(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部のガス流路を通過して供給される酸化剤ガス又は燃料ガスの一方と、外部より供給される酸化剤ガス又は燃料ガスの他方とを用いた発電反応により発電する燃料電池セルを複数配列した燃料電池セル集合体を有する燃料電池ユニットであって、
前記燃料電池セル集合体が内部に配置された発電室と、
前記酸化剤ガス又は前記燃料ガスの一方のガスを内部に導入する一端側に設けられた導入口と、前記一方のガスを前記一端側から対向する他端側に配列する複数の前記燃料電池セルに順次導出する複数の導出口と、を有するマニホールドと、
前記発電室の上面に設けられ、前記発電反応後のガス、又は未反応の酸化剤ガス及び燃料ガスを発電室の外部に導く開口部と、を備え、
前記マニホールドの内部において、前記一端側から他端側にかけて生じる圧力降下により複数の前記燃料電池セルの前記ガス流路に供給される前記一方のガスの量が不均一になることを抑制するために、前記開口部が前記他端側に寄せて配設されていることを特徴とする燃料電池ユニット。
【請求項２】
前記開口部は、前記マニホールドの前記他端側における開口量が大きくなるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニット。
【請求項３】
前記開口部は、前記燃料電池セル集合体の中央部から見て前記マニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の下流側寄りに配置される請求項２に記載の燃料電池ユニット。
【請求項４】
水を水蒸気にする蒸発器と、水蒸気により被改質ガスを燃料ガスへ改質する改質器と、を前記燃料電池セル集合体と前記開口部との間に有し、
前記蒸発器を前記マニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側寄りに配置し、前記改質器を前記マニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも上流側寄りに配置する請求項３に記載の燃料電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料ガス（水素含有ガス）と酸化剤ガス（酸素含有ガス）とを反応させて電力を得ることができる燃料電池セルをケーシング内に複数配列した燃料電池セル集合体を有し、その各燃料電池セルに燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して発電する燃料電池ユニットが提案されている。この種の燃料電池ユニットとして、燃料電池セル集合体における配列方向の一端側から他端側へ向けて燃料ガスが導入され、立設された燃料電池セル集合体全体へと燃料ガスを供給するマニホールドを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１９１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１のような燃料電池ユニットでは、マニホールドにおいて燃料電池セル集合体の配列方向における一端側から他端側へ燃料ガスが導入される。その際、一端側、即ち燃料ガスの流れ方向の上流側から、他端側、即ち下流側に近づくにつれ、燃料ガス自身の粘性やマニホールド内での摩擦等によるエネルギー損失により燃料ガスの流れの方向に圧力降下が生じる。つまり、マニホールドにおける燃料ガスの流れ方向における上流側に配置された燃料電池セルよりも、下流側に配置された燃料電池セルの方が、燃料ガスの供給量がより少なくなる。そのため、マニホールドの下流側に配置された燃料電池セルにて上流側の燃料電池セルと同量の発電を行う場合、燃料ガスが不足した状態で無理やり発電する状況が起こり、下流側の燃料電池セルにて劣化や破損が生じるおそれがある。燃料ガスの不均一な供給を原因とする燃料電池セルにおける劣化や破損が生じた場合、燃料電池ユニットの発電反応が安定せず寿命も短くなってしまう虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、マニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の上流側及び下流側いずれに配置された燃料電池セルに対しても、均一に燃料ガスを供給することが可能な燃料電池ユニット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】
【０００６】
内部のガス流路を通過して供給される酸化剤ガス又は燃料ガスの一方と、外部より供給される酸化剤ガス又は燃料ガスの他方とを用いた発電反応により発電する燃料電池セルを有する燃料電池ユニットであって、複数の燃料電池セルが内部に配置された発電室と、酸化剤ガス又は燃料ガスの一方のガスを内部に導入する一端側に設けられた導入口と、一方のガスを一端側から対向する他端側に配列する複数の燃料電池セルに順次導出する複数の導出口と、を有するマニホールドと、発電室の上面に設けられ、発電反応後のガス、又は未反応の酸化剤ガス及び燃料ガスを発電室の外部に導く開口部と、を備え、マニホールドの内部において、一端側から他端側にかけて生じる圧力降下により複数の燃料電池セルのガス流路に供給される一方のガスの量が不均一となることを抑制するために、開口部が他端側に寄せて配設されている。
