガス、石炭等の炭素質原料のガス化により得られた炭化水素を含むガス、又は、これらの２以上の成分を含むガス等が利用される。また、酸化剤ガスＯ１としては、例えば、酸素を１５〜３０vol％含むガス等が利用される。代表的な酸化剤ガスとしては、空気であるが、燃焼排気ガスと空気との混合ガスや、酸素と空気との混合ガスを利用してもよい。
【００３４】
圧力容器１０は、例えば、内部の圧力が０．１ＭＰａ〜約５ＭＰa、内部の温度が大気温度〜約５５０℃で運用される。このため、この圧力容器１０は、耐圧性を考慮して、円筒形状の胴部１１と、胴部１１の中心軸方向における両端部に形成されている半球状の鏡部１２とを有している。この圧力容器１０は、全体として円筒形状を成し、その容器中心軸が上下方向に延びるよう設置されている。また、この圧力容器１０は、耐圧性と共に、酸化剤ガスＯ１中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性も要求されるため、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス系材で形成されている。
【００３５】
カートリッジ２０１は、前述したように、複数のセルスタックの束で構成されている。図２に示すように、セル集合体であるセルスタック１０１は、円筒形状（又は管形状）の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に形成されている複数の燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されているインターコネクタ１０７とを有する。燃料電池セル１０５は、燃料極１１２と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層して、基体管１０３の外周面に沿う環状に形成されている。セルスタック１０１は、さらに、基体管１０３の外周面に形成されている複数の燃料電池セル１０５のうちで、基体管１０３の軸方向において最も端に形成されている燃料電池セル１０５の空気極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されているリード膜１１５を有する。
【００３６】
本実施形態では、この円筒形状（又は管形状）のセルスタック１０１の内周側に燃料ガスＦ１が通り、外周側に酸化剤ガスＯ１が通る。
【００３７】
基体管１０３は、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、ＭｇＡｌ２Ｏ４等のいずれかで形成されている多孔質体である。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持する役目を担っている。さらに、この基体管１０３は、内周側に供給された燃料ガスＦ１を基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料電池セル１０５に拡散させる役目も担っている。
【００３８】
燃料極１１２は、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺ等、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で形成されている。この場合、燃料極１１２は、燃料極１１２の成分であるＮｉが燃料ガスＦ１に対して触媒として作用する。この触媒としての作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガスＦ１中に、例えば、メタン（ＣＨ４）等の炭化水素と水蒸気とが含まれている場合、これら相互を反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質する作用である。
【００３９】
空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で形成されている。この空気極１１３は、固体電解質１１１との界面付近において、供給される酸化剤ガスＯ１中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２−）を生成する。
【００４０】
固体電解質１１１は、例えば、主としてＹＳＺで形成されている。このＹＳＺは、ガスを通しにくい気密性と、高温下での高い酸素イオン導電性とを有している。この固体電解質１１１は、空気極１１３で生成された酸素イオン（Ｏ２−）を燃料極１１２に移動させる。
