(57)【要約】【課題】改質部の温度ムラを抑制することができる燃料電池モジュールを提供する。【解決手段】本発明は、燃料電池モジュール(2)であって、燃料電池セル(16)と、これらが内部に立設された発電室(10)と、この発電室を取り囲むように、燃料電池セルと概ね平行に延びる第１燃料ガス通路(20b)と、この第１燃料ガス通路の内側に沿って形成され、第１燃料ガス通路を通過した燃料ガスが流入される第２燃料ガス通路(20a)と、第１燃料ガス通路を取り囲むように設けられ、第１燃料ガス通路との間で熱交換可能に構成された排気ガス通路(21)と、第１燃料ガス通路の内部に改質用触媒を配置することにより構成された第１改質部(94a)と、第２燃料ガス通路の内部に改質用触媒を配置することにより構成され、第１改質部との間で熱交換可能に配置された第２改質部(94b)と、を有することを特徴としている。【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を反応させることにより発電する燃料電池モジュールであって、
燃料ガスと酸化剤ガスを反応させる複数の固体酸化物型燃料電池セルと、
これら複数の固体酸化物型燃料電池セルが内部に立設された発電室と、
この発電室の少なくとも一部を取り囲むように、上記複数の固体酸化物型燃料電池セルと概ね平行に延びる第１燃料ガス通路と、
この第１燃料ガス通路の内側に沿って形成され、上記第１燃料ガス通路を通過した燃料ガスを流入させ、流出した燃料ガスが上記複数の固体酸化物型燃料電池セルに導かれる第２燃料ガス通路と、
上記第１燃料ガス通路の少なくとも一部を取り囲むように設けられ、上記第１燃料ガス通路との間で熱交換可能に構成された排気ガス通路と、
上記第１燃料ガス通路の内部に、燃料ガスを水蒸気改質する改質用触媒を配置することにより構成された第１改質部と、
上記第２燃料ガス通路の内部に改質用触媒を配置することにより構成され、上記第１改質部との間で熱交換可能に配置された第２改質部と、
を有することを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
上記発電室内には、上記複数の固体酸化物型燃料電池セルにおいて発電に使用されずに残った燃料ガスを燃焼させる燃焼部が設けられ、上記第２改質部は、その上部が上記燃焼部の少なくとも一部を取り囲むように配置されている請求項１記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
上記第１燃料ガス通路の少なくとも一部を取り囲む上記排気ガス通路は上方から下方に向けて排気ガスを導き、上記第１燃料ガス通路は下方から上方に向けて燃料ガスを導き、上記第２燃料ガス通路は上方から下方に向けて燃料ガスを導く請求項２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、固体酸化物型燃料電池モジュールに関し、特に、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることにより発電する燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：以下「ＳＯＦＣ」とも言う）は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤ガス（空気、酸素等）を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。
【０００３】
特開２０１３−１７１７４０号公報（特許文献１）には、燃料電池装置が記載されている。この燃料電池装置においては、立設された複数の燃料電池セルの周囲を取り囲むように、燃料ガスを導くための環状の燃料ガス通路が設けられている。さらに、この燃料ガス通路の内部に水蒸気改質用の改質触媒を配置することにより改質部が構成されている。この改質部は、各燃料電池セルの上端部から中間部付近までを取り囲むように配置されている。一方、各燃料電池セルにおいて発電に使用されずに残った燃料ガスは各燃料電池セルの上端から流出し、そこで燃焼される。各燃料電池セルを取り囲むように配置された改質部は、各燃料電池セルの上端から流出した燃料ガスの燃焼熱により加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１７１７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特開２０１３−１７１７４０号公報記載の燃料電池装置においては、燃料電池セルを取り囲む改質部が、縦方向に長く分布して設けられているため、改質部の入口付近と出口付近で温度差が生じやすいという問題がある。さらに、改質部は、主として各燃料電池セルの上端部で燃料ガスを燃焼させた燃焼熱によって加熱されるため、この燃焼部に近い改質部の上端部と、下端部では温度差が大きくなりやすい。このように、改質部内で温度ムラが発生すると、温度の低い部分では十分な改質反応を発生させることができなくなり、改質部における改質性能が低下するという問題がある。さらに、改質部に温度ムラが発生すると、これにより取り囲まれた各燃料電池セルにも温度ムラが発生してしまい、燃料電池セルに悪影響を与えるという問題も発生する。
【０００６】
従って、本発明は、改質部の各部における温度ムラを抑制することができる燃料電池モジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることにより発電する燃料電池モジュールであって、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させる複数の固体酸化物型燃料電池セルと、これら複数の固体酸化物型燃料電池セルが内部に立設された発電室と、この発電室の少なくとも一部を取り囲むように、複数の固体酸化物型燃料電池セルと概ね平行に延びる第１燃料ガス通路と、この第１燃料ガス通路の内側に沿って形成され、第１燃料ガス通路を通過した燃料ガスを流入させ、流出した燃料ガスが複数の固体酸化物型燃料電池セルに導かれる第２燃料ガス通路と、第１燃料ガス通路の少なくとも一部を取り囲むように設けられ、第１燃料ガス通路との間で熱交換可能に構成された排気ガス通路と、第１燃料ガス通路の内部に、燃料ガスを水蒸気改質する改質用触媒を配置することにより構成された第１改質部と、第２燃料ガス通路の内部に改質用触媒を配置することにより構成され、第１改質部との間で熱交換可能に配置された第２改質部と、を有することを特徴としている。
【０００８】
