(57)【要約】燃焼室内に設置された燃料電池の動作温度を低下させることなく、加熱対象物を加熱することができるとともに、燃焼室から外部への放熱を抑制することが可能な燃料電池モジュールを提供する。燃料電池モジュール１０１では燃料電池２０が燃焼室１１内に配置され、燃料電池２０には燃料ガスと酸化剤ガスとが供給される。燃料ガス流路１２は燃料電池２０に燃料ガスを供給し、酸化剤ガス流路１３は燃料電池２０に酸化剤ガスを供給する。気化器３０は改質器１４に供給される水蒸気を生成し、改質用水流路１５は気化器３０に水を供給する。熱交換器４０は燃焼室１１の外壁面に設けられている。燃焼室１１から排出される排ガスが熱交換器４０内に流通する。燃料ガス流路１２、酸化剤ガス流路１３、気化器３０、改質用水流路１５の少なくとも一つが熱交換器４０内に配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と、
前記燃焼室内に配置され、燃料ガスと酸化剤ガスとが供給される燃料電池と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス流路と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路と、
前記燃料ガス流路に設けられ、燃料ガスを改質して改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器に供給される気体を生成する気化器と、
前記気化器に液体を供給する液体流路と、
前記燃焼室の外壁面に設けられた熱交換器と、
を備え、
前記燃焼室から排出される排ガスが前記熱交換器内に流通し、
前記燃料ガス流路、前記酸化剤ガス流路、前記気化器、および、前記液体流路からなる群より選ばれた少なくとも一つが、前記熱交換器内に配置されている、燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記熱交換器が、第１の熱交換器部分と第２の熱交換器部分とを含み、
前記第１の熱交換器部分が前記燃焼室の外壁面に近い側に配置され、前記第２の熱交換器部分が前記第１の熱交換器部分の外側に配置され、
前記燃焼室から排出される排ガスの流路が前記第１の熱交換器部分内に配置され、
前記燃料ガス流路、前記酸化剤ガス流路、前記気化器、および、前記液体流路からなる群より選ばれた少なくとも一つが、前記第２の熱交換器部分内に配置されている、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記熱交換器が、第１の熱交換器と第２の熱交換器とを含み、
前記第１の熱交換器が前記燃焼室の一方側の外壁面に設けられ、
前記第２の熱交換器が前記燃焼室の他方側の外壁面に設けられ、
前記燃焼室から排出される排ガスが、前記第１の熱交換器内と前記第２の熱交換器内とに流通し、
前記燃料ガス流路、前記酸化剤ガス流路、前記気化器、および、前記液体流路からなる群より選ばれた少なくとも一つが、前記第１の熱交換器内に配置され、
前記燃料ガス流路、前記酸化剤ガス流路、前記気化器、および、前記液体流路からなる群より選ばれた前記少なくとも一つと異なる他の少なくとも一つが、前記第２の熱交換器内に配置されている、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記熱交換器が、第１の熱交換器と第２の熱交換器とを含み、
前記第１の熱交換器が前記燃焼室の一方側の外壁面に設けられ、
前記第２の熱交換器が前記燃焼室の他方側の外壁面に設けられ、
前記第１の熱交換器が、第１の熱交換器部分と第２の熱交換器部分とを含み、
前記第２の熱交換器が、第３の熱交換器部分と第４の熱交換器部分とを含み、
前記第１の熱交換器部分が前記燃焼室の一方側の外壁面に近い側に配置され、前記第２の熱交換器部分が前記第１の熱交換器部分の外側に配置され、
前記第３の熱交換器部分が前記燃焼室の他方側の外壁面に近い側に配置され、前記第４の熱交換器部分が前記第３の熱交換器部分の外側に配置され、
前記燃焼室から排出される排ガスの流路が、前記第１の熱交換器部分内と前記第３の熱交換器部分内とに配置され、
