(57)【要約】【課題】燃料電池スタック内を均一に加熱でき、起動性に優れた燃料電池モジュールを提供する。【解決手段】燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池１４が複数積層された積層体を有する燃料電池スタック１２と、積層体に対向配置された誘導加熱用コイル２０と、を備えた燃料電池モジュール１０において、燃料電池スタック１２は、燃料電池１４の側部を囲んで形成され、酸化剤ガスを流して燃料電池１４の熱を酸化剤ガスに伝える酸化剤ガス導入路５６を有しており、誘導加熱用コイル２０は積層体の側部に巻き回された燃料電池モジュール１０が提供される。【選択図】図３
2019220370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池が複数積層された積層体を有する燃料電池スタックと、
前記積層体に対向配置された誘導加熱用コイルと、を備えた燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池スタックは、前記燃料電池の側部を囲んで形成され、前記酸化剤ガスを流して前記燃料電池の熱を前記酸化剤ガスに伝える酸化剤ガス導入路を有し、
前記誘導加熱用コイルは前記積層体の側部に巻き回されている燃料電池モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池モジュールであって、
前記誘導加熱用コイルは前記酸化剤ガス導入路内に設けられている燃料電池モジュール。
【請求項３】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池が複数積層された積層体を有する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの両端に対向配置された誘導加熱用コイルと、を備えた燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池スタックは、前記燃料電池を積層方向の両端から加圧する一対のエンドプレートを有し、
前記誘導加熱用コイルは、一方の前記エンドプレートの外表面に沿って平面状に巻かれた第１の誘導加熱用コイルと、他方の前記エンドプレートの外表面に沿って平面状に巻かれた第２の誘導加熱用コイルとを有している燃料電池モジュール。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池モジュールであって、
前記第１の誘導加熱用コイルと、前記第２の誘導加熱用コイルは同一方向の磁界を発生させる向きに配置されている燃料電池モジュール。
【請求項５】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池が複数積層された積層体を有する燃料電池スタックと、
前記積層体に対向配置された誘導加熱用コイルと、を備えた燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池スタックは、前記燃料電池を積層方向の両端から加圧する一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートに接続され前記燃料電池の外側方を封止する側壁と、を有し、
前記誘導加熱用コイルは前記エンドプレートと前記側壁とに巻き回されている燃料電池モジュール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池は、支持板と、前記支持板の上に積層されたアノード電極、電解質層、及びカソード電極と、よりなる電解質・電極接合体と、前記電解質・電極接合体を挟む一対のセパレータとを有し、
前記支持板及びセパレータが金属よりなる燃料電池モジュール。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池スタックから排出された燃料排ガスと酸化剤排ガスとを燃焼させる排ガス燃焼器と、
前記排ガス燃焼器で生成される燃焼ガスの熱を酸化剤ガスに与える熱交換器と、をさらに備え、
前記燃料電池スタックには、前記熱交換器で昇温された酸化剤ガスが供給される燃料電池モジュール。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池モジュールであって、
