(57)【要約】      （修正有）【課題】発電効率の向上し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。【解決手段】セルスタック装置は、内部を長手方向に貫通する燃料ガス流路を有する柱状の固体酸化物形の燃料電池セル３を複数個配列してなるセルスタックと、燃料電池セル３の下端を固定するとともに、燃料電池セル３に燃料ガスを供給するための中空状のマニホールド４とセルスタックの上方に配置され、少なくとも一部の燃料電池セル３において発電で使用されなかった燃料ガスを燃焼させた燃焼熱を利用して、燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質器６と、セルスタックを構成する一部の燃料電池セル３の上端部を覆うとともに、燃料電池セル３の発電で使用されなかった燃料ガスを、改質器６に回収するためのオフガス回収部材１５とを備えることを特徴とする。【選択図】図２
2014026863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を長手方向に貫通する燃料ガス流路を有する柱状の固体酸化物形の燃料電池セルを複数個配列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中空状のマニホールドと、
前記セルスタックの上方に配置され、少なくとも一部の前記燃料電池セルにおいて発電で使用されなかった前記燃料ガスを燃焼させた燃焼熱を利用して、前記燃料電池セルに供給する前記燃料ガスを生成するための改質器と、
前記セルスタックを構成する一部の前記燃料電池セルの上端部を覆うとともに、該燃料電池セルの発電で使用されなかった前記燃料ガスを、前記改質器に回収するためのオフガス回収部材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】
前記オフガス回収部材が、前記セルスタックにおける中央部に位置する前記燃料電池セルに対応して配置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】
前記オフガス回収部材は、直方体状であって下方が開口していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセルスタック装置。
【請求項４】
前記オフガス回収部材は、内部に燃焼触媒が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち何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乃至請求項４のうち何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】
外装ケース内に、請求項５に記載の燃料電池モジュールを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、発電効率の向上し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）と酸素含有ガス（空気）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や、燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような燃料電池装置においては、燃料電池セルの発電に使用されなかった燃料ガスを回収して、再度燃料電池セルに供給する、オフガスリサイクル機能を有するものも提唱されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５９３７７号公報
【特許文献２】特開２００３−２８２１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、固体酸化物形の燃料電池セルにおいては、その発電温度が高いことから、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て温度を上昇させるもしくは維持することが知られている。
【０００６】
しかしながら、燃料電池セルの直上で発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させた場合には、発電に使用されなかった燃料ガスを回収することが困難であり、一方、発電に使用されなかった燃料ガスを全て回収した場合には、燃料電池セルの温度が低下してしまい、発電効率が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
