(57)【要約】  【課題】  長期信頼性の向上した燃料電池装置を提供する。  【解決手段】  本発明の燃料電池装置は、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池セルを備える燃料電池モジュール４と、燃料電池モジュール４に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給部２と、一端が燃料電池モジュール４と接続され、かつ他端が酸素含有ガス供給部２と接続された、酸素含有ガス供給部２から燃料電池モジュール４に酸素含有ガスを供給するための流路形成部５５とを備え、流路形成部５５は、内部に他の部位よりも熱容量の大きい熱容量増大部６２を有することから、燃料電池モジュール４内の空気が逆流しても、酸素含有ガス供給部２の故障や破損を抑制することができる。【選択図】  図５
2014146555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池セルを備える燃料電池モジュールと、
該燃料電池モジュールに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給部と、
一端が前記燃料電池モジュールと接続され、かつ他端が前記酸素含有ガス供給部と接続された、前記酸素含有ガス供給部から前記燃料電池モジュールに酸素含有ガスを供給するための流路形成部とを備え、
該流路形成部は、内部に他の部位よりも熱容量の大きい熱容量増大部を有することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう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と、
該燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成する改質器と、
該改質器に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給部と、
一端が前記改質器と接続され、かつ他端が前記酸素含有ガス供給部と接続された、前記酸素含有ガス供給部から前記改質器に酸素含有ガスを供給するための流路形成部とを備え、
該流路形成部は、内部に他の部位よりも熱容量の大きい熱容量増大部を有することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項３】
前記流路形成部内にメッシュ構造またはハニカム構造からなる熱容量増大部材が設けられて、前記熱容量増大部が構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記流路形成部は、前記熱容量増大部を含む部位または前記熱容量増大部材と前記酸素含有ガス供給部との間に、前記熱容量増大部にて生成された結露水を貯留する貯留部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記貯留部に、前記貯留部に貯留された水を排水するための排水管が接続されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池装置。
【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複数個配列してなるセルスタックが知られている。また、セルスタック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。
【０００３】
このような燃料電池装置においては、燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給部とが、酸素含有ガス供給流路を介してそれぞれ接続されている。
【０００４】
また特に固体高分子形の燃料電池装置においては、燃料電池に供給する燃料ガスを生成するための改質器に、改質用または燃焼用として、酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給部が接続されている。
【０００５】
ここで、例えば、酸素含有ガス供給流路は、燃料電池モジュールに向かって上方に傾斜する傾斜部を有し、これにより、燃料電池モジュールに凝縮した水が逆流することを抑えた燃料電池装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−９０９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、燃料電池装置を緊急停止させた場合等において、燃料電池モジュールや改質器に供給された空気が酸素含有ガス供給部に逆流し、この逆流過程で冷却されることにより生じた結露水によって、酸素含有ガス供給部が故障や破損等をおこす不具合が生じる場合がある。
