特開 2024-133314 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】P2024133314

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】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 8/2475 20160101ALI20240920BHJP

   H01M 8/04014 20160101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/2475

H01M8/04014

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024115103

(22)【出願日】2024-07-18

(62)【分割の表示】P 2020161186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

(72)【発明者】

【氏名】内 一隆

(57)【要約】

【課題】安定的に取扱い可能な燃料電池モジュールを提供する。
【解決手段】燃料電池モジュール１０は改質器１２と燃料電池セルスタック１３と燃焼器１４とハウジング１１とを有する。改質器１２は原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成する。燃料電池セルスタック１３は複数の燃料電池セルを有する。燃料電池セルは燃料ガス及び酸化剤の電気化学反応により発電する。燃焼器１４は燃料電池セルスタック１３において未反応の燃料ガスを燃焼させることにより改質器１２を加熱する。ハウジング１１は第１室部Ｒ１と第２室部Ｒ２とを有する。第１室部Ｒ１は燃料電池セルスタック１３を収容する。第２室部Ｒ２は改質器１２と燃焼器１４とを収容する。第２室部Ｒ２の外壁及び内壁の間に酸化剤の流路ＣＨを形成する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原燃料ガスを改質して、水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器が生成した燃料ガス及び酸化剤の電気化学反応により発電する複数の燃料電池セルを有する燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルスタックにおいて未反応の燃料ガスを燃焼させることにより、前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記燃料電池セルスタックを収容する第１室部と、前記改質器及び前記燃焼器を収容し、外壁及び内壁の間に前記燃料電池セルスタックに供給する酸化剤の流路が形成される第２室部とを有するハウジングと、を備える
燃料電池モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記第１室部の内壁と前記燃料電池セルスタックとの間には断熱材が介在し、
前記第２室部の内壁と前記改質器又は前記燃焼器との間には断熱材が介在しない
燃料電池モジュール。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記ハウジングにおいて、前記第１室部及び前記第２室部の配列方向に垂直な第１の方向側の面に、バスバー又は配管のうち少なくとも一方が設けられ、
前記燃料電池セルスタックと前記改質器又は前記燃焼器とを接続する配管の少なくとも１つは、前記配列方向から見た前記ハウジングの重心よりも前記第１の方向側に位置する
燃料電池モジュール。

【請求項4】

請求項１から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１室部及び前記第２室部の配列方向から見た前記ハウジングは略正方形状である
燃料電池モジュール。

【請求項5】

請求項４に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記配列方向から見た前記燃焼器は、ハウジングの外縁の４辺に平行な略矩形であり、
前記燃焼器には、前記配列方向から見て少なくとも３辺の近傍に、それぞれの辺に沿って前記未反応の燃料ガスを噴射する複数の噴射口が配置される
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において、
前記燃焼器には、前記配列方向から見て４辺の近傍に、それぞれの辺に沿って複数の前記噴射口が配置される
燃料電池モジュール。

【請求項7】

請求項４から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、
前記改質器は、前記配列方向から見て、前記燃焼器内に含まれ、前記燃焼器に平行な４辺を有する略矩形であり、
前記配列方向から見て、前記改質器から前記燃料電池セルスタックに前記燃料ガスを供給する燃料ガス配管は前記改質器の矩形の１辺の近傍に位置し、前記燃料電池セルスタックから前記燃焼器に前記未反応の燃料ガスを排出する燃料オフガス配管は該１辺の対辺の近傍に位置する
燃料電池モジュール。

【請求項8】

請求項４から７のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記改質器は、前記配列方向から見てＵ字形の内部流路を有し、
前記配列方向から見て、前記改質器への前記原燃料の供給管、及び前記改質器から前記燃料電池セルスタックに前記燃料ガスを供給する燃料ガス配管は、前記内部流路の両端近傍に位置する
燃料電池モジュール。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールを備える
燃料電池装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃料電池モジュール及び燃料電池装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

改質器、燃焼器及び燃料電池セルスタックを備える燃料電池モジュールが知られている（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２０２０－０９８７４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

燃料電池モジュールでは、燃料電池装置の製造時に安定的に取り扱われることが好ましい。

【0005】

従って、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、安定的に取り扱い可能な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】