それゆえ、本発明は燃料電池セルの温度を高温に維持しつつも、発電に使用されなかった燃料ガスを回収することで、発電効率を向上することができるセルスタック装置、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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のセルスタック装置は、内部を長手方向に貫通する燃料ガス流路を有する柱状の固体酸化物形の燃料電池セルを複数個配列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中空状のマニホールドと、前記セルスタックの上方に配置され、少なくとも一部の前記燃料電池セルにおいて発電で使用されなかった前記燃料ガスを燃焼させた燃焼熱を利用して、前記燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質器と、前記セルスタックを構成する一部の前記燃料電池セルの上端部を覆うとともに、該燃料電池セルの発電で使用されなかった前記燃料ガスを、前記改質器に回収するためのオフガス回収部材とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の燃料電池モジュールは、収納容器内に上記セルスタック装置を収納してなることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の燃料電池装置は、外装ケース内に上記燃料電池モジュールを収納してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のセルスタック装置は、セルスタックを構成する少なくとも一部の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とともに、一部の燃料電池セルの発電に使用されなかった燃料ガスを改質器に回収するためのオフガス回収部材を備えることから、燃料電池セルの温度を高温に維持するとともに、発電効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のセルスタック装置の一例を備える燃料電池モジュール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の断面図である。
【図３】本実施形態のセルスタック装置の一例を示し、（ａ）はセルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置の点線枠で囲った部分の一部を拡大して示す平面図である。
【図４】本実施形態の燃料電池装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本実施形態の燃料電池モジュール（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り、図２は図１の断面図である。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。
【００１４】
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、内部を燃料ガスが流通する燃料ガス流路（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一列に配列し、隣接する燃料電池セル３間が集電部材（図１においては図示せず）を介して電気的に直列に接続されているとともに、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４に固定してなるセルスタック５を２つ備えるとともに、セルスタック５の上方に、燃料電池セル３に供給する燃料ガスを生成するための改質器６が配置されたセルスタック装置１２を収納して構成されている。なお、セルスタック５の両端部には、セルスタック４（燃料電池セル３）の発電により生じた電気を集電して外部に引き出すための、電気引き出し部を有する導電部材が配置されている（図示せず）。上述の各部材を備えることで、セルスタック装置１２が構成される。なお、図１においては、セルスタック装置１２が２つのセルスタック５を備えている場合を示しているが、適宜その個数は変更することができ、例えばセルスタック５を１つだけ備えていてもよい。
【００１５】
また、図１においては、燃料電池セル３として、内部を燃料ガスが長手方向に流通する燃料ガス流路を有する中空平板型で、燃料ガス流路を有する支持体の表面に、燃料極層、固体電解質層および酸素極層を順に積層してなる固体酸化物形の燃料電池セル３を例示している。なお、燃料電池セル３の間に酸素含有ガスが流通する。燃料電池セル３の構成については後述する。
【００１６】
また、本実施形態の燃料電池装置においては、燃料電池セル３が固体酸化物形の燃料電池セルであればよく、例えば平板型や円筒型とすることもでき、あわせて収納容器２の形状も適宜変更することができる。
【００１７】
また、図１に示す改質器６においては、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。なお、改質器６は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とすることが好ましく、水を気化させるため