また、本発明は、好ましくは、前記開口部は、前記マニホールドの前記他端側における開口量が大きくなるように設けられている。
【０００７】
このように構成された本発明においては、開口部をマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側寄りに配置したことにより、燃焼ガスはマニホールドの上流側に比べて開口部に距離が近い下流側でよりスムーズにケーシングから排出される。そのため、より燃焼ガスが消費されやすいマニホールドの下流側に配置された燃料電池セルの上方の圧力が、上流側の燃料電池セル上方の圧力に比べて低くなり、マニホールドの下流側において燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セル下方から供給される。燃料電池セル集合体における各燃料電池セルに供給される燃料ガスの流量が均一化されるため、不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができる。従って、発電反応が安定するとともに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。
【０００８】
本発明は、好ましくは、開口部は、燃料電池セル集合体の中央部から見てマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の下流側寄りに配置される。
【０００９】
このように構成された本発明においては、開口部は燃料電池セル集合体の中央部から見てマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の下流側寄りに配置されているので、開口部とマニホールド上流側との間に、燃料電池ユニット内で最も高温となる燃料電池セル集合体の中央部が位置することとなる。高温環境下では気体の粘度が上昇するという特性があるので、開口部とマニホールド上流との間に高温で粘度が高くなった領域ができ、上流側の燃料ガスが開口部に到達しづらくなり、上流側の燃料ガス流量を抑えるとともに下流側の燃料ガス流量を相対的に増やすことができる。これによって、燃料ガスが燃料電池セルユニットに供給されにくかったマニホールド下流側において燃料ガスをより供給できるようにしたので、マニホールド下流側で燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セルに供給されるようになり、より確実に不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができる。従って、発電反応がより安定するとともにより長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。
【００１０】
本発明は、好ましくは、水を水蒸気にする蒸発器と、水蒸気により被改質ガスを燃料ガスへ改質する改質器と、を燃料電池セル集合体と開口部との間に有し、蒸発器をマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側寄りに配置し、改質器をマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも上流側寄りに配置する。
【００１１】
このように構成された本発明においては、蒸発器を燃料電池セル集合体と開口部との間であって、且つマニホールドにおける燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側に配置したため、温度の高い改質器の周囲に比べ、水を気化することで比較的低温となる蒸発器の周囲では気体の粘度が抑えられる。そのため、蒸発器の周囲、即ち、マニホールドの下流側の上方では、上流側の上方に比べて粘度が低くなり、より燃焼ガスの流れがスムーズになる。マニホールドの下流側で燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セルに供給されるようにしたため、より確実に不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができる。従って、発電反応がより安定するとともにさらに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の燃料電池ユニットによれば、料電池セル集合体における各燃料電池セルに供給される燃料ガスの流量が均一化される。従って、不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができ、発電反応が安定するとともに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における燃料電池モジュールの外観を示す斜視図。
