(57)【要約】【課題】周辺部品が過剰昇温されることがなく、しかも効率的な昇温処理を良好に遂行可能にする。【解決手段】燃料電池モジュール１０を構成する燃料電池ユニット１２は、燃料電池スタック１６、改質器１８、蒸発器２０、排ガス燃焼器２２、起動用燃焼器２４及び空気予熱器２６を備える。燃料電池モジュール１０は、空気供給流路３８、第１燃料供給流路４０ａ、第２燃料供給流路４０ｂ、切替弁４２及び排ガス流路４８を備える。排ガス流路４８には、燃焼排ガス流れ方向下流に沿って、起動用燃焼器２４及び空気予熱器２６がこの順序で配設される。【選択図】図２
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【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燃料電池を複数積層した燃料電池スタックと、
炭化水素を主体とする原燃料を改質し、前記燃料電池スタックに供給される前記燃料ガスを生成する改質器と、
水を蒸発させるとともに、水蒸気を前記改質器に供給する蒸発器と、
前記燃料電池スタックから排出される前記燃料ガスである燃料排ガスと前記酸化剤ガスである酸化剤排ガスとを燃焼させ、燃焼排ガスを発生させる排ガス燃焼器と、
前記原燃料と前記酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼ガスを発生させる起動用燃焼器と、
前記燃焼ガス又は前記燃焼排ガスのいずれか一方との熱交換により前記酸化剤ガスを昇温させるとともに、前記燃料電池スタックに昇温された前記酸化剤ガスを供給する空気予熱器と、
を備える燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池モジュールは、前記酸化剤ガスを前記空気予熱器に供給した後、該空気予熱器から前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガス供給流路と、
前記起動用燃焼器に前記原燃料を供給する第１燃料供給流路と、
前記原燃料を前記蒸発器に供給した後、該蒸発器から前記改質器に前記原燃料を供給する第２燃料供給流路と、
前記第１燃料供給流路又は前記第２燃料供給流路の一方のみに前記原燃料を供給するための流路切り替え部と、
前記燃料電池スタックから排出される前記燃料排ガス及び前記酸化剤排ガスを前記排ガス燃焼器に供給する反応排ガス流路と、
該排ガス燃焼器の燃焼排ガス出口から延在し、燃焼排ガス流れ方向下流に沿って、前記起動用燃焼器及び前記空気予熱器がこの順序で配設される排ガス流路と、
を備えることを特徴とす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において、前記空気予熱器と前記起動用燃焼器とは、互いに隣接して又は一体化して配置されることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池モジュールにおいて、前記排ガス流路には、燃焼ガス流れ方向最下流位置に前記蒸発器が配設されることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記第２燃料供給流路には、前記蒸発器と前記改質器との間に位置し、該改質器に供給される前記原燃料を予め所定の温度に昇温させる燃料予昇温部が配置されることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池モジュールにおいて、前記改質器及び前記燃料予昇温部は、前記排ガス燃焼器に隣接して又は一体化して配置されることを特徴とす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において、前記燃料電池モジュール内には、少なくとも前記改質器、前記蒸発器及び前記空気予熱器同士の熱の授受を抑制するために顆粒状の断熱材が充填されることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池モジュールの外周には、放熱回収器が設けられるとともに、
前記酸化剤ガス供給流路には、酸化剤ガス流れ方向下流に沿って、前記放熱回収器、前記空気予熱器及び前記燃料電池スタックの順に接続されることを特徴とす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スタックを備える燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いている。固体電解質の両側にアノード電極とカソード電極とを配設した電解質・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】