前記燃料ガス流路、前記酸化剤ガス流路、前記気化器、および、前記液体流路からなる群より選ばれた少なくとも一つが、前記第２の熱交換器部分内に配置され、
前記燃料ガス流路、前記酸化剤ガス流路、前記気化器、および、前記液体流路からなる群より選ばれた前記少なくとも一つと異なる他の少なくとも一つが、前記第４の熱交換器部分内に配置されている、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、一般的には燃料電池モジュールに関し、特に固体酸化物形燃料電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、固体酸化物形燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスを電気化学的に反応させて発電する発電部としての燃料電池を備えている。近年、燃料電池からの排ガスを燃焼させる燃焼室内に燃料電池を配置するシステムが提案されている。【０００３】
たとえば、特開２００６−１６４９６４号公報（以下、特許文献１という）には、燃料電池を用いたコージェネレーションシステムが開示されている。【０００４】
特許文献１に開示されたコージェネレーションシステムは、燃料ガス及び酸化剤ガスが別々に供給されるガス供給路と、ガス供給路を経た燃料ガス及び酸化剤ガスを混合するガス混合部と、ガス混合部で混合された混合ガスを燃焼させるガス燃焼装置が収容される燃焼室と、ガス供給路上に配置され、燃料ガス及び酸化剤ガスが別々に供給されて発電する燃料電池を有する発電部とを備える。発電部が燃焼室内に設置され、この燃焼室内で発生する燃焼熱によって発電部を加熱するように構成されている。また、ガス供給路が、燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給管によって構成され、両供給管の少なくとも一方を燃焼室内に設置してガスを予熱するように構成されている。さらに、このシステムは、燃焼室内に設置される熱交換器をさらに備えている。この熱交換機を介して、燃焼室で発生する燃焼熱によって燃料ガス及び酸化剤ガスを予熱して発電部に供給するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６４９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、燃焼室内に熱交換器を設置し、その熱交換器が燃料電池の近くに配置されていると、燃料電池と予熱対象の低温ガスとの温度差が大きいので、燃料電池から輻射によって直接熱が奪われ、燃料電池の動作温度が低下するという問題がある。【０００７】
また、排ガス流路が燃焼室の外壁の近くに位置づけられていると、燃焼室から外部への放熱量が増大し、放熱によって燃料電池モジュールのエネルギー効率が低下するという問題がある。【０００８】
そこで、本発明の目的は、燃焼室内に設置された燃料電池の動作温度を低下させることなく、加熱対象物を加熱することができるとともに、燃焼室から外部への放熱を抑制することが可能な燃料電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従った燃料電池モジュールは、燃焼室と、燃料電池と、燃料ガス流路と、酸化剤ガス流路と、改質器と、気化器と、液体流路と、熱交換器とを備える。燃料電池は燃焼室内に配置され、燃料電池には燃料ガスと酸化剤ガスとが供給される。燃料ガス流路は、燃料電池に燃料ガスを供給する。酸化剤ガス流路は、燃料電池に酸化剤ガスを供給する。改質器は、燃料ガス流路に設けられ、燃料ガスを改質して改質ガスを生成する。気化器は、改質器に供給される気体を生成する。液体流路は、気化器に液体を供給する。熱交換器は、燃焼室の外壁面に設けられている。燃焼室から排出される排ガスが熱交換器内に流通する。燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、気化器、および、液体流路からなる群より選ばれた少なくとも一つが、熱交換器内に配置されている。【００１０】