【図２】図１の中央近傍における断面図であって、図１のＡ方向から見た断面を示す断面図。
【図３】図１の中央近傍における断面図であって、図１のＢ方向から見た断面を示す断面図。
【図４】図１のケーシングから一部の外板を取り除いた状態を示す斜視図。
【図５】本発明の一実施形態に用いられるマニホールド内部を示す断面図。
【図６】図２に相当する、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す模式図。
【図７】図３に相当する、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す模式図。
【図８】本発明の一実施形態における燃料電池セルスタックの構成を示す斜視図。
【図９】本発明の一実施形態における燃料電池セルユニットを示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態における燃料電池モジュール（燃料電池ユニット）の外観を示す斜視図である。図１に示す燃料電池モジュール２は、固体電解質型燃料電池システムの一部を構成するものである。固体電解質型燃料電池システムは、燃料電池モジュール２と、図示しない補機ユニットとを備える。
【００１５】
なお、図１においては、燃料電池モジュール２の高さ方向をｙ軸方向としている。このｙ軸に直交する平面に沿ってｘ軸及びｚ軸を定義し、燃料電池モジュール２の短手方向に沿った方向をｘ軸方向とし、燃料電池モジュール２の長手方向に沿った方向をｚ軸方向としている。図２以降において図中に記載しているｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、図１におけるｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を基準としている。また、ｚ軸の負方向に沿った方向をＡ方向とし、ｘ軸の正方向に沿った方向をＢ方向としている。
【００１６】
図１に示すように、燃料電池モジュール２は、燃料電池セル集合体（詳細は後述する）を内部に設けたケーシング５６と、ケーシング５６の上部に設けられ発電用空気（酸化剤ガス）を加熱する熱交換器２２とを備える。ケーシング５６の内部は密封空間となっており、被改質ガス供給管６０及び水供給管６２が繋げられている。一方、熱交換器２２には、発電用空気導入管７４と、燃焼ガス排出管８２とが繋げられている。
【００１７】
被改質ガス供給管６０は、ケーシング５６の内部に都市ガス等の被改質ガスを供給する管路である。水供給管６２は、被改質ガスを燃料ガスに水蒸気改質する際に用いられる水を供給する管路である。発電用空気導入管７４は、改質後の燃料ガスと発電反応を起こさせるための発電用空気を供給する管路である。燃焼ガス排出管８２は、発電反応後の燃料ガスを燃焼した結果生じる燃焼ガスをケーシング５６外部へ排出する管路である。
【００１８】
次に、図２は燃料電池モジュール２をその中央近傍において図１のＡ方向から見た断面図、図３は燃料電池モジュール２をその中央近傍において図２のＢ方向から見た断面図、図４は図１に示す燃料電池モジュール２から燃料電池セル集合体を覆うケーシング５６の一部を取り外した状態を示す斜視図である。また、図５は本発明の一実施形態に用いられるマニホールド内部を示す断面図である。図２〜図５を参照しながら、燃料電池モジュール２の内部について説明する。
【００１９】
図２〜図４に示すように、燃料電池モジュール２はその内部に、燃料電池セル集合体１２と、燃料電池セル集合体１２が発電を行う発電室１０と、燃料電池セル集合体１２の上方に形成された燃焼室１８と、燃焼室１８の上方に配置された改質ユニット２０と、改質ユニット２０の上方に形成される整流板２１を有する。また、燃料電池セル集合体１２の真下にはマニホールド６８が設けられている。
【００２０】
発電室１０に設けられる燃料電池セル集合体１２は、複数の燃料電池セル（以下、燃料電池セルユニット１６とする）により構成される燃料電池セルスタック１４を、長手方向（Ａ方向）に向けて複数配列したものであり、ケーシング５６により全体が覆われている。また、図４に示すように、燃料電池セル集合体１２は、全体としてＢ方向よりＡ方向の方が長い略直方体形状であり、改質ユニット２０側の上面、マニホールド６８側の下面、図４のＡ方向に沿って延びる長辺側面と、図４のＢ方向に沿って延びる短辺側面と、を備えている。
【００２１】
改質ユニット２０は、ケーシング５６の内部に導かれた被改質ガス供給管６０及び水供給管６２がともに繋がれている。より具体的には、図３に示すように、改質ユニット２０の上流端である図中右側の端部に繋がれている。水供給管６２から供給された水は、改質ユニット２０内の上流端に設けられた蒸発混合器２０ａ（蒸発器）によって蒸発される。さらに、蒸発混合器２０ａは、この水蒸気と、被改質ガスと空気とを改質反応の種類に応じて適宜混合する。
【００２２】
改質ユニット２０内の蒸発混合器２０ａの下流側には、改質器２０ｂが設けられている。改質器２０ｂは、水蒸気改質により被改質ガスを燃料ガスへと改質し、この燃料ガスを改質ユニット２０の下流端に接続された燃料供給管６６の上端へ導入する。この燃料供給管６６の下端側６６ａは、マニホールド６８内に入り込むように配置されている。
