(57)【要約】【課題】改質器を内蔵する燃料電池モジュールにおいて、燃料電池セルの温度分布の均一化を図る。【解決手段】燃料電池モジュール１０は、気化部２１と改質部２２とを有する改質器２０と、酸素を含有する酸化ガスと改質器２０で生成された燃料ガスとで発電を行なうとともに、内部に燃料ガスが流れる燃料ガス流路を有し、第１の端部から燃料ガスを導入して、第２の端部から発電に供されなかった燃料オフガスを排出する燃料電池セルと、燃料電池セルの第２の端部近傍において発電に供されなかった燃料オフガスを燃焼させる燃焼部７０とを備えている。この燃料電池モジュール１０において、改質器２０は、その気化部２１が燃料電池セルの第２の端部近傍に配置され、改質部２２が燃料電池セルの第１の端部近傍に配置されるよう、燃料電池セルに沿って設けられている。【選択図】図１
2011014495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に、
水分と原燃料とを昇温して水蒸気を含む原燃料ガスを生成する気化部と、該気化部から供給された前記原燃料ガスを改質して水素を含有する燃料ガスを生成する改質部と、を有する改質器と、
酸素を含有する酸化ガスと前記改質器で生成された前記燃料ガスとで発電を行なうとともに、内部に前記燃料ガスが流れる燃料ガス流路を有し、第１の端部から前記燃料ガスを導入して、第２の端部から発電に供されなかった燃料オフガスを排出する燃料電池セルと、
前記燃料電池セルの第２の端部近傍において発電に供されなかった前記燃料オフガスを燃焼させる燃焼部と、を備え、
前記改質器は、前記気化部が前記燃料電池セルの第２の端部近傍に配置され、前記改質部が前記燃料電池セルの第１の端部近傍に配置されるよう、前記燃料電池セルに沿って設けられている
ことを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記筐体内に、前記燃焼部の近傍を通る流路部分を経由して、前記酸化ガスを前記燃料電池セルの第１の端部側に供給する酸化ガス流路を備える、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記筐体内に、前記燃料電池セルの第２の端部を囲むように配置された流路部分を経由して、前記酸化ガスを前記燃料電池セルの第１の端部側に供給する酸化ガス流路を備える、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質器を内蔵する燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
改質器を内蔵する燃料電池モジュールとしては、例えば、固体酸化物形の燃料電池セルを複数個積層してなるセルスタックを筐体内に収納してなる燃料電池モジュールがある。固体酸化物形の燃料電池セルは、作動温度が７００〜１０００℃と比較的高温であるため、その排熱を利用して、改質器による改質反応を促進させることができる。また、固体酸化物形の燃料電池セルを用いてなる燃料電池モジュールの中には、燃料電池セルから排出された燃料オフガスを燃料電池モジュールの筐体内で燃焼させ、この燃焼熱によって内部の改質器を積極的に加熱するものもある。
【０００３】
このような固体酸化物形の燃料電池セルを用いてなる燃料電池モジュールでは、上記温度に作動温度を保つことによって発電効率を高めることができる。そのため、例えば、特許文献１に記載の技術では、燃料電池セルを収容する燃料電池セル収容室と、燃焼ガスが通過する燃焼ガス通過室との間に断熱部材を配置することで、燃料電池セル収容室から燃焼ガス通過室に熱が放熱してしまうことを抑制している。しかし、燃料電池セルのガス下流側は、オフガスが燃焼する部分に近接しているため、ガス上流側に比べて高温となり、燃料電池セルの温度分布が、ガスの上流側と下流側とで不均一になる可能性があるという問題があった。このような問題は、固体酸化物形の燃料電池に限らず、改質器を内蔵する燃料電池モジュールに共通する問題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４７５１７号公報
【特許文献２】特開２００５−１９０３６号公報
【特許文献３】特開２００７−１５７４８０号公報
