(57)【要約】  本発明の燃料電池用改質器は、水を水蒸気に気化するための気化部と、気化部で発生した水蒸気と原燃料とを反応させて改質ガスを生成する改質部と、気化部内に延びて配置され、該気化部内で水を吐出する水吐出孔が上部に設けられた周壁部を有する水供給管と、を備え、原燃料を水蒸気と反応させて水蒸気を含む改質ガスを生成する。この構成により、発電効率または電解効率を向上させることができる。また、本発明の燃料電池モジュールおよび燃料電池装置は、前記燃料電池用改質器を含み、同様の効果を奏する。
2017057151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を水蒸気と反応させて改質ガスを生成する燃料電池用改質器であって、
水を水蒸気に気化するための気化部と、
前記気化部で発生した水蒸気と原燃料とを反応させて改質ガスを生成する改質部と、
前記気化部内に延びて配置され、該気化部内で水を吐出する水吐出孔が上部に設けられた周壁部を有する水供給管と、を含むことを特徴とする燃料電池用改質器。
【請求項２】
前記水吐出孔は、前記周壁部の、上下方向の中間部にも設けられることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用改質器。
【請求項３】
前記水供給管は、その先端部が閉塞されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用改質器。
【請求項４】
前記気化部には、粒状のセラミックボールが収納され、
前記水吐出孔は、前記セラミックボールの粒径よりも小さい孔径を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池用改質器。
【請求項５】
前記気化部は、
気化部往路と、
該気化部往路と連通するとともに、水蒸気が他端側から一端側に流れる気化部復路と、を含み、
前記水供給管は、前記気化部往路の内部に挿通され、前記気化部往路から前記気化部復路にわたって配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の燃料電池用改質器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料電池用改質器と、
前記燃料電池用改質器によって生成された改質ガスと酸素含有ガスとを反応させて発電するセルスタックと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７】
外装ケース内に、
請求項６に記載の燃料電池モジュールと、
該燃料電池モジュールの運転を行なう補機と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、燃料電池用改質器、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、セルの１種である燃料電池セルを複数個配列したセルスタックを備えるセルスタック装置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（たとえば、特許文献１，２を参照）。【０００３】
セルスタック装置は、複数のセルスタックの上方に改質器を配置するとともに、該改質器がＵ字状をなしており、水を気化して水蒸気を生成する気化部と、該気化部で発生した水蒸気を用いて原燃料ガスを水蒸気改質する改質部とを備えている。原燃料ガス供給管および水供給管が、改質器の上流側に連なる気化部に接続され、気化部で発生した水蒸気と原燃料ガスとが混合されて、改質部に供給され、この改質部で原燃料ガスが改質されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０８０２３０号
【特許文献２】特開２００７−３１４３９９号公報
【発明の概要】
【０００５】
本開示の燃料電池用改質器は、原燃料を水蒸気と反応させて改質ガスを生成する燃料電池用改質器である。該燃料電池用改質器は、
水を水蒸気に気化するための気化部と、
前記気化部で発生した水蒸気と原燃料とを反応させて改質ガスを生成する改質部とを備えている。さらに、
前記気化部内に延びて配置され、該気化部内で水を吐出する水吐出孔が上部に設けられた周壁部を有する水供給管を備えている。
【０００６】
また、本開示の燃料電池モジュールは、上記の燃料電池用改質器と、
前記燃料電池用改質器によって生成された改質ガスと酸素含有ガスとを反応させて発電するセルスタックとを収納してなることを特徴とする。
【０００７】
さらに、本開示の燃料電池装置は、外装ケース内に、
上記の燃料電池モジュールと、
該燃料電池モジュールの運転を行なう補機とを収納してなることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とから、より明確になるであろう。
【図１】本実施形態の燃料電池用改質器を備えた燃料電池モジュールを構成するセルスタック装置の一例の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示すセルスタック装置を示し、図２Ａはセルスタック装置の側面図、図２Ｂは図２Ａの点線枠で囲った部分Ａの一部拡大平面図である。
【図３】本実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す斜視図である。
【図４】図３に示すモジュールの断面図である。
【図５】本実施形態の燃料電池モジュールの他の一例を示す断面図である。
【図６】図５に示すモジュールに収納された改質器を抜粋して示し、図６Ａは斜視図、図６Ｂは平面図である。
【図７】水供給管の筒状部付近を図６の左側方から見た拡大図である。
【図８】本実施形態のセルスタック装置の上方に、図６に示す改質器を備える構成の一例を示す側面図である。
【図９】本実施形態の燃料電池モジュールのさらに他の一例を示す断面図である。
【図１０】本実施形態の燃料電池モジュールの排ガス回収部の底面を一部抜粋して示す平面図である。
【図１１】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。
【図１２】図５に示すモジュールに収納された改質器の他の一例を抜粋して示し、図１２Ａは斜視図、図１２Ｂは平面図である。
【図１３】図５に示すモジュールに収納された改質器の他の一例の内部構造を抜粋して示す斜視図である。
【図１４】図５に示すモジュールに収納された改質器の他の一例の内部構造を抜粋して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参考にして、本実施形態の燃料電池用改質器、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置について説明する。なお、異なる図中の共通の構成要素については、同一の符号を付与するものとする。