上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による燃料電池モジュールは、
原燃料ガスを改質して、水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器が生成した燃料ガス及び酸化剤の電気化学反応により発電する複数の燃料電池セルを有する燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルスタックにおいて未反応の燃料ガスを燃焼させることにより、前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記燃料電池セルスタックを収容する第１室部と、前記改質器及び前記燃焼器を収容し、外壁及び内壁の間に前記燃料電池セルスタックに供給する酸化剤の流路が形成される第２室部とを有するハウジングと、を備える。

【0007】

第２の観点による燃料電池装置は、
原燃料ガスを改質して、水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器が生成した燃料ガス及び酸化剤の電気化学反応により発電する複数の燃料電池セルを有する燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックにおいて未反応の燃料ガスを燃焼させることにより、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃料電池セルスタックを収容する第１室部と、前記改質器及び前記燃焼器を収容し、外壁及び内壁の間に前記燃料電池セルスタックに供給する酸化剤の流路が形成される第２室部とを有するハウジングと、を有する燃料電池モジュールを備える。

【発明の効果】

【0008】

上記のように構成された本開示に係る燃料電池モジュール及び燃料電池装置によれば、安定的な取り扱いが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係る燃料電池モジュールの斜視図である。

【図2】図１におけるＩＩ―ＩＩ線に沿った燃料電池モジュールの断面図である。

【図3】図２におけるＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿った燃料電池モジュールの断面図である。

【図4】図３におけるＩＶ―ＩＶ線に沿った燃料電池モジュールの断面図である。

【図5】図１の燃料電池モジュールを上方から見た上面図である。

【図6】図１の燃料電池モジュールの製造方法における改質器及び燃焼器を形成する工程を説明するために、ハウジング箱状部を第１の方向から見た図である。

【図7】図１の燃料電池モジュールの製造方法における燃料電池セルスタックを配置する工程を説明するために、ハウジング箱状部を第１の方向から見た図である。

【図8】図１の燃料電池モジュールの製造方法におけるハウジング箱状部を密封する工程を説明するために、第２の方向に垂直な平面に沿った改質器、燃焼器、燃料電池セルスタック、ハウジング箱状部及び蓋状部の断面図である。

【図9】図８の蓋状部の正面図である。

【図10】ハウジングの第２の方向に平行な辺が短辺である参照例の燃料電池モジュールにおける改質器の形状を示す、配列方向に垂直な平面に沿った断面図である。

【図11】変形例の燃料電池モジュールの、配列方向に垂直な平面に沿った断面図である。

【図12】別の変形例の燃料電池モジュールの、配列方向に垂直な平面に沿った断面図である。

【図13】別の変形例の燃料電池モジュールの、配列方向に垂直な平面に沿った断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示を適用した燃料電池モジュールの実施形態について、図面を参照して説明する。

【0011】

図１に示すように、本開示の一実施形態に係る燃料電池モジュール１０は、ハウジング１１を含んで構成される。さらに、図２に示すように、燃料電池モジュール１０は、改質器１２、燃料電池セルスタック１３及び燃焼器１４を含んで構成される。

【0012】

燃料電池モジュール１０を含む燃料電池装置では、設置時における地表に対する姿勢が定められている。本願明細書において、地表に対して定められた姿勢において鉛直上方となる燃料電池装置内の燃料電池モジュール１０における方向を、上方向と呼ぶ。本願明細書において、地表に対して定められた姿勢において鉛直下方となる燃料電池装置内の燃料電池モジュール１０における方向を、下方向と呼ぶ。本願明細書において、燃料電池モジュール１０の上下方向に垂直且つ互いに垂直な２方向を第１の方向及び第２の方向と呼ぶ。

【0013】

図１に示すように、ハウジング１１は、例えば、略直方体状であってよい。直方体状のハウジング１１は、上下方向に垂直な略正方形の面、第１の方向に垂直な略矩形の面及び第２の方向に平行な略矩形の面によって形成されてよい。