このように構成された本発明においては、複数の固体酸化物型燃料電池セルが発電室内に立設されており、この発電室の少なくとも一部を取り囲むように第１燃料ガス通路が形成されている。第１燃料ガス通路内に改質用触媒を配置することにより第１改質部が構成され、第１燃料ガス通路を通過した燃料ガスが流入する第２燃料ガス通路に改質用触媒を配置することにより第２改質部が構成される。第１改質部は、第１燃料ガス通路の少なくとも一部を取り囲むように設けられた排気ガス通路を流れる排気ガスにより加熱される。第１改質部及び第２改質部を通過し、改質された燃料ガスが、各固体酸化物型燃料電池セルに導かれる。
【０００９】
このように構成された本発明によれば、発電室の少なくとも一部を取り囲むように構成した第１燃料ガス通路、第２燃料ガス通路に改質用触媒を夫々配置することにより、改質部を形成しているので、専用の改質器を設ける必要がなく、燃料電池モジュールを小型化することができる。また、固体酸化物型燃料電池セルを収容した発電室を取り囲むように改質器を設けているので、各燃料電池セルの熱ムラを抑制することができる。
【００１０】
一方、改質部を、固体酸化物型燃料電池セルと概ね平行に延びる燃料ガス通路内に縦方向に構成することにより、改質部の上部と下部で温度ムラが発生しやすいという新たな技術課題が見出された。本発明によれば、第１改質部と、第１改質部から流出した燃料ガスが流入する第２改質部とを、熱交換可能に配置することにより、この技術課題を解決した。即ち、第１改質部において多くの水蒸気改質反応が発生し、過剰な温度低下が発生した場合には、これと熱交換可能に配置された第２改質部の温度も低下する。第２改質部の温度が大きく低下すると、水蒸気改質反応により発生した水素ガスが、第２改質部において発熱反応であるメタネーション反応する。このメタネーション反応により発生した熱が、第２改質部から第１改質部に伝導され、第１改質部における温度低下が補償される。これにより、改質部の各部における温度ムラを抑制することができると共に、温度ムラに起因する改質用触媒の劣化を抑制することができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、発電室内には、複数の固体酸化物型燃料電池セルにおいて発電に使用されずに残った燃料ガスを燃焼させる燃焼部が設けられ、第２改質部は、その上部が燃焼部の少なくとも一部を取り囲むように配置されている。
【００１２】
このように構成された本発明によれば、第１改質部が排気ガス通路を流れる排気ガスにより加熱される一方、第２改質部は燃焼部の燃焼熱によって加熱されるので、第１、第２改質部の温度を速やかに上昇させることができる。また、第２改質部の下部において過剰な温度低下が発生した場合には、メタネーション反応により、その部分の温度を上昇させることができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、第１燃料ガス通路の少なくとも一部を取り囲む排気ガス通路は上方から下方に向けて排気ガスを導き、第１燃料ガス通路は下方から上方に向けて燃料ガスを導き、第２燃料ガス通路は上方から下方に向けて燃料ガスを導く。
【００１４】
このように構成された本発明によれば、第１燃料ガス通路内の第１改質部と、第２燃料ガス通路内の第２改質部が熱交換可能な配置をコンパクトな構成で実現することができる。また、第１改質部の入口と第２改質部の出口を隣接させた構成を容易に実現することができるので、メタネーション反応によって発生した熱を、温度低下が発生しやすい第１改質部の入口部分に、効果的に伝導させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料電池モジュールによれば、改質部の各部における温度ムラを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による燃料電池モジュールを備えた固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による燃料電池モジュールに内蔵されている燃料電池セル収容容器の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による燃料電池モジュールに内蔵されている燃料電池セル収容容器の主な部材を分解して示した断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による燃料電池モジュールに内蔵されている排気集約室の部分を拡大して示す断面図である。
【図５】図２におけるV−V断面である。
【図６】本発明の一実施形態による燃料電池モジュールの改質部付近を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による燃料電池モジュールを備えた固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を説明する。
図１は、本発明の一実施形態による燃料電池モジュールを備えた固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。この図１に示すように、固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）１は、本発明の一実施形態による燃料電池モジュール２と、補機ユニット４を備えている。
【００１８】
燃料電池モジュール２は、ハウジング６を備え、このハウジング６内部には、外側断熱材７を介して燃料電池セル収容容器８が配置されている。この燃料電池セル収容容器８内の内部には発電室１０が構成され、この発電室１０の中には複数の燃料電池セル１６が同心円状に立設されており、これらの燃料電池セル１６により、燃料ガスと酸化剤ガスである空気の発電反応が行われる。
【００１９】
各燃料電池セル１６の上端部には、排気集約室１８が取り付けられている。各燃料電池セル１６において発電反応に使用されずに残った残余の燃料（オフガス）は、上端部に取り付けられた排気集約室１８に集められ、この排気集約室１８の上部に設けられた複数の噴出口から流出される。流出した燃料は、発電室１０内で発電に使用されずに残った空気により燃焼され、排気ガスが生成されるようになっている。
【００２０】
本発明の実施形態による燃料電池モジュール２においては、燃料電池セル１６として、固体酸化物を用いた円筒横縞型セルが採用されている。各燃料電池セル１６上には、複数の単セルが横縞状に形成されており、これらが電気的に直列に接続されることにより１本の燃料電池セル１６が構成されている。各燃料電池セル１６は、その一端がアノード（陽極）、他端がカソード（陰極）となるように構成され、複数の燃料電池セル１６のうちの半数は上端がアノード、下端がカソードとなるように配置され、残りの半数は上端がカソード、下端がアノードとなるように配置されている。
【００２１】