このように熱交換器が、燃焼室内ではなく、燃焼室の外壁面に設けられているので、燃料電池から輻射によって熱が奪われ、燃焼室内に配置された燃料電池の動作温度が低下するという問題を解消することができる。また、燃焼室から排出される排ガスが燃焼室の外壁面に設けられた熱交換器内に流通するとともに、燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、気化器、および、液体流路からなる群より選ばれた少なくとも一つが熱交換器内に配置されているので、排ガス熱量は予熱対象の燃料ガスまたは酸化剤ガスの加熱、あるいは、気化対象の液体の加熱に使用され、排ガスの温度は徐々に下がる。その結果、熱交換器の外壁面の温度は下がり、外壁面から大気への放熱を抑制することができる。その結果として、燃料電池モジュールのエネルギー効率の低下を抑制することができる。【００１１】
なお、本発明の構造を採用することにより、外壁に必要な断熱材の厚みを低減することができるため、燃料電池モジュール自体をコンパクトにすることができる。【００１２】
また、気化器を熱交換器内に配置する場合には、熱交換器から得られる熱を、改質器に供給される気体を生成するための熱源に利用することができる。液体流路を熱交換器内に配置する場合には、熱交換器を、改質器に供給される気体を生成する気化器の代わりに用いることができる。【００１３】
本発明の一つの好ましい燃料電池モジュールにおいては、熱交換器が第１の熱交換器部分と第２の熱交換器部分とを含み、第１の熱交換器部分が燃焼室の外壁面に近い側に配置され、第２の熱交換器部分が第１の熱交換器部分の外側に配置されている。この場合、燃焼室から排出される排ガスの流路が、第１の熱交換器部分内に配置されている。燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、気化器、および、液体流路からなる群より選ばれた少なくとも一つが、第２の熱交換器部分内に配置されている。【００１４】
このように構成することにより、燃焼室に対して内側に高温の排ガスが流通し、外側に予熱対象のガスまたは気化対象の液体が流通するので、燃焼室の外部への放熱をさらに抑制することができる。その結果として、燃料電池モジュールのエネルギー効率の低下をさらに抑制することができる。【００１５】
本発明のもう一つの好ましい燃料電池モジュールにおいては、熱交換器が第１の熱交換器と第２の熱交換器とを含み、第１の熱交換器が燃焼室の一方側の外壁面に設けられ、第２の熱交換器が燃焼室の他方側の外壁面に設けられている。この場合、燃焼室から排出される排ガスが、第１の熱交換器内と第２の熱交換器内とに流通する。燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、気化器、および、液体流路からなる群より選ばれた少なくとも一つが、第１の熱交換器内に配置されている。燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、気化器、および、液体流路からなる群より選ばれた上記の少なくとも一つと異なる他の少なくとも一つが、第２の熱交換器内に配置されている。【００１６】
このように構成することにより、燃焼室の外壁面を有効に利用して熱交換器が配置され、予熱対象のガスや気化対象の液体のうち二つ以上の対象物を熱交換器で加熱することができるので、燃焼室の外部への放熱をさらにより抑制することができる。その結果として、燃料電池モジュールのエネルギー効率の低下をさらにより抑制することができる。【００１７】