【0014】

ハウジング１１には、第１の方向側の面Ｓ１に、バスバー１５及び配管１６の少なくとも１つが設けられてよい。バスバー１５は、ハウジング１１の第１の方向側の壁を貫通しており、燃料電池セルスタック１３に接続される。バスバー１５は、燃料電池セルスタック１３が発電する電力を燃料電池モジュール１０から出力させる。配管１６は、例えば、原燃料ガス及び水の供給管１７、又は排出管１８であってよい。原燃料ガス及び水の供給管１７は、ハウジング１１の第１の方向側の壁を貫通しており、改質器１２に接続される。原燃料ガス及び水の供給管１７は、改質器１２に原燃料ガス及び水を供給する。排出管１８は、内空がハウジング１１の内部と連通する。排出管１８は、燃焼器１４における燃焼により生じる排気ガスを排出する。

【0015】

ハウジング１１には、第１の方向側の面Ｓ１からハウジング１１内部に延びる、熱電対１９及び着火ヒータ２０が設けられてよい。熱電対１９は、後述する燃焼室の温度を検出する。着火ヒータ２０は、後述する燃焼器１４に着火する。ハウジング１１には、上面ＵＳに酸化剤ガス供給管２１が設けられてよい。酸化剤ガス供給管２１は、ハウジング１１の上方側の外壁を貫通しておりハウジング１１における酸化剤ガスの供給路に接続される。

【0016】

ハウジング１１は、第１室部Ｒ１及び第２室部Ｒ２を有する。第１室部Ｒ１及び第２室部Ｒ２は、配列方向に沿って並んでよい。本実施形態において、配列方向は上下方向に平行である。ハウジング１１は、上下方向に内部を分割する隔壁２２により、ハウジング１１内に第１室部Ｒ１及び第２室部Ｒ２を画定してよい。

【0017】

ハウジング１１は、燃料電池セルスタック１３を第１室部Ｒ１に収容する。第１室部Ｒ１の内壁と燃料電池セルスタック１３との間には断熱材２３が介在してよい。燃料電池セルスタック１３の下方にも断熱材２３が介在してよい。ハウジング１１は、改質器１２及び燃焼器１４を第２室部Ｒ２に収容する。第２室部Ｒ２の内壁と、改質器１２又は燃焼器１４との間には断熱材２３が介在しなくてよい。

【0018】

図２、３に示すように、ハウジング１１の第２室部Ｒ２の外壁及び内壁の間には、酸化剤の流路ＣＨが形成される。流路ＣＨは、酸化剤ガス供給管２１から燃料電池セルスタック１３の酸化剤ガス供給口を連結する。流路ＣＨは、例えば、ハウジング１１の上面ＵＳ、並びに第２室部Ｒ２の側面及び下面それぞれにおける外壁及び内壁によって画定される内空により形成されてよい。流路ＣＨが形成される第２室部Ｒ２の側面は、第２の方向に垂直な２面であってよい。流路ＣＨが形成される第２室部Ｒ２の下面は、隔壁２２の下面であってよい。流路ＣＨは、酸化剤ガス供給管２１から送出される酸素などの酸化剤を含むガス（例えば、空気）を燃料電池セルスタック１３に供給する。

【0019】

図２に示すように、改質器１２は、原燃料ガス及び水の供給管１７を介して、原燃料ガス及び水が内部に供給される。改質器１２は、改質触媒を収容しており、原燃料ガスを、水を用いて改質することにより水素を含む燃料ガスを生成する。改質器１２には、燃料電池モジュール１０の外部の気化器において気化された原燃料ガス及び水蒸気が供給されてよい。または、改質器１２が気化器を含み、原燃料ガス及び液状の水が改質器１２に供給されてもよい。図４に示すように、改質器１２は、配列方向（上下方向）から見て、第１の方向及び第２の方向に平行な長辺及び短辺を有する略矩形であってよい。改質器１２は、内部が中空である略直方体形であってよい。

【0020】

図２に示すように、燃料電池セルスタック１３には、酸化剤ガス配管２４を介して、流路ＣＨから酸化剤ガスが供給される。また、図３に示すように、燃料電池セルスタック１３には、燃料ガス配管２５を介して、改質器１２から燃料ガスが供給される。燃料電池セルスタック１３は、複数の燃料電池セルを含む。燃料電池セルは、燃料ガス及び酸化剤ガスの電気化学反応により発電する。燃料電池セルでは、供給される燃料ガスの全量及び酸化剤ガスの全量が電気化学反応を起こすわけではなく、未反応の燃料ガス及び酸化剤ガスを排出する。