の気化部７と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部８とを備えている。そして、改質器６で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管９を介してマニホールド４に供給され、マニホールド４より燃料電池セル３の内部に設けられた燃料ガス流路に供給される。
【００１８】
また、図１に示すセルスタック装置１２においては、セルスタック５の上方に、一部の燃料電池セル３の上端部を覆い、燃料電池セル３の発電で使用されなかった燃料ガスを、改質器６に回収するための、直方体状で下方の少なくとも一部が開口したオフガス回収部材２５が配置されている。なお、オフガス回収部材２５については後述する。
【００１９】
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１２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１２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。
【００２０】
なお、収納容器２の内部には、マニホールド４に並置されたセルスタック５の間に配置され、酸素含有ガスが燃料電池セル３の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、酸素含有ガス導入部材１１が配置されている。
【００２１】
図２に示すように、モジュール１を構成する収納容器２は、内壁１３と外壁１４とを有する二重構造で、外壁１４により収納容器２の外枠が形成されるとともに、内壁１３によりセルスタック装置１２を収納する発電室１５が形成されている。さらに収納容器２においては、内壁１３と外壁１４との間を、燃料電池セル３に導入する酸素含有ガスが流通する酸素含有ガス流路２１としている。
【００２２】
ここで、収納容器２内には、収納容器２の上部より、上端側に酸素含有ガスが流入するための酸素含有ガス流入口（図示せず）とフランジ部２６とを備え、下端部に燃料電池セル３の下端部に酸素含有ガスを導入するための酸素含有ガス流出口１６が設けられてなる酸素含有ガス導入部材１１が、内壁１３を貫通して挿入されて固定されている。なお、フランジ部２６と内壁１３との間には断熱部材１７が配置されている。
【００２３】
なお、図２においては、酸素含有ガス導入部材１１が、収納容器２の内部に並置された２つのセルスタック５間に位置するように配置されているが、セルスタック５の数により、適宜配置することができる。例えば、収納容器２内にセルスタック５を１つだけ収納する場合には、酸素含有ガス導入部材１１を２つ設け、セルスタック５を両側面側から挟み込むように配置することができる。
【００２４】
また発電室１５内には、モジュール１内の熱が極端に放散され、燃料電池セル３（セルスタック５）の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール１内の温度を高温に維持するための断熱部材１７が適宜設けられている。
【００２５】
断熱部材１７は、セルスタック５の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル３の配列方向に沿ってセルスタック５の側面側に配置するとともに、セルスタック５の側面における燃料電池セル３の配列方向に沿った幅と同等またはそれ以上の幅を有する断熱部材１７を配置することが好ましい。なお、セルスタック５の両側面側に断熱部材１７を配置することが好ましい。それにより、セルスタック５の温度が低下することを効果的に抑制できる。さらには、酸素含有ガス導入部材１１より導入される酸素含有ガスが、セルスタック５の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック５を構成する燃料電池セル３間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。なお、セルスタック５の両側面側に配置された断熱部材１７においては、燃料電池セル３に供給される酸素含有ガス
の流れを調整し、セルスタック５の長手方向および燃料電池セル３の積層方向における温度分布を低減するための開口部１８が設けられている。
【００２６】
また、燃料電池セル３の配列方向に沿った内壁１３の内側には、排ガス用内壁１９が設けられており、内壁１３と排ガス用内壁１９との間が、発電室１５内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路２２とされている。なお、排ガス流路２２は、収納容器２の底部に設けられた排気孔２０と通じている。また、排ガス用内壁１９のセルスタック５側にも断熱部材１７が設けられている。
【００２７】
それにより、モジュール１の稼動（起動処理時、発電時、停止処理時）に伴って生じる排ガスは、排ガス流路２２を流れた後、排気孔２０より排気される構成となっている。なお、排気孔２０は収納容器２の底部の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を設けることにより形成してもよい。
