特開 2024-133313 改質ユニット、燃料電池モジュール及び燃料電池装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024133313

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】改質ユニット、燃料電池モジュール及び燃料電池装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240920BHJP

   H01M 8/0612 20160101ALI20240920BHJP

   H01M 8/04014 20160101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/0612

H01M8/04014

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024115102

(22)【出願日】2024-07-18

(62)【分割の表示】P 2020161469の分割

【原出願日】2020-09-25

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100132045

【弁理士】

【氏名又は名称】坪内 伸

(74)【代理人】

【識別番号】100180655

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】内 一隆

(57)【要約】

【課題】セルスタックの温度ムラを抑制できる改質ユニット、燃料電池モジュール及び燃料電池装置を提供する。
【解決手段】燃料電池セルスタック９００の上方に離間して配置される改質ユニット１００であって、燃料電池セルスタック９００から排出されるオフガスを燃焼する燃焼部４００と、燃焼部４００の上方に配置されて、原料ガスを含む混合ガスを改質することによって、燃料電池セルスタック９００に供給される水素を含む改質ガスを生成する改質部３００と、燃焼部４００及び改質部３００を収容するハウジング１１０と、を備え、燃料電池セルスタック９００とハウジング１１０の幅方向（ｙ軸方向）及び長さ方向（ｘ軸方向）の少なくとも一方の外寸が同一である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池セルスタックの上方に離間して配置される改質ユニットであって、
前記燃料電池セルスタックから排出されるオフガスを燃焼する燃焼部と、
燃焼部の上方に配置されて、原料ガスを含む混合ガスを改質することによって、前記燃料電池セルスタックに供給される水素を含む改質ガスを生成する改質部と、
前記燃焼部及び前記改質部を収容するハウジングと、
水蒸気を生成し前記改質部に供給する気化部と、を備え、
前記燃料電池セルスタックと前記気化部の幅方向及び長さ方向の少なくとも一方の外寸、又は、前記ハウジングと前記気化部の幅方向及び長さ方向の少なくとも一方の外寸が同一である、改質ユニット。

【請求項2】

前記ハウジングに供給される酸化剤ガスの外部からの導入口が長さ方向にある、請求項１に記載の改質ユニット。

【請求項3】

前記燃料電池セルスタックと前記ハウジングの幅方向及び長さ方向の外寸が同一である、請求項１又は２に記載の改質ユニット。

【請求項4】

前記ハウジングは、幅方向の外寸と長さ方向の外寸とが同一である、請求項１から３のいずれか一項に記載の改質ユニット。

【請求項5】

前記改質部は、前記原料ガスと霧化された水とが混合された前記混合ガスが供給される、請求項１から４のいずれか一項に記載の改質ユニット。

【請求項6】

前記改質部は、
鉛直方向から平面視したときに穴が設けられた形状であって、
前記混合ガスの流路である混合ガス導管と第１位置で接続され、
前記改質ガスの流路である改質ガス供給路と、前記第１位置に近接する第２位置で接続され、
前記改質部における前記第１位置から前記第２位置までの流路は、前記穴を周回するように設けられる、請求項１から５のいずれか一項に記載の改質ユニット。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載の改質ユニットを備える、燃料電池モジュール。

【請求項8】

請求項７に記載の燃料電池モジュールを備える、燃料電池装置。

【請求項9】

燃料電池セルスタックの上方に離間して配置される改質ユニットであって、
前記燃料電池セルスタックから排出されるオフガスを燃焼する燃焼部と、
燃焼部の上方に配置されて、原料ガスを含む混合ガスを改質することによって、前記燃料電池セルスタックに供給される水素を含む改質ガスを生成する改質部と、
前記燃焼部及び前記改質部を収容するハウジングと、を備え、
前記燃料電池セルスタックと前記ハウジングの幅方向及び長さ方向の少なくとも一方の外寸が同一であり、
前記改質部は、
鉛直方向から平面視したときに穴が設けられた形状であって、
前記混合ガスの流路である混合ガス導管と第１位置で接続され、
前記改質ガスの流路である改質ガス供給路と、前記第１位置に近接する第２位置で接続され、
前記改質部における前記第１位置から前記第２位置までの流路は、前記穴を周回するように設けられる、改質ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、改質ユニット、燃料電池モジュール及び燃料電池装置に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池に改質ガスを供給するための改質ユニットは、一般に、主な構成として、燃料電池のオフガスを燃焼する燃焼部、原料ガスと水蒸気の混合ガスから改質ガスを生成する改質部を有する。改質ユニットは、改質部と接続され、水を気化させる気化部をさらに有することがある。改質ユニットは、例えば燃焼部、改質部、気化部がこの順に積み重なって構成される（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－９１６１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、改質ユニットの大きさ及び形状が、発電効率を含む燃料電池の動作性能に影響することが知られてきている。その原因の一つとして、改質ユニットの大きさ及び形状によっては、改質ユニットのハウジングからの輻射熱が不均一に燃料電池のセルスタックに伝わり、セルスタックに温度ムラを生じさせるためと考えられている。