【0021】

図２に示すように、燃焼器１４には、酸化剤オフガス配管２６を介して、燃料電池セルスタック１３から未反応の酸化剤ガスが排出される。また、図３に示すように、燃焼器１４には、燃料オフガス配管２７を介して、燃料電池セルスタック１３から未反応の燃料ガスが排出される。燃焼器１４は、燃料電池セルスタック１３において未反応の燃焼ガスを、未反応の酸化剤ガスを用いて燃焼させることにより、改質器１２を加熱する。燃焼器１４は、改質器１２の加熱により、改質器１２における水蒸気改質反応に必要な熱を付与す
る。

【0022】

図２から４に示すように、燃焼器１４は、酸化剤オフガス燃焼器３０及び燃料オフガス燃焼器３１を含んでよい。

【0023】

図２、３に示すように、燃焼器１４は、第２室部Ｒ２において、改質器１２より下方に設けられてよい。燃焼器１４は、第２室部Ｒ２内の隔壁２２側の内面に当接してよい。さらに具体的には、酸化剤オフガス燃焼器３０が当該内面に当接してよい。燃料オフガス燃焼器３１が酸化剤オフガス燃焼器３０の上方において当接してよい。

【0024】

図４に示すように、燃焼器１４の上面に、酸化剤オフガス噴射口２８、及び燃料オフガス噴射口２９が形成されてよい。図２、３に示すように、酸化剤オフガス噴射口２８は、改質器１２及び燃焼器１４が収容される屋内空間ＩＳに未反応の酸化剤ガスを噴射してよい。燃料オフガス噴射口２９は、屋内空間ＩＳに未反応の燃料ガスを噴射してよい。燃焼器１４には、複数の酸化剤オフガス噴射口２８及び複数の燃料オフガス噴射口２９が形成されてよい。さらに具体的には、酸化剤オフガス燃焼器３０に、酸化剤オフガス噴射口２８が形成されてよい。また、燃料オフガス燃焼器３１に、燃料オフガス噴射口２９が形成されてよい。

【0025】

図４に示すように、燃焼器１４は、配列方向（上下方向）から見て、改質器１２より大きくてよい。燃焼器１４は、配列方向から見て、改質器１２の周囲の少なくとも一部において、改質器１２の外縁からはみ出してよい。さらに具体的には、酸化剤オフガス燃焼器３０及び燃料オフガス燃焼器３１は、配列方向から見て、改質器１２の周囲の少なくとも一部において、改質器１２の外縁からはみ出してよい。さらには、酸化剤オフガス燃焼器３０は、配列方向から見て、改質器１２の周囲の少なくとも一部において、燃料オフガス燃焼器３１の外縁からはみ出してよい。

【0026】

燃焼器１４は、例えば、配列方向（上下方向）から見て略矩形であって、外縁を構成する辺が第１の方向又は第２の方向に平行になるように配置されてよい。さらに具体的には、酸化剤オフガス燃焼器３０及び燃料オフガス燃焼器３１は、配列方向（上下方向）から見て、略矩形であって、外縁を構成する辺が第１の方向又は第２の方向に平行になるように配置されてよい。

【0027】

燃焼器１４は、内部が中空である略直方体形であってよい。さらに、具体的には、図２から４に示すように、酸化剤オフガス燃焼器３０は、内部が中空である略直方体形であってよい。また、燃料オフガス燃焼器３１は、内部が中空で略直方体形であってよい。さらに、燃料オフガス燃焼器３１は、上方の一部を陥凹させて、当該陥凹部分の壁を改質器１２と共有してよい。

【0028】

燃焼器１４は、第１の方向に平行な２辺近傍及び第２の方向に平行な１辺近傍が、配列方向（上下方向）から見て、改質器１２からはみ出してよい。さらに具体的には、酸化剤オフガス燃焼器３０は、第１の方向に平行な２辺近傍が、配列方向から見て燃料オフガス燃焼器３１からはみ出してよい。また、燃料オフガス燃焼器３１は、第１の方向に平行な２辺近傍及び第２の方向に平行な１辺近傍が、配列方向から見て、改質器１２からはみ出してよい。