【００２３】
図５に示すように、燃料電池セル集合体１２の真下に設けられるマニホールド６８の内部には、燃料供給管６６の下端側６６ａが挿入されている。燃料供給管６６の下端側６６ａの外周には、長手方向（Ａ方向）に沿って複数の小穴６６ｂが形成されている。改質ユニット２０で改質された燃料ガスは、マニホールド６８の長手方向における一端側（図５における左端）から他端側（図５における右端）に向けて導入され、これら複数の小穴６６ｂによってマニホールド６８内の他端側に向けて順次供給されるようになっている。そのため、燃料供給管６６内を通過する燃料ガスが一端側から他端側に向かうにつれ燃料供給管６６内を通過する燃料ガスは減少することになる。さらに、燃料供給管６６内壁の流路抵抗も加わり燃料供給管６６内の圧力は一端側から他端側に向け降下する。マニホールド６８に供給された燃料ガスは、マニホールド６８に立設される燃料電池セル集合体１２を構成する各燃料電池セルユニット１６の内側にある燃料ガス流路（詳細は後述する）内に供給され、燃料電池セルユニット１６内を上昇して、燃焼室１８に至るようになっている。
【００２４】
燃料電池セル集合体１２の上方の燃焼室１８では、発電反応に使用されなかった燃料ガスと発電用空気とが燃焼することで、燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスは、燃焼室１８内を上昇し、改質ユニット２０の周囲を経て、整流板２１に至る。改質ユニット２０は燃焼ガスにより加熱され、蒸発混合器２０ａによる水の蒸発及び改質器２０ｂによる水蒸気改質を行う。また、整流板２１には、詳細は後述するが、燃焼ガスを集合させる開口２１ａ（集合部）が形成されており、燃焼ガスをケーシング５６の外部へと導く。
【００２５】
続いて、発電用空気を燃料電池モジュール２の内部へ供給するための構造を、図２〜図４及び図６、図７を参照しながら説明する。図６は図２に対応する模式図であり発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図、図７は図３に対応する模式図であり同様に発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図である。これらの図に示すように、改質ユニット２０の上方に、熱交換器２２が設けられている。熱交換器２２には、複数の燃焼ガス配管７０と、この燃焼ガス配管７０の周囲に形成された発電用空気流路７２とが設けられている。
【００２６】
図７に示すように、熱交換器２２の上面における他端側（図７における右端）には、発電用空気導入管７４が取り付けられている。この発電用空気導入管７４により、図示しない発電用空気流量調整ユニットから、発電用空気が熱交換器２２内に導入されるようになっている。一方、熱交換器２２の上側の一端側（図７における左端）には、図２に示すように、発電用空気流路７２の出口ポート７６ａが一対形成されている。この出口ポート７６ａは、一対の連絡流路７６につながっている。さらに、燃料電池モジュール２のケーシング５６の幅方向（Ｂ方向）の両側の外側には、発電用空気供給路７７が形成されている。
【００２７】
図２及び図６に示すように、発電用空気供給路７７には、発電用空気流路７２の出口ポート７６ａから連絡流路７６を介して、発電用空気が供給されるようになっている。この発電用空気供給路７７は、燃料電池セル集合体１２の長手方向に沿って形成されている。さらに、その下方側であり且つ燃料電池セル集合体１２の下方側に対応する位置に、発電室１０内の各燃料電池セルユニット１６に向けて発電用空気を吹き出すための複数の吹出口７８ａ、７８ｂが形成されている。これらの吹出口７８ａ、７８ｂから吹き出す発電用空気は、各燃料電池セルユニット１６の外側に沿って、下方から上方へ流れるようになっている。
【００２８】
続いて、燃料ガスと発電用空気とが燃焼して生成される燃焼ガスを排出するための構造を図６及び図７を参照しながら説明する。燃焼室１８では、発電反応に使用されなかった燃料ガスと発電用空気とが燃焼することで、燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスは、燃焼室１８内を上昇し、改質ユニット２０の周囲を経て整流板２１に至る。図６及び図７に示すように、整流板２１には、燃焼ガスを集合させる開口２１ａが設けられている。開口２１ａを通じて集合した燃焼ガスがケーシング５６の外部である熱交換器２２の一端側（図７における左端）へと導かれる。熱交換器２２内には、発電用空気流路７２内の発電用空気を熱交換により加熱するための複数の燃焼ガス配管７０が設けられている。これらの燃焼ガス配管７０の下流端側には、燃焼ガス排出管８２が接続され、燃焼ガスが外部に排出されるようになっている。
【００２９】