本発明のさらに別の好ましい燃料電池モジュールにおいては、熱交換器が第１の熱交換器と第２の熱交換器とを含み、第１の熱交換器が燃焼室の一方側の外壁面に設けられ、第２の熱交換器が燃焼室の他方側の外壁面に設けられ、第１の熱交換器が第１の熱交換器部分と第２の熱交換器部分とを含み、第２の熱交換器が第３の熱交換器部分と第４の熱交換器部分とを含む。第１の熱交換器部分が燃焼室の一方側の外壁面に近い側に配置され、第２の熱交換器部分が第１の熱交換器部分の外側に配置されている。第３の熱交換器部分が燃焼室の他方側の外壁面に近い側に配置され、第４の熱交換器部分が第３の熱交換器部分の外側に配置されている。この場合、燃焼室から排出される排ガスの流路が、第１の熱交換器部分内と第３の熱交換器部分内とに配置されている。燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、気化器、および、液体流路からなる群より選ばれた少なくとも一つが、第２の熱交換器部分内に配置されている。燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、気化器、および、液体流路からなる群より選ばれた上記の少なくとも一つと異なる他の少なくとも一つが、第４の熱交換器部分内に配置されている。【００１８】
このように構成することにより、燃焼室に対して内側に高温の排ガスが流通し、外側に予熱対象のガスまたは気化対象の液体を流通するので、燃焼室の外部への放熱をさらに抑制することができる。また、燃焼室の外壁面を有効に利用して熱交換器が配置され、予熱対象のガスや気化対象の液体のうち二つ以上の対象物を熱交換器で加熱することができるので、燃焼室の外部への放熱をさらにより抑制することができる。その結果として、燃料電池モジュールのエネルギー効率の低下をさらにより抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明によれば、燃焼室内に設置された燃料電池の動作温度を低下させることなく、予熱対象の燃料ガスまたは酸化剤ガス、あるいは、気化対象の液体を加熱することができるとともに、燃焼室から外部への放熱を抑制することが可能な燃料電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１として、固体酸化物形燃料電池モジュールの概略的な構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態２として、固体酸化物形燃料電池モジュールの概略的な構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態３として、固体酸化物形燃料電池モジュールの概略的な構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態４として、固体酸化物形燃料電池モジュールの概略的な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（実施形態１）
図１に示すように、固体酸化物形燃料電池モジュール（ホットモジュールともいう）１０１は、断熱材１０により包囲された燃焼室１１を有する。燃焼室１１内には、発電部としての燃料電池２０が配置されている。
【００２３】
燃料ガス流路１２は、燃料電池２０に燃料ガスを供給するためのものである。燃料ガス流路１２の一部は、燃焼室１１内に配置されている。燃料ガス流路１２中には、改質器１４が設けられている。燃料ガス流路１２の改質器１４よりも上流側の部分には、気化器３０と、気化器３０に改質用水流路１５が接続されている。改質器１４と気化器３０は、燃焼室１１内で、燃料電池２０に隣接して配置されている。改質用水流路１５には、改質用の水が供給される。改質用の水は、改質用水流路１５の燃焼室１１内に位置している気化器３０で気化し、水蒸気になる。この水蒸気と都市ガス等の原燃料ガスとが、混合されて改質器１４に供給される。燃焼室１１内において、燃料ガス流路１２の改質器１４よりも上流側と下流側の部分には、燃料ガスを燃焼室１１内で予熱するための予熱部１６が設けられている。燃料ガスは、燃焼室１１内で予熱部１６によって予熱されて改質器１４に供給され、水蒸気によって改質されて水素含有ガス（改質ガス）になる。この改質ガスは、燃焼室１１内で予熱部１６によって予熱されて、燃焼室１１内の燃料電池２０に供給される。
【００２４】
酸化剤ガス流路１３は、燃料電池２０に空気等の酸化剤ガスを供給するためのものである。酸化剤ガス流路１３の一部は、燃焼室１１内に配置されている。酸化剤ガスは、燃焼室１１内で予熱部１６によって予熱されて、燃焼室１１内の燃料電池２０に供給される。