次に、補機ユニット４は、水道等の水供給源２４からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク２６と、この純水タンクから供給される水の流量を調整する水供給装置である水流量調整ユニット２８（モータで駆動される「水ポンプ」等）を備えている。また、補機ユニット４は、都市ガス等の燃料供給源３０から供給された炭化水素系の原燃料ガスの流量を調整する燃料供給装置である燃料ブロア３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）を備えている。
【００２２】
なお、燃料ブロア３８を通過した原燃料ガスは、燃料電池モジュール２内に配置された脱硫器３６を介して外側燃料ガス供給流路２０ｂ（図２）に供給される。また、脱硫器３６においては、原燃料ガスに水素ガスを添加しておくことにより、原燃料ガス中の硫黄成分を除去することができる。このため、補機ユニット４には、原燃料ガスに水素ガスを添加するための凝縮器３３、オリフィス３４及び電磁弁３５が内蔵されている。これらの構成及び作用については後述する。
【００２３】
また、補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される空気の流量を調整する酸化剤ガス供給装置である空気流量調整ユニット４５（モータで駆動される「空気ブロア」等）を備えている。
【００２４】
さらに、補機ユニット４には、燃料電池モジュール２からの排気ガスの熱を回収するための温水製造装置５０が備えられている。この温水製造装置５０には、水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
さらに、燃料電池モジュール２には、燃料電池モジュール２により発電された電力を外部に供給するための電力取出部（電力変換部）であるインバータ５４が接続されている。
【００２５】
次に、図２及び図３により、本発明の実施形態による燃料電池モジュール２に内蔵された燃料電池セル収容容器の内部構造を説明する。図２は燃料電池モジュール２の断面図であり、図３は燃料電池セル収容容器の主な部材を分解して示した断面図である。
図２に示すように、燃料電池セル収容容器８内の空間には、複数の燃料電池セル１６が同心円状に配列され、その周囲を取り囲むように第２燃料ガス通路である内側燃料ガス供給流路２０ａ、第１燃料ガス通路である外側燃料ガス供給流路２０ｂ、排気ガス通路である排ガス排出流路２１、酸化剤ガス供給流路２２が順に同心円状に形成されている。
【００２６】
まず、図２に示すように、燃料電池セル収容容器８は、概ね円筒状の密閉容器であり、その側面には、発電用の空気を供給する酸化剤ガス流入口である酸化剤ガス導入パイプ５６が接続され、底面には、排気ガスを排出する排ガス排出パイプ５８が接続されている。
【００２７】
図２及び図３に示すように、燃料電池セル収容容器８の内部には、燃料電池セル１６の周囲を取り囲むように、内側から順に、発電室構成部材である内側円筒部材６４、中間円筒部材６５、外側円筒部材６６、内側円筒容器６８、外側円筒容器７０が配置されている。上述した内側燃料ガス供給流路２０ａ、外側燃料ガス供給流路２０ｂ、排ガス排出流路２１、及び酸化剤ガス供給流路２２は、これらの円筒部材及び円筒容器の間に夫々構成される流路であり、隣り合う流路の間で熱交換が行われる。即ち、内側燃料ガス供給流路２０ａは発電室１０を取り囲むように配置され、外側燃料ガス供給流路２０ｂは内側燃料ガス供給流路２０ａを取り囲むように配置され、排ガス排出流路２１は外側燃料ガス供給流路２０ｂを取り囲むように配置され、酸化剤ガス供給流路２２は排ガス排出流路２１を取り囲むように配置されている。また、燃料電池セル収容容器８の下端側の空間には、排ガス排出流路２１によって導かれた排気ガスが流入する排気ガス室２３が設けられている。
【００２８】
内側円筒部材６４は、概ね円筒状の中空体であり、その上端及び下端は開放されている。また、内側円筒部材６４の内壁面には、分散室形成板である円形の第１固定部材６３が気密的に溶接されている。この第１固定部材６３の下面と、内側円筒部材６４の内壁面と、分散室底部材７２の上面により、燃料ガス分散室７６が画定される。また、第１固定部材６３には、各々燃料電池セル１６を挿通させる複数の挿通穴６３ａが形成されており、各燃料電池セル１６は、各挿通穴６３ａに挿通された状態で、セラミック接着剤により第１固定部材６３に接着されている。このように、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置１においては、燃料電池モジュール２を構成する部材間相互の接合部には、セラミック接着剤が充填され、硬化されることにより、各部材が相互に気密的に接合されている。
【００２９】
外側円筒部材６６は、内側円筒部材６４の周囲に配置される円筒状の管であり、内側円筒部材６４との間に円環状の流路が形成されるように、内側円筒部材６４と概ね相似形に形成されている。さらに、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間には中間円筒部材６５が配置されている。中間円筒部材６５は、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間に配置された円筒状の管である。また、中間円筒部材６５の内周面と内側円筒部材６４の外周面の間の円環状の空間は第２燃料ガス通路である内側燃料ガス供給流路２０ａとして機能し、外側円筒部材６６の内周面と中間円筒部材６５の外周面の間の円環状の空間は第１燃料ガス通路である外側燃料ガス供給流路２０ｂとして機能する。外側燃料ガス供給流路２０ｂ内の上部には、原燃料ガスを水蒸気改質するための改質用触媒が配置され、第１改質部９４ａが構成されている。また、内側燃料ガス供給流路２０ａ内の上部にも改質用触媒が配置され、第２改質部９４ｂが構成されている。このため、内側燃料ガス供給流路２０ａ及びその中に設けられた第２改質部９４ｂは燃料電池セル１６における発熱、及び排気集約室１８上端における残余燃料の燃焼により熱を受ける。また、外側燃料ガス供給流路２０ｂ及びその中に設けられた第１改質部９４ａは、残余燃料の燃焼により生成された燃焼ガスが流れる排ガス排出流路２１により熱を受ける。なお、内側円筒部材６４の上端部と外側円筒部材６６の上端部は溶接により気密的に接合されており、内側燃料ガス供給流路２０ａと外側燃料ガス供給流路２０ｂは、上端で折り返すように連結されている。さらに、中間円筒部材６５の下端と、内側円筒部材６４の外周面は、溶接により気密的に接合されている。
【００３０】