【００４１】
前述の燃料極１１２では、固体電解質１１１との界面付近において、改質により得られた水素（H２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１から供給された酸素イオン（Ｏ２−）とが反応し、水蒸気（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）が生成される。この燃料電池セル１０５では、この反応過程で酸素イオンから電子が放出されて、発電が行われる。
【００４２】
インターコネクタ１０７は、例えば、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物で形成されている。このインターコネクタ１０７は、燃料ガスＦ１Ｆｏと酸化剤ガスＯ１Ｏｏとが混合しないように緻密な膜で、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した電気導電性を有する。このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１１２とを電気的に接続する。つまり、このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５同士を電気的に直列接続する。
【００４３】
リード膜１１５は、電子伝導性を有すること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材で形成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタ１０７により電気的に直列接続されている複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出する役目を担っている。
【００４４】
カートリッジ２０１は、図３に示すように、複数のセルスタック１０１と、複数のセルスタック１０１の束の一方の端部を覆う第一カートリッジヘッダ２２０ａと、複数のセルスタック１０１の束の他方の端部を覆う第二カートリッジヘッダ２２０ｂと、を有している。複数のセルスタック１０１は、互いに平行で且つその長手方向における互いの位置が揃って、全体として長方形状又は円柱形状を成している。また、第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂは、長方形状又は円柱形状を成している複数のセルスタック１０１の束の外径よりわずかに大きな外径の長方形状又は円筒形状を成している。このため、カートリッジ２０１は、全体として、セルスタック１０１の長手方向に長い長方形状又は円柱形状を成している。
【００４５】
第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂは、いずれも、複数のセルスタック１０１の束の端部が開口２２８から内部に入り込む角筒形状又は円筒形状のケーシング２２９ａ，２２９ｂと、ケーシング２２９ａ，２２９ｂの開口２２８を塞ぐ仕切断熱板２２７ａ，２２７ｂと、ケーシング２２９ａ，２２９ｂの内部空間をセルスタック１０１の長手方向で２つの空間に仕切る管板２２５ａ，２２５ｂと、を有している。管板２２５ａ，２２５ｂ等は、高温耐久性のある金属材料で形成されている。管板２２５ａ，２２５ｂ及び仕切断熱板２２７ａ，２２７ｂには、複数のセルスタック１０１の端部のそれぞれが挿通可能な貫通孔が形成されている。管板２２５ａ，２２５ｂは、その貫通孔に挿通されたセルスタック１０１の端部をシール部材又は接着剤２３７を介して気密状態で支持する。このため、この管板２２５ａ，２２５ｂには貫通孔が形成されているものの、この管板２２５ａ，２２５ｂを基準にしてケーシング２２９ａ，２２９ｂ内の一方の空間に対する他方の空間の気密性が確保されている。仕切断熱板２２７ａ，２２７ｂの貫通孔の内径は、ここに挿通されるセルスタック１０１の外径よりも大きく形成されている。つまり、仕切断熱板２２７ａ，２２７ｂの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されたセルスタック１０１の外周面との間には隙間２３５ａ，２３５ｂが存在する。
【００４６】