【００２５】
燃料電池２０は、燃料極層、固体酸化物電解質層、および、空気極層を有し、固体酸化物電解質層の一方面に燃料極層、他方面に空気極層が形成されている。燃料電池２０には、改質された燃料ガスを供給するための燃料ガス流路１２と、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路１３とが接続されている。燃料電池２０の燃料極層側には、燃料ガス流路１２を通じて、改質されかつ予熱された燃料ガスが供給される。燃料電池２０の空気極層側には、酸化剤ガス流路１３を通じて、酸化剤ガスが供給される。これによって発電が行われる。燃料電池２０の動作温度は、燃料電池２０を構成する材質にもよるが、一般的に固体酸化物形燃料電池では約６００〜１０００℃程度の温度範囲に保たれていることが好ましい。発電に寄与しなかった燃料ガスと酸化剤ガスとは、それぞれ、燃料ガス排出口２０ａと酸化剤ガス排出口２０ｂとから、燃焼室１１内に排出される。排出された燃料ガスと酸化剤ガスとは、燃焼室１１内で燃焼する。この燃焼熱（オフガス燃焼熱）で、燃料電池２０が加熱されて上記の動作温度に保たれるとともに、燃料ガスと酸化剤ガスとが予熱される。また、この燃焼熱と燃料電池２０の輻射熱とが気化器３０の熱源になる。燃焼ガスは、燃焼室１１の外壁に設けられた排ガス口１１ａから燃焼室１１外に排出される。
【００２６】
燃焼室１１の外壁面には熱交換器４０が設けられている。燃焼室１１から排出される排ガスが熱交換器４０内に流通する。燃焼室１１の外側に設けられた酸化剤ガス流路１３の一部が熱交換器４０内に配置されている。
【００２７】
要約すれば、実施形態１の燃料電池モジュール１０１は、燃焼室１１と、燃料電池２０と、燃料ガス流路１２と、酸化剤ガス流路１３と、改質器１４と、気化器３０と、液体流路としての改質用水流路１５と、熱交換器４０とを備える。燃料電池２０は燃焼室１１内に配置され、燃料電池２０には燃料ガスと酸化剤ガスとが供給される。燃料ガス流路１２は、燃料電池２０に燃料ガスを供給する。酸化剤ガス流路１３は、燃料電池２０に酸化剤ガスを供給する。改質器１４は、燃料ガス流路１２に設けられ、燃料ガスを改質して改質ガスを生成する。気化器３０は、改質器１４に供給される気体の一例である水蒸気を生成する。改質用水流路１５は、気化器３０に液体の一例である水を供給する。熱交換器４０は、燃焼室１１の外壁面に設けられている。燃焼室１１から排出される排ガスが熱交換器４０内に流通する。燃料ガス流路１２、酸化剤ガス流路１３、気化器３０、および、改質用水流路１５からなる群より選ばれた少なくとも一つが、熱交換器４０内に配置されている。実施形態１は、酸化剤ガス流路１３の一部が熱交換器４０内に配置されている例を示している。なお、熱交換器４０内に配置される燃料ガス流路１２、酸化剤ガス流路１３、気化器３０、または、改質用水流路１５は、流路壁で形成されてもよく、配管で形成されてもよい。
【００２８】
このように熱交換器４０が、燃焼室１１内ではなく、燃焼室１１の外壁面に設けられているので、燃料電池２０から輻射によって直接熱が奪われ、燃焼室１１内に配置された燃料電池２０の動作温度が低下するという問題を解消することができる。また、燃焼室１１から排出される排ガスが燃焼室１１の外壁面に設けられた熱交換器４０内に流通するとともに、燃料ガス流路１２、酸化剤ガス流路１３、気化器３０、および、改質用水流路１５からなる群より選ばれた少なくとも一つが熱交換器４０内に配置されているので、排ガス熱量は予熱対象の燃料ガスまたは酸化剤ガスの加熱、あるいは、気化対象の液体の加熱に使用され、排ガスの温度は徐々に下がる。その結果、熱交換器４０の外壁面の温度は下がり、外壁面から大気への放熱を抑制することができる。実施形態１は、たとえば、２５℃程度の低温の予熱対象の酸化剤ガスが熱交換器４０内で加熱されて４００℃程度の高温にされる例を示している。その結果として、燃料電池モジュールのエネルギー効率の低下を抑制することができる。
【００２９】