内側円筒容器６８は、外側円筒部材６６の周囲に配置される円形断面のカップ状の部材であり、外側円筒部材６６との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、側面が外側円筒部材６６と概ね相似形に形成されている。この内側円筒容器６８は、内側円筒部材６４の上端の開放部を覆うように配置される。外側円筒部材６６の外周面と、内側円筒容器６８の内周面の間の円環状の空間は、排ガス排出流路２１（図２）として機能する。この排ガス排出流路２１は、内側円筒部材６４の上端部に設けられた複数の小穴６４ａを介して内側円筒部材６４の内側の空間と連通している。また、外側円筒部材６６の下部内周面と、内側円筒部材６４の下部外周面を接続するように、排気ガス横断通路２３ａが設けられている。この排気ガス横断通路２３ａにより、外側燃料ガス供給流路２０ｂを横断して、排ガス排出流路２１と排気ガス室２３が連通される。
【００３１】
排ガス排出流路２１の下部には、燃焼触媒器６０及びこれを加熱するためのヒーターであるシースヒーター６１が配置されている。
燃焼触媒器６０は、排気ガス横断通路２３ａよりも上方に、外側円筒部材６６の外周面と内側円筒容器６８の内周面の間の円環状の空間に充填された触媒である。排ガス排出流路２１を下降した排気ガスは、燃焼触媒器６０を通過することにより一酸化炭素が除去され、排気ガス横断通路２３ａを通って排気ガス室２３に流入する。
シースヒーター６１は、燃焼触媒器６０の下方の、外側円筒部材６６の外周面を取り囲むように取り付けられた電気ヒーターである。固体酸化物型燃料電池装置１の起動時において、シースヒーター６１に通電することにより、その近傍に配置されている燃焼触媒器６０が活性温度まで加熱される。
【００３２】
外側円筒容器７０は、内側円筒容器６８の周囲に配置される円形断面のカップ状の部材であり、内側円筒容器６８との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、側面が内側円筒容器６８と概ね相似形に形成されている。内側円筒容器６８の外周面と、外側円筒容器７０の内周面の間の円環状の空間は、酸化剤ガス供給流路２２として機能する。また、外側円筒容器７０の下部側面には、酸化剤ガス導入パイプ５６が接続されており、酸化剤ガス供給流路２２が酸化剤ガス導入パイプ５６に連通される。
【００３３】
分散室底部材７２は、概ね円形の皿状の部材であり、内側円筒部材６４の内壁面にセラミック接着剤により気密的に固定される。これにより、第１固定部材６３と分散室底部材７２の間に、燃料ガス分散室７６が構成される。また、分散室底部材７２の中央には、バスバー８０（図２）を挿通させるためのバスバー通路である挿通管７２ａが設けられている。各燃料電池セル１６に電気的に接続されたバスバー８０は、この挿通管７２ａを通して燃料電池セル収容容器８の外部に引き出される。また、挿通管７２ａには、セラミック接着剤が充填されることにより、バスバー８０が固定され、燃料ガス分散室７６の気密性が確保されている。また、セラミック接着剤は断熱性が高いため、燃料ガス分散室７６から、挿通管７２ａを介した熱の流失も抑制することができる。
【００３４】
さらに、内側円筒部材６４の内周面、分散室底部材７２の底面、及び挿通管７２ａの外周面によって画定される円環状の空間は、排気ガス室２３として利用される。この排気ガス室２３には、その側面上部に排気ガス横断通路２３ａが接続され、排気ガスが導入される。また、排気ガス室２３の底面には、排ガス排出パイプ５８が接続され、この排ガス排出パイプ５８を通して排気ガスが燃料電池モジュール２の外部へ排出される。
【００３５】
図２に示すように、内側円筒部材６４の内周面、分散室底部材７２の底面、及び挿通管７２ａの外周面によって画定される円環状の空間内には断熱材が配置されている。この断熱材は、燃料ガス分散室７６（分散室底部材７２の底面）に沿って配置された断熱材板状部７３ａと、この断熱材板状部７３ａから挿通管７２ａの周囲を取り囲むように延びる断熱材突出部７３ｂから構成されている。これらの断熱材板状部７３ａ及び断熱材突出部７３ｂは、燃料ガス分散室７６と排気ガス室２３との間を断熱するように配置されている。
【００３６】
また、排気ガス室２３内には、断熱材突出部７３ｂを取り囲むように、水添脱硫器である脱硫器３６が配置されている。この脱硫器３６は、排気ガス室２３に導入される排気ガスにより、触媒作用が可能な温度に加熱される。
【００３７】
一方、内側円筒容器６８の天井面から垂下するように、円形断面の酸化剤ガス噴射用パイプ７４が取り付けられている。この酸化剤ガス噴射用パイプ７４は、内側円筒容器６８の中心軸線上を鉛直方向に延び、その周囲の同心円上に各燃料電池セル１６が配置される。酸化剤ガス噴射用パイプ７４の上端が内側円筒容器６８の天井面に取り付けられることにより、内側円筒容器６８と外側円筒容器７０の間に形成されている酸化剤ガス供給流路２２と酸化剤ガス噴射用パイプ７４が連通される。酸化剤ガス供給流路２２を介して供給された空気は、酸化剤ガス噴射用パイプ７４の先端から下方に噴射され、第１固定部材６３の上面に当たって、発電室１０内全体に広がる。
【００３８】
燃料ガス分散室７６は、第１固定部材６３と分散室底部材７２の間に構成される円筒形の気密性のあるチャンバーであり、その上面に各燃料電池セル１６が林立されている。第１固定部材６３の上面に取り付けられた各燃料電池セル１６は、その内側の燃料極が、燃料ガス分散室７６の内部と連通されている。各燃料電池セル１６の下端部は、第１固定部材６３の挿通穴６３ａを貫通して燃料ガス分散室７６の内部に突出し、各燃料電池セル１６は第１固定部材６３に、接着により固定されている。
【００３９】
図２に示すように、内側円筒部材６４には、第１固定部材６３よりも下方に複数の小穴６４ｂが設けられている。内側円筒部材６４の外周と中間円筒部材６５の内周の間の空間は、複数の小穴６４ｂを介して燃料ガス分散室７６内に連通されている。供給された燃料は、外側円筒部材６６の内周と中間円筒部材６５の外周の間の空間を一旦上昇した後、内側円筒部材６４の外周と中間円筒部材６５の内周の間の空間を下降し、複数の小穴６４ｂを通って燃料ガス分散室７６内に流入する。燃料ガス分散室７６に流入した燃料は、燃料ガス分散室７６の天井面（第１固定部材６３）に取り付けられた各燃料電池セル１６の燃料極に分配される。
【００４０】
さらに、燃料ガス分散室７６内に突出している各燃料電池セル１６の下端部は、燃料ガス分散室７６内でバスバー８０に電気的に接続され、挿通管７２ａを通して電力が外部に引き出される。バスバー８０は、各燃料電池セル１６により生成された電力を、燃料電池セル収容容器８の外部へ取り出すための細長い金属導体であり、碍子７８を介して分散室底部材７２の挿通管７２ａに固定されている。バスバー８０は、燃料ガス分散室７６の内部において、各燃料電池セル１６に取り付けられた集電体８２と電気的に接続されている。また、バスバー８０は、燃料電池セル収容容器８の外部において、インバータ５４（図１）に接続される。なお、集電体８２は、排気集約室１８内に突出している各燃料電池セル１６の上端部にも取り付けられている（図４）。これら上端部及び下端部の集電体８２により、複数の燃料電池セル１６が電気的に並列に接続されると共に、並列に接続された複数組の燃料電池セル１６が電気的に直列に接続され、この直列接続の両端が夫々バスバー８０に接続される。
