特開 2024-46541 燃料電池システムのホットモジュール

(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】P2024046541

(43)【公開日】2024-04-03

(54)【発明の名称】燃料電池システムのホットモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240327BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20240327BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20240327BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20240327BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/12 101

H01M8/04 J

H01M8/04746

H01M8/12 102A

H01M8/2475

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022151980

(22)【出願日】2022-09-22

(71)【出願人】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141092

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 英生

(71)【出願人】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004082

【氏名又は名称】弁理士法人北大阪特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100141092

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 英生

(72)【発明者】

【氏名】中島 達哉

(72)【発明者】

【氏名】赤羽 俊之輔

(72)【発明者】

【氏名】藤木 広志

(72)【発明者】

【氏名】中西 志歩

(72)【発明者】

【氏名】中村 和郎

(72)【発明者】

【氏名】大沢 智也

(72)【発明者】

【氏名】喜多 修士

(72)【発明者】

【氏名】加来 聡

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126AA28

5H126BB06

5H127AA07

5H127AC04

5H127AC15

5H127BA05

5H127BA13

5H127BA19

5H127BA33

5H127BA57

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB27

5H127BB37

5H127CC03

5H127CC05

5H127DC73

5H127DC76

5H127EE02

5H127EE03

(57)【要約】

【課題】セルスタックの動作温度を適正範囲に維持することが容易となる燃料電池システムのホットモジュールを提供する。
【解決手段】燃料電池セルスタックと、冷却用空気が流通する冷却体と、を備え、前記冷却体を前記セルスタックの近傍に設置すると共に、前記冷却体に導入する冷却用空気の流量を調整することにより、ホットモジュール内部の熱量を制御する燃料電池システムのホットモジュールとする。
【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と、
冷却用空気が流通する冷却体と、を備え、
前記冷却体を前記セルスタックの近傍に設置すると共に、前記冷却体に導入する冷却用空気の流量を調整することにより、ホットモジュール内部の熱量を制御することを特徴とする燃料電池システムのホットモジュール。

【請求項2】

前記燃料電池セルスタックの複数個を集積してセルスタック集合体を構成し、
前記冷却体を前記セルスタック集合体の近傍に設置することを特徴とする請求項１に記載のホットモジュール。

【請求項3】

前記冷却体は、当該冷却体の内部を流通する冷却用空気の流れ方向と、前記セルスタックの内部を流通するアノード燃料の流れ方向とが略同じ方向になるように、前記セルスタックないし前記セルスタック集合体の近傍に設置されることを特徴とする請求項２に記載のホットモジュール。

【請求項4】

前記冷却体は、箱状または管状の形状を有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のホットモジュール。

【請求項5】

前記冷却体は、その内部に冷却用空気の乱流を促進する構造物ないし充填物を有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のホットモジュール。

【請求項6】

前記セルスタックは、一対の端板間に所定数の平板型発電セルを積層した構成であって、当該端板の少なくとも一方に、アノード燃料流入ポート、カソード空気流入ポート、アノードオフガス流出ポートおよびカソードオフガス流出ポートを有しており、
前記冷却体を前記端板の板面に沿って設置したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のホットモジュール。

【請求項7】

カソード空気の導入母管となるマニホールドと、
前記カソード空気流入ポートと前記マニホールドとを接続する枝管と、を備え、
前記冷却体は、前記マニホールドおよび前記枝管とは別個の構成要素であることを特徴とする請求項６に記載のホットモジュール。

【請求項8】

前記冷却体を流通後の冷却用空気の少なくとも一部をカソード空気として前記セルスタックに供給することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のホットモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システムのホットモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ガスタービン発電機やガスエンジン発電機に比べて環境有害物質の放出が少なく発電効率に優れる発電装置として、様々なタイプの燃料電池が開発されてきた。特に、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は５０％以上の高い発電効率が得られるため、産業用から家庭用まで広範な出力範囲の発電に利用される。

【0003】

燃料電池システムは、都市ガス等のメタン含有ガスを原燃料とする改質形と、水素を原燃料とする非改質形があるが、日本国内では水素供給インフラが整備途上であるため、前者が主流となっている。改質形燃料電池システムでは、発電のコアとなる燃料電池セルスタック（以下、単にセルスタックと称することがある）と燃料改質やガス予熱などに必要な補助機器をパッケージにして、熱的に自立可能なホットモジュールを構成している。ホットモジュールは、特許文献１～３に開示されるように、発電出力に応じた複数個のセルスタックを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１４－５０７７５９号公報

【特許文献2】特開２０２１－１５６７４号公報

【特許文献3】特開２０２１－１２８０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＳＯＦＣセルスタックの動作温度は、素材や製法の改良により、以前の７００～９００℃から近年は５００～７００℃まで低温化している。この動作温度の差は、主に発電セルの損失エネルギーに基因している。つまり、近年のセルスタックは、発電損失が改善されていると言える一方、発電セルを長期間使用していると、固体電解質および電極材料の活性低下、あるいはインターコネクタやガラスシール等の経年劣化が進み、損失エネルギーが初期状態よりも増大していく。すると、セルスタックの動作温度が徐々に上昇し、やがて適正範囲から外れることになる。セルスタックの動作温度が適正範囲から外れた状態で使用を続けると、燃料利用率を大幅に悪化させたり、ホットモジュールの熱バランスを損なったりするおそれがある。

【0006】

そこで、特許文献３では、カソード空気（酸化剤含有ガス）をホットモジュールに導入する前に冷却水で冷却し、低温のカソード空気をセルスタックに供給するように構成している。この構成によれば、セルスタックの内部の過剰な熱量がカソードオフガスに同伴して排出されることになり、セルスタックの動作温度が適正範囲に維持される。しかしながら、特許文献３の構成では、次の懸念点が存在する。

【0007】

第１の懸念点は、カソード空気の外部冷却によりセルスタックの動作温度を間接的に制御する一方で、セルスタックからの放熱量も完全に制御しなくてはならないことである。ホットモジュールの内部に蓄積した過剰な熱量を放出する手段を持たないため、セルスタック自体を断熱材で覆うなど、ホットモジュールの組立工数や材料コストを上昇させる特別な処置を必要とする。また、セルスタックからの放射伝熱を原燃料ガスの水蒸気改質反応等の熱自立に利用しないので、大量の余剰廃熱が発生することになり、モノジェネ型のＳＯＦＣシステムが成立し難い。

【0008】

第２の懸念点は、セルスタックの動作温度まで予熱されていないカソード空気の供給が、固体電解質の温度を下げる側に作用することである。そのため、セルスタックの発電性能が初期状態からあまり変化しておらず発電セルの損失エネルギーが微小であったとしても、カソード空気の低い温度が固体電解質のイオン透過能に悪影響を及ぼすことにより、発電反応量の低下を招くおそれがある。

【0009】

第３の懸念点は、冷却水を循環させるための付帯設備（循環ポンプやバッファタンク等）や冷却水の再冷却設備（冷却塔やチラー等）が必要になることである。そのため、システムのイニシャルコストが高額になるうえ、これら設備の電力消費によって発電効率が大幅に下がることもあり得る。また、大気開放型の水循環では、水中での細菌（特に、レジオネラ属菌）の繁殖を抑制するため、殺菌剤の添加やブローダウン等、適切な水質管理も必須となろう。

【0010】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、セルスタックの動作温度を適正範囲に維持することが容易な燃料電池システムのホット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】

【0011】

本発明に係る燃料電池システムのホットモジュールは、燃料電池セルスタックと、冷却用空気が流通する冷却体と、を備え、前記冷却体を前記セルスタックの近傍に設置すると共に、前記冷却体に導入する冷却用空気の流量を調整することにより、ホットモジュール内部の熱量を制御する構成とする。本構成によれば、ホットモジュールの内部に蓄積した過剰な熱量を放出する手段を有しているので、セルスタックの動作温度を適正範囲に維持することが容易となる。