【０００８】
それゆえ、本発明は、燃料電池モジュールや改質器内に供給された空気が酸素含有ガス供給部に逆流した場合であっても、酸素含有ガス供給部が故障や破損等をおこすことを抑制でき、長期信頼性の向上した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】
【０００９】
本発明の燃料電池装置は、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう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と、該燃料電池モジュールに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給部と、一端が前記燃料電池モジュールと接続され、かつ他端が前記酸素含有ガス供給部と接続された、前記酸素含有ガス供給部から前記燃料電池モジュールに酸素含有ガスを供給するための流路形成部とを備え、該流路形成部は、内部に他の部位よりも熱容量の大きい熱容量増大部を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の燃料電池装置は、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう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と、該燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成する改質器と、該改質器に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給部と
、一端が前記改質器と接続され、かつ他端が前記酸素含有ガス供給部と接続された、前記酸素含有ガス供給部から前記改質器に酸素含有ガスを供給するための流路形成部とを備え、該流路形成部は、内部に他の部位よりも熱容量の大きい熱容量増大部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の燃料電池装置は、燃料電池モジュールや改質器に酸素含有ガスを供給するための流路である流路形成部が、内部に他の部位よりも熱容量の大きい熱容量増大部を有することにより、燃料電池モジュールや改質器に供給された空気が、酸素含有ガス供給部に向けて逆流したとしても、逆流した空気に含まれる水分が熱容量増大部において効率よく凝縮させることができる。それにより、逆流した空気に含まれる水分量を低減することができ、燃料電池モジュールや改質器に供給された空気が、酸素含有ガス供給部に逆流したとしても、酸素含有ガス供給部が故障や破損等をおこすことを抑制でき、長期信頼性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】
【００１２】
【図１】本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムを構成する燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。
【図３】図２に示す燃料電池モジュールの断面図である。
【図４】本実施形態の燃料電池装置の構成の他の一例を示す構成図である。
【図５】本実施形態の燃料電池装置の一例を、一部拡大して示す拡大断面図である。
【図６】図６（ａ）は他の実施形態に係る燃料電池装置の一部を拡大して示す拡大断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の変形例である燃料電池装置の一部を拡大して示す拡大断面図である。
【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装置を備える燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。図１に示す燃料電池システムは、本実施形態の燃料電池装置の一例である発電ユニットと、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニットと、これらのユニット間を水が循環するための循環配管とから構成されている。なお、以降の図において同一の構成については同一の符号を用いて説明する。
【００１４】
図１に示す発電ユニットは、燃料極層、固体電解質層、空気極層を有する燃料電池セルを複数個組み合わせてなるセルスタック５、都市ガス等の原燃料を供給する原燃料供給部１、セルスタック５を構成する燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給部２、原燃料と水蒸気により原燃料を水蒸気改質する改質器３を備えている。なお、図１に示す発電ユニットでは、セルスタック５と改質器３とを収納容器に収納することで燃料電池モジュール４（以下、モジュールという場合がある。）が構成され、図１においては、二点鎖線により囲って示している。なお、図１には示していないが、セルスタック５から排出される発電に使用されなかった排ガスを浄化するための浄化装置や、発電で使用されなかった燃料ガスを燃焼させるための着火装置を設けることができる。