【００１０】
図１は、本実施形態の燃料電池用改質器を備えた燃料電池モジュールを構成するセルスタック装置の一例の外観を示す斜視図であり、図２は、図１に示すセルスタック装置を示し、図２Ａはセルスタック装置の側面図、図２Ｂは図２Ａの点線枠で囲った部分Ａの一部を拡大して示す断面図である。なお、以降の図において、セルとして主に固体酸化物形の燃料電池セルを用いて説明する。
【００１１】
図１、図２Ａ，２Ｂに示すセルスタック装置１においては、セルスタック２が２つ並置されている。セルスタック２は、内部を燃料ガスが一端から他端に流通するガス流路１５を有する燃料電池セル３を立設させた状態で一列に配列（図１で示すＸ方向）されている。また、隣接する燃料電池セル３間を、導電部材６を介して電気的に直列に接続している。さらに、セルスタック２は、燃料電池セル３の下端が絶縁性接着材９でマニホールド４に固定されている。
【００１２】
なお、図１、図２Ａ，２Ｂ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ガス流路を複数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た固体酸化物形の燃料電池セル３を例示している。また、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。本実施形態の燃料電池装置においては、燃料電池セル３は、たとえば平板型や円筒型とすることもでき、あわせてセルスタック装置１の形状も適宜変更することができる。
【００１３】
また、セルスタック２の最も外側に位置する燃料電池セル３に導電部材６を介して電気的に接続されたセルスタック支持体（以下、「スタック支持体」と略することがある。）７が配置されている。スタック支持体７の外側には保護カバーを設けることもできる。保護カバーは、セルスタック２の周囲に配置された断熱材との接触や外部からの衝撃に対して、スタック支持体７およびセルスタック２を保護する。また、スタック支持体７にはセルスタック２の外側に突出する導電部８が接続されている。
【００１４】
なお、図１、図２Ａ，２Ｂにおいては、セルスタック装置１が２つのセルスタック２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る。たとえばセルスタック装置１は、セルスタック２を１つだけ備えていてもよい。また、セルスタック装置１を、後述する改質器を含むものとすることもできる。
【００１５】
また、マニホールド４は燃料電池セル３に供給する燃料ガスを貯留し、開口部を上面に有するガスケースと、内側に燃料電池セル３を固定するとともに、ガスケースに固定される枠体とを備えている。
【００１６】
燃料電池セル３の一端部（図２Ａの下端部）は枠体で囲まれており、枠体の内側に充填された絶縁性接着材９で燃料電池セル３の下端部の外周が固定されている。つまり、セルスタック２は、枠体の内側に複数の燃料電池セル３を並べて収容し、絶縁性接着材９で枠体に接着されている。なお、絶縁性接着材９は、ガラス等の材料からなり、熱膨張係数を考慮して所定のフィラーを添加したものを用いることができる。
【００１７】
また、マニホールド４の上面には、後述する改質器にて生成された燃料ガスが流通するガス流通管５が接続されている。燃料ガスは、ガス流通管５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ガス流路１５に供給される。
【００１８】
ここで、燃料電池セル３は、図２Ｂに示すように、一対の対向する平坦面をもつ柱状の導電性支持体（以下、「支持体」と略す場合がある。）１４の一方の平坦面上に、燃料側電極層１０、固体電解質層１１および空気側電極層１２を順次積層した柱状（中空平板状等）からなる。また、燃料電池セル３の他方の平坦面上にはインターコネクタ１３が設けられており、インターコネクタ１３の外面（上面）には、Ｐ型半導体層１６が設けられている。Ｐ型半導体層１６を介して、導電部材６をインターコネクタ１３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て、集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。なお、図１では導電部材６、スタック支持体７の記載を省略している。また、支持体は燃料側電極層を兼ねるものとし、その表面に固体電解質層１１および空気側電極層１２を順次積層して、セルを構成することもできる。
【００１９】
燃料側電極層１０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、たとえば希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ２（安定化ジルコニアと称し、部分安定化も含む）と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。
【００２０】
固体電解質層１１は、燃料側電極層１０、空気側電極層１２間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有する。また同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためのガス遮断性を有することが必要とされ、たとえば３〜１５モル％の希土類元素酸化物が固溶した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。
【００２１】
空気側電極層１２は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、たとえば、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。空気側電極層１２は、ガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率を２０％以上、特に３０〜５０％の範囲とすることができる。
【００２２】
支持体１４としては、燃料ガスを燃料側電極層１０まで透過するために、ガス透過性を有しており、さらには、インターコネクタ１３を介して導電するために導電性を有している。したがって、支持体１４としては、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。燃料電池セル３を作製するにあたり、燃料側電極層１０または固体電解質層１１との同時焼成により支持体１４を作製する場合は、鉄族金属成分と特定希土類酸化物とから支持体１４を形成することができる。
【００２３】