【0012】

上記構成としてより具体的には、前記燃料電池セルスタックの複数個を集積してセルスタック集合体を構成し、前記冷却体を前記セルスタック集合体の近傍に設置する構成としても良い。また上記構成としてより具体的には、前記冷却体は、当該冷却体の内部を流通する冷却用空気の流れ方向と、前記セルスタックの内部を流通するアノード燃料の流れ方向とが略同じ方向になるように、前記セルスタックないし前記セルスタック集合体の近傍に設置される構成としても良い。なおここでの「略同じ方向」であるとは、一方の流体の入口基準点と出口基準点を結ぶ直線に沿った基準流れの方向と、他方の流体の基準流れの方向とが４５°以内である場合のこととする。

【0013】

上記構成としてより具体的には、前記冷却体は、箱状または管状の形状を有する構成としても良い。上記構成としてより具体的には、前記冷却体は、その内部に冷却用空気の乱流を促進する構造物ないし充填物を有する構成としても良い。

【0014】

上記構成としてより具体的には、前記セルスタックは、一対の端板間に所定数の平板型発電セルを積層した構成であって、当該端板の少なくとも一方に、アノード燃料流入ポート、カソード空気流入ポート、アノードオフガス流出ポートおよびカソードオフガス流出ポートを有しており、前記冷却体を前記端板の板面に沿って設置した構成としても良い。

【0015】

上記構成としてより具体的には、カソード空気の導入母管となるマニホールドと、前記カソード空気流入ポートと前記マニホールドとを接続する枝管と、を備え、前記冷却体は、前記マニホールドおよび前記枝管とは別個の構成要素である構成としても良い。

【0016】

上記構成としてより具体的には、前記冷却体を流通後の冷却用空気の少なくとも一部をカソード空気として前記セルスタックに供給する構成としても良い。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る燃料電池システムのホットモジュールによれば、セルスタックの動作温度を適正範囲に維持することが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１実施形態に係る燃料電池システム１００の構成を示す説明図である。

【図2】第１実施形態に係るホットモジュールＨＭの斜視図である。

【図3】一部を不図示としたホットモジュールＨＭの斜視図である。

【図4】一部を不図示としたホットモジュールＨＭの斜視図である。

【図5】一部を不図示としたホットモジュールＨＭの斜視図である。

【図6】一部を不図示としたホットモジュールＨＭの斜視図である。

【図7】一部を不図示としたホットモジュールＨＭの側面図である。

【図8】一部を不図示としたホットモジュールＨＭの側面図である。

【図9】第１実施形態に係る改質ガス発生装置ＲＧの側面図である。

【図10】改質ガス発生装置ＲＧの側方視断面図である。

【図11】改質ガス発生装置ＲＧにおけるバーナ近傍の構成図である。

【図12】一部を不図示としたホットモジュールＨＭの側面図である。

【図13】第１実施形態に係るセルスタック１の斜視図である。

【図14】セルスタック１の平面図である。

【図15】セルスタック１のフランジ付ガスポート近傍の上方視断面図である。

【図16】第１実施形態に係るスタック集合体６１の斜視図である。

【図17】スタック集合体６１の斜視図である。

【図18】単位ラックにセルスタック１を搭載した状態の説明図である。

【図19】第１実施形態に係るマニホールドから延びる枝管の説明図である。

【図20】セルスタック１の各電力端子の接続形態に関する説明図である。

【図21】一部を不図示としたホットモジュールＨＭの斜視図である。

【図22】一部を不図示とした第２実施形態のホットモジュールの斜視図である。

【図23】一部を不図示とした第３実施形態のホットモジュールの斜視図である。

【図24】第４実施形態に係る燃料電池システム２００の構成を示す説明図である。

【図25】第４実施形態に係る冷却体１１０の斜視図である。

【図26】冷却体１１０の断面図である。

【図27】オフセットフィン１１７の概略的な斜視図である。

【図28】第４実施形態に係るホットモジュール内の一構成例の説明図である。

【図29】第４実施形態に係るホットモジュール内の別の構成例の説明図である。

【図30】アノード燃料の流れ方向に関する説明図である。

【図31】第５実施形態に係る冷却体１１０ａの斜視図である。

【図32】上方視による第１吸熱プレート１１１に関する説明図である。

【図33】上方視による第２吸熱プレート１１２に関する説明図である。

【図34】第１吸熱プレートと第２吸熱プレートを一体化したものの説明図である。

【図35】第６実施形態の燃料電池システム２００ａの構成を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の各実施形態について各図面を参照しながら説明する。

【0020】

１．第１実施形態
＜燃料電池システムの構成概要＞
まず本発明の第１実施形態に係る燃料電池システム１００の構成概要について説明する。図１は、燃料電池システム１００の構成を示す説明図である。図１に示すように燃料電池システム１００は、複数のセルスタック（燃料電池セルスタック）１、改質器２、バーナ３、蒸発器４、空気予熱器５、アノードオフガス冷却器６、アノードオフガス凝縮器７、ＣＯ酸化器（一酸化炭素酸化器）８、凝縮水回収タンク９、第１原燃料ブロワ１０、第１空気ブロワ１１、水ポンプ１２、第２原燃料ブロワ１３、第２空気ブロワ１４、パワーコンディショナ１５、システムコントローラ１６、および第３空気ブロワ１７を備える。

【0021】

なお、本実施形態の例では、図１において図示を省略したものを含め、計８個のセルスタック１が備えられている。また以下の説明では、燃料電池システム１００を単に「システム」と称することがある。

【0022】

また燃料電池システム１００は、原燃料ラインＬａ、混合ガスラインＬｂ、アノード燃料ラインＬｃ、アノードオフガスラインＬｄ、カソード空気ラインＬｅ、カソードオフガスラインＬｆ、燃焼ガスラインＬｇ、バーナ冷却用空気ラインＬｈ、改質水ラインＬｉ、起動用空気ラインＬｊ、冷却用空気ラインＬｋ、および凝縮水回収ラインＬｗの各ライン（管路）を備える。

【0023】

アノード燃料ラインＬｃは、アノード燃料の導入母管となる第１分配マニホールドＭａを含み、カソード空気ラインＬｅは、カソード空気の導入母管となる第２分配マニホールドＭｂを含む。これらの分配マニホールドＭａ，Ｍｂは、入口と各セルスタック１に対応した複数の出口とを有しており、入口に流入した流体を各出口それぞれから流出させる。

【0024】

アノードオフガスラインＬｄは、アノードオフガスの導出母管となる第１収集マニホールドＭｃを含み、カソードオフガスラインＬｆは、カソードオフガスの導出母管となる第２収集マニホールドＭｄを含む。これらの収集マニホールドＭｃ，Ｍｄは、各セルスタック１に対応した複数の入口と出口を有しており、各入口それぞれに流入した流体を出口から流出させる。

【0025】

燃焼ガスラインＬｇは、熱放射筒Ｚａおよび燃焼ガス管Ｚｂを含む。冷却用空気ラインＬｋは、冷却管Ｚｃおよび収集管Ｌｋ１を含む。

【0026】

原燃料ラインＬａは、燃料取入口Ｅ１とバーナ３を接続する管路であり、この管路中には第２原燃料ブロワ１３が配置されている。第２原燃料ブロワ１３は、燃料取入口Ｅ１から取り入れられた原燃料ガス（例えば都市ガス１３Ａ等のメタン含有ガス）Ｇｆを昇圧して、原燃料ラインＬａの下流側へ送る機器であり、典型的にはシステムのスタートアップ運転時に駆動される。

【0027】

混合ガスラインＬｂは、燃料取入口Ｅ２と改質器２を接続する管路であり、この管路中には上流側から順に、第１原燃料ブロワ１０、蒸発器４、および第１ベローズ形伸縮管継手Ｂ１が配置されている。第１原燃料ブロワ１０は、燃料取入口Ｅ２から取り入れられた原燃料ガスＧａを昇圧して、混合ガスラインＬｂの下流側へ送る機器であり、典型的にはシステムの発電運転時に駆動される。

【0028】

アノード燃料ラインＬｃは、改質器２と各セルスタック１のアノードとを接続する管路である。より具体的に説明すると、アノード燃料ラインＬｃは上流側から順に、改質器２と第１分配マニホールドＭａの入口とを接続する管路、第１分配マニホールドＭａ、および、第１分配マニホールドＭａの各出口と各セルスタック１のアノードとを接続する８本の管路（第１分配マニホールドＭａの枝管）を有する。