原燃料を部分酸化反応により燃料ガスに改質する燃料ガス供給手段をさらに備え、前記燃料電池スタックには、部分酸化反応により昇温された燃料ガスが供給される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、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を複数積層した燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）は、例えば、安定化ジルコニアなどの酸化物イオン伝導体を固体電解質として用いる。固体電解質の両側には、アノード電極とカソード電極とが接合されている。このような、電解質・電極接合体（以下、ＭＥＡともいう）は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されている。燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
ＳＯＦＣは、運転温度が比較的高温であるため、起動させる際には、積層された複数の燃料電池を、動作温度にまで昇温させる必要がある。
【０００４】
特許文献１には、燃料電池スタックの容器の外部に燃焼器を設け、起動時に燃焼器で燃料を火炎燃焼させて燃料電池スタックを加熱する燃料電池発電システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−２７７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の燃料電池モジュールでは、燃焼器の輻射熱及び燃焼ガスの熱で燃料電池を加熱しているが、燃料電池の積層体を効率よく加熱できない。また、高温の燃焼ガスを燃料電池内に吹き込むと、温度勾配により燃料電池が破損するおそれがあるため、燃料電池を急速に加熱することが困難であり、起動までに時間がかかるといった問題がある。
【０００７】
本発明は、燃料電池スタック内を効率よく加熱でき、起動性に優れた燃料電池モジュール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】
本発明の一観点は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池が複数積層された積層体を有する燃料電池スタックと、前記積層体に対向配置された誘導加熱用コイルと、を備えた燃料電池モジュールであって、前記燃料電池スタックは、前記燃料電池の側部を囲んで形成され、前記酸化剤ガスを流して前記燃料電池の熱を前記酸化剤ガスに伝える酸化剤ガス導入路を有し、前記誘導加熱用コイルは前記積層体の側部に巻き回されている燃料電池モジュールにある。
【０００９】
本発明の別の一観点は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池が複数積層された積層体を有する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの両端に対向配置された誘導加熱用コイルと、を備えた燃料電池モジュールであって、前記燃料電池スタックは、前記燃料電池を積層方向の両端から加圧する一対のエンドプレートを有し、前記誘導加熱用コイルは、一方の前記エンドプレートの外表面に沿って平面状に巻かれた第１の誘導加熱用コイルと、他方の前記エンドプレートの外表面に沿って平面状に巻かれた第２の誘導加熱用コイルとを有している燃料電池モジュールにある。
【００１０】
本発明のさらに別の一観点は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池が複数積層された積層体を有する燃料電池スタックと、前記積層体に対向配置された誘導加熱用コイルと、を備えた燃料電池モジュールであって、前記燃料電池スタックは、前記燃料電池を積層方向の両端から加圧する一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートに接続され前記燃料電池の外側方を封止する側壁と、を有し、前記誘導加熱用コイルは前記エンドプレートと前記側壁とに巻き回されている燃料電池モジュールにある。
【発明の効果】
【００１１】
上記観点の燃料電池モジュールによれば、誘導加熱用コイルを設けることにより、燃料電池スタック内を効率よく加熱でき、素早く起動できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池モジュールのブロック図である。
【図２】図１の燃料電池モジュールの燃料電池スタックの構造を模式的に示す断面図である。
【図３】図２の燃料電池スタックの層方向の断面図である。
【図４】図２の燃料電池の断面図である。
【図５】図１の燃料電池モジュールの起動時の動作を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施形態に係る燃料電池スタックの構造を模式的に示す断面図である。
【図７】図６の燃料電池スタックの平面図である。
【図８】第３の実施形態に係る燃料電池スタックの構造を模式的に示す断面図である。