【００４１】
次に、図４及び図５を参照して、排気集約室の構成を説明する。
図４は排気集約室の部分を拡大して示す断面図であり、図５は、図２におけるV−V断面である。
図４に示すように、排気集約室１８は、各燃料電池セル１６の上端部に取り付けられたドーナツ型断面のチャンバーであり、この排気集約室１８の中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ７４が貫通して延びている。
【００４２】
図５に示すように、内側円筒部材６４の内壁面には、排気集約室１８支持用の３つのステー６４ｃが等間隔に取り付けられている。図４に示すように、各ステー６４ｃは金属製の薄板を折り曲げた小片であり、排気集約室１８を各ステー６４ｃの上に載置することにより、排気集約室１８は内側円筒部材６４と同心円上に位置決めされる。これにより、排気集約室１８の外周面と内側円筒部材６４の内周面の間の隙間、及び排気集約室１８の内周面と酸化剤ガス噴射用パイプ７４の外周面との間の隙間は、全周で均一になる（図５）。
【００４３】
排気集約室１８は、集約室上部材１８ａ及び集約室下部材１８ｂが気密的に接合されることにより構成されている。
集約室下部材１８ｂは、上方が開放された円形皿状の部材であり、その中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ７４を貫通させるための円筒部が設けられている。
集約室上部材１８ａは、下方が開放された段付き円形カップ状の部材であり、その中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ７４を貫通させるための開口部が設けられている。集約室上部材１８ａの下部は、集約室下部材１８ｂの上方に開口したドーナツ型断面の領域に嵌め込まれる形状に構成されている。
【００４４】
集約室下部材１８ｂの周囲の壁の内周面と集約室上部材１８ａの外周面の間の隙間にはセラミック接着剤が充填され、硬化されており、この接合部の気密性が確保されている。また、この接合部に充填されたセラミック接着剤により形成されたセラミック接着剤層の上には、大径シールリング１９ａが配置され、セラミック接着剤層を覆っている。大径シールリング１９ａは円環状の薄板であり、セラミック接着剤の充填後、充填されたセラミック接着剤を覆うように配置され、接着剤の硬化により排気集約室１８に固定される。
【００４５】
一方、集約室下部材１８ｂ中央の円筒部の外周面と、集約室上部材１８ａ中央の開口部の縁の間にもセラミック接着剤が充填され、硬化されており、この接合部の気密性が確保されている。また、この接合部に充填されたセラミック接着剤により形成されたセラミック接着剤層の上には、小径シールリング１９ｂが配置され、セラミック接着剤層を覆っている。小径シールリング１９ｂは円環状の薄板であり、セラミック接着剤の充填後、充填されたセラミック接着剤を覆うように配置され、接着剤の硬化により排気集約室１８に固定される。
【００４６】
集約室下部材１８ｂの底面には複数の円形の挿通穴１８ｃが設けられている。各挿通穴１８ｃには燃料電池セル１６の上端部が夫々挿通され、各燃料電池セル１６は各挿通穴１８ｃを貫通して延びている。各燃料電池セル１６が貫通している集約室下部材１８ｂの底面上にはセラミック接着剤が流し込まれ、これが硬化されることにより、各燃料電池セル１６の外周と各挿通穴１８ｃの間の隙間が気密的に充填されると共に、各燃料電池セル１６が集約室下部材１８ｂに固定されている。
【００４７】
さらに、集約室下部材１８ｂの底面上に流し込まれたセラミック接着剤の上には、円形薄板状のカバー部材１９ｃが配置され、セラミック接着剤の硬化により集約室下部材１８ｂに固定されている。カバー部材１９ｃには、集約室下部材１８ｂの各挿通穴１８ｃと同様の位置に複数の挿通穴が設けられており、各燃料電池セル１６の上端部はセラミック接着剤の層及びカバー部材１９ｃを貫通して延びている。
【００４８】
一方、集約室上部材１８ａ上段の側面には、排気集約室１８内に集約された燃料ガスを噴出させるための複数の噴出口１８ｄが設けられている（図４）。各噴出口１８ｄは、集約室上部材１８ａ上段の側面に、等間隔に配置されている。発電に使用されずに残った燃料は、各燃料電池セル１６の上端から排気集約室１８内に流出し、排気集約室１８内で集約された燃料は各噴出口１８ｄから流出し、そこで燃焼される。従って、この発電室１０上方の排気集約室１８の周囲の空間は燃焼部１０ａとして機能する（図４）。
【００４９】
次に、図２を参照して、燃料供給源３０から供給される原燃料ガスを改質するための構成について説明する。
まず、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間の空間で構成されている外側燃料ガス供給流路２０ｂの下部には、水蒸気改質用の水蒸気を生成するための蒸発部８６が設けられている。蒸発部８６は、外側円筒部材６６の下部内周に取り付けられたリング状の傾斜板８６ａ及び水供給パイプ８８から構成されている。また、蒸発部８６は、排ガス排出流路２１内に配置されたシースヒーター６１と、排気ガス室２３内に配置された断熱材板状部７３ａとの間に配置されている。傾斜板８６ａは、リング状に形成された金属の薄板であり、その外周縁が外側円筒部材６６の内壁面に取り付けられる。一方、傾斜板８６ａの内周縁は外周縁よりも上方に位置し、傾斜板８６ａの内周縁と、内側円筒部材６４の外壁面との間には隙間が設けられている。
【００５０】
水供給パイプ８８は内側円筒部材６４の下端から外側燃料ガス供給流路２０ｂ内に鉛直方向に延びるパイプであり、水流量調整ユニット２８から供給された水蒸気改質用の水が、水供給パイプ８８を介して蒸発部８６に供給される。水供給パイプ８８の上端は、傾斜板８６ａを貫通して傾斜板８６ａの上面側まで延び、傾斜板８６ａの上面側に供給された水は、傾斜板８６ａの上面と外側円筒部材６６の内壁面の間に留まる。傾斜板８６ａの上面側に供給された水は、そこで蒸発され水蒸気が生成される。
【００５１】
また、蒸発部８６の下方には、原燃料ガスを外側燃料ガス供給流路２０ｂ内に導入するための燃料ガス導入部が設けられている。燃料ブロア３８から送られた原燃料ガスは、脱硫器３６及び燃料ガス供給パイプ９０を介して外側燃料ガス供給流路２０ｂに導入される。燃料ガス供給パイプ９０は内側円筒部材６４の下端から外側燃料ガス供給流路２０ｂ内に鉛直方向に延びるパイプである。また、燃料ガス供給パイプ９０の上端は、傾斜板８６ａよりも下方に位置している。燃料ガス供給パイプ９０から流出した原燃料ガスは、傾斜板８６ａの下側に導入され、傾斜板８６ａの傾斜により流路を絞られながら傾斜板８６ａの上側へ上昇する。傾斜板８６ａの上側へ上昇した原燃料ガスは、蒸発部８６で生成された水蒸気と共に上昇しながら、十分に混合される。