【0029】

アノードオフガスラインＬｄは、各セルスタック１のアノードとバーナ３とを接続する管路である。より具体的に説明すると、アノードオフガスラインＬｄは上流側から順に、各セルスタック１のアノードと第１収集マニホールドＭｃの各入口とを接続する８本の管路（第１収集マニホールドＭｃの枝管）、第１収集マニホールドＭｃ、および、第１収集マニホールドＭｃの出口とバーナ３の第１ガス筒３１（後述）とを接続する管路（以下、「管路Ｌｄ１」と称する。）を有する。管路Ｌｄ１の途中には、上流側から順に、第２ベローズ形伸縮管継手Ｂ２、アノードオフガス冷却器６、アノードオフガス凝縮器７、および気水分離部Ｓａが配置されている。

【0030】

カソード空気ラインＬｅは、空気取入口Ｅ３と各セルスタック１のカソードとを接続する管路である。より具体的に説明すると、カソード空気ラインＬｅは上流側から順に、空気取入口Ｅ３と第２分配マニホールドＭｂの入口とを接続する管路（以下、「管路Ｌｅ１」と称する。）、第２分配マニホールドＭｂ、および、第２分配マニホールドＭｂの各出口と各セルスタック１のカソードとを接続する８本の管路（第２分配マニホールドＭｂの枝管）を有する。

【0031】

管路Ｌｅ１の途中には、上流側から順に、第１空気ブロワ１１、アノードオフガス冷却器６、空気予熱器５、および第３ベローズ形伸縮管継手Ｂ３が配置されている。第１空気ブロワ１１は、空気取入口Ｅ３から取り入れられた空気Ａａを昇圧して、カソード空気ラインＬｅの下流側へ送る機器であり、典型的にはシステムの発電運転時に駆動される。更に管路Ｌｅ１においては、空気取入口Ｅ３とアノードオフガス冷却器６の中間点、および、空気予熱器５と第３ベローズ形伸縮管継手Ｂ３の中間点を結ぶように、アノードオフガス冷却器６と空気予熱器５を迂回するバイパス経路Ｌｅ２が設けられている。

【0032】

カソードオフガスラインＬｆは、各セルスタック１のカソードとバーナ３とを接続する管路である。より具体的に説明すると、カソードオフガスラインＬｆは上流側から順に、各セルスタック１のカソードと第２収集マニホールドＭｄの各入口とを接続する８本の管路（第２収集マニホールドＭｄの枝管）、第２収集マニホールドＭｄ、および、第２収集マニホールドＭｄの出口とバーナ３の第２ガス筒３２（後述）とを接続する管路（以下、「管路Ｌｆ１」と称する。）を有する。

【0033】

燃焼ガスラインＬｇは、バーナ３とガス排出口Ｄ１とを接続する管路である。より具体的に説明すると、燃焼ガスラインＬｇは上流側から順に、熱放射筒Ｚａ、熱放射筒Ｚａと燃焼ガス管Ｚｂとを接続する管路、燃焼ガス管Ｚｂ、および、燃焼ガス管Ｚｂとガス排出口Ｄ１とを接続する管路（以下、「管路Ｌｇ１」と称する。）を有する。管路Ｌｇ１の途中には、上流側から順に、第４ベローズ形伸縮管継手Ｂ４、空気予熱器５、ＣＯ酸化器８、および、蒸発器４が配置されている。

【0034】

バーナ冷却用空気ラインＬｈは、管路Ｌｅ１と起動用空気ラインＬｊとを接続する管路であり、この管路中には不図示の流量調整手段（オリフィス等）が設けられている。より具体的に説明すると、バーナ冷却用空気ラインＬｈは、第１空気ブロワ１１とアノードオフガス冷却器６を接続する管路Ｌｅ１の中間点で分岐し、第２空気ブロワ１４の下流側で起動用空気ラインＬｊに合流する管路であり、第１空気ブロワ１１の駆動時に微小流量の空気Ａｂがバーナ３に向けて流通するように構成されている。なお、詳細は後述するが、バーナ３の燃焼温度によってはバーナ冷却用空気ラインＬｈを省略可能である。

【0035】

冷却用空気ラインＬｋは、空気取入口Ｅ５と管路Ｌｇ１の所定箇所（蒸発器４とガス排出口Ｄ１の間の箇所）とを接続する管路であり、この管路中には上流側から順に、第３空気ブロワ１７および冷却管Ｚｃが配置されている。第３空気ブロワ１７は、空気取入口Ｅ５から取り入れられた冷却用空気Ａｄを昇圧して、冷却用空気ラインＬｋの下流側へ送る機器である。

【0036】

改質水ラインＬｉは、凝縮水回収タンク９と蒸発器４とを接続する管路であり、この管路中には水ポンプ１２が配置されている。水ポンプ１２は、凝縮水回収タンク９に貯留した凝縮水Ｗｂを改質水Ｗａとして改質水ラインＬｉの下流側へ送る機器である。

【0037】

起動用空気ラインＬｊは、空気取入口Ｅ４と管路Ｌｆ１とを接続する管路であり、この管路中には第２空気ブロワ１４が配置されている。第２空気ブロワ１４は、空気取入口Ｅ４から取り入れられた空気Ａｃを昇圧して、起動用空気ラインＬｊの下流側へ送る機器であり、典型的にはシステムのスタートアップ運転時に駆動される。

【0038】

凝縮水回収ラインＬｗは、管路Ｌｄ１の途中に配置された気水分離部Ｓａと凝縮水回収タンク９とを接続する管路である。気水分離部Ｓａは、アノードオフガス凝縮器７で発生した凝縮水ＷｂをアノードオフガスＧｄから分離する部材であり、凝縮水回収ラインＬｗには分離された凝縮水Ｗｂが流下する。凝縮水回収ラインＬｗの先端は、貯留された凝縮水Ｗｂの水温の影響を受けて凝縮量が増減しないように、凝縮水回収タンク９の水相部に没入させることなく気相部に開放される。なお凝縮水回収ラインＬｗの先端を水相部に没入させないのは、バーナ３に送るアノードオフガスＧｄの流量を変化させないためである。特に、凝縮水Ｗｂを分離後のアノードオフガスＧｄをセルスタックの一次側へリサイクルしたり、後段のセルスタックで発電利用したりする場合には、本構成は有効である。気水分離部Ｓａには、例えば直管部を水平方向に配置すると共に分岐管部を下向きに配置したＴ字管が用いられている。また、鉛直方向に立設した小容量の円筒容器を気水分離部Ｓａに用いることもできる。

【0039】

セルスタック１は、固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：ＳＯＦＣ）で構成された発電体である。固体酸化物形燃料電池は、発電セルを構成する固体電解質、アノードおよびカソードが全てセラミックスである高温作動型の燃料電池であり、所定個数の発電セルを金属インターコネクタ材（セパレータ材ともいう）を介して集積した発電単位をセルスタックと呼んでいる。セルスタック１の電池出力は、パワーコンディショナ１５で調整された後に給電される。

【0040】

改質器２は、水蒸気を用いて原燃料ガスＧａを改質し、改質ガスＧｃを生成して後段側へ送出する。改質器２は水蒸気改質用の触媒を有しており、原燃料ガスＧａに含まれるメタンと水蒸気を反応させ、一酸化炭素と水素を含む改質ガスＧｃを生成する。水蒸気改質は吸熱反応であるが、バーナ３からの熱供給により、改質器２は安定的に改質ガスＧｃを生成することが可能である。

【0041】

バーナ３は、流入する気体を燃焼させて熱を発生させるとともに、燃焼によって生じた燃焼ガスＧｇを燃焼ガスラインＬｇへ排出する。蒸発器４は、改質水Ｗａと燃焼ガスＧｇ（熱源流体）を間接熱交換させる機器であり、燃焼ガスＧｇとの熱交換により、改質水Ｗａを蒸発させると同時に原燃料ガスＧａを加熱する役割を果たす。