また、図２Ａ，２Ｂに示した燃料電池セル３において、柱状（中空平板状）の支持体１４は、立設方向（図１に示すＹ方向）に細長く延びる板状片であり、平坦な両端面と半円形状の両側方とを有する。また、支持体１４は、ガス透過性を備えるために、開気孔率が２０％以上、特には２５〜５０％の範囲とすることができる。また、その導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特には４４０Ｓ／ｃｍ以上とすることができる。さらに、支持体１４の形状は柱状であればよく、円筒状であってもよい。
【００２４】
Ｐ型半導体層１６としては、遷移金属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１３を構成する材料よりも電子伝導性が大きいもの、たとえば、ＢサイトにＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏなどが存在するＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＦｅＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３系酸化物などの少なくとも一種からなるＰ型半導体セラミックスを使用することができる。このようなＰ型半導体層１６の厚みは、一般に、３０〜１００μｍの範囲内とすることができる。
【００２５】
インターコネクタ１３は、上述したとおり、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）、もしくは、ランタンストロンチウムチタン系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＳｒＴｉＯ３系酸化物）を使用することができる。これらの材料は、導電性を有し、かつ、燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガス（空気等）と接触しても、還元も酸化もされない。また、インターコネクタ１３は、支持体１４に形成されたガス流路１５を流通する燃料ガス、および、支持体１４の外側を流通する酸素含有ガス、の両者のリークを防止するために緻密質であればよく、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有している構成とすることができる。
【００２６】
そして、燃料電池セル３を電気的に接続するために介装される導電部材およびスタック支持体７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。
【００２７】
図３は、本実施形態のセルスタック装置１８を備える燃料電池モジュール（以下、モジュールと略す）の一例を示す外観斜視図であり、図４は図３に示されるモジュールの断面図である。
【００２８】
図３に示すモジュール１７においては、収納容器１９の内部に、本実施形態のセルスタック装置１８が収納されている。なお、セルスタック装置１８の上方には、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２０が配置されている。
【００２９】
また、図１に示す改質器２０においては、原燃料供給管２３を介して供給される天然ガスまたは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２０は、改質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できる。改質器２０は、水を気化させるための気化部２１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。
【００３０】
また、図３においては、収納容器１９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１８を後方に取り出した状態を示している。ここで、図３に示したモジュール１７においては、セルスタック装置１８を、収納容器１９内にスライドして収納することが可能である。
【００３１】
なお、収納容器１９の内部には、酸素含有ガス供給部材２４が配置されている。酸素含有ガス供給部材２４は、マニホールド４上に並置されたセルスタック２の間に配置され、供給された酸素含有ガスが燃料電池セル３間を下端部から上端部に向けて流れる。
【００３２】
図４に示すように、モジュール１７を構成する収納容器１９は、内壁２５と外壁２６とを有する二重構造で、外壁２６により、収納容器１９の外枠が形成されるとともに、内壁２５により、セルスタック装置１８を収納する収納室２７が形成されている。
【００３３】
ここで、収納容器１９は、外部より導入される酸素含有ガスを収納室２７に導入するための酸素含有ガス導入部２８を備えている。酸素含有ガス導入部２８に導入された酸素含有ガスは、内壁２５と外壁２６との間に形成された、酸素含有ガス導入部２８とつながる酸素含有ガス流通部２９を、上方に向けて流れる。酸素含有ガスは、続いて、酸素含有ガス流通部２９とつながる酸素含有ガス分配部３０を流れる。そして、酸素含有ガス分配部３０には、ガス供給部である酸素含有ガス供給部材２４が、内壁２５を貫通して挿入されて固定されている。
【００３４】
酸素含有ガス供給部材２４は、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３１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３２が設けられている。それにより、酸素含有ガス分配部３０と酸素含有ガス供給部材２４とがつながっている。なお、フランジ部３１と内壁２５との間には、断熱部材３３が配置されている。
【００３５】
なお、図４においては、酸素含有ガス供給部材２４が、収納容器１９の内部に並置された２つのセルスタック２間に位置するように配置されているが、セルスタック２の数により、適宜配置することができる。たとえば、収納容器１９内にセルスタック２を１つだけ収納する場合には、酸素含有ガス供給部材２４を２つ設け、セルスタック２を両側方から挟み込むように配置することができる。
【００３６】
また、収納室２７内には、モジュール１７内の熱が極端に放散され、燃料電池セル３（セルスタック２）の温度が低下して発電量が減少しないように、モジュール１７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。
【００３７】
断熱部材３３は、セルスタック２の近傍に配置してもよく、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２の側方に配置する。さらに、セルスタック２の側方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３３を配置してもよい。なお、断熱部材３３は、セルスタック２の両側方に配置することもできる。それにより、セルスタック２の温度が低下することを効果的に抑制できる。さらには、酸素含有ガス供給部材２４より導入される酸素含有ガスが、セルスタック２の側方より漏出することを抑制でき、セルスタック２を構成する燃料電池セル３間の酸素含有ガスの流れを、増量することができる。