【００５２】
さらに、中間円筒部材６５の上部、外周側の円環状の空間には、第１改質部９４ａが設けられている。第１改質部９４ａは、各燃料電池セル１６の上部と、その上方の排気集約室１８の周囲を取り囲むように配置されている。第１改質部９４ａは、中間円筒部材６５の外壁面に取り付けられた触媒保持板（図示せず）と、これにより保持された改質用触媒９６によって構成されている。
【００５３】
同様に、中間円筒部材６５の上部、内周側の円環状の空間には、第２改質部９４ｂが設けられている。第２改質部９４ｂは、各燃料電池セル１６の上部と、その上方の排気集約室１８の周囲を取り囲むように配置されている。第２改質部９４ｂは、中間円筒部材６５の内壁面に取り付けられた触媒保持板（図示せず）と、これにより保持された改質用触媒９６によって構成されている。
このように、第１改質部９４ａと第２改質部９４ｂは、中間円筒部材６５の上部を挟んで対向するように配置されており、第１改質部９４ａと第２改質部９４ｂの間では、中間円筒部材６５を介して熱交換が行われる。
【００５４】
また、外側燃料ガス供給流路２０ｂ内を上昇してきた原燃料ガスと水蒸気の混合ガスは、第１改質部９４ａ内に流入し、水蒸気改質されながら上昇する。次いで、第１改質部９４ａの上端から流出した混合ガスは、外側燃料ガス供給流路２０ｂと内側燃料ガス供給流路２０ａが連通されている燃料ガス供給流路の上端部で折り返し、第２改質部９４ｂに流入する。第２改質部９４ｂ内を下降した混合ガスは、第２改質部９４ｂの下端から流出した後、内側燃料ガス供給流路２０ａ内を更に下降する。
【００５５】
混合された原燃料ガス及び水蒸気が、第１改質部９４ａ、第２改質部９４ｂ内に充填された改質用触媒９６に接触すると、水蒸気改質反応ＳＲが進行し、水素が豊富に含まれる燃料ガスに改質される。改質された燃料ガスは、中間円筒部材６５の内周と内側円筒部材６４の外周の間の空間を下方に流れ、燃料ガス分散室７６に流入して、各燃料電池セル１６に供給される。第１改質部９４ａ、第２改質部９４ｂ内における改質反応については後述する。
【００５６】
次に、図１及び図２を参照して、原燃料ガスに水素ガスを添加するための構成を説明する。
図２に示すように、燃料ガス分散室７６には、水素取出管９２が接続されている。この水素取出管９２は、燃料ガス分散室７６の内部と連通し、断熱材板状部７３ａを貫通し、さらに排気ガス室２３を貫通して燃料電池モジュール２の外部まで延びている。図１に示すように、水素取出管９２は、補機ユニット４に内蔵された凝縮器３３に接続されている。燃料ガス分散室７６内の燃料ガスは、水素ガスと共に多くの水蒸気を含んでいる。凝縮器３３においては、燃料ガスに含まれている水蒸気が凝縮され、水素ガスと分離される。水蒸気を分離された水素ガスは、オリフィス３４及び電磁弁３５を介して、燃料供給源３０から供給された原燃料ガスに、燃料ブロア３８の上流側で混合される。水素ガスが添加された原燃料ガスは、燃料ブロア３８により脱硫器３６に送り込まれる。
【００５７】
燃料ガス分散室７６内の圧力は燃料ブロア３８の上流側の圧力よりも高いため、この圧力差により、改質された燃料ガスが燃料ガス分散室７６から取り出される。オリフィス３４は、燃料ガス分散室７６から燃料ブロア３８の上流側へ戻る流路に適度な流路抵抗を与え、適量の水素ガスが原燃料ガスに添加されるように調整されている。また、原燃料ガスへの水素の添加を行わないときは、電磁弁３５が閉弁される。
【００５８】
次に、図１及び図２を参照して、固体酸化物型燃料電池装置１の作用を説明する。
まず、固体酸化物型燃料電池装置１の起動工程において、燃料ブロア３８が起動され、燃料の供給が開始されると共に、シースヒーター６１への通電が開始される。シースヒーター６１への通電が開始されることにより、その上方に配置された燃焼触媒器６０が加熱されると共に、内側に配置された蒸発部８６も加熱される。燃料ブロア３８により供給された燃料は、脱硫器３６を介して、燃料ガス供給パイプ９０から外側燃料ガス供給流路２０ｂに流入する。流入した燃料は、外側燃料ガス供給流路２０ｂ内を上昇して第１改質部９４ａに至り、次いで、第２改質部９４ｂ内、及び内側燃料ガス供給流路２０ａ内を下降し、内側円筒部材６４の下部に設けられた多数の小穴６４ｂを通って燃料ガス分散室７６に流入する。なお、固体酸化物型燃料電池装置１の起動直後においては、第１改質部９４ａ、第２改質部９４ｂ内の改質用触媒９６の温度が十分に上昇していないため、燃料の改質は行われない。
【００５９】
燃料ガス分散室７６に流入した燃料ガスは、燃料ガス分散室７６の第１固定部材６３に取り付けられた各燃料電池セル１６の内側（燃料極側）を通って排気集約室１８に流入する。なお、固体酸化物型燃料電池装置１の起動直後においては、各燃料電池セル１６の温度が十分に上昇しておらず、また、インバータ５４への電力の取り出しも行われていないため、発電反応は発生しない。
【００６０】
排気集約室１８に流入した燃料は、排気集約室１８の噴出口１８ｄから噴出される。各噴出口１８ｄから噴出された燃料は、点火ヒーター（図示せず）により点火され、各噴出口１８ｄの周りの空間である燃焼部１０ａにおいて燃焼される。この燃焼により、高温の燃焼ガスが生成され、燃焼部１０ａを取り囲むように配置されている第２改質部９４ｂ、及び燃焼部１０ａ下方の発電室１０内が加熱される。また、燃焼により生成された排気ガス（燃焼ガス）は、内側円筒部材６４の上部に設けられた小穴６４ａを通って排ガス排出流路２１に流入する。高温の排気ガスは、排ガス排出流路２１内を下降し、その内側に設けられた第１改質部９４ａ、及び外側に設けられた酸化剤ガス供給流路２２内を流れる発電用の空気を加熱する。
【００６１】
このように、燃焼部１０ａにおける燃焼熱、及び排ガス排出流路２１内を流れる排気ガスの熱により、第１改質部９４ａ、第２改質部９４ｂは原燃料ガスを水蒸気改質可能な温度まで速やかに加熱される。さらに、排気ガスは、排ガス排出流路２１内に配置された燃焼触媒器６０を通ることにより一酸化炭素が除去される。一酸化炭素が除去された排気ガスは、排気ガス横断通路２３ａを通って半径方向内方に流れ、排気ガス室２３に流入する。排気ガス室２３に流入した排気ガスは、排気ガス室２３内に配置された脱硫器３６を加熱し、排ガス排出パイプ５８を通って燃料電池モジュールから排出される。
【００６２】
排気ガス及びシースヒーター６１により蒸発部８６が加熱されると、蒸発部８６に供給された水蒸気改質用の水が蒸発され、水蒸気が生成される。水蒸気改質用の水は、水流量調整ユニット２８により、水供給パイプ８８を介して燃料電池セル収容容器８内の蒸発部８６に供給される。蒸発部８６で生成された水蒸気と、燃料ガス供給パイプ９０を介して供給された原燃料ガスは、外側燃料ガス供給流路２０ｂ内で十分に混合される。