【0029】

酸化剤オフガス燃焼器３０における、配列方向（上下方向）から見て燃料オフガス燃焼器３１からはみ出している、第１の方向に平行な２辺近傍に、それぞれの辺に沿って複数の酸化剤オフガス噴射口２８が配置されてよい。酸化剤オフガス噴出口２８は、それぞれの辺に沿って端から端まで設けられてよい。燃料オフガス燃焼器３１における、配列方向
から見て改質器１２からはみ出している、第１の方向に平行な２辺近傍及び第２の方向に平行な１辺近傍に、それぞれの辺に沿って複数の燃料オフガス噴射口２９が配置されてよい。燃料オフガス噴射口２９は、それぞれの辺に沿って端から端まで設けられてよい。複数の酸化剤オフガス噴射口２８及び複数の燃料オフガス噴射口２９は等間隔で並んでよい。

【0030】

図２に示すように、燃焼器１４は、酸化剤オフガス燃焼器３０において酸化剤オフガス配管２６に接続されてよい。図３に示すように、燃焼器１４は、燃料オフガス燃焼器３１において燃料オフガス配管２７に接続されてよい。図５に示すように、燃料電池セルスタック１３と、改質器１２又は燃焼器１４とを接続する配管、言換えると、酸化剤ガス配管２４、燃料ガス配管２５、酸化剤オフガス配管２６及び燃料オフガス配管２７の少なくとも１つは、配列方向（上下方向）から見たハウジング１１の重心よりも第１の方向側に位置してよい。本実施形態において、酸化剤オフガス配管２６が、配列方向から見たハウジング１１の重心よりも第１の方向側に位置する。燃料ガス配管２５及び燃料オフガス配管２７は、改質器１２の、第１の方向の逆側の辺の近傍において、第１の方向における同じ位置に位置してよい。さらに、燃料ガス配管２５及び燃料オフガス配管２７は、第２の方向における異なる位置に位置してよい。酸化剤ガス配管２４は、配列方向から見たハウジング１１の、第１の方向及び第２の方向における中央位置に位置してよい。

【0031】

以上のような構成の本実施形態の燃料電池モジュール１０では、燃料電池セルスタック１３を収容する第１室部Ｒ１と、改質器１２及び燃焼器１４を収容するハウジング１１を備える。このような構成により、燃料電池モジュール１０は、改質器１２、燃料電池セルスタック１３及び燃焼器１４が単一のハウジング１１に収容されるので、安定的に取り扱われ得る。また、燃料電池モジュール１０では、改質器１２、燃料電池セルスタック１３及び燃焼器１４の位置決めが容易であるため、製造コストが低減され得る。また、燃料電池モジュール１０では、単一のハウジング１１を用いながら、内部から加熱可能な第２室部Ｒ２のみにおいて外壁及び内壁の間に流路ＣＨを有するので、燃料電池セルスタック１３に供給する酸化剤ガスを十分に昇温し得る。したがって、燃料電池モジュール１０は、燃料電池セルスタック１３における発電の効率を向上し得る。

【0032】

また、本実施形態の燃料電池モジュール１０では、第１室部Ｒ１の内壁と燃料電池セルスタック１３との間に断熱材２３が介在する。このような構成により、燃料電池モジュール１０は、燃焼器１４からの燃料電池セルスタック１３への伝熱を抑制するので、燃焼器１４の輻射熱に起因する燃料電池セルスタック１３に発生させる温度ムラを低減し得る。また、燃料電池モジュール１０では、第２室部Ｒ２と改質器１２又は燃焼器１４との間には断熱材が介在しない。このような構成により、燃料電池モジュール１０は、ハウジング１１の内壁全面に断熱材が介在されず、酸化剤の流路ＣＨを燃焼器１４における燃焼により加熱し得る。