【0005】

上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされた本開示の目的は、セルスタックの温度ムラを抑制できる改質ユニット、燃料電池モジュール及び燃料電池装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決すべく、本開示の一実施形態に係る改質ユニットは、
燃料電池セルスタックの上方に離間して配置される改質ユニットであって、
前記燃料電池セルスタックから排出されるオフガスを燃焼する燃焼部と、
燃焼部の上方に配置されて、原料ガスを含む混合ガスを改質することによって、前記燃料電池セルスタックに供給される水素を含む改質ガスを生成する改質部と、
前記燃焼部及び前記改質部を収容するハウジングと、を備え、
前記燃料電池セルスタックと前記ハウジングの幅方向及び長さ方向の少なくとも一方の外寸が同一である。

【0007】

本開示の一実施形態に係る燃料電池モジュールは、上記の改質ユニットを備える。

【0008】

本開示の一実施形態に係る燃料電池装置は、上記の燃料電池モジュールを備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、セルスタックの温度ムラを抑制できる改質ユニット、燃料電池モジュール及び燃料電池装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、一実施形態に係る改質ユニットを備える燃料電池モジュールの概略図である。

【図2】図２は、一実施形態に係る改質ユニットで用いられる改質部及び燃焼部の平面図である。

【図3】図３は、一実施形態に係る改質ユニットで用いられる改質部及び燃焼部の平面図である。

【図4】図４は、一実施形態に係る改質ユニットを備える燃料電池モジュールの概略図である。

【図5】図５は、一実施形態に係る改質ユニットで用いられる改質部及び燃焼部の平面図である。

【図6】図６は、一実施形態に係る改質ユニットで用いられる改質部の平面図である。

【図7】図７は、一実施形態に係る改質ユニットで用いられる改質部の平面図である。

【図8】図８は、一実施形態に係る改質ユニットで用いられる改質部の平面図である。

【図9】図９は、一実施形態に係る改質ユニットを備える燃料電池モジュールの概略図である。

【図10】図１０は、一実施形態に係る改質ユニットで用いられる改質部及び燃焼部の平面図である。

【図11】図１１は、一実施形態に係る改質ユニットを備える燃料電池モジュールの概略図である。

【図12】図１２は、図１１の燃料電池モジュールの側面図である。

【図13】図１３は、図１１の燃料電池モジュールの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る改質ユニット１００を備える燃料電池モジュール１０の概略図である。燃料電池モジュール１０は、燃料電池装置を構成するモジュールである。燃料電池モジュール１０は、燃料電池モジュール１０を動作させるための他の装置（例えばポンプ類及びセンサ類）とともに、燃料電池装置を構成し得る。図１の例において、燃料電池モジュール１０は、改質ユニット１００と、燃料電池セルスタック９００と、を備える。ただし、燃料電池モジュール１０の構成はこれに限定されない。

【0012】

改質ユニット１００は、燃焼部４００と、改質部３００と、ハウジング１１０と、を備える。ただし、改質ユニット１００の構成要素はこれらに限定されない。本実施形態において、改質ユニット１００はさらに気化部２００を備える。

【0013】

ここで、図１に示すように、改質ユニット１００の向きに対応する直交座標が設定される。ｚ軸方向は、改質ユニット１００において、燃焼部４００と改質部３００とが積層される方向である。ｘ軸方向は、燃焼部４００、改質部３００及び燃料電池セルスタック９００の長さ方向に対応する。また、ｙ軸方向は、燃焼部４００、改質部３００及び燃料電池セルスタック９００の幅方向（換言すると奥行き方向）に対応する。以下において、ｚ軸方向は、鉛直方向又は積層方向と称されることがある。上方はｚ軸正方向を意味する。下方はｚ軸負方向を意味する。ｘ軸方向は長さ方向と称されることがある。また、ｙ軸方向は幅方向と称されることがある。この直行座標は、図２以降の図面においても適宜用いられる。この直交座標の軸又は平面を用いて、位置関係を説明することがある。