【００１５】
また、図１に示す発電ユニットにおいては、セルスタック５を構成する燃料電池セルの発電により生じた排ガス（排熱）と水とで熱交換を行なう熱交換器８に水を循環させる循環配管１５、熱交換器８で生成された凝縮水を純水に処理するための凝縮水処理装置９、凝縮水処理装置９にて処理された水（純水）を貯水するための水タンク１１とが設けられており、水タンク１１と熱交換器８との間が凝縮水供給管１０により接続されている。なお、熱交換器８での熱交換により生成される凝縮水の水質によっては、凝縮水処理装置９
を設けない構成とすることもできる。また、凝縮水処理装置９が水を貯水する機能を有する場合には、水タンク１１を設けない構成とすることもできる。
【００１６】
水タンク１１に貯水された水は、水タンク１１と改質器３とを接続する水供給管１３に備えられた水ポンプ１２により改質器３に供給される。
【００１７】
さらに図１に示す発電ユニットは、モジュール４にて発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電気の外部負荷への供給量を調整するための供給電力調整部（パワーコンディショナ）６、熱交換器８の出口に設けられ熱交換器８の出口を流れる水（循環水流）の水温を測定するための出口水温センサ１４のほか、各種機器の動作を制御する制御装置７が設けられており、循環配管１５内で水を循環させる循環ポンプ１７とあわせて発電ユニットが構成されている。そして、これら発電ユニットを構成する各装置を、外装ケース内に収納することで、設置や持ち運び等が容易な燃料電池装置とすることができる。なお、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク１６を具備して構成されている。
【００１８】
ここで、図１に示した燃料電池システムの運転方法について説明する。
【００１９】
セルスタック５の発電に必要な燃料ガスを生成するにあたり、制御装置７は原燃料供給部１、水ポンプ１２を作動させる。それにより、改質器３に原燃料（天然ガス、灯油等）と水とが供給され、改質器３で水蒸気改質を行なうことにより、水素を含む燃料ガスが生成されて燃料電池セルの燃料極側に供給される。
【００２０】
一方、制御装置７は酸素含有ガス供給部２を動作させることにより、燃料電池セルの空気極側に酸素含有ガス（空気）を供給する。
【００２１】
なお、制御装置７はモジュール４において着火装置（図示せず）を作動させることにより、セルスタック５の発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させる。それにより、モジュール内の温度（セルスタック５や改質器３の温度）が上昇し、効率よい発電を行なうことができる。
【００２２】
セルスタック５の発電に伴って生じた排ガスは、浄化装置にて浄化された後、熱交換器８に供給され、循環配管１５を流れる水とで熱交換される。熱交換器８での熱交換により生じたお湯は、循環配管１５を流れて貯湯タンク１６に貯水される。一方、熱交換器８での熱交換によりセルスタック５より排出される排ガスに含まれる水が凝縮水となり、凝縮水供給管１０を通じて、凝縮水処理装置９に供給される。凝縮水は、凝縮水処理装置９にて純水とされて、水タンク１１に供給される。水タンク１１に貯水された水は、水ポンプ１２により水供給管１３を介して改質器３に供給される。このように、凝縮水を有効利用することにより、水自立運転を行なうことができる。
【００２３】
続いて、図１に示すモジュール４の一例について説明する。図２、図３は、本実施形態の燃料電池装置を構成するモジュール４の一例を示し、図２はモジュール４を示す外観斜視図であり、図３は図２に示すモジュール４の断面図である。
【００２４】
図２に示すモジュール４においては、収納容器１８の内部に、内部を燃料ガスが流通するガス流路（図示せず）を有する柱状の燃料電池セル１９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１９間が集電部材（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１９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２０に固定してなるセルスタック５を２つ備えるセルスタック装置２１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５（燃