【００６３】
混合された原燃料ガス及び水蒸気は、外側燃料ガス供給流路２０ｂ内を上昇し、第１改質部９４ａに流入する。第１改質部９４ａ、第２改質部９４ｂの改質用触媒９６が改質可能な温度まで上昇している状態においては、原燃料ガス及び水蒸気の混合気がこれらを通過する際、式（１）に示す水蒸気改質反応ＳＲが発生し、混合気が水素を多く含む燃料ガスに改質される。改質された燃料ガスは、燃料ガス分散室７６を介して各燃料電池セル１６の内側（燃料極側）に供給される。
ＣmＨn＋ｘＨ2Ｏ  →  aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2              （１）
【００６４】
一方、空気流量調整ユニット４５により供給された酸化剤ガスである空気は、酸化剤ガス導入パイプ５６を介して酸化剤ガス供給流路２２に流入する。酸化剤ガス供給流路２２に流入した空気は、内側を流れる排気ガスにより加熱されながら酸化剤ガス供給流路２２内を上昇する。酸化剤ガス供給流路２２内を上昇した空気は、燃料電池セル収容容器８内の上端部で中央に集められ、酸化剤ガス供給流路２２に連通された酸化剤ガス噴射用パイプ７４に流入する。酸化剤ガス噴射用パイプ７４に流入した空気は下端から発電室１０内に噴射され、噴射された空気は第１固定部材６３の上面に当たって発電室１０内全体に広がる。発電室１０内に流入した空気は、排気集約室１８の外周壁と内側円筒部材６４の内周壁の間の隙間、及び排気集約室１８の内周壁と酸化剤ガス噴射用パイプ７４の外周面の間の隙間を通って上昇する。
【００６５】
この際、各燃料電池セル１６の外側（空気極側）を通って流れる空気の一部は発電反応に利用される。また、排気集約室１８の上方に上昇した空気の一部は、排気集約室１８の噴出口１８ｄから噴出する燃料の燃焼に利用される。燃焼により生成された排気ガス、及び発電、燃焼に利用されずに残った空気は、小穴６４ａを通って排ガス排出流路２１に流入する。排ガス排出流路２１に流入した排気ガス及び空気は、燃焼触媒器６０により一酸化炭素が除去された後、排出される。
【００６６】
このように、各燃料電池セル１６が発電可能な温度である６５０℃程度まで上昇し、各燃料電池セル１６の内側（燃料極側）に改質された燃料が流れ、外側（空気極側）に空気が流れると、電気化学反応により起電力が発生する。このような状態において、起動工程を完了し、発電工程が開始される。即ち、燃料電池セル収容容器８から引き出されているバスバー８０にインバータ５４を接続することにより、各燃料電池セル１６から電力が取り出され、発電が開始される。
【００６７】
次に、図６を参照して、起動工程中における第１改質部９４ａ及び第２改質部９４ｂの温度状態を説明する。
図６は、本発明の実施形態による燃料電池モジュール２の改質部付近を拡大して示す断面図である。
図６に示すように、排気集約室１８から流出したオフガスは燃焼部１０ａにおいて燃焼されるため、燃焼部１０ａを取り囲むように位置している第２改質部９４ｂの上部が加熱される。また、燃焼により生じた排気ガスは、上方にある小穴６４ａを通って排ガス排出流路２１に流入し、内側に配置された第１改質部９４ａを加熱しながら下方に流れる。このため、第１改質部９４ａの上部が最も高温の排気ガスによって加熱され、排気ガスは温度を低下させながら下方へ流れ、第１改質部９４ａの下部を加熱する。従って、第１改質部９４ａ、第２改質部９４ｂとも、その上部は加熱されやすく、下部は加熱されにくい状態にある。
【００６８】
一方、原燃料ガス及び水蒸気の混合気は、まず、下端から第１改質部９４ａに流入し、そこで水蒸気改質されながら上昇する。水蒸気改質により生成された水素（Ｈ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）、及び一酸化炭素（ＣＯ）、及び未改質の原燃料ガス及び水蒸気は、第１改質部９４ａの上端から流出し、今度は、上端から第２改質部９４ｂに流入する。このため、未改質の原燃料ガスは第１改質部９４ａの下部に最も多く存在し、上方に流れるに従って、未改質の原燃料ガスの濃度は低下する。さらに、第１改質部９４ａから流出した燃料ガス（未改質の原燃料ガス及び改質された燃料ガス）が上端から流入する第２改質部９４ｂにおいては、その上端で未改質の原燃料ガスの濃度が最も高く、下端部では未改質の原燃料ガスは殆ど存在しなくなる。このため、水蒸気改質反応は、高濃度の未改質の原燃料ガスが存在する第１改質部９４ａの下部において最も多く発生し、第２改質部９４ｂの下部では殆ど発生しない。
【００６９】
ここで、上記式（１）に示した水蒸気改質反応は吸熱反応であり、この反応が加熱されにくい状態にある第１改質部９４ａの下部で多く発生すると、この部分において温度低下が発生しやすくなる。この第１改質部９４ａ下部における温度低下は、改質部の温度ムラの原因となる。このような温度ムラは、特に、燃料電池モジュール２内全体の温度が低い、起動工程の前半において発生しやすい。
【００７０】
ところが、本実施形態の燃料電池モジュール２おいては、第１改質部９４ａと第２改質部９４ｂが、中間円筒部材６５を挟んで対向するように配置され、それらの間で熱交換可能に構成されているため、このような温度ムラを抑制することができる。即ち、第１改質部９４ａ下部において多くの吸熱反応が発生すると、これに対向して配置されている第２改質部９４ｂの下部から熱が奪われ、第２改質部９４ｂ下部の温度も低下する。一方、第２改質部９４ｂ下部は、第１改質部９４ａ及び第２改質部９４ｂ上部を通過した燃料ガスが流入する部分であるため、原燃料ガス中の炭化水素は、その殆どが既に水蒸気改質により、水素及び一酸化炭素、二酸化炭素に改質されている。ここで、第１改質部９４ａ下部における吸熱反応の影響で温度低下した第２改質部９４ｂの下部に、これらのガスが流入すると、平衡組成を補償するように、式（２）に示すメタネーション反応が発生する。
３Ｈ2＋ＣＯ  →  ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ              （２）
【００７１】
このメタネーション反応は、水素ガスと一酸化炭素からメタンと水が生成される、水蒸気改質反応とは逆の反応である。メタネーション反応は発熱反応であるため、第２改質部９４ｂ下部においてメタネーション反応が発生すると、この部分の温度が上昇する。この温度上昇により、温度が低下した第１改質部９４ａ下部が加熱され、この部分の温度低下が抑制される。このように、本実施形態においては、第１改質部９４ａと第２改質部９４ｂが熱交換可能に構成されているため、第１改質部９４ａにおいて多くの水蒸気改質反応が発生して過剰な温度低下が発生すると、これにより温度低下された第２改質部９４ｂにおいてメタネーション反応が発生し、第１改質部９４ａの温度低下が抑制される。即ち、本実施形態においては、第１改質部９４ａと第２改質部９４ｂを対向して熱交換可能に配置することにより、自律的に第１改質部９４ａ下部の温度低下が抑制され、改質部全体の温度ムラが抑制される。このように、第１改質部９４ａの入口と第２改質部９４ｂの出口とを隣接して配置し、熱交換を可能とすることにより、改質部の温度ムラを自律的に抑制することができる。