第一カートリッジヘッダ２２０ａのケーシング２２９ａと管板２２５ａとで形成されている空間は、燃料ガスＦ１が供給される燃料ガス供給室２１７を形成している。このケーシング２２９ａには、燃料ガス供給配管３１０からの燃料ガスＦ１を燃料ガス供給室２１７に導くための燃料ガス供給孔２３１ａが形成されている。この燃料ガス供給室２１７内には、複数のセルスタック１０１における基体管１０３の端部が位置し、ここで開放している。燃料ガス供給配管３１０から燃料ガス供給室２１７に導かれた燃料ガスＦ１は、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に流れ込む。この際、燃料ガスＦ１は、燃料ガス供給室２１７により、複数のセルスタック１０１の各基体管１０３に対してほぼ均等流量に配分される。このため、複数のセルスタック１０１における各発電量の均一化を図ることができる。
【００４７】
第二カートリッジヘッダ２２０ｂのケーシング２２９ｂと管板２２５ｂとで形成されている空間は、セルスタック１０１の基体管１０３内を通過した排燃料ガスＦ２が流れ込む燃料ガス排出室２１９を形成している。このケーシング２２９ｂには、燃料ガス排出室２１９に流れ込んだ排燃料ガスＦ２を排燃料ガス配管３２０に導くための燃料ガス排出孔２３１ｂが形成されている。この燃料ガス排出室２１９内には、複数のセルスタック１０１における基体管１０３の端部が位置し、ここで開放している。複数のセルスタック１０１の各基体管１０３内を通過した排燃料ガスＦ２は、前述したように、燃料ガス排出室２１９に流入した後、排燃料ガス配管３２０を通って、圧力容器１０外へ排出される。
【００４８】
第二カートリッジヘッダ２２０ｂのケーシング２２９ｂと仕切断熱板２２７ｂと管板２２５ｂとで形成されている空間は、酸化剤ガス供給室２１６を形成している。このケーシング２２９ｂには、酸化剤ガス供給配管３３０からの酸化剤ガスＯ１を酸化剤ガス供給室２１６に導くための酸化剤ガス供給孔２３３ｂが形成されている。この酸化剤ガス供給室２１６内に導かれた酸化剤ガスＯ１は、仕切断熱板２２７ｂの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されているセルスタック１０１の外周面との間の隙間２３５ｂから、第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間の発電室２１５へと流出する。
【００４９】
第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間の発電室２１５には、複数のセルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置されている。このため、この発電室２１５では、燃料ガスＦ１と酸化剤ガスＯ１とが電気化学的反応して、発電が行われる。なお、この発電室２１５で、セルスタック１０１の長手方向における中央部付近の温度は、燃料電池モジュールＭの定常運転時に、およそ７００℃〜１１００℃の高温雰囲気になる。また、この発電室２１５は、第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間であって、外周側が断熱材１６で囲まれた空間である。
【００５０】
第一カートリッジヘッダ２２０ａのケーシング２２９ａと仕切断熱板２２７ａと管板２２５ａとで形成されている空間は、発電室２１５を通った排酸化剤ガスＯ２が流入する酸化剤ガス排出室２１８を形成している。このケーシング２２９ａには、酸化剤ガス排出室２１８に流れ込んだ排酸化剤ガスＯ２を排酸化剤ガス配管３４０に導くための酸化剤ガス排出孔２３３ａが形成されている。発電室２１５中の酸化剤ガスＯ１は、仕切断熱板２２７ａの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されているセルスタック１０１の外周面との間の隙間２３５ａから酸化剤ガス排出室２１８内に流入した後、排酸化剤ガスＯ２として排酸化剤ガス配管３４０を通って、圧力容器１０外へ排出される。
【００５１】
発電室２１５の高温化に伴って、各カートリッジヘッダ２２０ａ，２２０ｂの管板２２５ａ，２２５ｂが高温化する。第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂの仕切断熱板２２７ａ，２２７ｂは、この管板２２５ａ，２２５ｂが高温のガスに晒されることによる強度低下や高湿下で酸化剤ガスＯ１中に含まれている酸化剤による腐食を抑える。さらに、この仕切断熱板２２７ａ，２２７ｂは、管板２２５ａ，２２５ｂの熱変形も抑える。