料電池セル１９）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）。なお、図２においては、セルスタック装置２１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。また、収納容器１８には、燃料電池セル１９を通過した燃料ガスを燃焼させるための着火装置２７、モジュール４の温度を測定するための温度センサである熱電対２８が設けられている。
【００２５】
また、図２においては、燃料電池セル１９として、内部を燃料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、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１９を例示している。なお、燃料電池セル１９においては、内部を酸素含有ガスが長手方向に流通するガス流路を有する形状とすることもでき、この場合、内側より酸素極層、固体電解質層、燃料極層を順に設け、モジュール４の構成は適宜変更すればよい。さらには、燃料電池セルは中空平板型に限られるものではなく、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１８の形状を適宜変更することが好ましい。
【００２６】
また、図２に示すモジュール４においては、燃料電池セル１９の発電で使用する燃料ガスを得るために、原燃料供給管２５を介して供給される都市ガス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３をセルスタック５の上方に配置している。また、改質器３は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行なうことができる構造とすることができ、水を気化させるための気化部２３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２２とを備えている。なお、改質器３においては、水蒸気改質のほか部分酸化改質を行なってもよく、改質触媒としては、水蒸気改質のほか、部分酸化改質も可能な燃焼触媒を用いることができる。なお、改質器３で部分酸化改質を行なう場合には、図１に示した酸素含有ガス供給部２より改質器３に酸素含有ガスを供給する構成とすることができる。
【００２７】
そして、改質器３で生成された燃料ガス（水素含有ガス）は、燃料ガス流通管２４を介してマニホールド２０に供給され、マニホールド２０より燃料電池セル１９の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、セルスタック装置２１の構成は、燃料電池セル１９の種類や形状により、適宜変更することができ、例えばセルスタック装置２１に改質器３を含むこともできる。
【００２８】
また図２においては、収納容器１８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２１を後方に取り出した状態を示している。ここで、図２に示したモジュール４においては、セルスタック装置２１を、収納容器１８内にスライドして収納することが可能である。
【００２９】
なお、収納容器１８の内部には、マニホールド２０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１９の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、反応ガス導入部材２６が配置されている。
【００３０】
図３に示すように、モジュール４を構成する収納容器１８は、内壁２９と外壁３０とを有する二重構造で、外壁３０により収納容器１８の外枠が形成されるとともに、内壁２９によりセルスタック装置２１を収納する発電室３１が形成されている。さらに収納容器１８においては、内壁２９と外壁３０との間を、モジュール４の底部より供給され、燃料電池セル１９に導入する酸素含有ガスが流通する反応ガス流路３６としている。なお酸素含有ガスはモジュール４の底部に設けられた酸素含有ガス供給口（図示せず）より供給されて、反応ガス流路３６を流れる。
【００３１】
ここで、収納容器１８内には、収納容器１８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３９とを備え、下端部に燃料電池セル１９の下端部に酸素含有ガスを導入するための反応ガス流出口３２が設けられてなる反応ガス導入部材２６が、内壁２９を貫通して挿入されて固定されている。なお、フランジ部３９と内壁２９との間には断熱部材３３が配置されている。
【００３２】