【００７２】
なお、第２改質部９４ｂにおいてメタネーション反応が発生すると、反応により発生したメタン及び水（水蒸気）が燃料電池セル１６に供給されることとなる。しかしながら、メタネーション反応は燃料電池モジュール２内全体の温度が低い起動工程中に発生するため、各燃料電池セル１６において発電反応は行われず、燃料電池セル１６に供給された燃料は全て燃焼部１０ａにおいて燃焼される。従って、メタネーション反応の発生が燃料電池セル１６に悪影響を与えることはない。
【００７３】
本発明の実施形態の燃料電池モジュール２によれば、発電室１０を取り囲むように構成した外側燃料ガス供給流路２０ｂ、内側燃料ガス供給流路２０ａに改質用触媒９６を夫々配置することにより、第１改質部９４ａ、第２改質部９４ｂを形成しているので、専用の改質器を設ける必要がなく、燃料電池モジュール２を小型化することができる。また、燃料電池セル１６を収容した発電室１０を取り囲むように改質部を設けているので、各燃料電池セ１６ルの熱ムラを抑制することができる。
【００７４】
また、本実施形態においては、第１改質部９４ａと、第１改質部９４ａから流出した燃料ガスが流入する第２改質部９４ｂとを、熱交換可能に配置することにより、第１改質部９４ａにおいて多くの水蒸気改質反応が発生し、過剰な温度低下が発生した場合には、これと熱交換可能に配置された第２改質部９４ｂの温度も低下する。第２改質部９４ｂの温度が大きく低下すると、水蒸気改質反応により発生した水素ガスが、第２改質部９４ｂにおいて発熱反応であるメタネーション反応する。このメタネーション反応により発生した熱が、第２改質部９４ｂから第１改質部９４ａに伝導され、第１改質部９４ａにおける温度低下が補償される。これにより、改質部の各部における温度ムラを抑制することができると共に、温度ムラに起因する改質用触媒９６の劣化を抑制することができる。
【００７５】
また、本実施形態の燃料電池モジュール２によれば、第１改質部９４ａが排ガス排出流路２１を流れる排気ガスにより加熱される一方、第２改質部９４ｂは燃焼部１０ａの燃焼熱によって加熱されるので、第１、第２改質部の温度を速やかに上昇させることができる。また、第２改質部９４ｂの下部において過剰な温度低下が発生した場合には、メタネーション反応により、その部分の温度を上昇させることができる。
【００７６】
さらに、本実施形態の燃料電池モジュール２によれば、外側燃料ガス供給流路２０ｂ内の第１改質部９４ａと、内側燃料ガス供給流路２０ａ内の第２改質部９４ｂが熱交換可能な配置をコンパクトな構成で実現することができる。また、第１改質部９４ａの入口と第２改質部９４ｂの出口を隣接させた構成を容易に実現することができるので、メタネーション反応によって発生した熱を、温度低下が発生しやすい第１改質部９４ａの入口部分に、効果的に伝導させることができる。
【００７７】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、第１改質部９４ａの出口と、第２改質部９４ｂの入口との間に、改質用触媒９６が配置されていない空間が存在したが、この空間に改質用触媒９６を充填し、第１改質部９４ａと第２改質部９４ｂを切れ目なく構成することもできる。
また、上述した実施形態においては、第１改質部９４ａの入口と出口、第２改質部９４ｂの入口と出口が夫々同じ高さ位置に構成されていたが、メタネーション反応による熱伝導の効果が及ぶ範囲で、これらの高さを変更することもできる。
【符号の説明】
【００７８】
１    固体酸化物型燃料電池装置
２    燃料電池モジュール
４    補機ユニット
７    外側断熱材
８    燃料電池セル収容容器
１０    発電室
１０ａ  燃焼部
１６    燃料電池セル（固体酸化物型燃料電池セル）
１８    排気集約室
１８ａ  集約室上部材
１８ｂ  集約室下部材（第２固定部材）
１８ｃ  挿通穴
１８ｄ  噴出口
１８ｅ  接着剤充填枠
１９ａ  大径シールリング
１９ｂ  小径シールリング
１９ｃ  カバー部材
２０ａ  内側燃料ガス供給流路（第２燃料ガス通路）
２０ｂ  外側燃料ガス供給流路（第１燃料ガス通路）
２１    排ガス排出流路（排気ガス通路）
２２    酸化剤ガス供給流路
２３    排気ガス室
２３ａ  排気ガス横断通路
２４    水供給源
２６    純水タンク
２８    水流量調整ユニット（水供給装置）
３０    燃料供給源
３３    凝縮器
３４    オリフィス
３５    電磁弁
３６    脱硫器（水添脱硫器）
３６ｃ  脱硫器流入管
３６ｄ  脱硫器流出管
３８    燃料ブロア（燃料供給装置）
４０    空気供給源
４５    空気流量調整ユニット（酸化剤ガス供給装置、空気ブロア）
５０    温水製造装置
５４    インバータ
５６    酸化剤ガス導入パイプ（酸化剤ガス流入口）
５８    排ガス排出パイプ（排ガス流出口）
６０    燃焼触媒器
６１    シースヒーター（ヒーター）
６３    第１固定部材（分散室形成板）
６３ａ  挿通穴
６３ｂ  接着剤充填枠
６４    内側円筒部材（発電室構成部材）
６４ａ  小穴
６４ｂ  小穴
６４ｃ  ステー（位置決め部材）
６４ｄ  棚部材
６５    中間円筒部材
６６    外側円筒部材
６６ａ  棚部材
６７    カバー部材
６８    内側円筒容器（排気通路構成部材）
７０    外側円筒容器（供給通路構成部材）
７２    分散室底部材
７２ａ  挿通管（バスバー通路）
７２ｂ  フランジ部
７３ａ  断熱材板状部
７３ｂ  断熱材突出部
７４    酸化剤ガス噴射用パイプ
７６    燃料ガス分散室
７８    碍子
８０    バスバー
８２    集電体
８６    蒸発部
８６ａ  傾斜板
８８    水供給パイプ
９０    燃料ガス供給パイプ
９２    水素取出管
９４ａ  第１改質部
９４ｂ  第２改質部
９６    改質用触媒
【図１】
2016039057.tif 000003
【図２】
2016039057.tif 000004
【図３】
2016039057.tif 000005
【図４】
2016039057.tif 000006
【図５】
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【図６】
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