【００２８】
なお、酸素含有ガス導入部材１１の内部には、セルスタック５近傍の温度を測定するための熱電対２４が、その測温部２３が燃料電池セル３の長手方向の中央部でかつ燃料電池セル３の配列方向における中央部に位置するように配置されている。
【００２９】
また、上述の構成のモジュール１においては、少なくとも一部の燃料電池セル３における燃料ガス流路より排出される発電に使用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル３の上端部側と改質器６との間で燃焼させることにより、燃料電池セル３の温度を上昇・維持させることができる。あわせて、燃料電池セル３（セルスタック５）の上方に配置された改質器６を温めることができ、改質器６で効率よく改質反応を行なうことができる。なお、通常発電時においては、上記燃焼や燃料電池セル３の発電に伴い、モジュール１内の温度は５００〜８００℃程度となる。
【００３０】
図３は、本実施形態のセルスタック装置１２の一例を示したものであり、（ａ）はセルスタック装置１２を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置１２の一部を拡大した平面図であり、（ａ）で示した点線枠で囲った部分を抜粋して示している。なお、（ｂ）において（ａ）で示した点線枠で囲った部分に対応する部分を明確とするために矢印にて示している。なお、図３に示すセルスタック装置１２においては、セルスタック５を１列配置し、該セルスタック５上に、一端に原燃料供給管１０が設けられ、他端にマニホールド４に燃料ガスを供給する燃料ガス流通管９が設けられた改質器６が配置されている。
【００３１】
図３に示すセルスタック装置１２においては、燃料電池セル３の複数個を、それぞれの燃料電池セル３間に集電部材３８を介して立設させた状態で配列して、電気的に直列に接続してセルスタック５を形成し、各燃料電池セル３の下端部が、燃料電池セル３に燃料ガスを供給するマニホールド４に固定されて構成されている。
【００３２】
また、セルスタック装置１２は、端部に配置された集電部材３８を介して燃料電池セル３の配列方向の両端からセルスタック５を挟持するように、マニホールド４に下端が固定された導電部材２７を具備している。
【００３３】
図３（ａ）に示す導電部材２７においては、燃料電池セル３の配列方向に沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック５（燃料電池セル３）の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部２８が設けられている。
【００３４】
以下、図３に示す燃料電池セル３を用いて、燃料電池セル３の構成を説明する。
【００３５】
燃料電池セル３は、一対の対向する平坦面をもつ柱状の導電性支持体３５（以下、支持体３５と略す場合がある。）の一方側の平坦面上に燃料極層３１と、固体電解質層３２と、酸素極層３３とが順に積層されて構成されている。なお、燃料極層３１、固体電解質層３２および酸素極層３３がこの順に積層された部位において、燃料電池セル３に供給される燃料ガスと酸素含有ガスとで発電する。
【００３６】
さらに、燃料電池セル３の他方側の平坦面上にはインターコネクタ３４が設けられており、支持体３５の内部には、燃料ガスを流すための燃料ガス流路３６が複数設けられている。
【００３７】
また、インターコネクタ３４の外面（上面）にはＰ型半導体層３７を設けることもでき、図３（ｂ）においてはＰ型半導体層３７を設けた例を示している。集電部材３８を、Ｐ型半導体層３７を介してインターコネクタ３４に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。
【００３８】
また、支持体３５を、燃料極層３１を兼ねるものとし、その一方側表面上に固体電解質層３２および酸素極層３３を順次積層して燃料電池セル３を構成することもできる。
【００３９】
以下に、図３に示す燃料電池セル３を構成する各部材について説明する。
【００４０】
燃料極層３１は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ２（安定化ジルコニアと称し、部分安定化ジルコニアも含む。）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。
【００４１】
固体電解質層３２は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ２から形成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。
【００４２】
酸素極層３３は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができる。酸素極層３３はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。