【0042】

空気予熱器５とアノードオフガス冷却器６は、何れも低温流体と高温流体を間接熱交換させる熱交換器である。空気予熱器５は、燃焼ガスＧｇとの熱交換によりカソード空気ラインＬｅ内の空気Ａａを予熱する役割を果たし、アノードオフガス冷却器６は、カソード空気ラインＬｅ内の空気Ａａとの熱交換によりアノードオフガスＧｄを冷却する役割を果たす。

【0043】

アノードオフガス凝縮器７は、アノードオフガスＧｄを冷却して、アノードオフガスＧｄに含まれる水蒸気を凝縮させる役割を果たす。なお、本実施形態のアノードオフガス凝縮器７は空冷熱交換器としているが、その代わりに水冷熱交換器を採用し、これにより熱回収が行われるコジェネ型のシステムとしても良い。

【0044】

ＣＯ酸化器８は、燃焼ガスＧｇに含まれる有害な一酸化炭素を触媒と接触させ、無害な二酸化炭素に変換する機器である。ＣＯ酸化器８は、バーナ３での酸化反応が完全である場合は作動せず、バーナ３での酸化反応が不完全である場合にのみ動作する。

【0045】

凝縮水回収タンク９は、気水分離部Ｓａから排出される凝縮水Ｗｂを回収し、これを改質水Ｗａとして再利用可能とする役割を果たす。凝縮水回収タンク９には、貯留される改質水Ｗａの水位を所定範囲に調整するため、水位検知器Ｓｂおよび排水弁Ｓｃが設けられている。水位検知器Ｓｂで上限水位を検知すると排水弁Ｓｃが開放される一方、水位検知器Ｓｂで下限水位を検知すると排水弁Ｓｃが閉鎖される。このようにして凝縮水回収タンク９には、所要量の改質水Ｗａが確保されるようになっている。なお改質水Ｗａの排水動作時にアノードオフガスＧｄが外部に漏洩することを防止するため、排水弁Ｓｃによる排水位置は凝縮水回収タンク９の底部付近に設定される。

【0046】

パワーコンディショナ１５は、セルスタック１で発電した電力を事業活動や社会生活の場で利用できる状態に変換するための機器である。パワーコンディショナ１５は、セルスタック１から出力された直流電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）と、ＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧された直流電圧を系統電源と同期の取れた交流電圧に変換する系統連系インバータ（電圧変換回路）と、セルスタック１の出力電流（掃引電流）を制御する出力電流制御部（出力制御回路）と、補機類に駆動電力を供給するための駆動電力供給部（補助回路）を有している。

【0047】

上記の系統連系インバータは、建築物内に設置された商用電源系統の配電盤と電気的に接続される。系統連系インバータと配電盤とは、系統連系用のスイッチを介して並列・解列を切換可能である。配電盤には、商用電源および複数の分電盤が電気的に接続される。分電盤には、建築物内で使用する照明器具、動力装置、コンセント等の負荷機器が電気的に接続される。

【0048】

上記の駆動電力供給部は、各ブロワ１０，１１，１３，１４，１７、水ポンプ１２およびバーナ３のスパークロッド（後述する第１電極ロッド）等と接続され、これらの補機類に駆動電力を与える。駆動電力供給部は、補機類がＤＣ駆動の場合、例えば系統連系インバータの出力をＡＣ／ＤＣ変換した電力、商用電源からの入力をＡＣ／ＤＣ変換した電力、またはセルスタック１の出力をＤＣ／ＤＣ変換した電力を供給するように回路構成される。一方、駆動電力供給部は、補機類がＡＣ駆動の場合、例えば系統連系インバータの出力電力、または商用電源からの入力電力を供給するように回路構成される。なお上述の補機類は、システムのスタートアップ運転およびシャットダウン運転時は、商用電源を利用して駆動され、システムの発電運転中は、発電電力を利用して駆動される。

【0049】

システムコントローラ１６は、予め作成・記憶された制御プログラムに従って、ブロワ等の補機類およびパワーコンディショナ１５の動作（すなわち、システム動作）を制御する機器である。

【0050】

また図１に破線枠で示すように、各セルスタック１、改質器２、バーナ３、各マニホールドＭａ～Ｍｄ、熱放射筒Ｚａ、燃焼ガス管Ｚｂ、および冷却管Ｚｃは、後述するホットモジュールＨＭにおける第１ボックスＸ１（図３を参照）の内側である第１領域Ｒ１に配置されている。一方、蒸発器４、空気予熱器５、アノードオフガス冷却器６、およびＣＯ酸化器８は、第１ボックスＸ１の外側であって後述する第２ボックスＸ２（図３を参照）の内側である第２領域Ｒ２に配置されている。なお、アノードオフガス凝縮器７、凝縮水回収タンク９、各ブロワ１０，１１，１３，１４，１７、水ポンプ１２、パワーコンディショナ１５、およびシステムコントローラ１６は、ホットモジュールＨＭの外部（常温の領域）に配置される。

【0051】

＜燃料電池システムの動作概要＞
次に、燃料電池システム１００の動作概要について、図１を参照しながら説明する。燃料取入口Ｅ２から混合ガスラインＬｂ内に供給された原燃料ガスＧａは、第１原燃料ブロワ１０の作用により後段側へ送られる。原燃料ガスＧａの供給に並行して、凝縮水回収タンク９から改質水ラインＬｉ内に供給された改質水Ｗａは、水ポンプ１２によって水量が調節され、混合ガスラインＬｂへ流入する。

【0052】

改質水Ｗａは、混合ガスラインＬｂ内の原燃料ガスＧａとともに蒸発器４に流入し、蒸発器４において熱交換により加熱されて水蒸気（過熱蒸気）となる。当該水蒸気は加熱された原燃料ガスＧａと混合し、混合ガスＧｂとして改質器２へ流入する。

【0053】

改質器２は、混合ガスＧｂ中の水蒸気を用いて原燃料ガスＧａを改質し、改質ガスＧｃを生成して後段側へ送出する。改質器２から送出された改質ガスＧｃは、アノード燃料ラインＬｃを通って各セルスタック１のアノードへ分配される。

【0054】

一方、上述した原燃料ガスＧａの供給に並行して、空気取入口Ｅ３からカソード空気ラインＬｅ内に空気Ａａが供給される。カソード空気ラインＬｅ内の空気Ａａは、第１空気ブロワ１１の作用により後段側へ送られる。この空気Ａａは、アノードオフガス冷却器６での熱交換によって加熱され、更に空気予熱器５での熱交換によって加熱された後、各セルスタック１のカソードへ分配される。なお空気Ａａの温度調節等のため、空気Ａａの一部である空気Ａａ１を、バイパス経路Ｌｅ２を介して各セルスタック１のカソードへ流入させることも可能である。

【0055】

更には、カソードへの空気Ａａの供給に同期して、バーナ冷却用空気ラインＬｈ内に空気Ａｂが供給される。バーナ冷却用空気ラインＬｈ内の空気Ａｂは、第１空気ブロワ１１の作用によりバーナ３へ送られる。この空気Ａｂは、バーナ３の燃焼温度を低下させる冷却剤として作用し、保炎器３３（後述）の過熱および焼損を防止する。なお空気Ａｂを供給しない状態で、保炎器３３の過熱や焼損が起こらない程度に火炎温度が保たれている場合には、バーナ冷却用空気ラインＬｈを省略してもよい。

【0056】

各セルスタック１は、アノードに流入した改質ガスＧｃとカソードに流入した空気Ａａを用いて発電するとともに、アノードからアノードオフガスラインＬｄへアノードオフガスＧｄを排出し、カソードからカソードオフガスラインＬｆへカソードオフガスＧｅを排出する。アノードオフガスＧｄには、アノードにおいて未反応であった燃料成分が含まれており、カソードオフガスＧｅには、カソードにおいて未反応であった酸素が含まれている。

【0057】

各セルスタック１からアノードオフガスラインＬｄへ排出されたアノードオフガスＧｄは、第１収集マニホールドＭｃに収集された後、アノードオフガス冷却器６での熱交換によって冷却され、アノードオフガス凝縮器７へ流入する。アノードオフガス凝縮器７では、アノードオフガスＧｄは露点温度以下まで冷却され、アノードオフガスＧｄに含まれる水蒸気が凝縮する。