【0014】

燃焼部４００は、燃料電池セルスタック９００から排出されるオフガスを燃焼する。燃焼部４００はバーナーとも称される。オフガスは、燃料電池セルスタック９００において反応しなかった水素を含むガスである。燃焼部４００には、オフガス供給路４４０を通じて燃料電池セルスタック９００から排出されたオフガスが供給される。燃焼部４００は、オフガスに点火するために、例えば着火ヒータのような点火装置６１０を備える。

【0015】

改質部３００は、原料ガスを含む混合ガスを改質することによって、燃料電池セルスタック９００に供給される改質ガスを生成する。改質部３００は改質触媒を収容し、改質触媒によって混合ガスを改質して、水素を含む改質ガスを生成する。ここで、原料ガスは、例えば炭化水素を含む天然ガス、ＬＰＧ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｇａｓ）などの気体燃料であり得る。図１の例において、混合ガスは、原料ガスの他に、気化部２００で水が気化して生じた水蒸気を含む。混合ガスは、混合ガス導管２３０を通って改質部３００に供給される。また、改質ガスは、改質ガス供給路３３０を通って燃料電池セルスタック９００に供給される。ここで、改質触媒は特定のものに限定されず、一般的に知られているものを用いることができる。また、改質部３００の外形は特定のものに限定されず、例えば円形、楕円形、矩形などであり得る。

【0016】

ここで、改質部３００において混合ガス導管２３０が接続される位置は、改質部３００の上方の面の端部近傍であってよい。そして、混合ガス導管２３０は屈曲せずに延在してよい。このように改質部３００と混合ガス導管２３０とが接続されることによって、改質ユニット１００の構造が簡便になり、製造工程の簡略化及び製造コストの低減を図ることができる。

【0017】

ハウジング１１０は、燃焼部４００及び改質部３００を収容する。図１の例において、改質部３００が燃焼部４００の上方に配置されており、ハウジング１１０はこれらを覆っている。ハウジング１１０の内部において、改質部３００と燃焼部４００とは一端が揃うように配置されてよい。別の例として、ハウジング１１０は、さらに気化部２００及び混合ガス導管２３０を覆ってよい。

【0018】

ハウジング１１０には、燃料電池モジュール１０の外部から酸化剤ガスが供給される。酸化剤ガスは酸素を含有するガスであって、例えば空気であってよい。供給された酸化剤ガスは、ハウジング１１０の内部を通って、ハウジング１１０の下部に接続された酸化剤ガス導入路１５０を経由して、燃料電池セルスタック９００に供給される。

【0019】

ハウジング１１０の内部を流れる間に、酸化剤ガスはハウジング１１０内の熱と熱交換されて温度が上昇した状態で燃料電池セルスタック９００に供給される。ハウジング１１０は、オフガスの燃焼で生じた排ガスとの熱交換が効率的に行われるように、排ガスが誘導される区画（排ガス誘導室）と隣接する位置に、酸化剤ガスが流入する区画（酸化剤ガス室）を備えてよい。

【0020】

ハウジング１１０は、燃焼部４００におけるオフガスの燃焼で生じた排ガスを排出する。ここで、ハウジング１１０は、排ガスが効率的に改質部３００と熱交換できるように、改質部３００の近くに上記の排ガス誘導室を備えてよい。例えば、改質部３００に穴３２０が設けられる場合に（図５参照）、排ガス誘導室は改質部３００の上方に設けられてよい。そして、排ガス誘導室の上方に隣接して酸化剤ガス室が設けられてよい。このとき、排ガスは、改質部３００の穴を通って改質部３００と熱交換する。そして、排ガスは、流入した排ガス誘導室において酸化剤ガス室の酸化剤ガスにも伝熱して、その後に燃料電池モジュール１０の外部に排出される。

【0021】

ハウジング１１０の内部の温度は、熱電対６２０によってモニタリングされてよい。正確なモニタリングのために、熱電対６２０は点火装置６１０の近傍に設けられてよい。

【0022】

気化部２００は水蒸気を生成し、水蒸気と原料ガスとを含む混合ガスを改質部３００に供給する。図１の例において、気化部２００はハウジング１１０の上方に設けられている。気化部２００は、例えば電気ヒータを備え、電気ヒータによって加熱された混合ガスを改質部３００に供給してよい。