【００４３】
インターコネクタ３４は、導電性セラミックスから形成することができるが、燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガス（空気等）と接触するため、耐還元性および耐酸化性を有することが必要であり、それゆえランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクタ３４は支持体３５に形成されたガス流路１７を流通する燃料ガス、および燃料電池セル３の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが好ましい。
【００４４】
支持体３５としては、燃料ガスを燃料極層３１まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタ３４を介して集電するために導電性であることが要求される。したがって、支持体３５としては、かかる要求を満足するものを材質として採用する必要があり、例えば導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。
【００４５】
ちなみに、燃料電池セル３を作製するにあたり、燃料極層３１または固体電解質層３２との同時焼成により支持体３５を作製する場合においては、Ｎｉ等の鉄属金属成分とＹ２
Ｏ３等の特定希土類酸化物とから支持体３５を形成することが好ましい。また、支持体３５は、燃料ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５〜５０％の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は５０Ｓ／ｃｍ以上、好ましくは３００Ｓ／ｃｍ以上、特には４４０Ｓ／ｃｍ以上であるのが好ましい。
【００４６】
さらに、Ｐ型半導体層３７としては、遷移金属のペロブスカイト型酸化物からなる層を例示することができる。具体的には、インターコネクタ３４を構成するランタンクロマイト系のペロブスカイト酸化物（ＬａＣｒＯ３）よりも電子伝導性の高いもの、例えばＡサイトにＳｒ（ストロンチウム）とＬａ（ランタン）が共存するＬａＳｒＣｏＦｅＯ３系酸化物（例えばＬａＳｒＣｏＦｅＯ３）、ＬａＭｎＯ３系酸化物（例えばＬａＳｒＭｎＯ３）、ＬａＦｅＯ３系酸化物（例えばＬａＳｒＦｅＯ３）、ＬａＣｏＯ３系酸化物（例えばＬａＳｒＣｏＯ３）の少なくとも１種から構成することが好ましく、特に６００〜１０００℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からＬａＳｒＣｏＦｅＯ３系酸化物から構成することが特に好ましい。なお、ＢサイトにＣｏとともにＦｅ、Ｍｎが存在してもよいこのようなＰ型半導体層３７の厚みは、一般に、３０〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。
【００４７】
そして、それぞれの燃料電池セル３は集電部材３８を介して電気的に直列に接続される。なお、集電部材３８は、弾性を有する金属または合金からなる部材あるいは金属繊維または合金繊維からなるフェルトに所要の表面処理を加えた部材から構成することができる。
【００４８】
また、燃料電池装置の発電中に、高温な酸化雰囲気に曝されることから、Ｃｒを含有する合金を用いて作製することが好ましい。さらに、集電部材３８の表面の一部、好ましくは全体を希土類元素を含有するペロブスカイト型酸化物等を用いてコーティングすることが好ましい。
【００４９】
なお、集電部材３８の長手方向の長さおよび幅方向の長さは発電部の長手方向の長さおよび幅方向の長さと同等以上の長さとすることが好ましい。それにより、発電により生じた電流を効率よく集電することができる。
【００５０】
図３に示すセルスタック装置１２においては、セルスタック５の上方に、燃料電池セル３の上端部を覆う直方体状で下方の少なくとも一部が開口したオフガス回収部材２５が配置されている。
【００５１】
燃料電池セル３に供給された燃料ガスのうち、燃料電池セル３での発電に使用されなかった燃料ガスが、燃料ガス流路３６を通って排出される。ここで、図３に示すセルスタック装置１２においては、セルスタック５を構成する一部の燃料電池セル３の上端部を覆うようにオフガス回収部材２５が配置されていることから、オフガス回収部材２５にて覆われた燃料電池セル３より排出された燃料ガスは、オフガス回収部材２５にて回収され、オフガス回収管２９を介して改質器６に供給され、再度燃料電池セル３に供給されるオフガスリサイクルの構成を取ることができる。それにより、燃料電池セル３に供給する燃料ガス量の絶対量を減少させることができ、セルスタック装置１２の発電効率を向上させることができる。
【００５２】