この種の燃料電池スタックは、例えば、特許文献１に開示されている熱処理システムとともに燃料電池システムに組み込まれている。この熱処理システムは、改質器、蒸発器、熱交換器、排ガス燃焼器及び起動用ガス燃焼器を備えている。起動用燃焼器は、システム起動時に、原燃料と空気（酸化剤ガス）とを燃焼させて燃焼ガスを発生させ、燃料電池スタック及び他の機器を昇温させている。
【０００４】
そして、起動用燃焼器による昇温作用下に、排ガス燃焼器内が燃料ガスの自己着火温度を超えると、前記排ガス燃焼器内で空気と前記燃料ガスとによる燃焼が開始されている。さらに、燃料電池スタックの発電が開始されると、排ガス燃焼器は、前記燃料電池スタックから排出される燃料ガスである燃料排ガスと酸化剤ガスである酸化剤排ガスとを燃焼させ、燃焼排ガスを発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２１９００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、排ガス燃焼器の燃焼による昇温時間が長くなると、前記排ガス燃焼器の周辺部品が過昇温されるおそれがある。このため、周辺部品は、熱により損傷する場合がある。
【０００７】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、周辺部品が過剰昇温されることがなく、しかも効率的な昇温処理が良好に遂行可能な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】
本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料電池スタック、改質器、蒸発器、排ガス燃焼器、起動用燃焼器及び空気予熱器を備えている。燃料電池スタックは、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ている。改質器は、炭化水素を主体とする原燃料を改質し、燃料電池スタックに供給される燃料ガスを生成している。
【０００９】
蒸発器は、水を蒸発させるとともに、水蒸気を改質器に供給している。排ガス燃焼器は、燃料電池スタックから排出される燃料ガスである燃料排ガスと酸化剤ガスである酸化剤排ガスとを燃焼させ、燃焼排ガスを発生させている。起動用燃焼器は、原燃料と酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼ガスを発生させている。空気予熱器は、燃焼ガス又は燃焼排ガスのいずれか一方との熱交換により酸化剤ガスを昇温させるとともに、燃料電池スタックに昇温された酸化剤ガスを供給している。
【００１０】
燃料電池モジュールは、酸化剤ガスを空気予熱器に供給した後、該空気予熱器から燃料電池スタックに供給する酸化剤ガス供給流路を備えている。燃料電池モジュールは、第１燃料供給流路、第２燃料供給流路及び流路切り替え部を備えている。第１燃料供給流路は、起動用燃焼器に原燃料を供給する一方、第２燃料供給流路は、前記原燃料を蒸発器に供給した後、該蒸発器から改質器に前記原燃料を供給している。流路切り替え部は、第１燃料供給流路又は第２燃料供給流路の一方のみに原燃料を供給するための流路切り替え構造である。
【００１１】
燃料電池モジュールは、反応排ガス流路及び排ガス流路を備えている。反応排ガス流路は、燃料電池スタックから排出される燃料排ガス及び酸化剤排ガスを排ガス燃焼器に供給している。排ガス流路は、排ガス燃焼器の燃焼排ガス出口から延在しており、前記排ガス流路には、燃焼排ガス流れ方向下流に沿って、起動用燃焼器及び空気予熱器がこの順序で配設されている。
【００１２】
また、燃料電池モジュールでは、空気予熱器と起動用燃焼器とは、互いに隣接して又は一体化して配置されることが好ましい。このため、起動用燃焼器で生成された燃焼ガスや排ガス燃焼器で生成されて前記起動用燃焼器に導入された燃焼排ガスを、空気予熱器に効率的に供給することができる。
【００１３】
さらに、この燃料電池モジュールでは、排ガス流路には、燃焼ガス流れ方向最下流位置に蒸発器が配設されることが好ましい。従って、排ガス流路を流通する燃焼ガスや燃焼排ガスを無駄無く活用することが可能になる。
【００１４】
さらにまた、第２燃料供給流路には、蒸発器と改質器との間に位置し、該改質器に供給される原燃料を予め所定の温度に昇温させる燃料予昇温部が配置されることが好ましい。これにより、改質反応を効率的に行うことができ、発電効率の向上が容易に図られる。
【００１５】