開口２１ａは、図７に示すように、燃料電池セル集合体１２の上方であって、且つマニホールド６８における燃料ガスの流れ方向の中央部より下流側（図７における右端側）寄り、言い換えると、燃料電池セル集合体１２の中央部から見てマニホールド内に流入する燃料ガス流通方向の下流側（図７における右端側）寄りに形成されている。
【００３０】
また、図７に示すように、改質ユニット２０内の蒸発混合器２０ａは、燃料電池セル集合体１２と開口２１ａとの間であって、且つマニホールド６８における燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側（図７における右端側）寄りに配置されている。さらに、改質器２０ｂは、燃料電池セル集合体１２と開口２１ａとの間であって、且つマニホールド６８における燃料ガスの流れ方向の中央部よりも上流側（図７における左端側）寄りに配置されている。
【００３１】
次に、図８は本発明実施形態における燃料電池セルスタック１４を示す斜視図である。図８を参照しながら燃料電池セルスタック１４について説明する。図８に示すように、燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６から構成され、これらの燃料電池セルユニット１６の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製のマニホールド上板６８ａ及び上支持板１００により支持されている。これらのマニホールド上板６８ａ及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴がそれぞれ形成されている。
【００３２】
また、燃料電池セルユニット１６には、集電体１０２及び外部端子１０４が取り付けられている。この集電体１０２は、燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６と、隣接する燃料電池セルユニット１６の空気極である外側電極層９２の外周面とを電気的に接続するものである。
【００３３】
さらに、燃料電池セルスタック１４の端に位置する２個の燃料電池セルユニット１６の上側端及び下側端の内側電極端子８６には、それぞれ外部端子１０４が接続されている。これらの外部端子１０４は、隣接する燃料電池セルスタック１４の端にある燃料電池セルユニット１６の外部端子１０４に接続され、１６０本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されるようになっている。
【００３４】
次に、図９は本実施形態の燃料電池セルユニット１６を示す部分断面図である。図９を参照しながら燃料電池セルユニット１６について説明する。図９に示すように、燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セル８４と、この燃料電池セル８４の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子８６を備えている。
【００３５】
燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。
【００３６】
燃料電池セルユニット１６の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子８６について具体的に説明する。内側電極層９０の上部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと上端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の上端面９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層９０と電気的に接続されている。内側電極端子８６の中心部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する連通流路９８が形成されている。
【００３７】
上述した本実施形態の燃料電池モジュール２によれば、開口２１ａは、図７に示すように、燃料電池セル集合体１２の上方であって、且つマニホールド６８における燃料ガスの流れ方向の中央部より下流側（図７における右端側）寄りに形成され、開口２１ａからマニホールド６８において最も一端（上流側端部）側に配置された燃料電池セルユニット１６（図７における一番左側のセルユニット）までの最短距離と、開口２１ａからマニホールド６８において最も他端（下流側端部）側に配置された燃料電池セルユニット１６（図７における一番右側のセルユニット）までの最短距離と、のうち、他端側に配置された燃料電池セルユニット１６までの距離の方が近くなるよう配置されているため、発電室１０天面のうち、マニホールド６８における他端側（下流側）に設けられた開口量が一端側（上流側）に設けられた開口量よりも大きく、燃焼ガスが排出される際、マニホールド６８の上流側の上方に比べて開口２１ａに距離が近い下流側上方でよりスムーズに燃焼ガスがケーシング５６から排出される。そのため、マニホールド６８の下流側に配置された燃料電池セルユニット１６上方では、上流側の燃料電池セルユニット１６上方に比べて、より燃焼ガスが消費されやすい。