なお、オフガス回収部材２５にて上端部が覆われていない燃料電池セル３においては、燃料ガス流路３６を通って排出された燃料ガスは、燃料電池セル３の上端部と改質器６との間で燃焼させることができる。それにより、発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させることによって生じる燃焼熱によって、燃料電池セル３の温度を上昇させるまたは高温に維持することができるほか、改質器６の温度を上昇させるまたは高温に維持することが
できることから、セルスタック装置１２の発電効率を向上できるほか、改質器６での改質効率を向上させることができる。
【００５３】
なお、ここでオフガス回収部材２５は、燃料電池セル３の発電に使用されなかった燃料ガスを回収できればよいが、発電に使用されなかった燃料ガスの回収と、発電に使用されなかった燃料ガスの燃焼熱とのバランスを考慮して、オフガス回収部材２５により覆う燃料電池セルの本数を適宜設定することができるが、例えばセルスタック５を構成する燃料電池セル３の総本数のおよそ５〜１５％程度の本数とすることが好ましい。
【００５４】
また、オフガス回収部材２５は、燃料電池セル３と接触して配置されてもよいが、この場合に燃料電池セル３と導通すると、セルスタック５より引き出すことのできる電力が減少するおそれがあることから、例えばオフガス回収部材２５は絶縁性の材料から形成するほか、導電性の材料から形成した部材に絶縁性のコーティングを施したものを用いることが好ましい。
【００５５】
例えば、セラミックスの場合は、燃料電池セル３の構成部材と熱膨張率が近いジルコニア系セラミックス、フォルステライト等を用いることができる。また、金属材料であれば、表面に絶縁性酸化被膜を形成しやすい耐熱鋼、（フェライト系ステンレスの１種等）を用いることができ、金属材質の熱膨張率に近いセラミックス材料を用いてコーティングを施すことができる。
【００５６】
ところで、セルスタック５においては、燃料電池セル３の発電や、燃料電池セル３の上端部での燃焼熱等により、温度分布を生じる場合がある。特に、セルスタック５の燃料電池セル３の配列方向における中央部の温度が高く、また燃料電池セル３の配列方向における両端部の温度が低くなる傾向がある。ここで、セルスタック５に温度分布が生じると、各燃料電池セル３での発電量が異なることとなり、発電効率が低下するおそれがある。
【００５７】
それゆえ、図３（ａ）に示すセルスタック装置１２においては、オフガス回収部材２５を、セルスタック５における燃料電池セル３の配列方向における中央部に位置するように配置している。
【００５８】
オフガス回収部材２５をセルスタック５における燃料電池セル３の配列方向における中央部に配置することにより、中央部に位置する燃料電池セル３では燃焼を生じないことから、中央部に位置する燃料電池セル３の温度を低下させることができ、セルスタック５における温度分布を均一に近づけることができる。
【００５９】
なお、オフガス回収部材２５をセルスタック５における燃料電池セル３の配列方向における中央部に配置するにあたっては、セルスタック５における燃料電池セルの配列方向における中央に位置する燃料電池セル３を中心として、セルスタック５を構成する燃料電池セル３の総本数の５〜１５％程度の本数とすることができる。
【００６０】
また、セルスタック５において、気化部７の下方に位置する燃料電池セル３の温度が低くなり、当該燃料電池セル３の上方では発電に使用されなかった燃料ガスが燃焼しにくい傾向にある。それゆえ、オフガス回収部材２５を、気化部７の下方に位置する燃料電池セル３の上端部を覆うように配置することで、発電に使用されなかった燃料ガスが効率良く燃料できる領域は燃焼を優先させる構成となることから、燃料ガスを効率良く燃焼させることができ、セルスタック５の温度を高温に上昇させるまたは維持するとともに、発電に使用されなかった燃料ガスを回収することで、発電効率を向上することもできる。
【００６１】
また、オフガス回収部材２５により回収した発電に使用されなかった燃料ガスは、オフ
ガス回収管２９を介して改質器６に回収される。ここで、オフガス回収部材２５により回収された燃料ガスは、改質器６に供給される原燃料と混合して、再度改質部８にて改質処理を行なうことが好ましい。
【００６２】
それゆえ、オフガス回収管２９は、改質器６の気化部７に接続されることが好ましい。なお、オフガス回収管２９は少なくとも気化部７に接続されていればよく、改質部８の手前であれば特に制限されるものではない。ただし、オフガス回収部材２５により回収された燃料ガスには、水蒸気が含まれていることや、気化部７の底面に気化部７にて気化されていない水がたまることも想定されることから、これらの水蒸気や水がオフガス回収管２９を逆流することを防止する目的で、気化部７の底面以外の部位に接続することが好ましく、図３（ａ）においては、原燃料供給管１０と同様に、気化部７の一端部に接続されている例を示している。
【００６３】
また、オフガス回収部材２５は、燃料電池セル３の発電に使用されなかった燃料ガスを回収できればよく、例えばオフガス回収部材２５の底面は、燃料電池セル３の上端部と嵌合するように、燃料電池セル３の形状にあわせてスリットを設けることで、下方の一部が開口した形状とすることもできるが、燃料電池セル３間を流れる、発電に使用されなかった酸素含有ガスをあわせて回収することもできる。