また、改質器及び燃料予昇温部は、排ガス燃焼器に隣接して又は一体化して配置されることが好ましい。このため、改質器による改質反応及び燃料予昇温部による原燃料の昇温処理は、効率的且つ迅速に遂行可能になる。
【００１６】
さらに、燃料電池モジュール内には、少なくとも改質器、蒸発器及び空気予熱器同士の熱の授受を抑制するために顆粒状の断熱材が充填されることが好ましい。従って、周辺部品は、互いの熱の授受が抑制され、想定外の熱不足や熱過剰を抑制することができる。
【００１７】
さらにまた、燃料電池モジュールの外周には、放熱回収器が設けられるとともに、酸化剤ガス供給流路には、酸化剤ガス流れ方向下流に沿って、前記放熱回収器、空気予熱器及び燃料電池スタックの順に接続されている。これにより、燃料電池モジュールからの放熱は、燃料電池スタックに供給される前の酸化剤ガスを昇温させるエネルギとして利用することができ、熱自立の促進が図られる。ここで、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池の動作温度を維持することをいう。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、第１燃料供給流路が選択されると、起動用燃焼器に原燃料が供給されて燃焼ガスが生成され、この燃焼ガスは、空気予熱器に供給されている。一方、第２燃料供給流路が選択されると、原燃料は蒸発器から改質器に供給された後、燃料電池スタック内を流通して排ガス燃焼器に供給され、さらに起動用燃焼器に供給されることにより、燃焼排ガスが生成されている。燃焼ガス、又は排ガス燃焼器により生成された燃焼排ガスは、空気予熱器に供給されている。
【００１９】
従って、排ガス燃焼器が使用されない場合でも、起動用燃焼器を介して空気予熱器に燃焼ガスを供給することができる。これにより、排ガス燃焼器を長時間に亘って使用することがなく、周辺部品が過剰昇温されることを確実に抑制するとともに、効率的な昇温処理が良好に遂行可能になる。
【００２０】
しかも、燃料電池スタックが高温になっている際には、第２燃料供給流路のみに原燃料を供給することができる。このため、燃料電池スタックが高温になっているにも関わらず、前記燃料電池スタックに酸化剤ガスのみが供給されることがない。従って、燃料電池スタックが酸化することを、改質器から供給される燃料ガス（還元ガス）により確実に阻止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池モジュールの概略構成説明図である。
【図２】前記燃料電池モジュールの流れ説明図である。
【図３】前記燃料電池モジュールの起動時の流れ説明図である。
【図４】前記燃料電池モジュールの運転時の流れ説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池モジュール１０は、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられる。燃料電池モジュール１０は、燃料電池ユニット１２を備え、前記燃料電池ユニット１２が筐体１４内に収容される。
【００２３】
図１及び図２に示すように、燃料電池ユニット１２は、燃料電池スタック１６、改質器１８、蒸発器２０、排ガス燃焼器２２、起動用燃焼器２４及び空気予熱器２６を備える。燃料電池ユニット１２は、排気触媒昇温器２８及び排気触媒３０を備える。改質器１８に隣接して、前記改質器１８に供給される原燃料を予め所定の温度に昇温させる燃料予昇温部３２が配置される。
【００２４】
燃料電池スタック１６は、燃料ガス（水素ガスにメタン、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。燃料電池スタック１６は、図１に示すように、平板状の固体酸化物形燃料電池３４を備え、複数の前記燃料電池３４は、鉛直方向（矢印Ａ方向）又は水平方向（矢印Ｂ方向）に積層される。
【００２５】
燃料電池３４は、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質の両面に、カソード電極及びアノード電極が設けられた電解質・電極接合体（ＭＥＡ）を備える。電解質・電極接合体の両側には、カソードセパレータとアノードセパレータとが配設される。カソードセパレータには、カソード電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路が形成されるとともに、アノードセパレータには、アノード電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路が形成される。
【００２６】