【0023】

気化部２００は、水・ガス供給管２２０が接続されており、水・ガス供給管２２０を介して燃料電池モジュール１０の外部から水及び原料ガスを取得する。水・ガス供給管２２０は、多重管の形態で気化部２００に接続されてよいし、水供給管とガス供給管とがそれぞれ別個に気化部２００に接続されてよい。例えば多重管の場合に、中心軸に円筒状の水供給管が配置され、水供給管を取り囲むように円筒状のガス供給管が配置されてよい。供給された水は気化部２００で熱せられて一部が水蒸気となる。気化部２００は、水蒸気と原料ガスとの混合を促進するため、アルミナなどを原料とするセラミックスのボールなどが充填された混合層を備えてよい。

【0024】

図１に示すように、改質ユニット１００は、燃料電池セルスタック９００の上方に離間して配置される。図１に示すように、燃料電池モジュール１０は、改質ユニット１００及び燃料電池セルスタック９００を、断熱材９１０によって一体的に覆って構成される。図１の例において、燃料電池セルスタック９００は平板型であって、露出した燃料電池セルスタック９００を改質ユニット１００とともに断熱材９１０で保護している。ここで、燃料電池セルスタック９００は例えば円筒型、円筒平板型などの別の形状であってよいが、露出して用いることができず、例えば容器に収容される必要がある。そのため、小型化の観点から、燃料電池セルスタック９００は平板型であることが好ましい。

【0025】

図２は、図１の改質ユニット１００で用いられる改質部３００及び燃焼部４００の平面図である。図２の平面図は、ｘｙ平面に平行な面の図であって、ハウジング１１０を含む改質部３００及び燃焼部４００の長さ方向の外寸Ｌｘと、幅方向の外寸Ｌｙとが示されている。また、これらに対応する燃料電池セルスタック９００の外寸も示されている。図２に示すように、本実施形態において、燃料電池セルスタック９００とハウジング１１０の長さ方向及び幅方向の外寸は同一である。

【0026】

燃料電池セルスタック９００の上方に改質ユニット１００を配置する場合に、燃料電池セルスタック９００の上方の表面は、燃焼部４００を含むハウジング１１０からの輻射熱を受ける。従来の改質ユニット１００は、改質部３００と燃焼部４００との大きさ及び形状が大きく異なることが多い。従来の改質ユニット１００では、例えば燃焼部４００からの排ガスと改質部３００との熱交換などについて長さ方向及び幅方向の偏りが生じたり、ハウジング１１０の形状がいびつになったりし得る。そのため、ハウジング１１０からの輻射熱についても場所による偏りがあり、燃料電池の動作性能を低下させることがある。

【0027】

本実施形態において、燃料電池セルスタック９００とハウジング１１０の長さ方向及び幅方向の外寸は同一である。そのため、燃料電池セルスタック９００の上方の表面は、ハウジング１１０からの輻射熱をほぼ均等に受けて温度ムラが生じにくい。つまり、本実施形態に係る改質ユニット１００は、燃料電池セルスタック９００の温度ムラを抑制して、燃料電池の動作性能の低下を抑制することができる。

【0028】

ここで、露出して用いられる平板型の燃料電池セルスタック９００は、特に輻射熱の影響を受けやすい。そのため、本実施形態に係る改質ユニット１００は、平板型の燃料電池セルスタック９００とともに燃料電池モジュール１０を構成する場合に、特に好適である。また、上記のように、燃料電池モジュール１０は断熱材９１０によって覆って構成される。本実施形態において、燃料電池セルスタック９００とハウジング１１０の長さ方向及び幅方向の外寸は同一であるため、従来技術のようにハウジング１１０の凹凸に合わせた特殊な形状の断熱材９１０を使用する必要がない。つまり、燃料電池モジュール１０の断熱材９１０は、平板の断熱部材を組み合わせて構成され得る。そのため、燃料電池モジュール１０の製造工程の簡略化及び製造コストの低減を図ることができる。

【0029】

燃料電池セルスタック９００とハウジング１１０の長さ方向及び幅方向の外寸が完全に同一であることが好ましいが、輻射熱がほぼ均等である限り、完全同一でなくてよい。例えば、燃料電池セルスタック９００とハウジング１１０とで、長さ方向及び幅方向のそれぞれの外寸に５％の違いが生じても、従来技術に比べて温度ムラを抑制する効果があると考えられる。本開示において、同一は、完全同一に限定されない。例えば５％以内の外寸の違いがあっても、同一の範囲に含まれる。