つまり、上流側に配置された燃料電池セルユニット１６上方に比べ、下流側に配置された燃料電池セルユニット１６上方にて燃焼ガスがより少量になりやすく、それに伴い圧力がより低下しやすいこととなる。それにより、マニホールド６８の下流側に配置された燃料電池セルユニット１６上方の圧力は、上流側の燃料電池セルユニット１６上方の圧力に比べて低くなり、圧力の低いマニホールド６８の下流側において燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セルユニット１６下方から供給される。このようにして、燃料ガスが燃料電池セルユニット１６に供給されにくかったマニホールド６８の下流側において燃料ガスをより供給できるようにしたので、燃料電池セル集合体１２における各燃料電池セルユニット１６に供給される燃料ガスの流量が均一化される。従って、不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルユニット１６の劣化や破損を防ぐことができ、発電反応が安定するとともに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。
【００３８】
また、上述した本実施形態の燃料電池モジュール２によれば、燃料電池セル集合体１２の中央部から見てマニホールド内に流入する燃料ガス流れ方向の下流側（図７における右端側）寄りに形成されているので、開口２１ａとマニホールド上流側との間に、モジュール内で最も高温となる燃料電池セル集合体の中央部が位置することとなる。高温環境下では気体の粘度が上昇するという特性があるので、マニホールド６８上流側と開口２１ａとの間に高温で粘度が高くなった領域ができ、上流側の燃料ガスが開口２１ａに到達しづらくなり、上流側の燃料ガス流量を抑えるとともに下流側の燃料ガス流量を相対的に増やすことができる。これによって、燃料ガスが燃料電池セルユニット１６に供給されにくかったマニホールド６８の下流側において燃料ガスをより供給できるようにしたので、マニホールド６８の下流側で燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セルに供給されるようになり、より確実に不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができる。従って、発電反応がより安定するとともにより長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。
【００３９】
さらに、上述した本実施形態の燃料電池モジュール２によれば、改質ユニット２０内の蒸発混合器２０ａを、燃料電池セル集合体１２と開口２１ａとの間であって、且つマニホールド６８における燃料ガスの流れ方向の中央部よりも下流側（図７における右端側）寄りに配置したことによって、燃焼ガスが開口２１ａへ向かう際、高温となる改質器２０ｂの周囲に比べ、水が供給され、供給された水を気化することによって比較的低温となる蒸発混合器２０ａの周囲では気体の粘度が抑えられる。これによって、蒸発器混合器２０ａの周囲、即ち、マニホールド６８の下流側の上方では、上流側の上方に比べて粘度が低くなり、燃焼ガスの流れがよりスムーズになる。燃料ガスが燃料電池セルユニット１６に供給されにくかったマニホールド６８の下流側において燃料ガスをより供給できるようにしたので、マニホールド６８の下流側で燃料ガスがよりスムーズに燃料電池セルに供給されるようになり、より確実に不均一な流量の燃料ガスの供給によって発生する燃料電池セルの劣化や破損を防ぐことができる。従って、発電反応がより安定するとともにさらに長寿命の燃料電池ユニットを得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００４０】
２…燃料電池モジュール（燃料電池ユニット）
１０…発電室
１２…燃料電池セル集合体
１４…燃料電池セルスタック
１６…燃料電池セルユニット
１８…燃焼室
２０…改質ユニット
２０ａ…蒸発混合器（蒸発器）
２０ｂ…改質器
２１…整流板
２１ａ…開口（集合部）
２２…熱交換器
５６…ケーシング
６０…被改質ガス供給管
６２…水供給管
６６…燃料供給管
６６ａ…下端側
６６ｂ…小穴
６８…マニホールド
６８ａ…マニホールド上板
７０…燃焼ガス配管
７２…発電用空気流路
７４…発電用空気導入管
７６…連絡流路
７６ａ…出口ポート
７７…発電用空気供給路
７８ａ、７８ｂ…吹出口
８２…燃焼ガス排出管
８４…燃料電池セル
８６…内側電極端子
８８…燃料ガス流路 
９０…内側電極層
９０ａ…上部
９０ｂ…外周面
９０ｃ…上端面
９２…外側電極層
９４…電解質層
９６…シール材
９８…連通流路
１００…上支持板
１０２…集電体
１０４…外部端
【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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【図９】
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