【特許文献４】特開２００８−１３３９３号公報
【特許文献５】特開２００８−２８７９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、改質器を内蔵する燃料電池モジュールにおいて、燃料電池セルの温度分布の均一化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］筐体内に、水分と原燃料とを昇温して水蒸気を含む原燃料ガスを生成する気化部と、該気化部から供給された前記原燃料ガスを改質して水素を含有する燃料ガスを生成する改質部と、を有する改質器と、酸素を含有する酸化ガスと前記改質器で生成された前記燃料ガスとで発電を行なうとともに、内部に前記燃料ガスが流れる燃料ガス流路を有し、第１の端部から前記燃料ガスを導入して、第２の端部から発電に供されなかった燃料オフガスを排出する燃料電池セルと、前記燃料電池セルの第２の端部近傍において発電に供されなかった前記燃料オフガスを燃焼させる燃焼部と、を備え、前記改質器は、前記気化部が前記燃料電池セルの第２の端部近傍に配置され、前記改質部が前記燃料電池セルの第１の端部近傍に配置されるよう、前記燃料電池セルに沿って設けられていることを特徴とする燃料電池モジュール。
【０００８】
このような構成の燃料電池モジュールであれば、改質器の気化部が、燃料電池セルの第２の端部近傍に配置されているので、この気化部が必要とする気化熱を、燃焼部による燃焼熱や発電に伴う発熱によって比較的高温になる燃料電池セルの第２の端部から効率よく奪うことができる。この結果、燃料電池セルの第２の端部の温度を低下させることができるため、燃料電池モジュールの耐久性や発電効率の向上を図ることが可能になる。更に、上記構成によれば、改質器が燃料電池セルに沿って設けられているので、改質器の側壁が固体熱伝導体として働き、第１の端部から第２の端部にかけての燃料電池セルの温度分布の均一化を図ることが可能になる。この結果、燃料電池モジュールの耐久性や発電効率を向上させることが可能になる。
【０００９】
［適用例２］前記筐体内に、前記燃焼部の近傍を通る流路部分を経由して、前記酸化ガスを前記燃料電池セルの第１の端部側に供給する酸化ガス流路を備える、適用例１に記載の燃料電池モジュール。このような構成であれば、燃焼部における燃焼熱を、燃料電池セルに供給する酸化ガスの予熱に利用することができるので、燃料電池セルの第２の端部の温度を低下させることが可能になるとともに、第１の端部側の温度を上昇させることができ、第１の端部から第２の端部にかけての燃料電池セルの温度分布の均一化を図ることが可能になる。この結果、燃料電池モジュールの耐久性の向上や発電効率の向上を図ることが可能になる。
【００１０】
［適用例３］前記筐体内に、前記燃料電池セルの第２の端部を囲むように配置された流路部分を経由して、前記酸化ガスを前記燃料電池セルの第１の端部側に供給する酸化ガス流路を備える、適用例１に記載の燃料電池モジュール。このような構成であれば、燃料電池セルの第２の端部における発電に伴った発熱を、酸化ガスの予熱に利用することができるので、燃料電池セルの第２の端部の温度を低下させることが可能になるとともに、第１の端部側の温度を上昇させることができ、第１の端部から第２の端部にかけての燃料電池セルの温度分布の均一化を図ることが可能になる。この結果、燃料電池モジュールの耐久性の向上や発電効率の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１例としての燃料電池モジュール１０の鉛直断面を正面側から見た図である。
【図２】セルスタック３０の概略構成とその周辺の部材の配置を示す図である。
【図３】本発明の第２例としての燃料電池モジュール１０ｂの鉛直断面を正面側から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ例に基づき説明する。
図１は、本発明の第１例としての燃料電池モジュール１０の鉛直断面を正面側から見た図である。以下では、紙面に向かって左側、右側、上側、下側が、それぞれ、燃料電池モジュール１０の左側、右側、上側、下側であるものとして説明する。
【００１３】