【００５２】
前述したように、発電室２１５中の酸化剤ガスＯ１と、この発電室２１５に配置されている複数のセルスタック１０１の内側を通る燃料ガスＦ１とは、セルスタック１０１における複数の燃料電池セル１０５で電気化学反応する。この結果、複数の燃料電池セル１０５で発電が行われる。
【００５３】
複数の燃料電池セル１０５での発電で得られた直流電流は、複数の燃料電池セル１０５相互間に設けられているインターコネクタ１０７を経て、セルスタック１０１の端部側へ流れ、このセルスタック１０１のリード膜１１５に流れ込む。そして、この直流電流は、リード膜１１５から、集電板（不図示）を介して、カートリッジ２０１の集電棒（不図示）に流れ、カートリッジ２０１外部へ取り出される。複数の集電棒は、互いに直列及び／又は並列接続されている。集電棒のうち、最も下流側の集電棒は、例えば、図示されていないインバータに接続されている。カートリッジ２０１外部に取り出された直流電流は、直列及び／又は並列接続されている複数の集電棒を経て、例えば、インバータに流れ、ここで交流電流に変換された後、遮断器（不図示）を介して、例えば、系統電力負荷へと供給される。
【００５４】
セルスタック１０１の内周側を流れる燃料ガスＦ１とセルスタック１０１の外周側を流れる酸化剤ガスＯ１とは、このセルスタック１０１を介して熱交換する。この結果、燃料ガスＦ１は、酸化剤ガスＯ１により加熱され、酸化剤ガスＯ１は、逆に燃料ガスＦ１により冷却される。本実施形態では、これら燃料ガスＦ１と酸化剤ガスＯ１とがセルスタック１０１の内周側と外周側とを対向して流れる。このため、燃料ガスＦ１と酸化剤ガスＯ１との熱交換率が高まり、セルスタック１０１の上部において、燃料ガスによる酸化剤ガスの冷却効率、及び、セルスタック１０１の下部において、酸化剤ガスによる燃料ガスの冷却効率が高まる。よって、本実施形態において、酸化剤ガスＯ１は、第一カートリッジヘッダ２２０ａを形成する管板２２５ａ等が座屈変形等しない温度に冷却されてから、排酸化剤ガスＯ２として、この第一カートリッジヘッダ２２０ａの酸化剤ガス排出室２１８に流れ込む。また、本実施形態において、燃料ガスＦ１は、セルスタック１０１の下部で酸化剤ガスと熱交換するので、発電室２１５内のセルスタック１０１内で、ヒータ等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温される。
【００５５】
なお、本実施形態では、燃料ガスＦ１と酸化剤ガスＯ１とがセルスタック１０１の内周側と外周側とを対向して流れる、つまり燃料ガスＦ１と酸化剤ガスＯ１とが逆向きに流れるが、必ずしもこの必要はなく、例えば、燃料ガスＦ１と酸化剤ガスＯ１とがセルスタック１０１の内周側と外周側で同じ向きに流れてもよいし、酸化剤ガスＯ１が燃料ガスＦ１の流れに対して直交する方向に流れてもよい。
【００５６】
本実施形態において、各カートリッジ２０１の発電室２１５の外周を囲う断熱材１６は、圧力容器１０の内側で、隣接するカートリッジ２０１間の隙間を埋めるように装備されている。この断熱材１６は、例えば、アルミナシリカ系の材料で形成されている。
【００５７】
気化器４０は、断熱材１６からの熱を受けられる位置に配置されている。具体的に、気化器４０は、断熱材１６内に配置されている。この気化器４０は、セルスタック１０１からの放熱で停止時水供給配管３５０からの液体水を加熱して水蒸気を生成し、水蒸気配管３６０を介して、この水蒸気を燃料ガス供給配管３１０に送る。この燃料ガス供給配管３１０は、先に説明したように、燃料ガスＦ１をセルスタック１０１の基体管１０３内に供給する配管である。すなわち、気化器４０は、セルスタック１０１からの熱で生成した水蒸気を、セルスタック１０１の基体管１０３内に供給する。
【００５８】
本実施形態における気化器４０は、断熱材１６からの熱を受けられる位置に配置されて伝熱管４００である。具体的に、この伝熱管４００は、断熱材１６内に配置されている。伝熱管４００は、適当なスパンで折り返す多パス形状を成すことが伝熱面積を拡大するために望ましい。多パス形状の伝熱管４００中で隣り合っている部分相互間は、図示はしていないが、ブラケット等で相互に連結されることによって、断熱材１６内における伝熱管４００の多パス形状が維持される。なお、伝熱管４００における折り返しスパンの方向は、容器中心軸と平行な方向でもよいが、この容器中心軸に垂直な方向でも、傾斜した方向でもよい。