【0058】

アノードオフガス凝縮器７を通過したアノードオフガスＧｄは、気水分離部Ｓａに送られて気水分離され、凝縮水Ｗｂが凝縮水回収タンク９に回収される。凝縮水回収タンク９に回収された凝縮水Ｗｂは、先述のとおり改質水Ｗａとして再利用される。なお、アノードオフガスＧｄにおける凝縮しなかった部分（気水分離後のアノードオフガスＧｄ）は、バーナ３へ送られる。

【0059】

各セルスタック１からカソードオフガスラインＬｆへ排出されたカソードオフガスＧｅは、第２収集マニホールドＭｄに収集された後、管路Ｌｆ１でバーナ冷却用空気ラインＬｈを介して流入した空気Ａｂと混合し、バーナ３へ送られる。またバーナ３には、システムの運転状態に応じて、燃料取入口Ｅ１から供給された原燃料ガスＧｆが、原燃料ラインＬａを介して送られると共に、空気取入口Ｅ４から供給された空気Ａｃが、起動用空気ラインＬｊを介して送られる。

【0060】

バーナ３は、原燃料ガスＧｆおよび／またはアノードオフガスＧｄである第１バーナ用ガスＧｘと、空気Ａｃおよび／またはカソードオフガスＧｅである第２バーナ用ガスＧｙが流入し、これらを燃焼させて熱を発生させる。すなわち第１バーナ用ガスＧｘは、原燃料ガスＧｆとアノードオフガスＧｄの混合気体、或いは、原燃料ガスＧｆとアノードオフガスＧｄの何れか一方の状態であり、どの状態となるかはシステムの動作状態等によって変化し得る。また第２バーナ用ガスＧｙは、空気ＡｃとカソードオフガスＧｅの混合気体、或いは、空気ＡｃとカソードオフガスＧｅの何れか一方の状態であり、どの状態となるかはシステムの動作状態等によって変化し得る。すなわち、システムのスタートアップ運転、発電運転（全負荷運転または部分負荷運転）、シャットダウン運転等に応じて、バーナ３への供給ガスは適宜状態変化する。

【0061】

なお、原燃料ガスＧｆは炭化水素含有ガスの一種である。一方、空気Ａｃは酸化剤含有ガスの一種である。バーナ３の燃焼動作中、バーナ冷却用空気ラインＬｈからは空気Ａｂが連続的に供給され、燃焼温度の調整が行われる。

【0062】

バーナ３での燃焼により生じる燃焼ガスＧｇは、燃焼ガスラインＬｇへ送られ、熱放射筒Ｚａ、燃焼ガス管Ｚｂ、空気予熱器５、ＣＯ酸化器８、および蒸発器４を順に通過して、ガス排出口Ｄ１からホットモジュールＨＭの外部へ排出される。なお詳しくは後述するが、熱放射筒Ｚａおよび燃焼ガス管Ｚｂは、燃焼ガスＧｇを用いて改質器２を効果的に加熱できるよう配置されている。また、燃焼ガスラインＬｇ内の燃焼ガスＧｇは、空気予熱器５および蒸発器４を通る際に熱交換に利用され、一酸化炭素が含まれる場合には、ＣＯ酸化器８を通る際に当該一酸化炭素が二酸化炭素に変換される。

【0063】

また、空気取入口Ｅ５から冷却用空気ラインＬｋに供給された冷却用空気Ａｄは、冷却管Ｚｃを通過する際にホットモジュールＨＭの内部を冷却する役割を果たす。後述するように、冷却管Ｚｃはセルスタック１の近傍に設置されており、冷却用空気Ａｄによって、セルスタック１および後述するメインバスバー７８ａとサブバスバー７８ｂを効果的に冷却することが可能である。そして冷却用空気Ａｄは、最終的には収集管Ｌｋ１を通って、燃焼ガスＧｇとともにガス排出口Ｄ１からホットモジュールＨＭの外部へ排出される。

【0064】

また燃料電池システム１００では、冷却管Ｚｃに導入する冷却用空気Ａｄの流量を調整することにより、ホットモジュールＨＭの内部の熱量（温度）を制御するようになっている。一例として燃料電池システム１００は、ホットモジュールＨＭの内部の温度（例えば、各セルスタック１のエンドプレートの表面温度の最大値）が上限温度を超えると第３空気ブロワ１７を駆動し、ホットモジュールＨＭの内部の温度が目標温度（当該上限温度よりも所定温度だけ低い温度）となるように第３空気ブロワ１７の回転数を制御する。また燃料電池システム１００は、下限値未満の回転数が所定時間継続すると、第３空気ブロワ１７を停止させる。なお第３空気ブロワ１７の回転数が増大するほど、冷却管Ｚｃに導入される冷却用空気Ａｄの流量が増大される。このような制御の動作は、システムコントローラ１６が行うようにしても良い。

【0065】

なお、セルスタック１の近傍に設置されている冷却管Ｚｃは、システムのスタートアップ運転時に、セルスタック１の昇温に利用することもできる。具体的には、システムのスタートアップ運転では、まず、第２原燃料ブロワ１３および第２空気ブロワ１４を駆動してバーナ３を燃焼させる。この燃焼により生じた燃焼ガスＧｇは、熱放射筒Ｚａおよび燃焼ガス管Ｚｂを流通しつつ、冷態の改質器２を放射伝熱により外側から加熱して昇温する。さらに燃焼ガスＧｇは、蒸発器４の熱源となり、改質水Ｗａから水蒸気を発生させる。この水蒸気は、冷態の改質器２およびセルスタック１を順に流れて、これらの機器を熱伝導により内部から加熱して昇温する。蒸発器４から排出される燃焼ガスＧｇに余熱がある場合、管路Ｌｇ１から収集管Ｌｋ１に燃焼ガスＧｇを流入させる。これにより、冷却管Ｚｃに燃焼ガスＧｇが流通するので、冷態のセルスタック１を外側からも放射伝熱により加熱して昇温することができる。

【0066】

＜ホットモジュール＞
次に、ホットモジュールＨＭの構成等について、より詳細に説明する。図２は、ホットモジュールＨＭの斜視図である。図３は、ホットモジュールＨＭの内部構造が理解容易となるように、第１ボックスＸ１、第２ボックスＸ２、および板状断熱材５３の一部を不図示としたホットモジュールＨＭの斜視図である。なお以下の説明における前後、左右、および上下の各方向（互いに直交する方向）は、図２等に示すように便宜的に定めたものに過ぎない。本実施形態の例では、上下方向が鉛直方向に一致する。

【0067】

図２および図３に示すようにホットモジュールＨＭは、第１台座Ｘ１ａ、第２台座Ｘ２ａ、第１台座Ｘ１ａ上に形成される第１ボックスＸ１、第２台座Ｘ２ａ上に形成される第２ボックスＸ２、第１台座Ｘ１ａを支持する複数本（本実施形態の例では４本）の第１支柱５１、および、第２台座Ｘ２ａを支持する複数本（本実施形態の例では４本）の第２支柱５２を備える。

【0068】

第１ボックスＸ１は第２ボックスＸ２の内部に収容されており、この状態で複数本の第１支柱５１は、第２台座Ｘ２ａから所定高さに第１台座Ｘ１ａを支持する。第１ボックスＸ１は、内部の領域が高温動作領域となる第１領域Ｒ１（図１を参照）に設定されており、システムの発電動作時に内部で化学反応を伴う第１機器グループＧＰ１が収容される。この第１機器グループＧＰ１には、セルスタック１、改質器２、およびバーナ３が含まれる。

【0069】

第２ボックスＸ２の内部であって第１ボックスＸ１の外部（第１台座Ｘ１ａの下側）の領域は、低温動作領域となる第２領域Ｒ２（図１を参照）に設定されており、システムの発電動作時に内部で化学反応を伴わない第２機器グループＧＰ２が収容される。第２機器グループＧＰ２には、蒸発器４および熱交換器（空気予熱器５とアノードオフガス冷却器６）が含まれる。