燃料電池モジュール１０は、固体酸化物形の燃料電池セルを用いてなる燃料電池モジュールであり、断熱性部材によって形成された略直方体状の筐体１２内に、改質器２０ａ，２０ｂと、燃料電池セルを積層したセルスタック３０ａ，３０ｂと、酸素を含有する酸化ガス（本例では、空気）を外部から導入する酸化ガス流路４０と、改質器２０によって生成された燃料ガス（水素含有ガス）をセルスタック３０ａ，３０ｂのそれぞれに供給する燃料ガス流路５０と、筐体１２内のオフガスを外部に排出するオフガス流路６０と、を備えている。各流路は、金属製の板材によって筐体１２内を区画することで形成されている。なお、改質器２０ａと改質器２０ｂとは同一の構成を有するため、以下では、まとめて、改質器２０という場合がある。また、セルスタック３０ａとセルスタック３０ｂも同一の構成であるため、以下では、まとめて、セルスタック３０という場合がある。
【００１４】
酸化ガス流路４０は、酸化ガスを外部から導入する酸化ガス導入口４１と、分岐部４２と、筐体１２の上方に配置される上方流路４３と、筐体１２の側方に配置される内壁に沿って配置される側面流路４４とを備えている。酸化ガス導入口４１は、筐体１２の上部略中央を貫くように設けられている。酸化ガス流路４０は、この酸化ガス導入口４１から筐体１２内に延伸された部分において、分岐部４２によって流路が左右方向に向かって二股に分岐される。分岐部４２によって分岐された酸化ガス流路４０は、それぞれ、上方流路４３によって、筐体１２の上側内壁に沿って左右方向に延伸された後、側面流路４４により、筐体１２の左側内壁および右側内壁に沿って鉛直下向きに延伸されている。このような構成により、セルスタック３０ａ，３０ｂには、その下端部側から、酸化ガスが供給される。
【００１５】
セルスタック３０ａは、筐体１２の左側内壁に沿って配置された側面流路４４に近接して、その内側に立設されている。また、セルスタック３０ｂは、筐体１２の右側内壁に沿って配置された側面流路４４に近接して、その内側に立設されている。セルスタック３０ａ，３０ｂは、それぞれ、鉛直方向に延びる略柱状の燃料電池セルが、燃料電池モジュール１０の正面側から背面側（図１の紙面を貫く方向）に向けて集電部材を介して複数積層されて構成されている。
【００１６】
図２は、セルスタック３０ｂの概略構成とその周辺の部材の配置を示す図である。この図は、図１におけるＡ−Ａ断面を示している。破線で示すように、セルスタック３０ｂの外側（図２における右側）には、酸化ガス流路４０（具体的には、側面流路４４）が配置され、内側（図２における左側）には、改質器２０ｂが配置されている。
【００１７】
セルスタック３０ｂを構成する各燃料電池セル３１は、固体電解質３２と、アノード３３と、カソード３４と、支持基材３５と、インターコネクタ３６とを備えている。各燃料電池セル３１の間には、導電性の集電部材３７が配置されている。集電部材３７は、内部に中空部３８を有しており、この中空部３８には、酸化ガス流路４０から供給された酸化ガスが流れる。なお、図２には、セルスタック３０ｂの構成を示しているが、セルスタック３０ａの構成も、セルスタック３０ｂと同一である。
【００１８】
支持基材３５は、ガス透過性および導電性を有する平板状の部材であり、鉄属金属成分と、後述するアノード３３の材質となる希土類酸化物とから形成されている。この支持基材３５には、燃料ガスが流れる複数（図２では４本）の燃料ガス流路３９が内部に形成されている。支持基材３５は、気孔率が１０〜５０％の多孔質部材によって形成されており、燃料ガス流路３９からアノード３３に燃料ガスを透過する。支持基材３５の第１の面３５ａと、湾曲した２つの側面３５ｂとは、このアノード３３によって被覆されている。
【００１９】
アノード３３は、多孔質の導電性セラミックスであり、本例では、希土類酸化物を固溶させたＺｒＯ２（安定化ジルコニア）とＮｉとから形成される。希土類酸化物としては、Ｓｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなどを用いることができる。なお、アノード３３の材質はこのような材質に限定されるものではなく、例えば、安定化ジルコニアとＮｉＯとで形成してもよいし、安定化ジルコニアとＮｉ及びＮｉＯとで形成してもよい。