【００３８】
なお、セルスタック２の両側方に配置された断熱部材３３には、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２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のばらつき（むら）を低減するための開口部３４が、設けられている。
【００３９】
また、燃料電池セル３の配列方向に沿った内壁２５の内側には、排ガス用内壁３５が設けられており、収納室２７の側方における内壁２５と排ガス用内壁３５との間が、収納室２７内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流通部３６、とされている。
【００４０】
また、収納室２７の下方であって、酸素含有ガス導入部２８の上方には、排ガス流通部３６とつながる排ガス収集部３７が設けられている。排ガス収集部３７は、収納容器１９の底部に設けられた排気孔３８と通じている。また、排ガス用内壁３５のセルスタック２側にも断熱部材３３が配設されている。
【００４１】
それにより、モジュール１７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、排ガス流通部３６、排ガス収集部３７を流れた後、排気孔３８より排気される構成となっている。なお、排気孔３８は収納容器１９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。
【００４２】
また、酸素含有ガス供給部材２４の内部には、セルスタック２近傍の温度を測定するための熱電対３９が、その測温部４０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。
【００４３】
また、上述の構成のモジュール１７は、燃料電池セル３におけるガス流路１５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の上端と改質器２０との間で燃焼させることにより、燃料電池セル３の温度を上昇させ維持することができるように構成されている。これにより、燃料電池セル３（セルスタック２）の上方に配置された改質器２０を温めることができ、改質器２０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１７内の温度は５００〜８００℃程度になる。
【００４４】
ここで、燃料電池セル３の発電効率を向上させるにあたり、酸素含有ガスが流れる各流路は、酸素含有ガスが効率よく流れる構造とすることができる。すなわち、図４に示すモジュール１７においては、酸素含有ガス導入部２８に導入され、収納室２７の両側方を流れて、酸素含有ガス分配部３０を介して酸素含有ガス供給部材２４に導入される酸素含有ガスが、効率よく流れかつ均等に分配されるような構造、とすることができる。
【００４５】
すなわち、本実施形態のモジュール１７においては、酸素含有ガス流通部２９の幅Ｗ２が、酸素含有ガス導入部２８の幅Ｗ１よりも狭くなっている。それにより、酸素含有ガス導入部２８に導入された酸素含有ガスを、効率よく酸素含有ガス流通部２９に流すことができる。
【００４６】
ここで、酸素含有ガス流通部２９の幅Ｗ２は、収納容器１９の経時劣化、温度の上昇・下降による応力歪の蓄積等により内壁２５や外壁２６が変形しても閉塞されない幅、具体的には、酸素含有ガス導入部２８の幅Ｗ１の１／３〜１／３０の幅とすることができる。なお、酸素含有ガス導入部２８の幅Ｗ１については特に制限はないが、大きすぎるとモジュールが大型化する問題がある。
【００４７】
なお、収納室２７のそれぞれの側方に位置する酸素含有ガス流通部２９の幅Ｗ２（一方のＷ２は非表示）は、互いの幅の差を±１０％の範囲内とすることができる。それにより、酸素含有ガス導入部２８に導入された酸素含有ガスは、収納室２７のそれぞれの側方にほぼ同じ量が流れる。
【００４８】
次に、本実施形態では、酸素含有ガス供給部材２４の幅Ｗ４が、酸素含有ガス分配部３０の幅Ｗ３よりも狭くなっている。それにより、酸素含有ガス分配部３０に導入された酸素含有ガスを、効率よく酸素含有ガス供給部材２４に流すことができる。
【００４９】
ここで、酸素含有ガス供給部材２４の幅Ｗ４は、経時劣化、温度の上昇・下降による応力歪の蓄積等により酸素含有ガス供給部材２４が変形しても閉塞されない幅、具体的には、酸素含有ガス分配部３０の幅Ｗ３の１／２〜１／３０の幅とすることができる。なお、酸素含有ガス分配部３０の幅Ｗ３については特に制限はないが、大きすぎるとモジュールが大型化する問題がある。また、上記幅を決定するにあたっては、酸素含有ガス流出口３２の圧力損失も考慮する。
【００５０】
一方、収納室２７においては、発電に利用されなかった燃料ガスや酸素含有ガス、その燃料ガスを燃焼して生じる燃焼ガス等の排ガス等が生じる。この排ガスについても、効率よく収納容器１９の外部に排出することで、結果的に燃料電池セル３に効率よく酸素含有ガスが供給される。
【００５１】
そのために、本実施形態のモジュール１７においては、収納室２７の側方に設けられた排ガス流通部３６の幅Ｗ５は、収納室２７の下方に設けられた排ガス収集部３７の幅Ｗ６よりも狭くなっている。それにより、収納室２７のそれぞれの側方における排ガス流通部３６を流れた排ガスが、排ガス収集部３７にて効率よく混合され、排気孔３８を介して外部に効率よく排気される。
【００５２】
ここで、排ガス流通部３６の幅Ｗ５は、経時劣化、温度の上昇・下降による応力歪の蓄積等により排ガス流通部３６が変形しても閉塞されない幅、すなわち排ガス収集部３７の幅Ｗ６の１／３〜１／３０の幅とすることができる。なお、排ガス収集部３７の幅Ｗ６については特に制限はないが、大きすぎるとモジュールが大型化する問題がある。
【００５３】
なお、収納室２７のそれぞれの側方に位置する排ガス流通部３６の幅Ｗ５（一方のＷ５は非表示）は、互いの幅の差を±１０％の範囲内とすることができる。それにより、収納室２７における排ガスが、収納室２７のそれぞれの側方にほぼ同じ量が流れる。
【００５４】
図５は、本実施形態のモジュールの他の一例を示す断面図である。図５に示すモジュール４１は、図４に示すモジュール１７と比較して、収納室４２内に４つのセルスタック装置４３を備える点、各セルスタック装置４３の間に排ガス流通部材４４が設けられている点、図５に示すように４つのセルスタックの上方に１つの改質器４５が設けられている点で異なっている。なお、図４に示すモジュール１７と同じ構成については同じ符号を用い、説明は省略する。
【００５５】