【0033】

また、本実施形態の燃料電池モジュール１０では、第１の方向側の面Ｓ１にバスバー１５及び配管１６の少なくとも１つが設けられ、燃料電池セルスタック１３と改質器１２又は燃焼器１４とを接続する配管２４、２５、２６、２７の少なくとも１つは、配列方向から見たハウジング１１の重心よりも第１の方向側に位置する。このような構成により、燃料電池モジュール１０は、以下に説明するように、容易に製造され得、製造コストを低減し得る。

【0034】

図６に示すように、直方体における第１の方向側の一面が開放されたハウジング箱状部３２において、第１の方向側から、改質器１２及び燃焼器１４が、隔壁２２により画定される第２室部Ｒ２に形成される。改質器１２の形成に際して、隔壁２２は、改質器１２側の配管３３に挿通される。酸化剤オフガス燃焼器３０の形成に際して、隔壁２２は、酸化
剤オフガス燃焼器３０側の配管３４に挿通される。燃料オフガス燃焼器３１の形成に際して、隔壁２２は、燃料オフガス燃焼器３１側の配管３５に挿通される。

【0035】

図７に示すように、ハウジング箱状部３２において、第１の方向側から、燃料電池セルスタック１３が、第１室部Ｒ１に配置される。燃料電池セルスタック１３の載置に際して、燃料電池セルスタック１３側の配管と、改質器１２又は燃焼器１４側の配管とが連結される。配管の連結は、ハウジング箱状部３２において開放された第１の方向とは反対方向側から行われる。先に第１室部Ｒ１に燃料電池セルスタック１３を載置して、その後第２室部Ｒ２に改質器１２及び燃焼器１４を載置してもよい。

【0036】

本実施形態においては、燃料電池セルスタック１３の載置に際して、燃料電池セルスタック１３における燃料ガス供給用の配管３６が改質器１２側の配管３３に連結され、燃料ガス配管２５が形成される。また、燃料電池セルスタック１３の載置に際して、燃料電池セルスタック１３における燃料オフガス排出用の配管３８が燃料オフガス燃焼器３１側の配管３５に連結され、燃料オフガス配管２７が形成される。次に、燃料電池セルスタック１３の載置に際して、燃料電池セルスタック１３における酸化剤供給用の配管が流路ＣＨ側の配管に連結され、酸化剤ガス配管２４が形成される。次に、燃料電池セルスタック１３の載置に際して、燃料電池セルスタック１３における酸化剤オフガス排出用の配管３７が酸化剤オフガス燃焼器３０側の配管３４に連結され、酸化剤オフガス配管２６が形成される。さらに、第１室部Ｒ１の内壁と燃料電池セルスタック１３との間に、さらに断熱材２３が配置されてよい。

【0037】

図８に示すように、第１の方向側から蓋状部３９によりハウジング箱状部３２の開放された部分が密封される。図９に示すように、蓋状部３９は、ハウジング箱状部３２の開放部分を覆う矩形である。蓋状部３９には、原燃料ガス及び水の供給管１７を挿通させる第１の孔部ＨＬ１、及びバスバー１５を挿通させる第２の孔部ＨＬ２が形成される。蓋状部３９には、裏面に貫通する排出管１８が設けられる。蓋状部３９には、裏面の内部にまで挿通されるように、熱電対１９及び着火ヒータ２０が設けられる。

【0038】

上述のような製造方法において、燃料電池セルスタック１３側の配管と、改質器１２又は燃焼器１４側の配管との連結の工程は、ハウジング箱状部３２の開放された方向側に近いほど容易になる。したがって、上述の構成を有するので、燃料電池モジュール１０は、容易に製造され得る。

【0039】

また、本実施形態の燃料電池モジュール１０では、配列方向（上下方向）から見たハウジング１１は略正方形状である。このような構成により、燃料電池モジュール１０は、改質器１２の形状の自由度を向上させ得るので、製造コストを低減させ得る。例えば、燃料ガス配管２５及び燃料オフガス配管２７を第２の方向に沿って並ばせて配置する構成では、燃料ガス配管２５及び燃料オフガス配管２７の間隔をある程度の間隔にする必要がある。第２の方向が短辺となる形状のハウジング１１’においては、燃料ガス配管２５及び燃料オフガス配管２７を第２の方向に沿って並ばせて配置する構成を採用すると、図１０に示すように、改質器１２’をＴ字型に形成する必要があり得る。一方で上述の構成によれば、改質器１２を矩形に形成できるので、Ｔ字型の改質器１２’よりも製造が容易となり得る。