なお、図３においては、反応ガス導入部材２６が、収納容器１８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１８内にセルスタック５を１つだけ収納する場合には、反応ガス導入部材２６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。
【００３３】
また発電室３１内には、モジュール４内の熱が極端に放散され、燃料電池セル１９（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４内の温度を高温に維持するための断熱部材３３が適宜設けられている。
【００３４】
断熱部材３３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１９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１９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３３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３３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、反応ガス導入部材２６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１９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３３においては、燃料電池セル１９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１９の積層方向における温度分布を低減するための開口部３４が設けられている。なお、複数の断熱部材３３を組み合わせて開口部３４を形成するようにしてもよい。
【００３５】
また、燃料電池セル１９の配列方向に沿った内壁２９の内側には、排ガス用内壁３５が設けられており、内壁２９と排ガス用内壁３５との間が、発電室３１内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路３７とされている。なお、排ガス流路３７は、収納容器１８の底部に設けられた排気孔４０と通じている。また、排ガス用内壁３５のセルスタック５側にも断熱部材３３が設けられている。
【００３６】
それにより、モジュール４の運転に伴って生じる排ガスは、排ガス流路３７を流れた後、排気孔４０より排気される構成となっている。なお、排気孔４０は収納容器１８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。また、排気孔４０内に、モジュール４より排出される排ガスを浄化するための浄化装置（例えば、ハニカム状の燃焼触媒等）を設けることもできる。
【００３７】
なお、モジュール４においては、燃料電池セル１９を通過した燃料ガスを着火させるための着火装置２７が、燃料電池セル１９と改質器３との間に位置するように、収納容器２の側面より挿入されている。なお、着火装置２７により燃料電池セル１９を通過した燃料ガスを着火させることにより、モジュール４内の温度を高温とすることができるほか、燃料電池セル１９、改質器３の温度を高温に維持することができる。
【００３８】
図４は、本実施形態の燃料電池装置の構成の他の一例を示す構成図である。なお、図４においては、固体高分子形の燃料電池セルを有する燃料電池装置の例を簡略化して示している。
【００３９】
図４に示す燃料電池装置は、燃料極層、電解質層、空気極層を有する固体高分子形の燃料電池セルを複数個組み合わせてなるセルスタック４３、都市ガス等の原燃料を供給する原燃料供給部４１、セルスタック４３を構成する燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給部４２、原燃料と水蒸気により原燃料を水蒸気改質する改質器４４を備えている。
【００４０】
また、図４に示す燃料電池装置においては、セルスタック４３を構成する燃料電池セルの発電により生じた排ガスと水や空気等とで熱交換を行なう熱交換器４７、熱交換器４７で生成された凝縮水を純水に処理するための凝縮水処理装置５０、凝縮水処理装置５０にて処理された水（純水）を貯水するための水タンク５２とが設けられており、水タンク５２と熱交換器４７との間が凝縮水供給管５１により接続されている。なお、熱交換器４７での熱交換により生成される凝縮水の水質によっては、凝縮水処理装置５０を設けない構成とすることもできる。また、凝縮水処理装置５０が水を貯水する機能を有する場合には、水タンク５２を設けない構成とすることもできる。
【００４１】
水タンク５２に貯水された水は、水タンク５２と改質器４４とを接続する水供給管５４に備えられた水ポンプ５３により改質器４４に供給される。
【００４２】