【００２０】
アノード３３の外表面は、固体電解質３２によって被覆されている。固体電解質３２は、イオン伝導性に優れる緻密質なセラミックスであり、本例では、上述の安定化ジルコニアを用いた。
【００２１】
支持基材３５の第１の面３５ａ側の固体電解質３２上には、カソード３４が配置されている。カソード３４は、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される。こうしたペロブスカイト型酸化物としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にＡサイトにＬａを有するＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＦｅＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３系酸化物の少なくとも１種が好適であり、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ＬａＦｅＯ３系酸化物が特に好適である。なお、上記ペロブスカイト型酸化物においては、ＡサイトにＬａと共にＳｒなどが存在していてもよいし、さらに、Ｂサイトには、ＦｅとともにＣｏやＭｎが存在していてもよい。
【００２２】
支持基材３５の第２の面３５ｃには、発電された電気を集電するためのインターコネクタ３６が配置されている。本例では、インターコネクタ３６は、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）によって平板状に形成されている。インターコネクタ３６には、湾曲された固体電解質３２の両端部と、湾曲されたアノード３３の両端部とが接合されている。インターコネクタ３６は、燃料ガス流路３９内を通る燃料ガスと、集電部材３７内の中空部３８を通る酸化ガスとを分離させる役割も果たしている。
【００２３】
各燃料電池セル３１は、隣接する一方の燃料電池セル３１のカソード３４と集電部材３７とが接触し、隣接する他方の燃料電池セル３１のインターコネクタ３６と集電部材３７とが接触するように連続的に配置され、電気的に直列に接続される。集電部材３７内の中空部３８を通る酸化ガスは、集電部材３７に設けられたスリット（図示せず）を通じてカソード３４に供給される。
【００２４】
以上のように構成されたセルスタック３０ａ，３０ｂの内側（図１参照）には、改質器２０ａ，２０ｂが近接して配置されている。改質器２０ａ，２０ｂは、略直方体状をなしており、それぞれ、セルスタック３０ａ，３０ｂの鉛直方向に沿って、略平行に配置されている。この改質器２０は、金属製のケーシング内が、気化部２１と改質部２２とに区画されることで構成されている。気化部２１は、セルスタック３０（燃料電池セル３１）の上端側（ガス下流側）に近接して配置され、改質部２２は、セルスタック３０（燃料電池セル３１）の下端側（ガス上流側）に近接して配置されている。
【００２５】
気化部２１には、燃料電池モジュール１０の正面側から背面側に向けて延びる原料導入配管２３が接続されている。気化部２１には、この原料導入配管２３から、原燃料と改質用水とが供給される。原燃料とは、改質器２０における水蒸気改質に供される燃料であり、本例では、メタン（ＣＨ4）を含有する、例えば都市ガスを用いる。なお、原燃料としては、その他にも、プロパン、ブタン、灯油、ナフサ等の炭化水素系燃料や、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル等の含酸素燃料を用いることができる。改質用水とは、この原燃料の水蒸気改質に供される水分である。
【００２６】
気化部２１では、原料導入配管２３から供給された原燃料と改質用水とが、後述する燃焼部７０における燃焼熱とセルスタック３０の発電による発熱とを受けて加熱される。この加熱により、気化部２１では、原燃料が水蒸気改質反応に適した温度、例えば１００〜６００℃まで昇温され、改質用水が気化されて発生した水蒸気と混合される。こうして加熱された水蒸気を含む原燃料のことを、以下では、原燃料ガスという。気化部２１には、例えば、原燃料の昇温を補助するためのセラミックスボール（例えば、Ａｌ2Ｏ3やＺｒＯ2）が収容されていてもよい。