収納室４２内に複数のセルスタック装置４３を収納する場合には、特に中央部側に位置するセルスタック装置４３における燃料電池セル３から、収納室４２の側方に位置する排ガス流通部３６までの距離が長くなる。それゆえ、中央部側に位置するセルスタック装置４３における燃料電池セル３から排出される排ガスを、効率よく外部に排出することが難しい場合がある。
【００５６】
たとえば、燃料電池セル３の上端側で、発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させて、その燃焼熱によって燃料電池セル３の温度を高温に維持する構成の燃料電池装置では、燃料電池セル３の上端側に排ガスが滞留することで、発電に使用されなかった燃料ガスをうまく燃焼させることができず、失火するおそれがある。特に失火を生じた場合には、燃料電池セルの温度が上昇しないか、あるいは、高温に維持することができない場合があり、この場合、結果として燃料電池セル３（セルスタック装置４３）の発電量が低下してしまうおそれがある。
【００５７】
これを解消するため、図５に示す本実施形態のモジュール４１においては、上記の排ガス流通部３６に加えて、隣接するセルスタック装置４３の間に、発電に使用されなかった排ガスを排出するための排ガス流通部材４４が設けられている。
【００５８】
この排ガス流通部材４４は、筒状の容器からなり、上端部に収納室４２と連通する排ガス流入口４６を両側方に備えるとともに、下端である排出口４７が収納室４２の下方に設けられた排ガス収集部３７と連通している。なお、図５においては、直方体状でかつ筒状の容器にて排ガス流通部材４４を形成した例を示しているが、円筒状の容器を複数配列した構成としてもよい。
【００５９】
すなわち、それぞれのセルスタック装置４３の側方には、排ガス流通部３６または排ガス流通部材４４のいずれかが配置されており、発電で使用されなかった排ガスは、それぞれのセルスタック装置４３を構成するセルスタック２にとって近い側の、排ガス流通部３６または排ガス流通部材４４に効率よく流れる。
【００６０】
それにより、燃料電池セル３の上端側に排ガスが滞留することを抑制でき、排ガスを効率よく排気することができる。また、燃料電池セル３の上方で燃焼させる構成のセルスタック装置４３においては、失火を抑制することができることから、発電量が向上する。
【００６１】
なお、排ガス流通部材４４の幅Ｗ７は、収納室４２の下方に設けられた排ガス収集部３７の幅Ｗ６よりも狭くなっている。それにより、排ガス流通部材４４を流れた排ガスが、排ガス収集部３７にて効率よく混合され、排気孔３８を介して外部に排出される。
【００６２】
具体的には、排ガス流通部材４４の幅Ｗ７は、排ガス収集部３７の幅Ｗ６の１／３〜１／３０の幅とすることができる。なお、排ガス収集部３７の幅Ｗ６については特に制限はないが、大きすぎるとモジュールが大型化する問題がある。
【００６３】
なお、それぞれの排ガス流通部材４４の幅Ｗ７（１つのみ表示）は、互いの幅の差を±１０％の範囲内とすることができる。それにより、それぞれの排ガス流通部材４４にほぼ同じ量の排ガスが流れる。
【００６４】
図６Ａ，図６Ｂは、それぞれ図５に示すモジュールに収納された改質器を抜粋して示す斜視図および平面図であり、図７は水供給管４８の筒状部４８ａ付近を図６Ａ，６Ｂの左側方から見た拡大図であり、図８は、本実施形態のセルスタック装置の上方に図６Ａ，６Ｂに示す改質器を備える構成の一例を示す側面図である。
【００６５】
図５のモジュール４１においては、４つのセルスタック２の上方に、図６Ａ，６Ｂに示すＷ字状（ミアンダ形状）の改質器４５を備えている。
【００６６】
改質器４５は、図６Ａ、６Ｂに示したように、水を気化して水蒸気を生成する気化部４５ａと該気化部４５ａで発生した水蒸気を用いて原燃料を水蒸気改質する改質部４５ｂとを備えている。
【００６７】
気化部４５ａは、水蒸気が一端側より他端側に流れる気化部往路４５ａ１と、水蒸気が他端側より一端側に流れる気化部復路４５ａ２とを備えている。また、気化部往路４５ａ１には、内部に一端部から気化部往路４５ａ１に沿って突出する筒状部４８ａと、一端部に接続され、筒状部４８ａに水を供給する水供給部４８ｂとを備えている。なお、筒状部４８ａは、気化部４５ａを構成する管体より内側に突出するように設けて、この筒状部４８ａに水供給部４８ｂである水供給管４８を同軸に接続した別体構造のほか、水供給部４８ｂである水供給管４８を外部より内部に挿入して、水供給管４８の一部が筒状部４８ａとなる一体構造であってもよい。以下の説明においては、水供給管４８が外部より内部に挿入した構成を用いて説明する。
【００６８】
また、改質部４５ｂは、原燃料供給部である原燃料供給管２３より供給された原燃料を改質して生成された改質ガスが一端側より他端側に流れる改質部往路４５ｂ１と、改質ガスが他端側より一端側に流れる改質部復路４５ｂ２とを備えている。改質部復路４５ｂ２には、改質ガスを導出するための改質ガス導出管４９が接続されている。図６Ａ，６Ｂに示す改質器４５において、水供給管４８、原燃料供給管２３および改質ガス導出管４９は、改質器４５の一方側に接続されている。
【００６９】
さらに改質器４５においては、気化部往路４５ａ１の他端側と気化部復路４５ａ２の他端側とが連結路（以下、「気化部連結路」という。）４５ｃ１で連結され、気化部復路４５ａ２の一端側と改質部往路４５ｂ１の一端側とが連結路（以下、「気化改質部連結路」という。）４５ｃ２で連結され、改質部往路４５ｂ１の他端側と改質部復路４５ｂ２の他端側とが連結路（以下、「改質部連結路」という。）４５ｃ３で連結されており、気化部往路４５ａ１と、気化部復路４５ａ２と、改質部往路４５ｂ１と、改質部復路４５ｂ２とが、側方が対向するように並置されている。
【００７０】
水供給管４８は、気化部往路４５ａ１内に挿入される部位の周壁部である筒状部４８ａの上部に複数の水吐出孔４８ａ１が設けられている。それにより、筒状部４８ａの周面に沿って分散しながら流出し、筒状部４８ａと水とを直接熱交換させることができる。さらに、上下方向の中間部の両側には、複数の水吐出孔４８ａ２を設けてもよい。それにより、効率よく水を吐出することができる。また、筒状部４８ａの先端部は、端壁部４８ａ３に閉塞されていてもよい。それにより、筒状部４８ａを流れる水を、より筒状部４８ａの周面に沿って分散しながら流出させることができる。このような水供給管４８は、前述の図３に示すモジュール１７の改質器２０に水を均一に供給するためにも、好適に用いることができる。
【００７１】
改質器４５では、気化部往路４５ａ１に供給された水は、筒状部４８ａの各水吐出孔４８ａ１，４８ａ２から溢れ出て、筒状部４８ａの周面に沿って分散しながら流出し、筒状部４８ａと水とを直接熱交換させることができる。これによって水の気化が促進されて、供給された水を効率よく気化させることができる。また、筒状部４８ａ内にて水が気化された場合には、各水吐出孔４８ａ１，４８ａ２から水蒸気が吐出され、筒状部４８ａの周面に沿って分散しながら流れる。こうして生成された水蒸気は、気化部連結路４５ｃ１、気化部復路４５ａ２、気化改質部連結路４５ｃ２、改質部往路４５ｂ１を順に流れる。また、気化改質部連結路４５ｃ２では、原燃料供給部２３ｂである原燃料供給管２３から原燃料が供給され、気化改質部連結路４５ｃ２で水蒸気と混合され、改質部往路４５ｂ１、改質部連結路４５ｃ３、改質部復路４５ｂ２を流れる間に改質され、水素を含む改質ガス（燃料ガス）が生成され、改質ガス導出管４９から導出される。