【0030】

また、燃料電池セルスタック９００とハウジング１１０の長さ方向及び幅方向の外寸が同一であることが好ましいが、長さ方向及び幅方向の少なくとも一方の外寸が同一であればよい。

【0031】

（第２実施形態）
第２実施形態に係る改質ユニット１００は、以下に説明するように構成される。ただし、第１実施形態と同じ構成については説明を省略し、第１実施形態と異なる構成が以下に説明される。

【0032】

図３は、本実施形態に係る改質ユニット１００で用いられる改質部３００及び燃焼部４００の平面図である。本実施形態において、ハウジング１１０は、長さ方向の外寸と幅方向の外寸とが同一である。つまり、ハウジング１１０を含む改質部３００及び燃焼部４００について、長さ方向の外寸Ｌｘｙは幅方向の外寸Ｌｘｙと同じである。そして、燃料電池セルスタック９００とハウジング１１０の長さ方向及び幅方向の外寸は同一である。つまり、燃料電池セルスタック９００は長さ方向及び幅方向において外寸Ｌｘｙを有する。

【0033】

ここで、燃料電池セルスタック９００及びハウジング１１０について、長さ方向の外寸と幅方向の外寸とが完全に同一でなくてよい。つまり、鉛直方向（ｚ軸方向）から平面視したときに、燃料電池セルスタック９００及びハウジング１１０の形状が、完全な正方形でなくても、略正方形であればよい。

【0034】

本実施形態に係る改質ユニット１００は、第１実施形態と同様の効果に加えて、幅方向と長さ方向の外寸が同一であることによって、燃料電池を組み立てる場合に配置の自由度が高い燃料電池モジュール１０を実現できるという効果を有する。

【0035】

（第３実施形態）
第３実施形態に係る改質ユニット１００は、以下に説明するように構成される。ただし、第１実施形態と同じ構成については説明を省略し、第１実施形態と異なる構成が以下に説明される。

【0036】

図４は、本実施形態に係る改質ユニット１００を備える燃料電池モジュール１０の概略図である。本実施形態に係る改質ユニット１００は気化部２００を備えない。そして、改質部３００は、混合ガス導管２３１を介して、燃料電池モジュール１０の外部から原料ガスと霧化された水とが混合された混合ガスが供給される。ここで、霧化された水は、ハウジング１１０の内部の熱で水蒸気となる程度に微小粒子化された水である。本実施形態において、改質部３００は、気化部２００で生成される水蒸気でなく、微小粒子化された水がハウジング１１０の内部で気化した水蒸気を用いる。

【0037】

本実施形態に係る改質ユニット１００は、第１実施形態と同様の効果に加えて、一般にサイズが大きい気化部２００を省略することによって、さらに小型の燃料電池モジュール１０を実現できるという効果を有する。ここで、本実施形態に係る改質ユニット１００は、第２実施形態と同様に、さらに幅方向と長さ方向の外寸を同一とすることも可能である。

【0038】

（第４実施形態）
第４実施形態に係る改質ユニット１００は、以下に説明するように構成される。ただし、第２実施形態と同じ構成については説明を省略し、第２実施形態と異なる構成が以下に説明される。

【0039】

図５は、本実施形態に係る改質ユニット１００で用いられる改質部３００及び燃焼部４００の平面図である。改質部３００は、鉛直方向から平面視したときに、穴３２０が空いたドーナツ型の形状を有する。穴３２０は改質部３００の中央部分に設けられてよい。また、燃焼部４００は、改質部３００の穴３２０に対応する位置に、少なくとも酸化剤ガス導入路１５０を通すための穴を有してよい。

【0040】

図５に示すように、改質部３００から延びる改質ガス供給路３３０は、燃焼部４００の側を通って、燃料電池セルスタック９００の改質ガス供給用のマニホールドに接続される。また、燃料電池セルスタック９００の改質ガス排出用のマニホールドから延びる改質ガス排出路３３１が、燃焼部４００の側を通ってよい。このとき、改質ガス供給路３３０及び改質ガス排出路３３１は、燃焼部４００の１つの辺の近くにあってよい。