さらに図４に示す発電ユニットは、セルスタック４３にて発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電気の外部負荷への供給量を調整するための供給電力調整部（パワーコンディショナ）４８のほか、各種機器の動作を制御する制御装置４９が設けられている。
【００４３】
ここで、図４に示す燃料電池装置においては、改質器４４は、原燃料供給部４１から供給される原燃料を改質するための改質部４６と、改質部４６の温度を上昇させるための燃焼部４５とを備えている。燃焼部４５は、原燃料供給部４１より供給される原燃料と、酸素含有ガス供給部４２より供給される酸素含有ガスとで燃焼を行ない、その燃焼熱により改質部４６の温度を上昇させる。温度の上昇した改質部４６では、原燃料供給部４１より供給される原燃料と、水ポンプ５３より供給される水とで水蒸気改質を行ない、原燃料より生成された燃料ガスが、セルスタック４３に供給される。なお、改質部４６には、改質部のほか、改質ガスのＣＯ変性を行なう変性部、改質ガス中に残存するＣＯの選択的酸化を行なう選択酸化部、水ポンプ５３より供給される水を気化する水蒸気発生部を備えることができる。
【００４４】
また、図４に示す燃料電池装置においては、改質器４４が、燃焼部４５と改質部４６の両方を備える構成としたが、燃焼部４５と改質部４６とを別々に設けることもでき、この場合、本発明の構成は、燃焼部４５と酸素含有ガス供給部４２とを接続する流路形成部を含むものである。
【００４５】
以下、図５を用いて本実施形態の流路形成部５５について説明する。なお以下の説明において、図１〜図３に示した燃料電池モジュール４を例として説明するが、図４に示す燃料電池装置における改質器４４と酸素含有ガス供給部４２との場合も同様である。
【００４６】
図５に示すように、流路形成部５５は、一端部が酸素含有ガス供給口６０を介してモジュール４と接続され、他端部が酸素含有ガス供給口５９を介して酸素含有ガス供給部２と接続されている。それにより、酸素含有ガス供給部２とモジュール４とが連通することとなり、モジュール４内に酸素含有ガスを供給することができる。
【００４７】
図５に示す流路形成部５５は、酸素含有ガス供給部２より上方に延びる酸素含有ガス流
路部５８と、該酸素含有ガス流路部５８と接続され側方に向かって延びる側方流路部５７と、該側方流路部５８と接続され、上方に向けて延びるとともにモジュール４と接続されるモジュール流路部５６とを有している。なお、図５に示す側方流路部５７は、水平方向に延びる形状とされている。
【００４８】
それにより、酸素含有ガス供給部２から送出された酸素含有ガスは、酸素含有ガス供給口５９を通過した後、酸素含有ガス流路部５８を上方へ向けて流れた後、側方流路部５７を側方に向けて流れ、続いてモジュール流路部５６を上方へ向けて流れて、モジュール４に供給される。
【００４９】
酸素含有ガス供給部２は、酸素含有ガスをモジュール４に供給するための装置を意味し、例えば酸素含有ガスを送出するためのポンプ（酸素含有ガスポンプ等）を例示することができる。
【００５０】
ここで、燃料電池装置の運転中に、地震や火事などの災害により燃料電池装置が緊急停止し、燃料電池装置を作動させるための酸素含有ガスポンプを含む補機等が停止した場合に、モジュール４の内部の水蒸気を含む高温な空気が、流路形成部５５を逆流する場合がある。
【００５１】
ここで、流路形成部５５へ水蒸気を含む高温な空気が供給されると、流路形成部５５を内や酸素含有ガス供給部２内にて、高温な空気が冷やされ、逆流した空気中の水蒸気に結露が生じ、生じた結露水により酸素含有ガス供給部２を構成する酸素含有ガスポンプ等が故障や破損する場合がある。
【００５２】
ここで、本実施形態の燃料電池装置は、流路形成部５５が他の部位よりも熱容量の大きい熱容量増大部６２を有している。それにより、流路形成部５５を逆流する空気は、熱容量増大部６２によって効率よく冷却され、この部位にて逆流した空気中の水蒸気が結露水として生じることとなる。
【００５３】
それゆえ、例えば流路形成部５５内を逆流した空気が、そのまま酸素含有ガス供給部２に供給されたとしても、水分量が少ない空気が供給されることとなるため、酸素含有ガス供給部２を構成する酸素含有ガスポンプ等の故障や破損を抑制することができる。
【００５４】
なお、熱容量増大部６２を設ける場所は特に制限はないが、流路形成部５５内を逆流した空気が熱容量増大部６２を流れることで生成された結露水が、流路形成部５８を通じて酸素含有ガス供給部２に供給されることを効率よく抑制すべく、酸素含有ガス供給部２よりも遠い位置に設けることが好ましい。具体的には、例えば図５に示す燃料電池装置においては、流路形成部５５のうち、側方流路部５７またはモジュール流路部５６に設けることが好ましく、図５においてはモジュール流路部５６に熱容量増大部６２を設けた例を示している。
【００５５】