【００７２】
気化部往路４５ａ１、気化部復路４５ａ２、改質部往路４５ｂ１、改質部復路４５ｂ２、気化部連結路４５ｃ１、気化改質部連結路４５ｃ２、改質部連結路４５ｃ３は、横断面が矩形状の管体から構成されている。
【００７３】
また、気化部往路４５ａ１および気化部復路４５ａ２内に、仕切板４５ａ１１、４５ａ２１がそれぞれ設けられ、これらの仕切板４５ａ１１、４５ａ２１間が気化室とされている。水供給管４８の先端部（筒状部）は、仕切板４５ａ１１の上流側に位置し、気化室手前の位置に、各水吐出孔４８ａ１，４８ａ２を介して水を供給している。
【００７４】
これによって、気化部往路４５ａ１の仕切板４５ａ１１よりも上流側の領域での局所的な温度低下が防がれ、温度分布のばらつきを防いで、温度分布の均一化が図られる。また温度分布が均一化されることによって、失火の発生も防がれ、発電効率または改質効率の向上を図ることができる。さらに、気化室内には、気化を促進するためセラミックボールが収納されており、仕切板４５ａ１１、４５ａ２１は、水蒸気は通過するが、セラミックボールは通過しないように形成されている。なお、これら仕切板４５ａ１１、４５ａ２１は、改質器の構造や、後述するセルスタックの構造等に応じて適宜配置を変更することができる。
【００７５】
また、気化部４５ａにおいて、水吐出孔４８ａ１，４８ａ２の孔径を、セラミックボールの粒径よりも小さな径とすることによって、セラミックボールが水吐出孔４８ａ１，４８ａ２から水供給管４８内に入ってしまうことを防止できる。この構成により、上流側に配置される仕切板４５ａ１１をなくすかあるいは設けたままで、該仕切板４５ａ１１よりもさらに上流側の領域内までセラミックボールを充填し、水の気化を促進することができる。このような各水吐出孔４８ａ１，４８ａ２の孔径は、セラミックボールの粒径が２ｍｍ〜４ｍｍの場合、たとえば１．５ｍｍ〜３．５ｍｍが選ばれる。
【００７６】
さらに、改質部往路４５ｂ１および改質部復路４５ｂ２内にも、それぞれ仕切板４５ｂ１１、４５ｂ２１が配置され、仕切板４５ｂ１１、４５ｂ２１間に位置する改質部往路４５ｂ１、改質部連結路４５ｃ３、改質部復路４５ｂ２が改質室とされている。この改質室には改質触媒が収納されている。仕切板４５ｂ１１、４５ｂ２１は、水蒸気、原燃料、改質ガス等のガスは通過できるが、改質触媒は通過できないように構成されている。なお、これら仕切板４５ｂ１１、４５ｂ２１は、改質器の構造や、後述するセルスタックの構造等に応じて適宜配置を変更することができる。
【００７７】
このような改質器４５においては、気化部４５ａと改質部４５ｂとの間である気化改質部連結路４５ｃ２に、原燃料を供給する原燃料供給部２３ｂである原燃料供給管２３が、接続されている。このような改質器４５においては、原燃料供給管２３が、水供給管４８が接続された気化部往路４５ａ１よりも下流側の気化改質部連結路４５ｃ２に接続されているため、水が供給される地点と原燃料が供給される地点とが、気化部往路４５ａ１を構成する管体と気化部復路４５ａ２を構成する管体との間の空間を介している。また、水蒸気の流れ方向で見れば、流れ方向の長さが長い。したがって、原燃料が低温であったとしても、原燃料が追加混合される時には、供給された水は殆ど気化しており、改質器４５の一部（気化部往路４５ａ１）の低温化を抑制できる。それにより、改質効率を向上させることができる。
【００７８】
そして、図８に示すように、改質器４５で生成された改質ガス（燃料ガス）は、改質ガス導出管４９により２つのマニホールド４に供給され、マニホールド４を介して燃料電池セル３の内部に設けられたガス流路に供給される。
【００７９】
なお、改質器４５で生成された改質ガスは、図８に示すように、改質ガス導出管４９により、分配器７０を介して２つのマニホールド４に供給される。すなわち、改質ガス導出管４９は、改質器４５から分配器７０までのＵ字状の第１改質ガス導出管４９ａと、分配器７０から下方の２つのマニホールド４にそれぞれ延びる第２改質ガス導出管４９ｂとを備えている。第１改質ガス導出管４９ａ、第２改質ガス導出管４９ｂの長さは、改質ガスをマニホールド４に均等に供給すべく、圧力損失を考慮して、同じ長さとされている。
【００８０】
なお、改質器４５において、気化部往路４５ａ１、気化部復路４５ａ２、改質部往路４５ｂ１、改質部復路４５ｂ２のそれぞれは、１つのセルスタックに対応して、各セルスタックの上方に配置されている。それにより、気化部往路４５ａ１、気化部復路４５ａ２、改質部往路４５ｂ１、改質部復路４５ｂ２のそれぞれを効率よく加熱することができる。
【００８１】
また、他の構成（たとえば水供給管４８、仕切板の場所等）は適宜変更可能であり、これらの例に限られるものではない。
【００８２】
図９は、本実施形態の燃料電池モジュールのさらに他の一例を示す断面図である。
図９に示すモジュール５０は、図５に示すモジュール４１と比較して、各セルスタック装置の間に配置された排ガス流通部材４４を設けておらず、収納室４２の上方に、燃料電池セル３より排出される排ガスを回収する排ガス回収部５１を備えており、排ガス回収部５１と排ガス流通部３６とがつながっている点で異なっている。
【００８３】
図５に示すモジュール４１においては、燃料電池セル３より排出される排ガスを効率よく外部に排出することができるメリットはあるものの、排ガス流通部材４４を流れる排ガスは、外部より供給される酸素含有ガスと熱交換されないことから、外部より供給される酸素含有ガスと、燃料電池セル３より排出される排ガスとの熱交換の点で改善の余地があった。
【００８４】
そこで、図９に示すモジュール５０においては、収納室４２の上方に、燃料電池セル３より排出される排ガスを回収する排ガス回収部５１を設け、該排ガス回収部５１と排ガス流通部３６とがつながっていることで、燃料電池セル３より排出される排ガスの全量が、外部より供給される酸素含有ガスと熱交換することができる。それにより、温度の上昇した酸素含有ガスを燃料電池セル３に供給でき、結果として発電効率を向上させることができる。
【００８５】
ここで、排ガス回収部５１に回収された排ガスは、効率よく排ガス流通部３６に流れる構成とすることができる。本実施形態のモジュール５０においては、収納室４２の側方に設けられた排ガス流通部３６の幅Ｗ５は、排ガス回収部５１の幅Ｗ８よりも狭くなっている。それにより、排ガス回収部５１に回収された排ガスが、収納室４２のそれぞれの側方における排ガス流通部３６に、効率よく流れる。結果、酸素含有ガスとの熱交換が向上し、発電効率が向上する。