なお、本発明の構造を採用することにより、外壁に必要な断熱材の厚みを低減することができるため、燃料電池モジュール自体をコンパクトにすることができる。
【００３０】
また、気化器３０を熱交換器４０内に配置する場合には、熱交換器４０から得られる熱を、改質器１４に供給される水蒸気を生成するための熱源に利用することができる。改質用水流路１５を熱交換器４０内に配置する場合には、熱交換器４０を、改質器１４に供給される水蒸気を生成する気化器３０の代わりに用いることができる。
【００３１】
（実施形態２）
図２に示される実施形態２の固体酸化物形燃料電池モジュール１０２は、以下で説明される構成以外は、実施形態１の固体酸化物形燃料電池モジュール１０１と同様の構成を有する。
【００３２】
熱交換器４０が第１の熱交換器部分４１と第２の熱交換器部分４２とを含む。第１の熱交換器部分４１が燃焼室１１の外壁面に近い側に配置され、第２の熱交換器部分４２が第１の熱交換器部分４１の外側に配置されている。この場合、燃焼室から排出される排ガス流路１１ｂが、第１の熱交換器部分４１内に配置されている。燃料ガス流路１２、酸化剤ガス流路１３、気化器３０、および、液体流路としての改質用水流路１５からなる群より選ばれた少なくとも一つが、第２の熱交換器部分４２内に配置されている。実施形態２は、酸化剤ガス流路１３の一部が第２の熱交換器部分４２内に配置されている例を示している。なお、第２の熱交換器部分４２内に配置される燃料ガス流路１２、酸化剤ガス流路１３、気化器３０、または、改質用水流路１５は、流路壁で形成されてもよく、配管で形成されてもよい。
【００３３】
このように構成することにより、実施形態１で得られる作用効果に加えて、燃焼室１１に対して内側に高温の排ガスが流通し、外側に予熱対象のガスまたは気化対象の液体が流通するので、燃焼室１１の外部への放熱をさらに抑制することができる。実施形態２は、燃焼室１１に対して内側にたとえば６００℃程度の高温の排ガスが流通し、外側にたとえば２５℃程度の低温の予熱対象の酸化剤ガスが流通する例を示している。その結果として、燃料電池モジュールのエネルギー効率の低下をさらに抑制することができる。
【００３４】
（実施形態３）
図３に示される実施形態３の固体酸化物形燃料電池モジュール１０３は、以下で説明される構成以外は、実施形態１の固体酸化物形燃料電池モジュール１０１と同様の構成を有する。
【００３５】
熱交換器が第１の熱交換器４０ａと第２の熱交換器４０ｂとを含む。第１の熱交換器４０ａが燃焼室１１の一方側の外壁面に設けられ、第２の熱交換器４０ｂが燃焼室１１の他方側の外壁面に設けられている。この場合、燃焼室１１から排出される排ガスが、第１の熱交換器４０ａ内と第２の熱交換器４０ｂ内とに流通する。燃料ガス流路１２、酸化剤ガス流路１３、気化器３０、および、液体流路としての改質用水流路１５からなる群より選ばれた少なくとも一つが、第１の熱交換器４０ａ内に配置されている。燃料ガス流路１２、酸化剤ガス流路１３、気化器３０、および、液体流路としての改質用水流路１５からなる群より選ばれた上記の少なくとも一つと異なる他の少なくとも一つが、第２の熱交換器４０ｂ内に配置されている。実施形態３は、気化器３０、または、改質用水流路１５の一部が第１の熱交換器４０ａ内に配置され、酸化剤ガス流路１３の一部が第２の熱交換器４０ｂ内に配置されている例を示している。気化器３０が熱交換器４０ａ内に配置される場合には、熱交換器４０ａから得られる熱を、改質器１４に供給される水蒸気を生成するための熱源に利用することができる。改質用水流路１５の一部が熱交換器４０ａ内に配置される場合には、熱交換器４０ａを、改質器１４に供給される水蒸気を生成する気化器３０の代わりに用いることができる。
【００３６】
このように構成することにより、実施形態１で得られる作用効果に加えて、燃焼室１１の外壁面を有効に利用して熱交換器が配置され、予熱対象のガスや気化対象の液体のうち二つ以上の対象物を熱交換器で加熱することができるので、燃焼室１１の外部への放熱をさらにより抑制することができる。実施形態３は、予熱対象の酸化剤ガスと気化対象の改質用水とを熱交換器で加熱する例を示している。その結果として、燃料電池モジュールのエネルギー効率の低下をさらにより抑制することができる。