【００５９】
次に、以上で説明した燃料電池システムの動作について説明する。
【００６０】
燃料電池モジュールＭが発電している運転状態では、前述したように、停止時水供給弁４５及び停止時燃料ガス供給弁４７が閉じており、停止時水供給ライン３５から液体水や停止時燃料ガス供給ライン３７からの燃料ガスＦ１は燃料電池モジュールＭに供給されない。一方、燃料ガス供給弁４１は開いている。このため、燃料ガス供給源１からの燃料ガスＦ１は、燃料ガス供給ライン３１を介して、燃料電池モジュールＭの燃料ガス供給配管３１０に供給される。この燃料ガスＦ１は、カートリッジ２０１の燃料ガス供給室２１７を介して、カートリッジ２０１の複数のセルスタック１０１の内周側、つまり基体管１０３内に流入する。また、この燃料電池モジュールＭには、酸化剤ガス供給源３からの酸化剤ガスＯ１が酸化剤ガス供給ライン３３を介して、この燃料電池モジュールＭの酸化剤ガス供給配管３３０に供給される。この酸化剤ガスＯ１は、カートリッジ２０１の酸化剤ガス供給室２１６を介して、カートリッジ２０１の複数のセルスタック１０１の外周側の空間に流入する。セルスタック１０１では、前述したように、このセルスタック１０１の内周側を流れる燃料ガスＦ１と外周側を流れる酸化剤ガスＯ１とを用いた発電が行われ、放熱する。断熱材１６及びこの中の気化器４０は、この放熱により、数百度以上にまで加熱される。
【００６１】
セルスタック１０１の外周側を通過した酸化剤ガスである排酸化剤ガスＯ２は、酸化剤ガス排出室２１８、排酸化剤ガス配管３４０、排酸化剤ガスライン３４を経て、外部へ排出される。また、セルスタック１０１の内周側を通過した燃料ガスである排燃料ガスＦ２は、燃料ガス排出室２１９、排燃料ガス配管３２０、排燃料ガスライン３２を経て、外部へ排出される。
【００６２】
セルスタック１０１では、前述したように、燃料ガスＦ１の改質で得られた水素（H２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１から供給された酸素イオン（Ｏ２−）とが反応し、水蒸気（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）が生成される。この水蒸気及び二酸化炭素等は、改質されなかった燃料ガスＦ１と混ざって排燃料ガスＦ２として、排燃料ガスライン３２に流出する。排燃料ガスライン３２中の排燃料ガスＦ２は、その一部が再循環ライン３６に流れ込み、排燃料ガス圧縮機４６で昇圧されてから、燃料ガス供給ライン３１に戻されて、再び、セルスタック１０１の内周側に供給される。セルスタック１０１の内周側に供給された排燃料ガスＦ２中の水蒸気は、セルスタック１０１において、排燃料ガスF２中の炭化水素又は燃料ガスＦ１中の炭化水素を改質するために利用される。
【００６３】
例えば、系統電力負荷側になんらかの事故等が生じる等で、燃料電池モジュールＭと系統電力負荷とを電気的に接続している遮断器が開き、燃料電池モジュールＭから系統電力負荷への電力供給が遮断されると、燃料電池モジュールＭでの発電が停止する。すなわち、燃料電池モジュールＭのセルスタック１０１において、燃料ガスＦ１の改質で得られた水素（H２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１から供給された酸素イオン（Ｏ２−）との反応が停止する。この結果、この反応で生成されていた水蒸気（Ｈ２Ｏ）が生成されなくなる。水蒸気（Ｈ２Ｏ）が生成されなくなると、燃料極１１２において、燃料ガスＦ１と水蒸気との反応による水素（Ｈ２）が生成されなくなり、セルスタック１０１が酸化して損傷するおそれが生じる。
【００６４】
本実施形態では、セルスタック１０１で発電されなくなると、停止時水供給弁４５及び停止時燃料ガス供給弁４７が開く。系統電力負荷側になんらかの事故等が生じる等で、セルスタック１０１で発電されなくなった場合、燃料電池システムに電力が供給されなくなる可能性が高い。本実施形態の停止時水供給弁４５及び停止時燃料ガス供給弁４７は電源喪失で開く弁であるため、このような場合でも、停止時水供給弁４５及び停止時燃料ガス供給弁４７は開く。一方、本実施形態の燃料ガス供給弁４１は電源喪失で閉じる弁であるため、このような場合、燃料ガス供給弁４１は閉じて、燃料ガス供給ライン３１経由で燃料電池モジュールＭへ燃料ガスＦ１が供給されなくなる。なお、停止時水供給弁４５及び停止時燃料ガス供給弁４７は電源喪失で開くが、外部からの制御信号を受けて開く場合もある。