【００８６】
ここで、排ガス流通部３６の幅Ｗ５は、排ガス回収部５１の幅Ｗ８の１／３〜１／３０とすることができる。なお、排ガス回収部５１の幅Ｗ８については特に制限はないが、大きすぎるとモジュールが大型化する問題がある。
【００８７】
また、この排ガス回収部５１の底面には、収納室４２とつながる回収孔５２が設けられている。それにより、収納室４２に排出された排ガスは、回収孔５２を介して排ガス回収部５１に流れる。
【００８８】
図１０は、排ガス回収部５１の底面を一部抜粋して示す平面図を示しており、改質器４５との位置関係が分かるように、改質器４５を点線で示している。
【００８９】
図１０に示すように、排ガス回収部５１の底面に設けられた回収孔５２は、改質器４５と対向して設けてもよい。先に述べたように燃料電池セル３より排出される排ガスを燃焼させて生じる燃焼熱で改質器４５を加熱することで、改質効率を向上させることができる。そのために、燃料電池セル３より排出される排ガス（燃焼排ガス）は、改質器４５の周囲を流れた後に、排ガス回収部５１に流れてもよい。
【００９０】
本実施形態のモジュール５０においては、回収孔５２を、改質器４５と対向して設けている。それにより、燃料電池セル３より排出される排ガス（燃焼排ガス）が効率よく改質器４５の周囲を流れた後に、排ガス回収部５１に流れる。それにより、改質器４５の温度を効率よく上昇させることができ、もって改質効率を向上させることができる。
【００９１】
なお、図１０においては、改質器４５における気化部往路４５ａ１、気化部復路４５ａ２、改質部往路４５ｂ１、改質部復路４５ｂ２のそれぞれに対向して同じ数の回収孔５２を設けた例を示しているが、回収孔５２の数はこれに限られるものではない。
【００９２】
たとえば、改質器４５において、気化部往路４５ａ１は水の気化に伴う吸熱反応により温度が低下し、ひいてはその下方に位置するセルスタック２の温度も低下するおそれがあることから、気化部往路４５ａ１の温度を上昇させるべく、気化部往路４５ａ１に対向する回収孔５２の数を多くしてもよい。なお、回収孔５２の数や配置は適宜設定することができる。
【００９３】
図１１は、外装ケース内にモジュール１７、４１、５０のいずれかと、各モジュールを動作させるための補機とを収納する燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図１１においては一部構成を省略して示している。
【００９４】
図１１に示す燃料電池装置５３は、支柱５４と外装板５５とから構成される外装ケース内を仕切板５６により上下に区画し、その上方側を上述した各モジュールを収納するモジュール収納室５７とし、下方側を、各モジュールを動作させるための補機類を収納する補機収納室５８として構成されている。なお、補機収納室５８に収納する補機類は省略して示している。
【００９５】
また、仕切板５６には、補機収納室５８の空気をモジュール収納室５７側に流すための空気流通口５９が設けられており、モジュール収納室５７を構成する外装板５５の一部に、モジュール収納室５７内の空気を排気するための排気口６０が設けられている。
【００９６】
このような燃料電池装置では、上述したような各モジュールを外装ケース内に収納することにより、発電効率が向上した燃料電池装置５３とすることができる。
【００９７】
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。
【００９８】
たとえば、上記形態のモジュール４１、５０では、４個のセルスタック２の上方に１個の改質器４５を配置したセルスタック装置を備えた形態について説明したが、たとえば、２個または３個のセルスタック２の上方に１個の改質器を配置したセルスタック装置でもよく、さらに、５個以上のセルスタックの上方に１個の改質器を配置したセルスタック装置でもよい。この場合、改質器の形状は適宜変更すればよい。
【００９９】
さらに、１個のマニホールド４に２個のセルスタック２を配置した形態について説明したが、１個のマニホールドに１個のセルスタックを配置してもよく、また、１個のマニホールドに３個以上のセルスタックを配置してもよい。
【０１００】
さらに、上述の例ではいわゆる縦縞型と呼ばれる燃料電池セル３を用いて説明したが、一般に横縞型と呼ばれる、複数の発電素子部を支持体上に設けた燃料電池セルを用いることもできる。
【０１０１】
図１２は、図５に示すモジュールに収納された改質器の他の一例を抜粋して示す斜視図であり、図１２Ａは、改質器の斜視図であり、図１２Ｂは、改質器の平面図である。本実施形態の改質器１４５は、図５に示されるモジュール４１に収納された図６Ａ、６Ｂの改質器４５と比較して、気化部と、水供給管の構成が異なっている。以下においては、図６に示す改質器４５と異なる部分を中心に説明する。
【０１０２】
改質器１４５に設けられた気化部１４５ａは、気化部往路１４５ａ１と、気化部往路１４５ａ１と連通するとともに、水蒸気が他端側より一端側に流れる気化部復路１４５ａ２とを備えている。また、気化部往路１４５ａ１の一端部から内部に水供給管１４８が挿通されている。水供給管１４８は、気化部往路１４５ａ１から気化部１４５ａの一部である気化部連結路１４５ｃ１を経由して気化部復路１４５ａ２にわたって配設されている。
【０１０３】
水供給管１４８は、気化部往路１４５ａ１の一端部から外側に突き出ている水供給部１４８ａと、気化部往路内に配設された第１筒状部１４８ｂと、気化部連結路１４５ｃ１内に配設された第２筒状部１４８ｃと、気化部復路１４５ａ２内に配設された第３筒状部１４８ｄを備えている。すなわち、水供給管１４８は、気化部往路１４５ａ１から気化部復路１４５ａ２にわたって配設される。気化部１４５ａ内部に配設されている水供給管１４８全体の形状は、改質器１４５を上から見た平面視において、Ｊ字状、あるいはＵ字状である。
【０１０４】
ここで、気化部復路１４５ａ２内の第３筒状部１４８ｄの周壁部の上部（図１２の紙面に垂直手前側）に複数の水吐出孔１４８ｄ１が設けられている。なお、上下方向の中間部の両側に、複数の水吐出孔が設けられてもよい。また、水供給管１４８の先端部１４８ｅは、閉塞されている。さらに、水吐出孔１４８ｄ１は、第３筒状部１４８ｄにだけ設けられているが、第２筒状部１４８ｃ、第１筒状部１４８ｂにわたって設けてもよい。
【０１０５】
改質器１４５の気化部復路１４５ａ２において、水供給管１４８に供給された水は、第３筒状部１４８ｄの水吐出孔１４８ｄ１から溢れ出る。溢れ出た水は、第３筒状部１４８ｄの周面に沿って分散しながら流れることで、水供給管１４８と水とを直接熱交換させることができる。これによって水の気化が促進されて、供給された水を効率よく気化させることができる。
【０１０６】