【0070】

また第２領域Ｒ２には、システムの発電動作時に所定の条件を満足した場合にのみ内部で化学反応を伴う第３機器グループＧＰ３も収容される。第３機器グループＧＰ３には、バーナ３での酸化反応が完全である場合は動作せず、バーナ３での酸化反応が不完全である場合にのみ動作するＣＯ酸化器８が含まれる。ＣＯ酸化器８は触媒反応に伴う発熱が僅かであるので、ＣＯ酸化器８を第２領域Ｒ２（低温動作領域）に配置しても殆ど問題は無く、これにより、第１ボックスＸ１の容量を抑制することができる。

【0071】

第１ボックスＸ１の前後左右の各側部および頂部（上側）には、板状断熱材５３が装着されている。板状断熱材５３は、第１ボックスＸ１の前後左右および上側の各外面をほぼ全て覆っている。これにより強力な断熱効果を得ることができ、第１ボックスＸ１内を高温状態に保つことが容易となっている。

【0072】

第２領域Ｒ２の空間（第２機器グループＧＰ２の配置空間）には、不図示の粒状断熱材が充填される。高温動作領域である第１ボックスＸ１から第１台座Ｘ１ａを通じて第２領域Ｒ２への熱伝導が起こるが、当該粒状断熱材を充填することにより十分な断熱効果が得られる。そのため、第２機器グループＧＰ２およびその接続配管を、高価な高温耐性の材料を使用せずに構成することができる。

【0073】

また、第１台座Ｘ１ａには管挿入孔（貫通孔）が設けられており、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の境界を跨いで延びる各ライン（管路）は、この貫通孔を通るように配置される。これにより、第１機器グループＧＰ１と第２機器グループＧＰ２との間での流体の受け渡しは、第１台座Ｘ１ａを上下方向に貫通する管路を通じて行われる。このように本実施形態では、各機器グループＧＰ１，ＧＰ２間での流体の受け渡し用の配管は、第１台座Ｘ１ａに穿設した管挿入孔に管路を取り付けるだけの構造なので、特別なシール等を必要としない。

【0074】

更に、第２機器グループＧＰ２を通る流体の管路には、ベローズ形伸縮管継手を設けるようにしても良い。第１台座Ｘ１ａを貫通する管路と熱交換器を接続するパイプや、熱交換器どうしを接続するパイプは、システムの冷態時と運転時の温度変化により伸縮する。この伸縮により発生する熱応力は、パイプ本体および接合部の割れや破断の原因となるため、場合によっては可燃性ガスのリーク等、深刻な不具合を引き起こすことになる。第２機器グループＧＰ２の流体接続に使用する配管機材がベローズ形伸縮管継手を含むようにすることで、熱応力の発生が極力抑えられ、このような不具合を回避することが可能となる。

【0075】

本実施形態では図１に示すように、少なくとも、第２機器グループＧＰ２を通る流体の管路のうち第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の境界を跨いで延びる各ラインにおいて、第２領域Ｒ２の当該境界近傍に上下に伸縮可能なベローズ形伸縮管継手が設置されている。より具体的に説明すると、混合ガスラインＬｂの当該境界近傍には第１ベローズ形伸縮管継手Ｂ１が設置され、アノードオフガスラインＬｄの当該境界近傍には第２ベローズ形伸縮管継手Ｂ２が設置され、カソード空気ラインＬｅの当該境界近傍には第３ベローズ形伸縮管継手Ｂ３が設置され、燃焼ガスラインＬｇの当該境界近傍には第４ベローズ形伸縮管継手Ｂ４が設置されている。また、第２領域Ｒ２内の熱交換器どうしを接続する各パイプに、ベローズ形伸縮管継手を設置しても良い。

【0076】

ホットモジュールＨＭは、例えば次のような工程で組み立てられる。まず第２台座Ｘ２ａの上に第２機器グループＧＰ２を配置し、所要の配管機材を用いて機器間の配管を施工する。次に、第２台座Ｘ２ａの上に複数の第１支柱５１を取付け、第１支柱５１の先端部に第１台座Ｘ１ａを載置して固定する。次に、第１台座Ｘ１ａに穿設した管挿入孔に管路を取り付け、この管路と第２機器グループＧＰ２との間で配管を施工する。次に、第２台座Ｘ２ａの上に第２機器グループＧＰ２を包囲するケーシングを取り付けて半開放の第２ボックスＸ２を形成し、第２ボックスＸ２内に粒状断熱材を充填する。

【0077】

続いて、第１台座Ｘ１ａの上に第１機器グループＧＰ１を配置し、第１台座Ｘ１ａに取り付けられた管路と第１機器グループＧＰ１との間で配管を施工すると共に、所要の配管機材を用いて機器間の配管を施工する。次に、第１台座Ｘ１ａの上に第１機器グループＧＰ１を包囲するケーシングを取り付けて密閉型の第１ボックスＸ１を形成し、第１ボックスＸ１の側部および頂部に板状断熱材５３を装着する。半開放の第２ボックスＸ２に対し、第１ボックスＸ１に装着した板状断熱材５３を包囲するケーシングを取り付けて密閉型の第２ボックスＸ２を形成する。以上のような工程を経由することで、容易にホットモジュールＨＭを組み立てることができる。

【0078】

図４～図６は、それぞれ異なる視点によるホットモジュールＨＭの斜視図である。また図７および図８は、それぞれ異なる視点によるホットモジュールＨＭの側面図である。なおこれらの図においては、ホットモジュールＨＭの内部構造が理解容易となるように、第１ボックスＸ１、第２ボックスＸ２、および板状断熱材５３を不図示としている。また、図５～図８に示す白抜き矢印は、各流体の流れ方向を模式的に表している。

【0079】

これらの図に示すように、第１台座Ｘ１ａの上側における上方視略中央位置には、上下（鉛直方向）に立設された筒状の改質器２が配置され、改質器２の上側にはバーナ３が配置されている。なお詳しくは後述するが、改質器２、バーナ３、および熱放射筒Ｚａは、改質ガス発生装置として一体的に構成されている。

【0080】

改質器２の左右それぞれには、複数個（本実施形態の例では４個）のセルスタック１を上下に集積したセルスタック集合体６１が配置されている。改質器２の前側における左右のセルスタック集合体６１に挟まれた領域には、図４に示すように、第１分配マニホールドＭａおよび第２分配マニホールドＭｂのそれぞれが、上下に延びるように配置されている。第１分配マニホールドＭａおよび第２分配マニホールドＭｂは隣接配置されるとともに、セルスタック集合体６１の近傍に配置されている。

【0081】

第１分配マニホールドＭａと第２分配マニホールドＭｂを隣接配置することで、これら２つの分配マニホールドの表面間において放射伝熱や対流伝熱により熱交換が行われる。また、各分配マニホールドＭａ，Ｍｂをセルスタック集合体６１の近傍に配置することで、機器の表面間において放射伝熱や対流伝熱により熱交換が行われる。これにより、セルスタック１に供給するアノード燃料（改質ガスＧｃ）とカソード空気（空気Ａａ）の温度が均一化されると共に、当該温度をセルスタック１の動作温度近くまで高められるので、発電セルの全体で効率のよい発電反応を行わせることができる。

【0082】

改質器２の後側における左右のセルスタック集合体６１に挟まれた領域には、図６に示すように、第１収集マニホールドＭｃおよび第２収集マニホールドＭｄのそれぞれが、上下に延びるように配置されている。すなわち、セルスタック集合体６１、第１収集マニホールドＭｃおよび第２収集マニホールドＭｄのそれぞれは、改質器２の外筒２１を取り囲むように配置されている。

【0083】

このように、各セルスタック１、第１収集マニホールドＭｃおよび第２収集マニホールドＭｄは改質器２の近傍に配置されており、改質器２へ発電反応に伴う廃熱を効率良く与えることが可能である。特に第１収集マニホールドＭｃは、アノードオフガスＧｄに含まれる廃熱を積極的に改質器２に与える役割を持つ。また第２収集マニホールドＭｄは、カソードオフガスＧｅに含まれる廃熱を積極的に改質器２に与える役割を持つ。これにより、改質器２における触媒層での吸熱量が大幅に増加するため、水蒸気改質反応の効率がアップし、触媒使用量が低減されて改質器２の小型化を実現できる。