【００６４】
この場合、オフガス回収部材２５を介して回収された酸素含有ガスが改質器６に供給されることにより、改質器６においては、オートサーマル改質を行なうこともできる。特に燃料電池装置の起動時等における改質器６の温度が低い場合においては、オートサーマル改質を行なうことで、改質器６の温度を早く上昇させることができる。
【００６５】
ちなみに、オフガス回収部材２５において燃料電池セル３間を流れる酸素含有ガスを回収するにあたっては、オフガス回収部材２５の下方の全体が開口した形状とすることが好ましい。
【００６６】
ところで、発電に使用されなかった燃料ガスには、燃料電池セル３の発電反応により生じる水分が含まれている。それゆえ、この発電に使用されなかった燃料ガスに含まれる水分を効率良く回収することで、改質器６に供給される水の量を減少させることができるほか、気化部７における気化熱を減少させることで、セルスタック５の温度分布を改善することもできる。
【００６７】
ここで、オフガス回収部材２５の内部に燃焼触媒を設けることもできる。オフガス回収部材２５の内部に設けられた燃焼触媒により、発電に使用されなかった燃料ガスの一部を燃焼させることで、一部の燃料ガスに含まれる水分を水蒸気として改質器６に回収することができる。それにより、改質器６に供給される水の量を減少させることができるほか、気化部７における気化熱を減少させることで、セルスタック５の温度分布を改善することもできる。なお、燃焼触媒としては、公知の燃焼触媒を用いることができる。
【００６８】
そして、本実施形態の燃料電池モジュール１においては、上述のようなセルスタック装置１２を収納容器２内に収納してなることにより、発電効率化向上した燃料電池モジュール１とすることができる。
【００６９】
図４は、外装ケース内に図１で示した燃料電池モジュール１と、燃料電池モジュール１を動作させるための補機（図示せず）とを収納してなる本実施形態の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図４においては一部構成を省略して示している。
【００７０】
図４に示す燃料電池装置４０は、支柱４１と外装板４２から構成される外装ケース内を
仕切板４３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４４とし、下方側を燃料電池モジュール１を動作させるための補機を収納する補機収納室４５として構成されている。なお、補機収納室４５に収納する補機を省略して示している。
【００７１】
また、仕切板４３には、補機収納室４５の空気をモジュール収納室４４側に流すための空気流通口４６が設けられており、モジュール収納室４４を構成する外装板４２の一部に、モジュール収納室４４内の空気を排気するための排気口４７が設けられている。
【００７２】
このような燃料電池装置４０においては、上述したように、発電効率の向上した燃料電池モジュール１をモジュール収納室４４に収納し、燃料電池モジュール１を動作させるための補機を補機収納室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４０とすることができる。
【００７３】
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。
【００７４】
例えば、図１に示したように、マニホールド４に２つのセルスタック５を配置し、該セルスタック５をまたがるようにコの字状の改質器６を配置したセルスタック装置１２においては、オフガス回収部材２５は改質器６のうち気化部７が位置する側のセルスタック５の上方に設けることが好ましいが、それぞれのセルスタック５における温度分布を改善する目的で、それぞれのセルスタック５にオフガス回収部材２５を設けることもできる。
【００７５】
また、燃料電池セル３が一列に配列されたセルスタック５を用いて説明したが、例えば燃料電池セル３が複数行複数列配置されているセルスタック装置１２においては、セルスタック装置１２の中央部を中心として、複数行複数列にまたがって、セルスタック５を構成する燃料電池セル３の総本数の５〜１５％程度の本数とすることができる。
【００７６】
また、オフガス回収部材２５の形状を、直方体状の形状を用いて説明したが、発電に使用されなかった燃料ガスを回収することができれば、直方体状に限られるものではなく、例えば円筒状であっても構わない。
【符号の説明】
【００７７】
１：燃料電池モジュール
２：収納容器
３：燃料電池セル
４：マニホールド
５：セルスタック
６：改質器
７：気化部
８：改質部
１２：セルスタック装置
２５：オフガス回収部材
２９：オフガス回収管
４０：燃料電池装置
【図１】
2014026863.tif 000003
【図２】
2014026863.tif 000004
【図３】
2014026863.tif 000005
【図４】
2014026863.tif 000006