【0040】

また、本実施形態の燃料電池モジュール１０では、配列方向（上下方向）から見た燃焼器１４はハウジング１１の外縁の４辺に平行な略矩形であり、少なくとも３辺の近傍にそれぞれの辺に沿って複数の燃料オフガス噴射口２９が配置される。このような構成により、燃料電池モジュール１０は、燃料オフガス噴射口２９の配置の改質器１２の周囲に沿った均等性を向上する。したがって、燃料電池モジュール１０は、燃焼器１４による加熱効
率を向上し得る。

【0041】

本発明を諸図面や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や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、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

【0042】

例えば、本実施形態では、燃料オフガス燃焼器３１における、第１の方向に平行な２辺近傍及び第２の方向に平行な１辺近傍に、それぞれの辺に沿って端から端まで複数の燃料オフガス噴射口２９が配置されているが、燃料オフガス噴射口２９の配置はこのような構成に限定されない。図１１に示すように、燃焼器１４、言換えると酸化剤オフガス燃焼器３０及び燃料オフガス燃焼器３１は、４辺近傍が、配列方向（上下方向）から見て、改質器１２からはみ出してよい。さらに、燃料オフガス燃焼器３１における、配列方向から見て改質器１２からはみ出している、４辺近傍に、それぞれの辺に沿って端から端まで複数の燃料オフガス噴射口２９が配置されてよい。このような構成により、燃料電池モジュール１０は、燃料オフガス噴射口２９の配置の改質器１２０の周囲に沿った均等性を向上する。したがって、燃料電池モジュール１０は、燃焼器１４による加熱効率を向上し得る。

【0043】

また、本実施形態では、燃料ガス配管２５及び燃料オフガス配管２７は、改質器１２の、第１の方向の逆側の辺の近傍において、第１の方向における同じ位置に位置するが、このような配置に限定されない。図１２に示すように、燃料ガス配管２５は、配列方向（上下方向）から見て、改質器１２の矩形の１辺の近傍に位置してよく、燃料オフガス配管２７は、配列方向から見て、燃料ガス配管２５が近傍に位置する当該１辺の対辺の近傍に位置してよい。より具体的には、燃料ガス配管２５は、改質器１２の第１の方向の反対側の１辺近傍に位置してよく、燃料オフガス配管２７は、改質器１２の第１の方向の１辺近傍に位置してよい。

【0044】

また、本実施形態では、改質器１２は、内部全体が中空であり、単一の方向に向かう内部流路のみを有する構成であるが、このような構成に限定されない。図１３に示すように、改質器１２は配列方向（上下方向）から見て、Ｕ字形の内部流路を有してよい。より具体的には、改質器１２は、中空の内部において、第１の方向側の端から、第１の方向の反対側の端の途中まで延びる隔壁４０を有してよい。さらに、配列方向から見て、原燃料ガス及び水の供給管１７及び燃料ガス配管２５は、内部流路の両端近傍に位置してよい。このような構成により、燃料電池モジュール１０は、改質器１２における原燃料ガス及び水の流路を長くし得るので、改質反応をより実施でき、未改質の原燃料ガスが燃料電池セルスタック１３に供給されることを抑制できる。

【符号の説明】

【0045】

１０ 燃料電池モジュール
１１、１１’ ハウジング
１２、１２’ 改質器
１３ 燃料電池セルスタック
１４ 燃焼器
１５ バスバー
１６ 配管
１７ 原燃料ガス及び水の供給管
１８ 排出管
１９ 熱電対
２０ 着火ヒータ
２１ 酸化剤ガス供給管
２２ 隔壁
２３ 断熱材
２４ 酸化剤ガス配管
２５ 燃料ガス配管
２６ 酸化剤オフガス配管
２７ 燃料オフガス配管
２８ 酸化剤オフガス噴射口
２９ 燃料オフガス噴射口
３０ 酸化剤オフガス燃焼器
３１ 燃料オフガス燃焼器
３２ ハウジング箱状部
３３ 改質器側の配管
３４ 酸化剤オフガス燃焼器側の配管
３５ 燃料オフガス燃焼器側の配管
３６ 燃料ガス供給用の配管
３７ 酸化剤オフガス排出用の配管
３８ 燃料オフガス排出用の配管
３９ 蓋状部
４０２ 隔壁
ＨＬ１ 第１の孔部
ＩＳ 屋内空間
Ｒ１ 第１室部
Ｒ２ 第２室部
Ｓ１ 第１の方向側の面
ＵＳ 上面