【図９】図８の燃料電池スタックの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１に示す、第１実施形態に係る燃料電池モジュール１０は、定置用の他、車載用やポータブル発電機等の種々の用途に用いられる。なお、本明細書において、燃料電池の積層方向を厚み方向又は上下方向とも表記し、積層方向に直交する方向を平面方向、側方又は層方向とも表記するが、こられの表記が燃料電池モジュールの設置方向を限定するものではない。
【００１５】
図１に示す第１の実施形態に係る燃料電池モジュール１０は、平板積層型の燃料電池スタック１２と、排ガス燃焼器１６と、熱交換器１８と、誘導加熱用コイル２０と、燃料ガス供給手段２４と、電源２２とを備える。燃料電池スタック１２は、燃料ガス（主に、水素及び一酸化炭素が混合した気体）と、酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電する平板状の燃料電池１４（固体酸化物燃料電池）を備える。複数の燃料電池１４は、図２に示すように、厚み方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体を構成するとともに、燃料電池１４の積層方向の両端には、エンドプレート５０、５２が配置されている。
【００１６】
図４に示すように、燃料電池１４は、例えば、金属よりなる支持板３８の上に、順にアノード電極４０、部分安定化ジルコニア等の酸化物イオン伝導体で構成される電解質層４２、及びカソード電極４４が積層された電解質・電極接合体（ＭＥＡ）４６を備える。
【００１７】
支持板３８は、例えば多孔質金属や多数の貫通孔が形成された金属板により構成され、アノード電極４０に燃料ガスを流通させることができる。支持板３８を構成する金属には、燃料電池１４の動作環境に耐える耐熱性及び耐食性を有するとともに、電解質層４２の熱膨張率と同等の熱膨張率を有する材料を用いることができる。具体的に、支持板３８には、フェライト系ステンレス等を用いることができる。また、フェライト系ステンレスは、強磁性体であり、誘導加熱用コイル２０が発生する交流磁場により、効率よく発熱する。
【００１８】
電解質・電極接合体４６の両側には、カソード側セパレータ３４と、アノード側セパレータ３６とが配置される。カソード側セパレータ３４には、カソード電極４４に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路３０が形成されている。また、アノード側セパレータ３６には、アノード電極４０に燃料ガスを供給する燃料ガス流路３２が形成される。酸化剤ガス流路３０及び燃料ガス流路３２は、電解質・電極接合体４６を挟んで平行に形成されていてもよい。
【００１９】
燃料電池１４は、動作温度が数百℃と高温であり、アノード電極４０には、原燃料を改質して得られる、水素及び一酸化炭素を含んだ燃料ガスが供給される。また、カソード電極４４には、酸化剤ガスとして、熱交換器１８で昇温された空気が供給される。
【００２０】
図３に示すように、燃料電池１４は略矩形状に形成されており、その一端部１４ａには、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと、燃料ガス入口連通孔３２ａとが形成されている。このうち、燃料ガス入口連通孔３２ａは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを挟んで２つ設けられている。また、燃料電池１４の他端部１４ｂには、燃料ガス出口連通孔３２ｂが形成されている。燃料ガス入口連通孔３２ａから燃料ガス流路３２（図３参照）に導入された燃料ガスは、図中の実線矢印Ｆのように流れて燃料ガス出口連通孔３２ｂから排出されるように構成されている。
【００２１】
図２に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂは、複数の燃料電池１４を積層方向（矢印Ａ方向）に貫通しており、燃料電池１４の積層方向に延在している。燃料ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂは、複数の燃料電池１４の燃料ガス流路３２に連通しており、酸化剤ガス流路３０とは第１のシール部材４８ａによって隔離されている。また、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂは、複数の燃料電池１４を積層方向に貫通しており、積層方向に延在している。酸化剤ガス出口連通孔３０ｂは、複数の燃料電池１４の酸化剤ガス流路３０に連通しており、燃料ガス流路３２とは第２のシール部材４８ｂによって隔離されている。
【００２２】