【0041】

また、酸化剤ガス導入路１５０とともに、酸化剤ガス排出路１５１が燃焼部４００の穴を通ってよい。ここで、酸化剤ガス導入路１５０及び酸化剤ガス排出路１５１に接続される燃料電池セルスタック９００のマニホールドは、燃料電池セルスタック９００の１つの辺に沿って設けられてよい。つまり、酸化剤ガス導入用のマニホールド及び酸化剤ガス排出用のマニホールドは、燃料電池セルスタック９００の中心部分に設けられる必要がない。この場合に、酸化剤ガス導入路１５０及び酸化剤ガス排出路１５１は、改質ユニット１００と燃料電池セルスタック９００との間の空間において屈曲する形状であってよい。

【0042】

また、燃料電池セルスタック９００は、鉛直方向から平面視したときに、正方形と異なる形状であってよい。図５に示すように、燃料電池セルスタック９００は、幅方向及び長さ方向の最大の距離がハウジング１１０と同じであれば、角を斜めにカットしたり、一部の辺に切り欠きがあったりする形状であり得る。

【0043】

本実施形態に係る改質ユニット１００は、形状が一致しない部分もあるが、燃料電池セルスタック９００とハウジング１１０の長さ方向及び幅方向の外寸が同一であるため、従来技術に比べて、燃料電池セルスタック９００の温度ムラを抑制することができる。また、本実施形態に係る改質ユニット１００は、長さ方向と幅方向の外寸が同一であることによって、燃料電池を組み立てる場合に配置の自由度が高い燃料電池モジュール１０を実現できる。

【0044】

また、本実施形態に係る改質ユニット１００は、図６に示すように、気化部２００を改質部３００の穴３２０の部分に配置することができる。このような構成によって、本実施形態に係る改質ユニット１００は、さらに小型の燃料電池モジュール１０を実現できる。

【0045】

（第５実施形態）
第５実施形態に係る改質ユニット１００は、以下に説明するように構成される。ただし、第４実施形態と同じ構成については説明を省略し、第４実施形態と異なる構成が以下に説明される。

【0046】

図７は、第５実施形態に係る改質ユニット１００で用いられる改質部３００の平面図である。改質部３００は、鉛直方向から平面視したときに穴３２０が設けられた形状であって、混合ガスの流路である混合ガス導管２３０と第１位置で接続され、改質ガスの流路である改質ガス供給路３３０と第２位置で接続される。ここで、第２位置は第１位置に近接するが、最も近い経路において仕切り部３１０が設けられている。仕切り部３１０は、例えば改質部３００を部分的に切断する空間である。そのため、改質部３００における第１位置から第２位置までの流路は、穴３２０を周回するように設けられる。改質部３００において、仕切り部３１０が設けられることによって、第１位置から第２位置への流路を長くすることができ、改質部３００における改質効率を高めることができる。

【0047】

本実施形態に係る改質ユニット１００は、第４実施形態と同様の効果に加えて、改質部３００が上記の構成を有することによって、小型でありながら改質効率を高めることができる。

【0048】

また、本実施形態に係る改質ユニット１００は、図８に示すように、気化部２００を改質部３００の第１位置の部分に配置することができる。このとき、混合ガス導管２３０に代えて、水・ガス供給管２２０が第１位置で接続される。改質部３００が気化部２００を第１位置の部分に配置する場合に、図９に示すように、改質ユニット１００は、オフガスを燃料電池モジュール１０の外部にある熱交換器９２０に供給してよい。熱交換器９２０は、燃料電池モジュール１０の側面に設置されてよい。また、熱交換器９２０にオフガスを供給する供給路４４１は、流路に燃焼触媒が配置されていてよい。

【0049】

（第６実施形態）
第６実施形態に係る改質ユニット１００は、以下に説明するように構成される。ただし、第２実施形態と同じ構成については説明を省略し、第２実施形態と異なる構成が以下に説明される。

【0050】

図１０は、第６実施形態に係る改質ユニット１００で用いられる改質部３００及び燃焼部４００の平面図である。改質ユニット１００は、燃焼部４００及び改質部３００を収容するハウジング１１０が円筒形であってよい。このとき、ハウジング１１０の直径は、燃料電池セルスタック９００の外寸と同一である。