【００６５】
停止時水供給弁４５及び停止時燃料ガス供給弁４７は開くと、水供給源５からの液体水が停止時水供給ライン３５及び停止時水供給配管３５０を介して、燃料電池モジュールＭの気化器４０に流入する。さらに、燃料ガス供給源１からの燃料ガスＦ１も、停止時燃料ガス供給ライン３７、停止時水供給ライン３５及び停止時水供給配管３５０を介して、燃料電池モジュールＭの気化器４０に流入する。液体水及び燃料ガスＦ１は、気化器４０に流入する過程で、混合器４８により十分に混合される。なお、本実施形態では、停止時水供給ライン３５中で気化器４０よりも上流側に燃料ガスＦ１を供給しているが、気化器４０中に燃料ガスＦ１を供給しても、気化器４０の下流側の水蒸気配管３６０に燃料ガスＦ１を供給してもよい。
【００６６】
セルスタック１０１での発電が停止しても、前述したように、断熱材１６及び気化器４０は加熱されているため、この気化器４０内に液体水及び燃料ガスＦ１が流入すると、これらは加熱されて、液体水は速やかに水蒸気となる。気化器４０からの水蒸気及び燃料ガスＦ１は、水蒸気配管３６０及び燃料ガス供給配管３１０を介して、セルスタック１０１の内周側に供給される。この過程で、気化器４０からの水蒸気中に含まれている液滴は、セパレータ５０で分離され、この液滴を凝縮水として、ドレン配管３７０により燃料電池モジュールＭの外部に排出される。
【００６７】
セルスタック１０１の内周側に燃料ガス及び水蒸気（Ｈ２Ｏ）が供給されると、セルスタック１０１での発電が停止しても、前述したように、燃料極１１２の改質能により、燃料ガスと水蒸気（Ｈ２Ｏ）とが反応して、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）とが生成される。このため、セルスタック１０１の内周側は、この水素（Ｈ２）により還元性雰囲気に保つことができるので、セルスタック１０１の酸化による損傷を抑えることができる。
【００６８】
以上のように、本実施形態では、セルスタック１０１での発電が停止しても、直ちに気化器４０へ液体水が供給され、この液体水が速やかに加熱されて、水蒸気としてセルスタック１０１の内周側に供給される。しかも、本実施形態では、セルスタック１０１での発電停止によりセルスタック１０１での発電による熱が得られなくなっても、気化器４０は、断熱材１６からの熱を受けられるので、断熱材１６に蓄熱されている熱により気化器４０の高温状態が長らく維持され、比較的長時間にわたって液体水から水蒸気を生成することができる。具体的には、セルスタック１０１が非還元性雰囲気中でも酸化しない温度に低下するまで、気化器４０の高温状態が維持される。また、本実施形態のセルスタック１０１は、水蒸気等から水素を生成する改質能がある。このため、本実施形態では、水蒸気等の供給により水素が生成され、これによりセルスタック１０１内を還元性雰囲気に保つことができるので、セルスタック１０１の酸化を抑えることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、セルスタック１０１から放熱による熱を受けた断熱材１６からの熱で、気化器４０が液体水から水蒸気を生成するので、加熱用のバーナやバーナ制御用の電源が不要である。すなわち、当該燃料電池モジュールＭでは、セルスタック１０１での発電が停止したときに、バーナやバーナ制御用の電源を使わずにセルスタック１０１に水蒸気を供給することができる。さらに、本実施形態のセルスタック１０１は、前述したように、水蒸気等から水素を生成する改質能を持つため、別途、改質器を設ける必要がない。よって、本実施形態では、多数の機器を設けなくても、セルスタック１０１の酸化を抑えることができるので、設備の大型化及び設備コストを抑えることができる。また、液体水から水蒸気を生成するために、別途、ボイラー等を設ける場合に比べて、既に、加熱されている気化器４０に液体水を供給して、ここで水蒸気を発生させているので、セルスタック１０１での発電停止から極めて短時間のうちにセルスタック１０１に水蒸気を供給することができる。具体的に、トリップ等で燃料電池モジュールでの発電が停止した場合、セルスタック１０１の酸化を抑制するためには、長くても数分しか許容されない。本実施形態では、この数分以内にセルスタック１０１に高温の水蒸気を供給することができる。