また、筒状部１４８ｂ〜１４８ｄ内にて水が気化された場合には、各水吐出孔１４８ｄ１，１４８ｄ２から水蒸気が吐出され、第３筒状部１４８ｄの周面に沿って分散しながら流れる。こうして生成された水蒸気は、気化改質部連結路１４５ｃ２、改質部往路１４５ｂ１を流れる。また、気化改質部連結路１４５ｃ２では、原燃料供給管２３から原燃料が供給される。気化改質部連結路１４５ｃにて原燃料と水蒸気とが混合され、改質部往路１４５ｂ１、改質部連結路１４５ｃ３、改質部復路１４５ｂ２を流れる間に改質され、水素を含む改質ガス（燃料ガス）が生成され、改質ガス導出管４９から導出される。
【０１０７】
なお、気化部往路１４５ａ１、気化部連結路１４５ｃ１、気化部復路１４５ａ２、気化改質部連結路１４５ｃ２、改質部往路１４５ｂ１、改質部連結路１４５ｃ３、改質部復路１４５ｂ２は、この順で連通し、横断面は、矩形状の管体である。
【０１０８】
また、気化部復路１４５ａ２内に、仕切板１４５ａ２１が設けられ、これらの気化部往路の一端側から、仕切板１４５ａ２１間が気化室とされており、水供給管１４８の先端部１４８ｅは、仕切板１４５ａ２１の上流側に位置している。
【０１０９】
このような改質器１４５において、水供給管１４８に供給された水は、気化部往路１４５ａ１、気化部連結路１４５ｃ１、気化部復路１４５ａ２に配設された比較的長い水供給管１４８によって十分加熱されて気化することで、水吐出孔１４８ｄ１から高温の水蒸気として吐出させることができる。そのため、気化部復路１４５ａ２よりも下流側の気化改質部連結路１４５ｃ２で接続された原燃料供給管２３より供給された原燃料が低温であったとしても、改質器における温度低下を抑制することができるので、改質効率を向上させることができる。また、水蒸気の発生効率が向上するので、より多くの改質水を改質器１４５に供給できる。また、改質器１４５で改質されたガスの品質が向上するので、燃料電池セルを長期間わたって安定的に稼動させることができる。
【０１１０】
図１３は、図５に示すモジュールに収納された改質器のさらに他の一例の内部構造を抜粋して示す斜視図である。本実施の形態の改質器２４５は、図１２に示される前述の改質器と比較して、水供給管および燃料供給管の構成が異なっている。なお、前述の実施形態と対応する部分は、同一の参照符を付してある。
【０１１１】
水供給管と原燃料供給管とをかねる二重配管２４８は、外管と内管とを有し、内管内に原燃料を流通させるとともに、外側の流路である、内管と外管の間に水を流通させるものである。気化部往路の一端側から改質器１４５の内部に挿通される二重配管２４８は、気化部往路１４５ａ１の一端部から外側に突き出ている供給部２４８ａと、気化部往路内に配設された第１二重配管部分２４８ｂと、気化部連結路１４５ｃ１内に配設された第２二重配管部分２４８ｃと気化部復路１４５ａ２内に配設された第３二重配管部分２４８ｄからなる。二重配管２４８全体の形状は、平面視において、Ｊ字状、あるいはＵ字状である。また、二重配管２４８の端部２４８ｅは、内管は、開放されているが、内管と外管の間は閉塞されている。
【０１１２】
二重配管２４８の外側の流路に供給された水は、第１二重配管部分２４８ｂ、第２二重配管部分２４８ｃ、第３二重配管部分２４８ｄを流れるにしたがって加熱される。その後、第３二重配管部分２４８ｄの外管のみに開口された水吐出孔２４８ｄ１から水が流れ出し、水蒸気となるかもしくは、各二重配管部分を流れる間に水蒸気となるかして、水吐出孔２４８ｄ１から吐出される。
【０１１３】
また、二重配管２４８の内管に供給された燃料ガスは、第１二重配管部分２４８ｂ、第２二重配管部分２４８ｃ、第３二重配管部分２４８ｄを流通する間に加熱され、内管が開放された二重配管の端部２４８ｅから流出する。
【０１１４】
二重配管の端部２４８ｅから流出した原燃料は、気化部１４５ａで発生した水蒸気と混合しながら、気化改質部連結路１４５ｃ２を経由して、改質部往路１４５ｂ１、改質部連結路１４５ｃ３、改質部復路１４５ｂ２を経て改質され、改質ガスとして、改質ガス導出管４９から導出される。
【０１１５】
気化部往路１４５ａ１から気化部復路１４５ａ２にわたって設けられた二重配管２４８により、温度の高い原燃料と水蒸気とが合流するので、改質部１４５ｂでの温度の低下を抑制することができるので、改質効率を向上させることができる。
【０１１６】
また、図１４は、図５に示すモジュールに収納された改質器のさらに他の一例の内部構造を抜粋して示す斜視図である。本実施の形態の改質器３４５は、図１３に示される前述の改質器と比較して、水供給管の構成が異なっている。なお、前述の実施形態と対応する部分は、同一の参照符を付してある。
【０１１７】
図１４に示す水供給管３４８は、図示はしないが、改質器３４５の外部で、改質器３４５に供給される水と原燃料とが予め混合されて供給されるものである。すなわち、水供給管３４８は、水と原燃料とを一緒に供給する共用管であり、改質器３４５に接続される管の数を減らすことができる。
【０１１８】
この水供給管３４８は、気化部往路１４５ａ１の一端部から外側に突き出ている水供給部３４８ａと、気化部往路内に配設された第１筒状部３４８ｂと、気化部連結路１４５ｃ１内に配設された第２筒状部３４８ｃと、気化部復路１４５ａ２内に配設された第３筒状部３４８ｄから構成される。水供給管３４８は、気化部往路１４５ａ１から気化部復路１４５ａ２にわたって配設される。気化部１４５ａ内部に配設されている水供給管３４８全体の形状は、平面視において、Ｊ字状、あるいはＵ字状である。なお、水供給管３４８の端部３４８ｅは閉塞されている。
【０１１９】
このような水供給管３４８で供給される水は、第１筒状部３４８ｂと、第２筒状部３４８ｃと、第３筒状部３４８ｄを流れるにしたがって加熱される。その後、第３筒状部３４８ｄに設けられた水吐出孔３４８ｄ１から水が流れ出し、水蒸気となるかもしくは、各筒状部を流れる間に水蒸気となるかして、水吐出孔３４８ｄ１から吐出される。特に、各筒状部を流れる間に水蒸気となった場合には、水蒸気は原燃料と混合された状態で水吐出孔３４８ｄ１から吐出される。これにより、水蒸気と原燃料とが混合状態が良い状態で水吐出孔から吐出され、続いて改質部に流れることから、改質効率を向上させることができる。
【０１２０】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【０１２１】
２  セルスタック
１７，４１，５０  燃料電池モジュール
２０，４５，１４５，２４５，３４５  改質器
２１，４５ａ，１４５ａ  気化部
２２，４５ｂ，１４５ｂ  改質部
４８，１４８，３４８  水供給管
５３  燃料電池装置
【図１】
2017057151.tif 000003
【図２】
2017057151.tif 000004
【図３】
2017057151.tif 000005
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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