【0051】

本実施形態に係る改質ユニット１００は、燃料電池セルスタック９００とハウジング１１０の形状が異なるが、ハウジング１１０の直径が燃料電池セルスタック９００の外寸と同一であるため、従来技術に比べて、燃料電池セルスタック９００の温度ムラを抑制することができる。また、本実施形態に係る改質ユニット１００は、幅方向と長さ方向の外寸が同一であることによって、燃料電池を組み立てる場合に配置の自由度が高い燃料電池モジュール１０を実現できる。

【0052】

（第７実施形態）
第７実施形態に係る改質ユニット１００は、以下に説明するように構成される。ただし、第１実施形態と同じ構成については説明を省略し、第１実施形態と異なる構成が以下に説明される。

【0053】

図１１は、本実施形態に係る改質ユニット１００を備える燃料電池モジュール１０の概略図である。図１２は、図１１の燃料電池モジュール１０の側面図である。図１３は、図１１の燃料電池モジュール１０の平面図である。図１１～図１３に示すように、本実施形態に係る改質ユニット１００は、気化部２００を改質部３００に一体化した構成を有する。

【0054】

本実施形態において、燃焼部４００は、酸化剤オフガス燃焼部４００Ａと、改質オフガス燃焼部４００Ｂと、で構成される。燃料電池セルスタック９００から排出される酸化剤オフガス（酸化剤ガスを主に含むオフガス）は、オフガス供給路４４０を通って、酸化剤オフガス燃焼部４００Ａに供給される。また、燃料電池セルスタック９００から排出される改質オフガス（改質ガスを主に含むオフガス）は、改質ガス排出路３３１を通って、改質オフガス燃焼部４００Ｂに供給される。また、酸化剤ガス流路１２０が、ハウジング１１０の内壁に沿って設けられている。また、バスバー９３０は、燃料電池セルスタック９００に接続され、燃料電池セルスタック９００において発電された電力を取り出すのに用いられる。

【0055】

本実施形態に係る改質ユニット１００は、第１実施形態と同様の効果に加えて、気化部２００を改質部３００に一体化することによって、さらに小型の燃料電池モジュール１０を実現できるという効果を有する。ここで、本実施形態に係る改質ユニット１００は、第２実施形態と同様に、さらに幅方向と長さ方向の外寸を同一とすることも可能である。

【0056】

本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。

【符号の説明】

【0057】

１０ 燃料電池モジュール
１００ 改質ユニット
１１０ ハウジング
１２０ 酸化剤ガス流路
１５０ 酸化剤ガス導入路
１５１ 酸化剤ガス排出路
２００ 気化部
２２０ 水・ガス供給管
２３０ 混合ガス導管
２３１ 混合ガス導管
３００ 改質部
３１０ 仕切り部
３２０ 穴
３３０ 改質ガス供給路
３３１ 改質ガス排出路
４００ 燃焼部
４００Ａ 酸化剤オフガス燃焼部
４００Ｂ 改質オフガス燃焼部
４４０ オフガス供給路
４４１ 供給路
６１０ 点火装置
６２０ 熱電対
９００ 燃料電池セルスタック
９１０ 断熱材
９２０ 熱交換器
９３０ バスバー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-09

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池セルスタックの上方に離間して配置される改質ユニットであって、
前記燃料電池セルスタックから排出されるオフガスを燃焼する燃焼部と、
燃焼部の上方に配置されて、原料ガスを含む混合ガスを改質することによって、前記燃料電池セルスタックに供給される水素を含む改質ガスを生成する改質部と、
前記燃焼部及び前記改質部を収容するハウジングと、を備え、
前記燃料電池セルスタックと前記ハウジングの幅方向及び長さ方向の外寸が同一である、改質ユニット。

【請求項2】

前記ハウジングは、幅方向の外寸と長さ方向の外寸とが同一である、請求項１に記載の改質ユニット。

【請求項3】

前記改質部は、前記原料ガスと霧化された水とが混合された前記混合ガスが供給される、請求項１又は２に記載の改質ユニット。

【請求項4】

前記改質部は、
鉛直方向から平面視したときに穴が設けられた形状であって、
前記混合ガスの流路である混合ガス導管と第１位置で接続され、
前記改質ガスの流路である改質ガス供給路と、前記第１位置に近接する第２位置で接続され、
前記改質部における前記第１位置から前記第２位置までの流路は、前記穴を周回するように設けられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の改質ユニット。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載の改質ユニットを備える、燃料電池モジュール。

【請求項6】

請求項５に記載の燃料電池モジュールを備える、燃料電池装置。