燃料電池１４の酸化剤ガス流路３０の周縁部は、第２のシール部材４８ｂによって封止される。また、燃料ガス流路３２の周縁部は、第１のシール部材４８ａによって封止される。第２のシール部材４８ｂは、カソード側セパレータ３４に形成され、第１のシール部材４８ａはアノード側セパレータ３６に形成されていてもよい。
【００２３】
また、図３に示すように、燃料電池１４の他端部１４ｂにおいて、各酸化剤ガス流路３０の周縁部を封止する第２のシール部材４８ｂには、層方向に貫通して形成された、酸化剤ガス導入口３０ａが形成されている。酸化剤ガス流路３０は、酸化剤ガス導入口３０ａを介して、燃料電池スタック１２内の酸化剤ガス導入路５６と連通している。酸化剤ガス流路３０には、酸化剤ガス導入口３０ａから酸化剤ガスが流入する。酸化剤ガス導入口３０ａから導入された酸化剤ガスは、図中の破線矢印Ｏのように酸化剤ガス流路３０を流れて酸化剤ガス出口連通孔３０ｂから排出されるように構成されている。
【００２４】
図２に示すように、積層された複数の燃料電池１４は、上端側のエンドプレート５０及び下端側のエンドプレート５２との間に配置され、止めねじ５８によって固定される。止めねじ５８及びエンドプレート５０、５２によって、複数の燃料電池１４には積層方向に所定の締め付け荷重が付与される。エンドプレート５０、５２は、燃料電池１４よりも層方向（平面方向）のサイズが大きく形成されている。エンドプレート５０の外周部と、エンドプレート５２の外周部との間に側壁５４が設けられている。
【００２５】
図３に示すように、側壁５４は、エンドプレート５０、５２の外周部の全周に亘って形成されており、燃料電池１４の周囲を密封している。この燃料電池１４と側壁５４との間の空間が、酸化剤ガス導入路５６を構成する。なお、側壁５４及びエンドプレート５０、５２には、燃料電池１４を保温するための断熱材が設けられていてもよい。
【００２６】
酸化剤ガス導入路５６には、酸化剤ガス入口６０と、誘導加熱用コイル２０とが設けられている。酸化剤ガス入口６０は、燃料電池１４の中で最も高温となる酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが形成された一端部１４ａの近傍に設けられている。酸化剤ガス導入路５６は、酸化剤ガス入口６０から、燃料電池１４の側方を経て、燃料電池１４の他端部１４ｂ側に延在している。酸化剤ガス導入路５６は、その内部を流れる酸化剤ガスが燃料電池１４と熱交換を行うことで昇温するように構成されている。
【００２７】
誘導加熱用コイル２０は、燃料電池モジュール１０の起動時に電源２２から供給される交流電流によって、積層された燃料電池１４に交流磁界を印加する。そして、金属製の燃料電池１４のセパレータ３４、３６及び支持板３８に誘導電流を発生させて加熱する。
【００２８】
誘導加熱用コイル２０は、酸化剤ガス導入路５６に設けられている。誘導加熱用コイル２０は、燃料電池１４の外側部に沿って、一方のエンドプレート５０から他方のエンドプレート５２にかけて一定のピッチで螺旋状に巻かれている。誘導加熱用コイル２０は、例えば、耐熱銅合金等よりなるパイプ状の導体とすることができる。なお、誘導加熱用コイル２０を燃料電池１４から離間させておくことで、酸化剤ガスが誘導加熱用コイル２０の周りを流通できるように構成してもよい。
【００２９】
図２に示すように、下端側のエンドプレート５２には、酸化剤ガス導入路５６と連通した酸化剤ガス入口６０と、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと連通した酸化剤ガス排出口６２と、燃料ガス入口連通孔３２ａと連通した燃料ガス導入口６４と、燃料ガス出口連通孔３２ｂと連通した燃料ガス排出口６６と、が形成されている。
【００３０】
燃料ガス排出口６６は、図１の燃料排ガス流路１２ｃを介して排ガス燃焼器１６に連通している。酸化剤ガス排出口６２は、図１の酸化剤排ガス流路１２ｄを介して排ガス燃焼器１６に連通している。また、酸化剤ガス入口６０は、図１の酸化剤ガス供給路１８ａを介して熱交換器１８と連通している。
【００３１】
図１に示すように、熱交換器１８は、燃焼ガスとの熱交換により、酸化剤ガス（空気）を昇温させる。熱交換器１８と燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口６０（図２参照）とは、酸化剤ガス供給路１８ａを介して接続されている。熱交換器１８で昇温された酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給路１８ａを介して燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口６０に供給される。
【００３２】