【００３７】
（実施形態４）
図４に示される実施形態４の固体酸化物形燃料電池モジュール１０４は、以下で説明される構成以外は、実施形態１の固体酸化物形燃料電池モジュール１０１と同様の構成を有する。
【００３８】
熱交換器が第１の熱交換器４０ａと第２の熱交換器４０ｂとを含む。第１の熱交換器４０ａが燃焼室１１の一方側の外壁面に設けられ、第２の熱交換器４０ｂが燃焼室１１の他方側の外壁面に設けられている。第１の熱交換器４０ａが第１の熱交換器部分４１と第２の熱交換器部分４２を含み、第２の熱交換器部分４０ｂが第３の熱交換器部分４３と第４の熱交換器部分４４を含む。第１の熱交換器部分４１が燃焼室１１の一方側の外壁面に近い側に配置され、第２の熱交換器部分４２が第１の熱交換器部分４１の外側に配置されている。第３の熱交換器部分４３が燃焼室１１の他方側の外壁面に近い側に配置され、第４の熱交換器部分４４が第３の熱交換器部分４３の外側に配置されている。この場合、燃焼室１１から排出される排ガス流路１１ｂが、第１の熱交換器部分４１内と前記第３の熱交換器部分４３内とに配置されている。燃料ガス流路１２、酸化剤ガス流路１３、気化器３０、および、液体流路としての改質用水流路１５からなる群より選ばれた少なくとも一つが、第２の熱交換器部分４２内に配置されている。燃料ガス流路１２、酸化剤ガス流路１３、気化器３０、および、液体流路としての改質用水流路１５からなる群より選ばれた上記の少なくとも一つと異なる他の少なくとも一つが、第４の熱交換器部分４４内に配置されている。実施形態４は、酸化剤ガス流路１３の一部が第２の熱交換器部分４２内に配置され、燃料ガス流路１２の一部が第４の熱交換器部分４４内に配置されている例を示している。なお、第２の熱交換器部分４２または第４の熱交換器部分４４内に配置される燃料ガス流路１２、酸化剤ガス流路１３、気化器３０、または、改質用水流路１５は、流路壁で形成されてもよく、配管で形成されてもよい。
【００３９】
このように構成することにより、実施形態１で得られる作用効果に加えて、燃焼室１１に対して内側に高温の排ガスが流通し、外側に予熱対象のガスまたは気化対象の液体を流通するので、燃焼室１１の外部への放熱をさらに抑制することができる。また、燃焼室１１の外壁面を有効に利用して熱交換器が配置され、予熱対象のガスや気化対象の液体のうち二つ以上の対象物を熱交換器で加熱することができるので、燃焼室１１の外部への放熱をさらにより抑制することができる。実施形態４は、予熱対象の酸化剤ガスと燃料ガスとを熱交換器で加熱する例を示している。その結果として、燃料電池モジュールのエネルギー効率の低下をさらにより抑制することができる。
【００４０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、燃焼室内に設置された燃料電池の動作温度を低下させることなく、予熱対象の燃料ガスまたは酸化剤ガス、あるいは、気化対象の液体を加熱することができるとともに、燃焼室から外部への放熱を抑制することが可能な燃料電池モジュールを提供することができるので、本発明は、燃料電池の実用化に貢献することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０１，１０２，１０３，１０４：燃料電池モジュール、１１：燃焼室、１１ａ：排ガス口、１１ｂ：排ガス流路、１２：燃料ガス流路、１３：酸化剤ガス流路、１４：改質器、１５：改質用水流路、１６：予熱部、２０：燃料電池、２０ａ：燃料ガス排出口、２０ｂ：酸化剤ガス排出口、３０：気化器、４０：熱交換器、４０ａ：第１の熱交換器、４０ｂ：第２の熱交換器、４１：第１の熱交換器部分、４２：第２の熱交換器部分、４３：第３の熱交換器部分、４４：第４の熱交換器部分。
【図１】
2014199658.tif 000003
【図２】
2014199658.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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