【００２７】
改質部２２の内部には、水蒸気改質反応を促進するための触媒が配置されている。触媒としては、ルテニウム系触媒やニッケル系触媒を用いることができる。改質部２２は、気化部２１から原燃料ガスの供給を受けて原燃料ガスを改質し、燃料ガス（水素含有ガス）を生成する。この水蒸気改質反応は、吸熱反応であり、約６００℃の温度で原燃料ガスが改質される。改質部２２によって生成された燃料ガスは、改質器２０ａおよび改質器２０ｂの下端に接続された燃料ガス流路５０を通じて、セルスタック３０ａ，３０ｂの下端部（第１の端部）に供給される。
【００２８】
セルスタック３０の下端部に供給された燃料ガスは、各燃料電池セル３１の支持基材３５内の燃料ガス流路３９（図２参照）を通って、燃料電池セル３１内を下方から上方に流れ、電気化学反応に供される。また、セルスタック３０の下端部側に供給された酸化ガスは、セルスタック３０に備えられた集電部材３７内の中空部３８（図２参照）を通って、燃料ガスと並行してセルスタック３０内を下方から上方に流れ、電気化学反応に供される。燃料電池セル３１の上端（第２の端部）より排出された発電に供されなかった燃料ガスのオフガス（以下、燃料オフガスという場合がある。）は、集電部材３７の上端より排出された酸化ガスのオフガスと反応し、セルスタック３０の上端と酸化ガス流路４０（具体的には、上方流路４３）との間に形成された空間である燃焼部７０において燃焼される。燃焼部７０の近傍には、スパーク電極７２が設けられている。スパーク電極７２は、燃料電池モジュール１０の始動時に火花放電され、これにより、燃焼部７０において燃料オフガスが着火する。
【００２９】
燃焼部７０において燃焼されたオフガス（燃焼オフガス）は、改質器２０ａと改質器２０ｂとの間に設けられたオフガス流路６０を通じて下方に流れ、筐体１２の下部に設けられたオフガス排出口６１を通じて燃料電池モジュール１０の外部に排出される。
【００３０】
以上のように構成された燃料電池モジュール１０では、改質器２０の気化部２１が、燃焼部７０による燃焼熱や発電に伴う発熱によって比較的高温になるセルスタック３０の上端部に近接して配置されている。そのため、気化部２１が必要とする気化熱が、燃焼部７０やセルスタック３０から奪われるため、セルスタック３０の上端部側を冷却することが可能になる。この結果、セルスタック３０の上端部側が著しく高温になることが抑制され、セルスタック３０の耐久性能を向上させることが可能になる。さらには、燃料電池セル３１（セルスタック３０）の上下方向における温度分布の均一化を図ることができ、発電効率を向上させることができる。
【００３１】
また、本例の燃料電池モジュール１０では、セルスタック３０に酸化ガスを供給する酸化ガス流路４０のうち、上方流路４３が、燃焼部７０の上方に配置されている。そのため、酸化ガス流路４０の酸化ガス導入口４１から温度の低い酸化ガス（室温の酸化ガス等）が供給されると、この酸化ガスが、上方流路４３を通る際に、燃焼部７０によって予熱されることになる。こうして予熱された酸化ガスは、セルスタック３０の側面に沿って配置された側面流路４４を通る際に、セルスタック３０の上端部側の熱を、比較的運転温度が低い下端部側へと伝搬する。そのため、燃料電池セル３１（セルスタック３０）の上下方向における温度分布の均一化を図ることが可能になる。また、酸化ガスは、側面流路４４の下端部を通る際には、燃焼部７０やセルスタック３０の上端部の熱によって予熱されているため、セルスタック３０の下端部側が必要以上に冷却されることが抑制される。本例では、このような構成の酸化ガス流路４０を配置した結果、燃料電池セル３１（セルスタック３０）の上下方向の温度差を小さくする（例えば、５０℃以下）ことが可能になるため、発電効率を向上させることが可能になる。
【００３２】
また、本例の燃料電池モジュール１０では、セルスタック３０と改質器２０とが、近接して鉛直方向に沿って、略平行に配置されている。そのため、セルスタック３０と近接する改質器２０（特に改質部２２）のセルスタック３０側の側壁が、固体熱伝導体として働き、燃料電池セル３１（セルスタック３０）の上下方向における温度分布の均一化を図ることができる。そのため、燃料電池セル３１（セルスタック３０）の上下方向の温度差を小さくする（例えば、５０℃以下）ことが可能になり、発電効率を向上させることが可能になる。