【0084】

＜改質器、バーナ、熱放射筒＞
次に、改質器２、バーナ３、および熱放射筒Ｚａの構成等について、より詳細に説明する。なお本実施形態の例では、改質器２、バーナ３、および熱放射筒Ｚａは、改質ガス発生装置ＲＧとして一体的に構成されている。

【0085】

図９は、改質ガス発生装置ＲＧの側面図を示し、図１０は、改質ガス発生装置ＲＧの側方視による断面図を示す。また図１１は、改質ガス発生装置ＲＧにおけるバーナ３近傍の詳細構成を示す。なお図１１においては、点火／火炎検知回路４０の回路の構成例が模式的に示されている。

【0086】

改質ガス発生装置ＲＧにおいて、改質器２は、外筒２１、内筒２２、触媒充填層２３、基端側蓋板２４、および末端側蓋板２５を有する。

【0087】

外筒２１と内筒２２は、上下に延びる軸を共通とした円筒状に形成されており、上下方向の長さは概ね同じであるが、外筒２１の直径は内筒２２の直径よりも大きい。外筒２１と内筒２２は、内筒２２が外筒２１の内側に配置された二重筒構造の反応容器２ａを形成している。外筒２１と内筒２２の間、すなわち反応容器２ａの内部には、水蒸気改質用の触媒を充填した触媒充填層２３が設けられている。

【0088】

基端側蓋板２４は、外筒２１と内筒２２の基端部（上端部）どうしを繋いで反応容器２ａの上側を封鎖し、末端側蓋板２５は、外筒２１と内筒２２の末端部（下端部）どうしを繋いで反応容器２ａの下側を封鎖している。

【0089】

なお、基端側蓋板２４および末端側蓋板２５は円環状鏡板であり、当該円環状鏡板は、円環の断面形状が皿形、正半楕円形または近似半楕円形となっている。反応容器２ａの蓋板に円環状鏡板を使用することにより、温度変化による径方向の膨張や収縮が吸収される。そのため、熱応力による反応容器２ａの損傷や破損をより効果的に回避することができる。なお、上記の鏡板の断面形状は、ＪＩＳ Ｂ ８２４７「圧力容器用鏡板」に規定されたもののうち、平鏡板を除くものである。

【0090】

また、外筒２１における取入口２１ａよりも少し上側の部分には、ベローズ構造の伸縮吸収部２１ｃが形成されている。伸縮吸収部２１ｃを設けたことにより、外筒２１の時間的な温度変化や位置的な温度分布による伸縮が吸収される。そのため、触媒を収容している反応容器２ａの熱応力による損傷や破損を回避しつつ、反応容器２ａを長期間使用することができる。なお、伸縮吸収部２１ｃとしては、市販のベローズ形伸縮管継手を使用するのが好適であり、この管継手とストレート管を接合して外筒２１を安価に製作することができる。

【0091】

また改質ガス発生装置ＲＧにおいて、バーナ３は、第１ガス筒３１、第２ガス筒３２、保炎器３３、および熱放射筒Ｚａを有する。

【0092】

第１ガス筒３１と第２ガス筒３２は、上下に延びる軸を共通とした円筒状に形成されており、第２ガス筒３２の直径は第１ガス筒３１の直径よりも大きい。第１ガス筒３１の上側寄りの部分は、第２ガス筒３２の上端よりも上方へ突出しており、第１ガス筒３１の下側寄りの部分は、第２ガス筒３２の内側に配置されている。第１ガス筒３１の上端は封鎖されており、第１ガス筒３１と第２ガス筒３２との隙間は、第２ガス筒３２の上端において封鎖されている。

【0093】

第２ガス筒３２と熱放射筒Ｚａは１本の管体により形成されており、第２ガス筒３２の下端は熱放射筒Ｚａの上端に連接している。このように第２ガス筒３２と熱放射筒Ｚａを１本の管体で形成することにより、両部材の芯合わせや接合等の作業が不要となり、バーナ３を低コストで製作できる。また図１０に示すように、第１ガス筒３１の上部には先述した第１バーナ用ガスＧｘが流入し、第２ガス筒３２の上部には先述した第２バーナ用ガスＧｙが流入する。

【0094】

保炎器３３は、第１ガス筒３１の下端に接続されるとともに、先端部が下方（燃焼させるガスの流れの下流側）に向かって拡開する円錐台状に形成されている。また保炎器３３は、拡開方向に間隔をおいた多列の貫通孔３３ａを有している。また、保炎器３３の外径と第２ガス筒３２の内径は略同径に形成されており、これによりバーナ３は、第１バーナ用ガスＧｘと第２バーナ用ガスＧｙを燃焼させ、第２ガス筒３２の内径の径方向断面の全体に亘って、安定した火炎を形成することが可能である。

【0095】

また図１１に示すように、バーナ３には、第１電極ロッド４１および第２電極ロッド４２からなる電極対４０ｘが備えられており、電極対４０ｘの先端部が保炎器３３の内部に配置されている。第１電極ロッド４１は、第１ガス筒３１と電気的に絶縁されており、第２電極ロッド４２は、第１ガス筒３１と電気的に導通している。

【0096】

電極対４０ｘは、ガス点火の動作制御と火炎検知を行う点火／火炎検知回路４０に接続されており、ガス点火と火炎検知の両方に利用することが可能である。点火／火炎検知回路４０は、ガス点火部４０ａ、電流検知部４０ｂ、第１スイッチ４０ｃ１、および第２スイッチ４０ｃ２を有している。点火／火炎検知回路４０は、ガス点火時には、第１スイッチ４０ｃ１を閉じて第２スイッチ４０ｃ２を開くことで電極対４０ｘをガス点火部４０ａに接続させ、ガス点火部４０ａからの高電流を電極間に流して火花を発生させて、ガス点火を実現させる。

【0097】

一方で点火／火炎検知回路４０は、火炎検知時には、第１スイッチ４０ｃ１を開いて第２スイッチ４０ｃ２を閉じることで電極対４０ｘを電流検知部４０ｂに接続させ、電極間に電圧を印加して生じる電流を電流検知部４０ｂに検知させて、火炎の有無を判断する。これにより、電極間に電圧を印加したときの火炎の導電現象を利用して、火炎の有無を検知することが可能である。

【0098】

このようにバーナ３は、ガス点火時においては、第１電極ロッド４１をスパークロッドとして機能させるとともに、第２電極ロッド４２をアースロッドとして機能させる。一方でバーナ３は、火炎検知時においては、第１電極ロッド４１をフレームロッドとして機能させるとともに、第２電極ロッド４２をアースロッドとして機能させる。そのためバーナ３によれば、第１電極ロッド４１および第２電極ロッド４２からなる電極対４０ｘを用いて、ガス点火機構と火炎検知機構を切替可能に構成することにより、確実かつ安全な燃焼動作を行うことができる。

【0099】

熱放射筒Ｚａは、内筒２２と軸を共通とした円筒状に形成されており、熱放射筒Ｚａの外径は内筒２２の内径よりも小さい。また、熱放射筒Ｚａの上端は、内筒２２の内側において第２ガス筒３２の下端に連接しており、熱放射筒Ｚａの下端は、内筒２２の下端よりも下方へ突出している。なお熱放射筒Ｚａは、バーナ３の一要素と見ることもできる。

【0100】

熱放射筒Ｚａは、バーナ３における燃焼室および燃焼ガスの流通路として機能し、表面が燃焼熱の放射部としての役割を果たす。バーナ３の燃焼炎は熱放射筒Ｚａの内側に位置するため、この燃焼炎による熱エネルギーを熱放射筒Ｚａの外面から効率良く放射させることが可能である。本実施形態では熱放射筒Ｚａを燃焼室筒として機能させるため、触媒を収容している反応容器２ａに内側から燃焼熱を与え続けても、熱放射筒Ｚａの熱応力による損傷や破損を回避することができる。

【0101】

熱放射筒Ｚａは、周方向全体において内筒２２と表面どうしが離れるように、内筒２２に挿通されている。このように、熱放射筒Ｚａの外面と内筒２２の内面の間に隙間が設けられている。そのため、水蒸気改質反応のために内筒２２側から触媒充填層２３へ熱エネルギーを与える際の熱伝達は、熱放射筒Ｚａからの放射伝熱によって行われ、熱伝導を伴わない。これにより、触媒を収容している反応容器２ａの熱応力による損傷や破損を回避しつつ、反応容器２ａを長期間使用することが可能である。