【００７０】
また、当該燃料電池モジュールＭの定常運転時における圧力容器１０内は、数百度以上の高温雰囲気になる。しかし、本実施形態では、気化器４０が断熱材１６内に配置されているため、このような高温雰囲気下に気化器４０が晒されることがなく、気化器４０に作用する、起動停止の繰り返しによる高温クリープなどの熱的ダメージを軽減して、気化器４０の耐久性を向上させることができる。
【００７１】
さらに、本実施形態では、気化器４０を断熱材１６内に配置しているため、圧力容器内１０に新たに気化器４０専用の設置スペースを確保する必要が無く、気化器４０の導入に伴う燃料電池モジュールＭの大型化を抑えることができる。
【００７２】
また、本実施形態では、断熱材１６内に配置された気化器４０は、断熱材１６内に配置された伝熱管である。そのため、伝熱管の断面寸法や、断熱材１６中における管長さ寸法等を変更することで、簡単に発生する水蒸気量を調整することができ、燃料電池モジュールＭに装備されるセルスタック１０１の数量の増減に伴う供給水蒸気量の変更に迅速に対応することができる。また、気化器４０の構造が単純で済むため、低コストで所望の水蒸気発生量の気化器４０を備えることができる。
【００７３】
「第二実施形態」
次に、本発明に係る燃料電池システムの第二実施形態について、図４を参照して説明する。
【００７４】
第二実施形態の燃料電池システムは、第一実施形態における燃料電池システムの一部を改良したもので、発電停止時のみならず発電中でも気化器４０に液体水を供給するように、停止時水供給ライン３５から停止時水供給弁４５を省いたものである。なお、本実施形態の燃料電池システムにおいて、第一実施形態における燃料電池システムと共通する構成には、共通の番号を付してその説明を省略又は簡略化する。
【００７５】
本実施形態での燃料電池モジュールＭｃでも、気化器４０からの水蒸気等を燃料ガス供給配管３１０に導く水蒸気配管３６０Aには、第一実施形態と同様に、セパレータ５０が設けられている。但し、この水蒸気配管３６０Aは、第一実施形態と異なり、排燃料ガスライン３２中の排燃料ガスＦ２の一部を燃料ガス供給ライン３１に戻す再循環ライン３６に接続されている。
【００７６】
本実施形態では、前述したように、燃料電池モジュールＭｃが発電中の定常運転時においても、気化器４０に液体水が供給され、この気化器４０で水蒸気を生成する。そして、気化器４０が生成した水蒸気は、水蒸気配管３６０Ａを介して、セパレータ５０により液滴が除去されてから、再循環ライン３６に供給される。気化器４０から再循環ライン３６に供給された水蒸気は、再循環ライン３６内を流れる排燃料ガスＦ２に混合されてから、燃料ガス供給ライン３１内を流れる燃料ガスＦ１に混合される。そして、この水蒸気を含むガスは、燃料ガス供給配管３１０から各カートリッジ２０１内のセルスタック１０１に供給されて、各セルスタック１０１における発電に利用される。
【００７７】
本実施形態でも、セルスタック１０１で発電されなくなると、停止時燃料ガス供給弁４７が開き、燃料ガス供給源１からの燃料ガスＦ１が、停止時燃料ガス供給ライン３７、停止時水供給ライン3５及び停止時水供給配管３５０を介して、液体水と共に燃料電池モジュールＭｃの気化器４０に流入する。液体水及び燃料ガスＦ１は、気化器４０に流入する過程で、混合器４８により十分に混合される。
【００７８】
以上のように、本実施形態では、セルスタック１０１での発電が停止しても、発電中から気化器４０内に液体水が流入して水蒸気が生成されているので、継続的に、セルスタック１０１の内周側に水蒸気を供給することができる。しかも、本実施形態では、セルスタック１０１で発電されなくなると、停止時燃料ガス供給弁４７を介して、セルスタック１０１に燃料ガスＦ１が供給される。よって、本実施形態でも、セルスタック１０１内を還元性雰囲気に保つことができるので、セルスタック１０１の酸化を抑えることができる。
【００７９】
また、本実施形態では、セルスタック１０１での発電中においても、気化器４０に液体水を供給しているので、発電中における気化器４０の温度を低くすることができ、気化器４０の長寿命化を図ることができる。さらに、本実施形態では、気化器４０には常時液体水が供給されるので、圧力容器１０の温度上昇を抑えることもできる。