【００３３】
図３は、本発明の第２例としての燃料電池モジュール１０ｂの鉛直断面を正面側から見た図である。第２例では、酸化ガスが、筐体１２ｂの下方から導入される点と、改質器２０が、セルスタック３０の外側に配置されている点とが、第１例と異なる。
【００３４】
本例の酸化ガス流路４０ｂは、酸化ガス導入口４１ｂと、分岐部４２ｂと、下方流路４５ｂと、側面流路４４ｂと、上方流路４３ｂと、中央流路４６ｂとを備えている。本例では、酸化ガス導入口４１ｂは、筐体１２ｂの下部の略中央に設けられている。酸化ガス流路４０ｂは、酸化ガス導入口４１ｂから筐体１２ｂの内部に延伸された部分において、分岐部４２ｂによって流路が二股に分岐される。分岐部４２ｂによって分岐された酸化ガス流路４０ｂは、下方流路４５ｂによって、筐体１２ｂの下側内壁に沿って左右方向に延伸された後、側面流路４４ｂにより、筐体１２ｂの左側内壁および右側内壁に沿って鉛直上向きに延伸される。鉛直方向上向きに延伸された各側面流路４４ｂは、筐体１２ｂの上側内壁に達すると、左右方向からそれぞれ筐体１２ｂの内側に向けて屈曲されて、上方流路４３ｂによって、筐体１２ｂ内の上部中央において結合する。筐体１２ｂの上部中央において結合した部分には、筐体１２ｂの下方に向けて酸化ガスを流す中央流路４６ｂが設けられている。この中央流路４６ｂの下端は、セルスタック３０ａ，３０ｂの下端部に接続されている。本例では、このような構成により、筐体１２ｂの下方から導入された酸化ガスが、改質器２０とセルスタック３０とを取り囲むようにして流れ、セルスタック３０の下端部に供給される。
【００３５】
本例では、セルスタック３０ａ，３０ｂは、中央流路４６ｂにそれぞれ近接して立設されている。また、改質器２０ａ，２０ｂは、セルスタック３０ａ，３０ｂの外側に、セルスタック３０ａ，３０ｂと略平行に配置されている。改質器２０の気化部２１は、セルスタック３０の上端側（ガス下流側）に近接して配置され、改質部２２は、セルスタック３０の下端側（ガス上流側）に近接して配置されている。改質部２２によって生成された燃料ガスは、改質器２０ａおよび改質器２０ｂの下端に接続された燃料ガス流路５０ｂを通じて、セルスタック３０ａ，３０ｂの下端部（第１の端部）に供給される。
【００３６】
セルスタック３０の下端部に供給された燃料ガスは、各燃料電池セル３１の燃料ガス流路３９を通って燃料電池セル３１内を下方から上方に流れる。また、セルスタック３０の下端部側に供給された酸化ガスは、セルスタック３０における集電部材３７内の中空部３８内を上方に向けて流れる。そして、燃料電池セル３１の上端（第２の端部）より排出された燃料オフガスは、集電部材３７の上端より排出された酸化ガスと反応し、セルスタック３０の上端と酸化ガス流路４０ｂ（詳しくは、上方流路４３ｂ）との間に形成された空間である燃焼部７０ｂにおいて燃焼される。燃焼部７０ｂの近傍には、スパーク電極７２ｂが設けられている。スパーク電極７２ｂは、燃料電池モジュール１０ｂの始動時に火花放電され、これにより、燃焼部７０ｂにおいて燃料オフガスが着火する。
【００３７】
燃焼部７０ｂにおいて燃焼されたオフガス（燃焼オフガス）は、改質器２０と側面流路４４ｂとの間にそれぞれ配置されたオフガス流路６０ｂを通じて、筐体１２ｂ内を下方に流れ、筐体１２ｂの下部に設けられたオフガス排出口６１ｂを通じて燃料電池モジュール１０ｂの外部に排出される。
【００３８】
以上のように構成された第２例の燃料電池モジュール１０ｂにおいても、改質器２０の気化部２１が、燃焼部７０ｂによる燃焼熱や発電に伴う発熱によって比較的高温になるセルスタック３０の上端部に近接して配置されている。そのため、気化部２１が必要とする気化熱が、燃焼部７０ｂやセルスタック３０から奪われるため、セルスタック３０の上端部側を冷却することが可能になる。この結果、セルスタック３０の上端部側が著しく高温になることが抑制され、セルスタック３０の耐久性能を向上させることが可能になる。さらには、燃料電池セル３１（セルスタック３０）の上下方向における温度分布の均一化を図ることができ、発電効率を向上させることができる。
【００３９】