熱容量増大部６２としては、例えば耐熱性を有し、かつ酸素含有ガス供給部２より要求される酸素含有ガスの流れの阻害を極力抑えることができる熱容量増大部材６３を流路形成部５５内に設けることで、熱容量増大部６２とすることができる。
【００５６】
このような熱容量増大部材６３としては、例えば、金属やセラミックス等を用いることができ、例えばメッシュ構造やハニカム構造等の部材とすることができる。それにより、酸素含有ガス供給部２より供給される酸素含有ガスの流れの阻害を極力抑えつつ、流路形成部５５内を逆流した空気に含まれる水蒸気を、効率よく結露水として凝縮することができる。
【００５７】
なお、熱容量増大部材６３の大きさとしては、流路形成部５５に配置される場所の内径と同じサイズの外形を有するものとすることが好ましく、厚みは流路形成部５５を流れる酸素含有ガスの流れを阻害しない程度の厚みとすることが好ましい。
【００５８】
さらに、流路形成部５５内を逆流した空気が熱容量増大部６２を流れることで生成された結露水が、流路形成部５５を通じて酸素含有ガス供給部２に供給されることを効率よく抑制すべく、流路形成部５５に結露水を貯留する貯留部６１を設けることが好ましい。それにより、熱容量増大部６２にて生成された結露水が貯留部６１に貯留されることで、結露水が酸素含有ガス供給部２に供給されることを効率よく抑制することができ、酸素含有ガス供給部２を構成する酸素含有ガスポンプ等の故障や破損をより抑制することができる。
【００５９】
なお、図５に示す燃料電池装置においては、貯留部６１をモジュール流路部５６の下方側に設けた例を示している。すなわち、モジュール流路部５６と側方流路部５７との接続部を、モジュール流路部５６の下端よりも上方側に設けることで、モジュール流路部６１のうち、側方流路部５７の接続部より下方側が貯留部６１となり、熱容量増大部６２にて生成された結露水を貯留する貯留部６１を容易に形成することができる。
【００６０】
ちなみに、貯留部６１に貯水された結露水は、燃料電池装置が停止している場合に、時間の経過とともに気化することとなるほか、燃料電池装置が稼働している場合に貯留部６１に結露水が貯留された場合であっても、酸素含有ガス供給部２から供給される酸素含有ガスに曝されることにより、気化されて減少していく。それにより、貯留部６１に長期間にわたって結露水が溜められないこととなり、貯留部６１の劣化を抑えることができる。
【００６１】
ここで、流路形成部５５は、金属や樹脂等により作製された管により形成することができる。一本の管により形成する場合は、適宜折り曲げて作製すればよい。結露水が流路形成部５５内に生成するのを抑える点と製造コストの点から、熱硬化性樹脂、熱軟化性樹脂または光硬化性樹脂等の樹脂により作製することが好ましい。
【００６２】
なお、上述したように貯留部６１は結露水に曝されることとなるため、貯留部６１は、耐水性を有することが好ましく、金属製の管を用いる場合には、耐水性に優れた材料とし、加えて耐水性を有するコーティングを施すことが好ましい。また、モジュール流路部５６を樹脂により作製することで貯留部６１の耐水性を向上させることができる。
【００６３】
また、図５に示す例においては、流路形成部５５を構成する酸素含有ガス流路部５８と、側方流路部５７と、モジュール流路部５６とを一体化した例を示しているが、それぞれ別部材により形成してもよい。モジュール流路部５６、側方流路部５７および酸素含有ガス流路部５８のそれぞれの接合部は、溶接やパッキンによるシール構造とし内部を流れる酸素含有ガスが流出しないように、それぞれの接合部を封止することが好ましい。
【００６４】
なお、熱容量増大部６２にて生成された結露水が酸素含有ガス供給部２側に流れることをさらに抑制するにあたり、例えば側方流路部５７のモジュール流路部５６側の一端と、酸素含有ガス供給部２側の一端とを比較した場合に、モジュール流路部５６側の一端が下方となるように傾斜した構成とすることもできる。
【００６５】
また、上述の例においては、酸素含有ガス供給部２として、酸素含有ガスポンプを用いる例を示したが、例えば、酸素含有ガス供給部２を流量計とする場合にも同様に、流量計の内部に結露水が存在すると、燃料電池装置の再起動時やその後の運転中に、流量計が流量を測定できず流量異常のエラーを生じ、燃料電池装置が再び緊急停止する場合があるが
、本実施形態の燃料電池装置によれば、流量計に結露水が流入することを抑えることができ、燃料電池装置の故障や破損を抑制することができる。
【００６６】
図６（ａ），（ｂ）を用いて、本実施形態の他の一例について説明する。
【００６７】
図６（ａ）に示す燃料電池装置は、酸素含有ガス供給部２より上方に延びる酸素含有ガス流路部５８と、該酸素含有ガス流路部５８と接続され側方に向かって延びる側方流路部６６と、該側方流路部６６と接続され、上方に向けて延びるとともにモジュール４と接続されるモジュール流路部６５とを有してなる流路形成部６４のうち、側方流路部６６の下方側に窪み部を有し、該窪み部が貯留部６８とされており、窪み部に熱容量増大部６７が設けられている。その他の点は、図５の形態と同様である。