【００８０】
なお、本実施形態では、気化器４０で生成された水蒸気を再循環ライン３６に供給するようにしているが、第一実施形態と同様に、再循環ライン３６を介さずに直接燃料ガス供給配管３１０に供給するようにしてもよい。すなわち、気化器４０で生成された水蒸気は、燃料ガス供給配管３１０に供給されるのであれば、水蒸気配管３６０Ａをいずれのライン又は配管に接続してもよい。
【００８１】
「気化器の変形例」
次に、図５を参照して、以上の各実施形態における気化器４０の変形例について説明する。
【００８２】
本変形例の気化器４０Ａは、第一実施形態に示した気化器４０を改良したもので、適当なスパンで折り返す多パス形状を成す伝熱管４００と、伝熱管４００相互の所定の間隔Ｌに連結するチューブ連結板４１０と、このチューブ連結板４１０を支持する固定板４２０と、各伝熱管４００の外周に固定される複数の吸熱フィン４３０と、を備えている。
【００８３】
伝熱管４００、チューブ連結板４１０、固定板４２０、吸熱フィン４３０は、いずれも、伝熱性に優れた金属製で、外周面が断熱材１６と接触している。チューブ連結板４１０は、伝熱管４００の軸線と直交する帯板状で、伝熱管４００を貫通させるチューブ支持孔４１１が、所定の間隔Ｌで形成されている。固定板４２０は、チューブ連結板４１０と直交する方向に延在する板材である。
【００８４】
吸熱フィン４３０は、セルスタック１０１の放熱を蓄熱した断熱材１６の熱を吸収して伝熱管４００に伝達する。吸熱フィン４３０は、伝熱管４００の長手方向に適宜間隔で、伝熱管４００に多数固着される。なお、本実施形態の場合、チューブ連結板４１０や固定板４２０も、吸熱フィン４３０と同様に、断熱材１６の蓄熱を吸収して、伝熱管４００に伝える。
【００８５】
本変形例では、気化器４０Ａと断熱材１６との間の伝熱面積が多くなるため、セルスタック１０１の放熱を蓄熱した断熱材１６の熱を、より効果的に、伝熱管４００の加熱に利用することが可能になり、気化器４０Ａにおける水蒸気の生成能力を大幅に向上させることができる。
【００８６】
「その他の変形例」
以上の実施形態では、燃料電池モジュールＭの定常運転時における水蒸気を確保するため、再循環ライン３６を設けているが、燃料電池モジュールＭに別途水蒸気を送るラインを設けている場合には、この再循環ライン３６はなくてもよい。
【００８７】
また、以上の実施形態では、停止時燃料ガス供給ライン３７及び停止時燃料ガス供給弁４７を設けている。しかしながら、これらを設けなくても、セルスタック１０１での発電が停止した際にこのセルスタック１０１への燃料ガス供給が確保できる場合には、これらを設けてなくてもよい。
【００８８】
また、以上の実施形態では、断熱材１６内に気化器４０を配置しているが、圧力容器１０内であって断熱材１６よりも圧力容器１０側に気化器４０を配置してもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１：燃料ガス供給源、２：酸化剤ガス供給源、５：水供給源、１０：圧力容器、１６：断熱材、３１：燃料ガス供給ライン、３２：排燃料ガスライン、３３：酸化剤ガス供給ライン、３４：排酸化剤ガスライン、３５：停止時水供給ライン、３６：停止時燃料ガス供給ライン、４０：気化器、４０Ａ：気化器、４１：燃料ガス供給弁（燃料ガス供給機構）、４５：停止時水供給弁（停止時水供給機構）、４７：停止時燃料ガス供給弁（停止時燃料ガス供給）、４８：混合器、１０１：セルスタック（セル集合体）、１０３：基体管、１０５：燃料電池セル、２０１：カートリッジ、２１５：発電室、２１６：酸化剤ガス供給室、２１７：燃料ガス供給室、２１８：酸化剤ガス排出室、２１９：燃料ガス排出室、２２０ａ：第一カートリッジヘッダ、２２０ｂ：第二カートリッジヘッダ、３００：配管、３１０：燃料ガス供給配管、３２０：排燃料ガス配管、３３０：酸化剤ガス供給配管、３４０：排酸化剤ガス配管、３５０：再循環系ライン、３６０，３６０Ａ：水蒸気配管、３７０：ドレン配管、４００：伝熱管、４１０：チューブ連結板、４２０：固定板、４３０：吸熱フィン、Ｍ，Ｍｃ：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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