燃料電池モジュール１０には、原燃料として、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素を含むガス又は液体を供給することができる。燃料ガス供給手段２４は、例えば水蒸気改質器及び部分酸化改質器を備えており、炭化水素を含む原燃料を改質して、主に水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスに変換して燃料電池スタック１２に供給する。
【００３３】
燃料ガス供給手段２４を部分酸化改質器とする場合には、発熱反応によって生じた高温（例えば、５００℃〜１０００℃）の燃料ガスを燃料電池１４に供給することができるため、起動時に燃料ガス流路３２側からも燃料電池１４の加熱を行うことができて好適である。
【００３４】
電源２２は、誘導加熱用コイル２０に、燃料電池１４を誘導加熱するための高周波電力（交流電流）を供給する。
【００３５】
このように構成される燃料電池モジュール１０の作用について、その動作とともに、以下に説明する。
【００３６】
図５のステップＳ１０に示すように、起動時には、燃料電池モジュール１０の電源２２が、誘導加熱用コイル２０に対して高周波電力の供給を開始する。電源２２は、燃料電池モジュール１０に接続されたバッテリ又は商用電源などの電力を高周波電力に変換して、誘導加熱用コイル２０に供給する。誘導加熱用コイル２０は、図２の上下方向に磁極の向きが変化する高周波磁場を発生させる。この高周波磁場により、セパレータ３４、３６及び支持板３８に誘導電流が発生して発熱することで、燃料電池１４が加熱される。
【００３７】
次に、図５のステップＳ１２において、燃料電池モジュール１０は、燃料電池スタック１２に対して燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を開始する。ここでは、例えば空気が酸化剤ガスとして、不図示の送風ポンプ等により、図１に示す熱交換器１８に送り込まれる。熱交換器１８を流通した空気は、酸化剤ガス供給路１８ａを経て、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス導入路５６に導入される。また、燃料ガスは燃料ガス供給手段２４から燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔３２ａを介して燃料電池１４に供給される。燃料ガス供給手段２４からは、発熱反応である部分酸化反応により改質された、高温の燃料ガスを燃料電池１４に供給してもよい。この場合には、高温の燃料ガスが燃料ガス流路３２（図２参照）に流れ込み、熱伝導により燃料電池１４が加熱される。
【００３８】
なお、燃料電池１４が起動するまでは、電解質層４２が活性化していないため、燃料ガス及び酸化剤ガスは電気化学反応をほとんど起こすことなく、燃料電池スタック１２から排出される。図１に示すように、燃料ガスは燃料排ガス流路１２ｃを介して排ガス燃焼器１６に送られる。酸化剤ガスは、酸化剤排ガス流路１２ｄを介して排ガス燃焼器１６に送られる。
【００３９】
排ガス燃焼器１６では、燃料ガスと酸化剤ガスとが燃焼し、高温の燃焼排ガスを生成する。その燃焼排ガスは、熱交換器１８において酸化剤ガスと熱交換を行って酸化剤ガスを昇温させた後、排気される。以後、燃料電池スタック１２には、熱交換器１８によって昇温された酸化剤ガスが供給される。
【００４０】
次に、図５のステップＳ１４において、燃料電池１４の起動を検出する。燃料電池１４の起動の検出は、例えば燃料電池スタック１２内に設けられた不図示の温度センサの温度が所定値に達したか否かにより検出できる。ステップＳ１４において、燃料電池１４の起動が検出されない場合（ＮＯ）には、電源２２が誘導加熱用コイル２０への高周波電力の供給を継続する。
【００４１】
図５のステップＳ１４において、燃料電池１４の起動が検出された場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６において、電源２２が誘導加熱用コイル２０への高周波電力の供給を停止する。
【００４２】
以上により、燃料電池モジュール１０の起動が完了する。以後、燃料電池モジュール１０は、定常運転に移行する。定常運転では燃料電池モジュール１０において燃料電池スタック１２は、燃料電池１４の電気化学反応に伴う発熱及び排ガス燃焼器１６の燃焼熱を利用して、自律的に動作して発電を行う。
【００４３】
すなわち、図１に示すように、燃料ガス供給手段２４から供給された燃料ガスは、燃料電池スタック１２の燃料ガス流路３２を流れる。燃料ガス流路３２を流れた燃料ガスは燃料ガス出口連通孔３２ｂ（図２参照）を経て燃料ガス排出口６６から燃料排ガスとして排出される。燃料排ガスは、燃料排ガス流路１２ｃを経て排ガス燃焼器１６に導入される。
【００４４】