また、本例の燃料電池モジュール１０ｂにおいても、セルスタック３０に酸化ガスを供給する酸化ガス流路４０ｂのうち、上方流路４３ｂが、燃焼部７０ｂの上方に配置されている。そのため、酸化ガス流路４０ｂの酸化ガス導入口４１ｂから温度の低い酸化ガスが供給されると、この酸化ガスが、上方流路４３ｂを通る際に、燃焼部７０ｂによって予熱されることになる。こうして予熱された酸化ガスは、セルスタック３０ａ，３０ｂに挟まれる中央流路４６ｂを通る際に、セルスタック３０の上端部側の熱を、比較的運転温度が低い下端部側へと伝搬する。そのため、燃料電池セル３１（セルスタック３０）の上下方向における温度分布の均一化を図ることが可能になる。また、酸化ガスは、中央流路４６ｂの下端部を通る際には、燃焼部７０ｂやセルスタック３０の上端部の熱によって予熱されているため、セルスタック３０の下端部側が必要以上に冷却されることが抑制される。よって、本例においても、燃料電池セル３１（セルスタック３０）の上下方向の温度差を小さくする（例えば５０℃以下）ことが可能になるため、発電効率を向上させることが可能になる。
【００４０】
また、本例の燃料電池モジュール１０ｂにおいても、セルスタック３０と改質器２０とが、近接して鉛直方向に沿って、略平行に配置されている。そのため、セルスタック３０と近接する改質器２０（特に改質部２２）のセルスタック３０側の側壁が、固体熱伝導体として働き、燃料電池セル３１（セルスタック３０）の上下方向における温度分布の均一化を図ることができる。そのため、燃料電池セル３１（セルスタック３０）の上下方向の温度差を小さくすることが可能になり、発電効率を向上させることが可能になる。
【００４１】
以上、本発明の種々の例について説明したが、本発明はこれらの例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができる。例えば、以下のような変形が可能である。
【００４２】
変形例１：
上記例では、セルスタック３０と改質器２０とが、鉛直方向に平行に近接して設けられていることとしたが、セルスタック３０と改質器２０とが略平行に近接して設けられていればよく、セルスタック３０の構成にあわせて、水平方向あるいは斜め方向に平行に近接して設けられていることとしてもよい。
【００４３】
変形例２：
上記例では、酸化ガスと燃料ガスとが、セルスタック３０内を下端側から上端側に流れることとしたが、上端側から下端側に流れる構成としてもよい。
【００４４】
変形例３：
上記例では、酸化ガスが、燃焼部７０やセルスタック３０の上端部の近傍に配置された酸化ガス流路４０を経由してセルスタック３０に供給されることとしたが、燃焼部７０やセルスタック３０の上端部の近傍を経由せずに、セルスタック３０に供給される構成としてもよい。
【００４５】
変形例４：
上記例では、セルスタック３０と改質器２０とは、それぞれ２組ずつ設けられているが、それぞれ１組だけ設けられていてもよいし、３組以上設けられていてもよい。
【００４６】
変形例５：
上記例では、燃料電池モジュール１０として固体酸化物形燃料電池を用いる場合を示したが、改質器から燃料ガスの供給を受ける燃料電池であれば、他の形式の燃料電池についても本発明を適宜適用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０，１０ｂ…燃料電池モジュール
１２，１２ｂ…筐体
２０，２０ａ，２０ｂ…改質器
２１…気化部
２２…改質部
２３…原料導入配管
３０，３０ａ，３０ｂ…セルスタック
３１…燃料電池セル
３２…固体電解質
３３…アノード
３４…カソード
３５…支持基材
３６…インターコネクタ
３７…集電部材
３８…中空部
３９…燃料ガス流路
４０，４０ｂ…酸化ガス流路
４１，４１ｂ…酸化ガス導入口
４２，４２ｂ…分岐部
４３，４３ｂ…上方流路
４４，４４ｂ…側面流路
４５ｂ…下方流路
４６ｂ…中央流路
５０、５０ｂ…燃料ガス流路
６０，６０ｂ…オフガス流路
６１，６１ｂ…オフガス排出口
７０，７０ｂ…燃焼部
７２，７２ｂ…スパーク電極
【図１】
2011014495.tif 000003
【図２】
2011014495.tif 000004
【図３】
2011014495.tif 000005