改質器１８は、燃料電池スタック１６に隣接して略コ字状に配置されるとともに、前記改質器１８の内部には、排ガス燃焼器２２が配置される。改質器１８は、炭化水素を主体とする原燃料（例えば、都市ガスである１３Ａ）と水蒸気との混合ガスを改質（水蒸気改質）し、燃料電池スタック１６に供給される燃料ガスを生成する。
【００２７】
蒸発器２０は、水供給流路３５を介して供給された水を蒸発させるとともに、水蒸気を改質器１８に供給する。排ガス燃焼器２２は、燃料電池スタック１６から排出される燃料ガスである燃料排ガスと酸化剤ガスである酸化剤排ガスとを燃焼させ、燃焼排ガスを発生させる。
【００２８】
図１に示すように、改質器１８には、燃料電池スタック１６とは反対側に隣接して空気予熱器２６及び起動用燃焼器２４が配置されるとともに、前記空気予熱器２６には、蒸発器２０が積層される。起動用燃焼器２４は、原燃料と酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼ガスを発生させる。空気予熱器２６は、燃焼ガス又は燃焼排ガスのいずれか一方との熱交換により酸化剤ガスを昇温させるとともに、燃料電池スタック１６に昇温された酸化剤ガスを供給する。
【００２９】
図２に示すように、排ガス燃焼器２２には、第１グロープラグ（点火部材）３６ａが配置されるとともに、起動用燃焼器２４には、第２グロープラグ（点火部材）３６ｂが配置される。第１グロープラグ３６ａは、燃料排ガスと酸化剤排ガスとの混合ガスを点火させる。第２グロープラグ３６ｂは、原燃料と酸化剤ガスとの混合ガスを点火させる。
【００３０】
燃料電池モジュール１０は、酸化剤ガスを空気予熱器２６に供給した後、該空気予熱器２６から燃料電池スタック１６の酸化剤ガス系流路（図示せず）に供給する空気供給流路（酸化剤ガス供給流路）３８を備える。燃料電池モジュール１０は、第１燃料供給流路４０ａ、第２燃料供給流路４０ｂ及び切替弁（流路切り替え部）４２を備える。
【００３１】
第１燃料供給流路４０ａは、起動用燃焼器２４に原燃料を供給する一方、第２燃料供給流路４０ｂは、前記原燃料を蒸発器２０に供給した後、該蒸発器２０から燃料予昇温部３２を通って改質器１８に前記原燃料（及び水蒸気）を供給する。改質器１８には、水蒸気改質された燃料ガス（改質ガス）を燃料電池スタック１６の燃料ガス入口に供給するための燃料ガス供給流路４３が接続される。
【００３２】
切替弁４２は、第１燃料供給流路４０ａ又は第２燃料供給流路４０ｂの一方のみに原燃料を供給するための流路切り替え構造である。第１燃料供給流路４０ａ及び第２燃料供給流路４０ｂは、切替弁４２を介して原燃料供給流路４４に一体化される。
【００３３】
燃料電池スタック１６の燃料排ガス出口と排ガス燃焼器２２とは、燃料排ガス流路（反応排ガス流路）４６ａにより接続される。燃料電池スタック１６の酸化剤排ガス出口と排ガス燃焼器２２とは、酸化剤排ガス流路（反応排ガス流路）４６ｂにより接続される。
【００３４】
排ガス燃焼器２２の燃焼排ガス出口から排ガス流路４８が延在する。排ガス流路４８は、排ガス燃焼器２２により生成された燃焼排ガスを改質器１８以降の機器に、順次、供給する。排ガス流路４８は、起動用燃焼器２４により生成された燃焼ガスを空気予熱器２６以降の機器に、順次、供給する。
【００３５】
排ガス流路４８には、燃焼排ガス流れ方向下流に沿って、改質器１８、燃料予昇温部３２、起動用燃焼器２４、空気予熱器２６、排気触媒昇温器２８、排気触媒３０及び蒸発器２０の順に配置される。排ガス流路４８には、燃焼排ガス流れ方向最下流位置に蒸発器２０が配設される。
【００３６】
図１に示すように、筐体１４は、少なくとも１つの面部材１４ａの内部に空間部５０ａが形成されて、放熱回収器５０を構成する。放熱回収器５０は、図２に示すように、空気供給流路３８に連通する一方、空気導入管５２を介して空気供給源（図示せず）に連通する。放熱回収器５０は、筐体１４を構成する各面部材（６面）の中、２面以上に設けてもよい。
【００３７】
空気予熱器２６と起動用燃焼器２４とは、互いに隣接して又は一体化して配置される。改質器１８及び燃料予昇温部３２は、排ガス燃焼器２２に隣接して又は一体化して配置される。一体化とは、例えば、一方の機器が他方の機器の内部に組み込まれた状態や、一方の機器と他方の機器とが配管等を用いることなく互いに直接接合された状態等をいう。
【００３８】
図１に示すように、筐体１４内には、少なくとも改質器１８、蒸発器２０及び空気予熱器２６同士の熱の授受を抑制するために、顆粒状の断熱材５４が充填される。
【００３９】
このように構成される燃料電池モジュール１０の動作について、以下に説明する。
【００４０】