酸化剤ガスは、熱交換器１８及び酸化剤ガス供給路１８ａを経て、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス導入路５６（図３参照）に導入される。図３に示すように酸化剤ガス導入路５６において、酸化剤ガスは、誘導加熱用コイル２０の周囲を流れることで誘導加熱用コイル２０を冷却するとともに、燃料電池１４と熱交換して昇温される。その後、酸化剤ガスは酸化剤ガス導入口３０ａから燃料電池１４に導入される。
【００４５】
図２に示すように、燃料電池１４の燃料ガス流路３２を燃料ガスが流通し、酸化剤ガス流路３０を酸化剤ガスが流通することで、燃料電池１４のアノード電極４０とカソード電極４４とで電気化学反応が発生し、発電が行われる。
【００４６】
燃料電池スタック１２から排出された燃料排ガス及び酸化剤排ガスは、燃料排ガス流路１２ｃ及び酸化剤排ガス流路１２ｄを経て排ガス燃焼器１６に導かれて燃焼する。このとき、排ガス燃焼器１６で発生した燃焼熱の一部は、輻射又は熱伝導により、燃料電池スタック１２の動作温度維持に用いられる。また、排ガス燃焼器１６で発生した高温の燃焼排ガスは、熱交換器１８で酸化剤ガスの昇温に用いられた後、燃料電池モジュール１０から排出される。
【００４７】
この燃料電池モジュール１０は、以下の効果を奏する。
【００４８】
燃料電池モジュール１０において、燃料電池スタック１２は、燃料電池１４の側部を囲んで形成され、酸化剤ガスを流して燃料電池１４の熱を酸化剤ガスに伝える酸化剤ガス導入路５６を有しており、誘導加熱用コイル２０は酸化剤ガス導入路５６内に設けられるとともに燃料電池１４の側部に巻き回されている。これにより、誘導加熱用コイル２０で積層された燃料電池１４を効率よく加熱することができる。その結果、燃料電池１４を従来よりも急速に加熱することができ、素早く起動させることができる。また、誘導加熱用コイル２０を酸化剤ガス導入路５６に設けることで、誘導加熱用コイル２０を酸化剤ガスで冷却でき、起動後の定常運転時において誘導加熱用コイル２０の温度上昇を抑制できる。
【００４９】
燃料電池モジュール１０において、燃料電池１４は、支持板３８と、支持板３８の上に積層されたアノード電極４０、電解質層４２、及びカソード電極４４と、よりなる電解質・電極接合体４６と、電解質・電極接合体４６を挟む一対のセパレータ３４、３６とを有し、支持板３８及びセパレータ３４、３６が金属により形成されている。これにより、誘導加熱用コイル２０からの磁力によって効率よく誘導加熱を行うことができる。
【００５０】
燃料電池モジュール１０において、燃料電池スタック１２から排出された燃料排ガスと酸化剤排ガスとを燃焼させる排ガス燃焼器１６と、排ガス燃焼器１６で生成される燃焼排ガスの熱を酸化剤ガスに与える熱交換器１８と、をさらに備え、燃料電池スタック１２には、熱交換器１８で昇温された酸化剤ガスが供給される。これにより、起動時における誘導加熱用コイル２０からの加熱に加えて、昇温された酸化剤ガスから加熱が行われるので、起動時間を短縮できる。
【００５１】
燃料電池モジュール１０において、燃料ガス供給手段２４に部分酸化改質器を設けることで、原燃料を部分酸化反応により燃料ガスに改質し、燃料電池スタック１２に部分酸化反応により昇温された燃料ガスを供給するようにしてもよい。これにより、誘導加熱に加えて高温の燃料ガスで燃料電池１４を加熱することができるため、起動時間をさらに短縮できる。
【００５２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る燃料電池モジュール１０Ａは、図６に示すように、燃料電池スタック１２Ａのエンドプレート５０、５２の外表面に平面状に巻き回された一対の誘導加熱用コイル２０Ａ、２０Ｂを備えている。なお、第２の実施形態に係る燃料電池モジュール１０Ａにおいて、誘導加熱用コイル２０Ａ、２０Ｂ以外の構成は、図１〜図４を参照しつつ説明した燃料電池モジュール１０と同様であり、その説明は省略する。
【００５３】
図７に示すように、エンドプレート５０の外表面に形成された第１の誘導加熱用コイル２０Ａは、内部の燃料電池１４の電解質・電極接合体４６に対応した、矩形状の渦巻形状に巻き回されている。第１の誘導加熱用コイル２０Ａの最外周部は、電解質・電極接合体４６よりも外側に広がって形成されていてもよく、電解質・電極接合体４６及びその周辺の範囲に磁場を発生させることができる。また、エンドプレート５２側に形成される第２の誘導加熱用コイル２０Ｂも第１の誘導加熱用コイル２０Ａと同様の渦巻形状に形成される。
【００５４】
エンドプレート５０に形成された第１の誘導加熱用コイル２０Ａとエンドプレート５２に形成された第２の誘導加熱用コイル２０Ｂとは、図６の上下方向に向きが変化する交流磁場を発生させることができる。第１の誘導加熱用コイル２０Ａの一端は、第２の誘導加熱用コイル２０Ｂの一端に接続されており、一連のコイルとなっている。この場合、第１の誘導加熱用コイル２０Ａと第２の誘導加熱用コイル２０Ｂとは、同じ向きの磁場を発生するように接続されている。なお、第１の誘導加熱用コイル２０Ａ及び第２の誘導加熱用コイル２０Ｂは、並列に電源２２と接続されていてもよい。