【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】

原燃料ガスを改質して、水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器が生成した燃料ガス及び酸化剤の電気化学反応により発電する複数の燃料電池セルを有する燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルスタックにおいて未反応の燃料ガスを燃焼させることにより、前記改質器を加熱する燃焼器と、を収納するハウジングと、を備え、
前記改質器から前記燃料電池セルスタックに前記燃料ガスを供給する燃料ガス配管と、前記燃料電池セルスタックから前記燃焼器に前記未反応の燃料ガスを排出する燃料オフガス配管と、前記燃料電池セルスタックに酸化剤を供給する酸化剤配管と、前記燃料電池セルスタックから前記燃焼器に酸化剤オフガスを排出する酸化剤オフガス配管と、を備え、
前記燃料ガス配管、燃料オフガス配管、酸化剤配管及び酸化剤オフガス配管の内、少なくとも３つは、上方から見て一列に並んでいる
燃料電池モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記ハウジングは、前記燃料電池セルスタックを収容する第１室部と、前記改質器及び前記燃焼器を収容する第２室部とを有し、
前記燃料ガス配管、燃料オフガス配管、酸化剤配管及び酸化剤オフガス配管は、前記第１室部と第２室部の間を貫通する部分が、上方から見て一列に並んでいる
燃料電池モジュール。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記第１室部の内壁と前記燃料電池セルスタックとの間には断熱材が介在し、
前記第２室部の内壁と前記改質器又は前記燃焼器との間には断熱材が介在しない
燃料電池モジュール。

【請求項4】

請求項１から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、
前記ハウジングにおいて、前記第１室部及び前記第２室部の配列方向に垂直な第１の方向側の面に、バスバー又は配管のうち少なくとも一方が設けられ、
前記燃料電池セルスタックと前記改質器又は前記燃焼器とを接続する配管の少なくとも１つは、前記配列方向から見た前記ハウジングの重心よりも前記第１の方向側に位置する
燃料電池モジュール。

【請求項5】

請求項１から４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１室部及び前記第２室部の配列方向から見た前記ハウジングは略正方形状である
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において、
前記配列方向から見た前記燃焼器は、ハウジングの外縁の４辺に平行な略矩形であり、
前記燃焼器には、前記配列方向から見て少なくとも３辺の近傍に、それぞれの辺に沿って前記未反応の燃料ガスを噴射する複数の噴射口が配置される
燃料電池モジュール。

【請求項7】

請求項６に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記燃焼器には、前記配列方向から見て４辺の近傍に、それぞれの辺に沿って複数の前記噴射口が配置される
燃料電池モジュール。

【請求項8】

請求項５から７のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記改質器は、前記配列方向から見て、前記燃焼器内に含まれ、前記燃焼器に平行な４辺を有する略矩形であり、
前記配列方向から見て、前記改質器から前記燃料電池セルスタックに前記燃料ガスを供給する燃料ガス配管は前記改質器の矩形の１辺の近傍に位置し、前記燃料電池セルスタックから前記燃焼器に前記未反応の燃料ガスを排出する燃料オフガス配管は該１辺の対辺の近傍に位置する
燃料電池モジュール。

【請求項9】

請求項５から８のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記改質器は、前記配列方向から見てＵ字形の内部流路を有し、
前記配列方向から見て、前記改質器への前記原燃料ガスの供給管、及び前記改質器から前記燃料電池セルスタックに前記燃料ガスを供給する燃料ガス配管は、前記内部流路の両端近傍に位置する
燃料電池モジュール。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールを備える
燃料電池装置。