燃料電池モジュール１０の起動時には、図３に示すように、空気導入管５２を介して放熱回収器５０に空気が導入され、前記空気は、空気予熱器２６に供給される。そして、起動用燃焼器２４の第２グロープラグ３６ｂがオンされるとともに、排気触媒昇温器２８がオンされる。
【００４１】
空気予熱器２６に供給された空気は、後述する起動用燃焼器２４からの燃焼ガスにより昇温された後、空気供給流路３８を通って燃料電池スタック１６の酸化剤ガス系流路を流通する。空気は、燃料電池スタック１６から酸化剤排ガス流路４６ｂを通って排ガス燃焼器２２に送られ、さらに改質器１８及び燃料予昇温部３２を通って起動用燃焼器２４に供給される。
【００４２】
起動用燃焼器２４には、原燃料が供給される。具体的には、例えば、都市ガス（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10を含む）等の原燃料は、原燃料供給流路４４から切替弁４２の切り替え作用下に、第１燃料供給流路４０ａに供給される。
【００４３】
このため、起動用燃焼器２４には、空気と原燃料とが供給されるとともに、前記原燃料と前記空気との混合ガスは、第２グロープラグ３６ｂの作用下に着火される。従って、起動用燃焼器２４での燃焼が開始され、燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、排ガス流路４８に沿って、空気予熱器２６、排気触媒昇温器２８、排気触媒３０及び蒸発器２０の順に供給され、これらの機器の昇温が開始される。
【００４４】
空気予熱器２６では、起動用燃焼器２４から供給される燃焼ガスを熱源とし、空気供給流路３８を介して供給される空気が加熱昇温される。昇温された空気は、燃料電池スタック１６の酸化剤ガス系流路に供給され、前記燃料電池スタック１６を昇温させる。
【００４５】
次いで、改質器１８が水蒸気改質を行うことができる温度に昇温されると、切替弁４２が切り替え操作され、原燃料供給流路４４は、第２燃料供給流路４０ｂに連通する。これにより、原燃料供給流路４４から第２燃料供給流路４０ｂのみに原燃料が供給される。
【００４６】
図４に示すように、蒸発器２０には、水供給流路３５を介して水が供給される。このため、第２燃料供給流路４０ｂを流通する原燃料は、蒸発器２０で水蒸気と混合された状態で、燃料予昇温部３２から改質器１８に供給される。従って、改質器１８では、原燃料が水蒸気改質され、Ｃ2+の炭化水素が除去（改質）されてメタンを主成分とする改質ガスが得られる。改質ガスは、燃料ガス供給流路４３を通って燃料電池スタック１６の燃料ガス系流路に供給される。
【００４７】
燃料電池スタック１６の酸化剤排ガス出口から酸化剤排ガス流路４６ｂを介して排ガス燃焼器２２に比較的高温の空気が供給される。一方、燃料電池スタック１６の燃料排ガス出口から燃料排ガス流路４６ａを介して排ガス燃焼器２２に比較的高温の燃料ガスが供給される。
【００４８】
高温の空気及び高温の燃料ガスは、排ガス流路４８を介して改質器１８及び燃料予昇温部３２から起動用燃焼器２４に供給され、燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、排ガス流路４８に沿って、空気予熱器２６、排気触媒昇温器２８、排気触媒３０及び蒸発器２０の順に供給され、これらの機器が昇温される。
【００４９】
燃料電池スタック１６は、昇温されており、この燃料電池スタック１６の温度が発電可能温度に至ると、前記燃料電池スタック１６の運転が開始される。燃料電池スタック１６を構成する各燃料電池３４では、燃料ガスと空気との化学反応により発電が行われる。発電反応により燃料電池スタック１６から排出される燃料ガスである燃料排ガスは、燃料排ガス流路４６ａに導出される。同様に、発電反応により燃料電池スタック１６から排出される酸化剤ガスである酸化剤排ガスは、酸化剤排ガス流路４６ｂに導出される。
【００５０】
燃料排ガス及び酸化剤排ガスは、排ガス燃焼器２２に導入される。従って、排ガス燃焼器２２では、燃料排ガスと酸化剤排ガスとが混合されて燃焼され、燃焼排ガスが発生する。この燃焼排ガスは、排ガス流路４８に沿って、改質器１８、燃料予昇温部３２、起動用燃焼器２４、空気予熱器２６、排気触媒昇温器２８、排気触媒３０及び蒸発器２０の順に供給され、これらの機器が昇温される。なお、排ガス燃焼器２２の第１グロープラグ３６ａは、必要に応じてオンされればよく、燃料排ガスと酸化剤排ガスとが自然着火する際には、不要になる。
【００５１】
この場合、本実施形態では、図３に示すように、第１燃料供給流路４０ａが選択されると、起動用燃焼器２４に原燃料が供給されて燃焼ガスが生成され、この燃焼ガスは、空気予熱器２６に供給されている。
【００５２】