【００５５】
本実施形態の燃料電池モジュール１０Ａにおいて、誘導加熱用コイル２０Ａ、２０Ｂには、燃料電池１４の起動時にのみ高周波電力が供給される。その動作は図５を参照しつつ説明した燃料電池モジュール１０の動作と同様である。
【００５６】
本実施形態の燃料電池モジュール１０Ａは以下の効果を奏する。
【００５７】
燃料電池モジュール１０Ａにおいて、燃料電池スタック１２Ａは、燃料電池１４を積層方向の両端から加圧する一対のエンドプレート５０、５２を有しており、誘導加熱用コイル２０Ａ、２０Ｂは、一方のエンドプレート５０の外表面に沿って平面状に巻かれた第１の誘導加熱用コイル２０Ａと、他方のエンドプレート５２の外表面に沿って平面状に巻かれた第２の誘導加熱用コイル２０Ｂとを有している。このように、対向して配置された第１の誘導加熱用コイル２０Ａと第２の誘導加熱用コイル２０Ｂとを用い、且つ、同一方向の磁界を発生させると、エンドプレート５０、５２に金属を用いた場合であっても、燃料電池１４の積層体の中央部にまで誘導磁場が到達するため、燃料電池１４の積層体を効率よく加熱できる。
【００５８】
また、燃料電池モジュール１０Ａでは、第１の誘導加熱用コイル２０Ａ及び第２の誘導加熱用コイル２０Ｂが燃料電池スタック１２Ａの外側に配置されるため、起動後の定常運転時において、誘導加熱用コイル２０Ａ、２０Ｂが燃料電池１４の高温にさらされるのを防ぐことができる。
【００５９】
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る燃料電池モジュール１０Ｂは、図８及び図９に示すように、燃料電池スタック１２Ｂのエンドプレート５０、５２及び側壁５４に巻き回された誘導加熱用コイル２０Ｃを備えている。なお、第３の実施形態に係る燃料電池モジュール１０Ｂの誘導加熱用コイル２０Ｃ以外の構成は、図１〜図４を参照しつつ説明した燃料電池モジュール１０と同様であり、その説明は省略する。
【００６０】
図９に示すように、本実施形態の誘導加熱用コイル２０Ｃは、エンドプレート５０、側壁５４、エンドプレート５２及び側壁５４に螺旋状に巻き回されており、燃料電池１４の層方向に略平行な矢印Ｃ1、Ｃ2方向の磁界を発生させる。誘導加熱用コイル２０Ｃは、燃料電池スタック１２Ｂの内部に積層された複数の燃料電池１４（図４参照）の全体に略均等の強さの磁場を発生させるべく、燃料電池１４の一端部１４ａから他端部１４ｂまでの範囲の外方に巻き回されている。
【００６１】
本実施形態の燃料電池モジュール１０Ｂにおいて、誘導加熱用コイル２０Ｃには、燃料電池１４の起動時にのみ高周波電力が供給される。その動作は図５を参照しつつ説明した燃料電池モジュール１０の動作と同様である。
【００６２】
本実施形態の燃料電池モジュール１０Ｂは以下の効果を奏する。
【００６３】
燃料電池モジュール１０Ｂにおいて、燃料電池スタック１２Ｂは、燃料電池１４を積層方向の両端から加圧する一対のエンドプレート５０、５２と、一対のエンドプレート５０、５２に接続され燃料電池１４の外側方を封止する側壁５４と、を有し、誘導加熱用コイル２０Ｃはエンドプレート５０、５２と側壁５４とに巻き回されている。これにより、燃料電池１４の積層体を効率よく加熱することができる。また、誘導加熱用コイル２０Ｃは、燃料電池スタック１２Ｂのエンドプレート５０、５２及び側壁５４の外側に巻き回されているため、起動後の定常運転時において、誘導加熱用コイル２０Ｃが燃料電池１４の高温にさらされるのを防止できる。
【００６４】
上記において、本発明について好適な諸実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６５】
１０…燃料電池モジュール        １２…燃料電池スタック
１４…燃料電池                  １６…排ガス燃焼器
１８…熱交換器                  ２０…誘導加熱用コイル
２２…電源                      ２４…燃料ガス供給手段
５０、５２…エンドプレート      ５４…側壁
５６…酸化剤ガス導入路
【図１】
2019220370.tif 000003
【図２】
2019220370.tif 000004
【図３】
2019220370.tif 000005
【図４】
2019220370.tif 000006
【図５】
2019220370.tif 000007
【図６】
2019220370.tif 000008
【図７】
2019220370.tif 000009
【図８】
2019220370.tif 000010
【図９】
2019220370.tif 000011