【００６８】
このように、流路形成部６４のうち、側方流路部６６に熱容量増大部６７を設けることで、流路形成部６４を逆流する空気は、熱容量増大部６７によって効率よく冷却され、この部位にて逆流した空気中の水蒸気が結露水として生じることとなる。
【００６９】
それゆえ、例えば流路形成部６４内を逆流した空気が、そのまま酸素含有ガス供給部２に供給されたとしても、水分量が少ない空気が供給されることとなるため、酸素含有ガス供給部２を構成する酸素含有ガスポンプ等の故障や破損を抑制することができる。
【００７０】
ここで、図６（ａ）に示す燃料電池装置においては、側方流路部６６の下部に設けられた窪み部を貯留部６８とし、該貯留部６８に熱容量増大部６７を設けている。それにより、流路形成部６４内を逆流した空気が熱容量増大部６７を流れることで生成された結露水は、熱容量増大部６７が設けられた貯留部６８に貯留されることとなる。それゆえ、結露水が酸素含有ガス供給部２に供給されることを効率よく抑制することができ、酸素含有ガス供給部２を構成する酸素含有ガスポンプ等の故障や破損をより抑制することができる。
【００７１】
なお、流路形成部６４のうち、側方流路部６６（貯留部６８）は結露水に曝されることとなるため、耐水性を有することが好ましく、例えば熱硬化性樹脂、熱軟化性樹脂または光硬化性樹脂等の樹脂や金属製の管を用いることができ、金属製の管を用いる場合には、耐水性に優れた材料とし、加えて耐水性を有するコーティングを施すことが好ましい。
【００７２】
図６（ｂ）に示す燃料電池装置は、流路形成部６４のうち貯留部６８に排水管６９が接続されている点以外は、図６（ａ）に示す燃料電池装置と同様である。
【００７３】
流路形成部６４を逆流する空気は、熱容量増大部６７によって効率よく冷却され、この部位にて逆流した空気中の水蒸気が結露水として生じることとなるが、この結露水が貯留部６８の容量を超える場合に、酸素含有ガス供給部２に向けて流れだし、酸素含有ガス供給部２を構成する酸素含有ガスポンプ等が故障や破損するおそれがある。
【００７４】
そこで、図６（ｂ）に示す燃料電池装置においては、流路形成部６４のうち貯留部６８に排水管６９を接続することにより、貯留部６８に貯留された結露水を排水管６９により排水することができる。それにより、熱容量増大部６７によって生成された結露水が、酸素含有ガス供給部２に向けて流れだすことを抑制でき、酸素含有ガス供給部２を構成する酸素含有ガスポンプ等が故障や破損することを抑制できる。
【００７５】
なお、排水管６９はバルブ等を設けて、適宜バルブ等を開閉するようにすることで、排水管６９を介して空気等が流路形成部６４内をモジュール４に向けて流れることを防止することができる。なお、上記バルブが電磁式の場合には、別途電源（例えば乾電池等）を設けておき、燃料電池装置が緊急停止した場合には、別途設けた電源を用いてバルブを作
動させればよい。
【００７６】
以上、本発明の実施の形態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。
【００７７】
例えば、図６（ｂ）の構成において、排水管６９より排水される結露水を、図１に示す熱交換器８と凝縮水処理装置９とを接続する凝縮水供給管１０に流すようにしてもよい。それにより、効率よく水自立運転を行なうことができる燃料電池装置とすることができる。
【００７８】
また、例えば、上記図４の構成の固体高分子形の燃料電池装置において、燃焼部４５と酸素含有ガス供給部４２とを接続する管のほか、改質部４６と酸素含有ガス供給部４２とを接続する管にも熱容量増量部を設けることもできる。
【００７９】
それにより、燃料電池装置の運転中に、地震や火事などの災害により燃料電池装置が緊急停止し、燃料電池装置を作動させるための酸素含有ガスポンプを含む補機等が停止した場合に、燃焼部４５や改質部４６の内部の水蒸気を含む高温な空気や燃料ガスが、改質器３と酸素含有ガス供給部２とを接続する管を逆流した場合であっても、酸素含有ガス供給部４２を構成する酸素含有ガスポンプ等が故障や破損することを抑制できる。
【符号の説明】
【００８０】
２、４２：酸素含有ガス供給部
３、４４：改質器
４：燃料電池モジュール
５５、６３、６８：流路形成部
６１、６６：貯留部
６２、６７：熱容量増大部
６９：排水管
【図１】
2014146555.tif 000003
【図２】
2014146555.tif 000004
【図３】
2014146555.tif 000005
【図４】
2014146555.tif 000006
【図５】
2014146555.tif 000007
【図６】
2014146555.tif 000008