一方、図４に示すように、第２燃料供給流路４０ｂが選択されると、原燃料は、蒸発器２０から改質器１８に供給されて水蒸気改質された後、燃料ガスとして燃料電池スタック１６内を流通して排ガス燃焼器２２に供給されている。さらに、燃料ガスは、起動用燃焼器２４に供給されるとともに、前記起動用燃焼器２４には、空気供給流路３８を介して燃料電池スタック１６に供給された空気が、排ガス流路４８を介して供給されている。このため、起動用燃焼器２４では、燃料ガスと空気との混合ガスが存在し、この混合ガスが着火されることにより、燃焼ガスが生成されている。この燃焼ガスは、空気予熱器２６に供給されている。
【００５３】
従って、排ガス燃焼器２２が使用されない場合でも、起動用燃焼器２４の作用下に空気予熱器２６に燃焼ガスを供給することができる。これにより、排ガス燃焼器２２を長時間に亘って使用することがなく、周辺部品が過剰昇温されることを確実に抑制するとともに、効率的な昇温処理が良好に遂行可能になるという効果が得られる。
【００５４】
しかも、燃料電池スタック１６が高温になっている際には、第２燃料供給流路４０ｂのみに原燃料を供給することができる。このため、燃料電池スタック１６が高温になっているにも関わらず、前記燃料電池スタック１６に酸化剤ガスのみが供給されることがない。従って、燃料電池スタック１６が酸化することを、改質器１８から供給される燃料ガス（還元ガス）により確実に阻止することが可能になる。
【００５５】
また、燃料電池モジュール１０では、空気予熱器２６と起動用燃焼器２４とは、互いに隣接して又は一体化して配置されている。このため、起動用燃焼器２４で生成された燃焼ガスや排ガス燃焼器２２で生成されて前記起動用燃焼器２４に導入された燃焼排ガスを、空気予熱器２６に効率的に供給することができる。
【００５６】
さらに、燃料電池モジュール１０では、排ガス流路４８には、燃焼ガス流れ方向最下流位置に蒸発器２０が配設されている。従って、排ガス流路４８を流通する燃焼ガスや燃焼排ガスを無駄無く活用することが可能になる。
【００５７】
さらにまた、第２燃料供給流路４０ｂには、蒸発器２０と改質器１８との間に位置し、該改質器１８に供給される原燃料を予め所定の温度に昇温させる燃料予昇温部３２が配置されている。これにより、改質反応を効率的に行うことができ、発電効率の向上が容易に図られる。
【００５８】
また、改質器１８及び燃料予昇温部３２は、排ガス燃焼器２２に隣接して又は一体化して配置されている。このため、改質器１８による改質反応及び燃料予昇温部３２による原燃料の昇温処理は、効率的且つ迅速に遂行可能になる。
【００５９】
さらに、図１に示すように、燃料電池モジュール１０を構成する筐体１４内には、少なくとも改質器１８、蒸発器２０及び空気予熱器２６同士の熱の授受を抑制するために顆粒状の断熱材５４が充填されている。従って、周辺部品は、互いの熱の授受が抑制され、想定外の熱不足や熱過剰を抑制することができる。
【００６０】
さらにまた、筐体１４には、放熱回収器５０が設けられるとともに、空気供給流路３８には、酸化剤ガス流れ方向下流に沿って、前記放熱回収器５０、空気予熱器２６及び燃料電池スタック１６の順に接続されている。これにより、燃料電池モジュール１０からの放熱は、燃料電池スタック１６に供給される前の酸化剤ガスを昇温させるエネルギとして利用することができ、熱自立の促進が図られる。ここで、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池３４の動作温度を維持することをいう。
【符号の説明】
【００６１】
１０…燃料電池モジュール            １２…燃料電池ユニット
１４…筐体                          １６…燃料電池スタック
１８…改質器                        ２０…蒸発器
２２…排ガス燃焼器                  ２４…起動用燃焼器
２６…空気予熱器                    ２８…排気触媒昇温器
３０…排気触媒                      ３２…燃料予昇温器
３４…燃料電池                      ３８…空気供給流路
４０ａ、４０ｂ…燃料供給流路        ４２…切替弁
４４…原燃料供給流路                ４６ａ…燃料排ガス流路
４６ｂ…酸化剤排ガス流路            ４８…排ガス流路
５０…放熱回収器                    ５４…断熱材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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