【0102】

また改質器２において、外筒２１の下端部近傍には混合ガスＧｂ（原燃料ガスＧａと水蒸気の混合ガス）の取入口２１ａが設けられ、外筒２１の上端部近傍には改質ガスＧｃの取出口２１ｂが設けられている。取入口２１ａから外筒２１と内筒２２の間に取り入れられた混合ガスＧｂは、触媒充填層２３を通る際に改質され、改質ガスＧｃとして取出口２１ｂから取り出される。このように本実施形態では、取入口２１ａは熱放射筒Ｚａの先端側に対応する側に設けられ、取出口２１ｂは熱放射筒Ｚａの基端側に対応する側に設けられている。

【0103】

ここで、燃焼ガスＧｇの熱エネルギーは、水蒸気改質反応に伴う吸熱に利用されるので、燃焼ガスＧｇの温度は、熱放射筒Ｚａの基端側から先端側に向かって低下していくことになる。この点を考慮し、本実施形態では取入口２１ａと取出口２１ｂの配置を上記のとおりとしたため、取入口２１ａから流入した混合ガスＧｂは、温度低下した燃焼ガスＧｇによって予熱された後、より高温の燃焼ガスＧｇの熱エネルギーを使って改質される。

【0104】

そして生成した改質ガスＧｃ（水素および一酸化炭素含有ガス）は、取出口２１ｂから連続的に排出され、各セルスタック１のアノード燃料ガスとして使用される。このように本実施形態では、混合ガスＧｂおよび改質ガスＧｃの流れと、燃焼ガスの流れを対向流としているので、効率の良い水蒸気改質反応を行わせることができる。

【0105】

但し、取入口２１ａと取出口２１ｂの配置を本実施形態とは逆にし、取入口２１ａを熱放射筒Ｚａの基端側に対応する側に設け、取出口２１ｂを熱放射筒Ｚａの先端側に対応する側に設けるようにしても良い。この場合は、取入口２１ａから流入した混合ガスＧｂは、高温の燃焼ガスＧｇによって瞬時に予熱された後、やや温度低下した燃焼ガスＧｇの熱エネルギーを使って改質される。このように、混合ガスＧｂおよび改質ガスＧｃの流れと、燃焼ガスＧｇの流れを並行流とすることで、混合ガスＧｂの予熱効果が高く、混合ガスＧｂを調製する蒸発器４の加熱能力（熱交換能力）を抑えた設計が可能となり、蒸発器４のコストダウンが期待できる。

【0106】

＜燃焼ガス管＞
次に、燃焼ガス管Ｚｂの構成等について、より詳細に説明する。図１２は、燃焼ガス管Ｚｂの配置形態がより理解容易となるように、各ボックスＸ１，Ｘ２、板状断熱材５３、および各マニホールドＭａ～Ｍｄ等を不図示としたホットモジュールＨＭの側面図である。

【0107】

本図に示すように燃焼ガス管Ｚｂは、上下に延びるストレート管が左右に（つまり平行に）並ぶように上側でＵターンした折り返し管路からなり、改質器２の後側に配置されている。上側で繋がる左右の当該ストレート管は、改質器２の下端近傍から上端近傍まで延びており、改質器２の外筒２１の近傍に正対配置されている。なお図１２に破線矢印で示すように、燃焼ガスＧｇは右側の当該ストレート管を上昇して、左側の当該ストレート管を下降するように流れる。

【0108】

これにより、バーナ３の作動時に発生する燃焼ガスＧｇは、熱放射筒Ｚａおよび燃焼ガス管Ｚｂを順に流通し、改質器２の内側と外側から同時に燃焼熱を与えることができる。そのため、触媒層での吸熱量が増加して燃焼ガスＧｇの温度が大幅に低下する結果、予熱用の熱交換器に温度低下した燃焼ガスＧｇを供給することが可能となり、熱交換器を安価な材料（例えばＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓ等）で製作することができる。

【0109】

また、触媒層での吸熱量が大幅に増加することから、水蒸気改質反応の効率がアップし、その分、触媒使用量を低減することができ、改質器２の小型化が可能となっている。なお本実施形態では、改質器２での水蒸気改質反応に必要なエネルギーは、その大部分が燃焼熱によって賄われる。そのため改質器２では、セルスタック１の動作温度に依存することなく、安定した改質ガスＧｃの生成を行うことができる。

【0110】

また図１２に示すとおり、左側の燃焼ガス管Ｚｂは左側のセルスタック集合体６１の右側近傍に正対配置されており、右側の燃焼ガス管Ｚｂは右側のセルスタック集合体６１の左側近傍に正対配置されている。これにより、燃料電池システム１００はスタートアップ運転時間の短縮が可能となっている。

【0111】

つまり、水蒸気改質を利用する改質形燃料電池システムでは、当該燃料電池システムのスタートアップ運転において、改質器およびセルスタックの昇温に水蒸気（過熱蒸気）を用いることがある。この場合、バーナの燃焼により発生させた燃焼ガスを蒸発器の熱源とし、蒸発器の内部で水を加熱することにより、水蒸気の生成が行われる。しかし水蒸気のみを使った昇温では、一般的に８時間以上もの非常に長いスタートアップ運転時間を有する。この点、本実施形態では、燃焼ガス管Ｚｂを改質器２およびセルスタック集合体６１の近傍に配置しているので、バーナ燃焼時の熱放射により、冷態の改質器２およびセルスタック集合体６１が間接的に加熱される。そのため、スタートアップ運転時間を例えば４時間前後まで短縮することができる。

【0112】

なお、本実施形態では改質器２がセルスタック集合体６１の近傍に配置されており、セルスタック１の発電反応に伴う廃熱も、改質器２での水蒸気改質反応に補助的に利用される。そのため、発電セルの劣化等により損失エネルギーが増加した場合でも、セルスタック１の冷却が行えることになり、セルスタック１を適切な動作温度に維持することができる。

【0113】

また本実施形態では、燃焼ガス管Ｚｂを折り返し管路としたことにより、改質器２の外側から繰り返し燃焼熱を与えることができ、触媒層での吸熱量が更に増加する。そのため、触媒使用量の低減と改質器２の小型化により、ホットモジュールＨＭの材料コストを効果的に削減できる。なお当該折り返し管路は、管路のストレート部が改質器２の軸方向に沿って敷設されても良いし、改質器２の軸方向と直交して敷設されても良い。また、本実施形態では当該折り返し管路のターン数を１としているが、当該折り返し管路のターン数を複数としても良い。

【0114】

＜セルスタック＞
次に、セルスタック１の構成等について、より詳細に説明する。図１３および図１４はセルスタック１の斜視図であり、図１４はセルスタック１の平面図である。

【0115】

図１３～図１５に示すようにセルスタック１は、所定数の平板型発電セルが左右に積層された積層部７５、積層部７５の左端に設けた第１端板７６ａ、および、積層部７５の右端に設けた第２端板７６ｂを備える。第１端板７６ａと第２端板７６ｂは、積層部７５を挟んで左右に対向する一対の端板として設けられており、左方視で略矩形状である。

【0116】

第１端板７６ａにおける四隅それぞれの近傍には、フランジ付ガスポート７２が配置されている。具体的には図１４に示すように、アノード燃料流入ポート７２ａ、カソード空気流入ポート７２ｂ、アノードオフガス流出ポート７２ｃ、およびカソードオフガス流出ポート７２ｄからなる計４個のフランジ付ガスポート７２が設けられている。各フランジ付ガスポート７２は、左側（外側）の縁の全周から径方向へ張り出すフランジ部７２ｘを有する。

【0117】

またセルスタック１には、各フランジ付ガスポート７２のフランジ部７２ｘの縁部に固定される支持板７１が設けられる。支持板７１は、各フランジ付ガスポート７２のフランジ部７２ｘそれぞれの位置とサイズに合わせた貫通孔が形成されており、当該貫通孔それぞれの内周面に各フランジ部７２ｘの外周面が密着する。

【0118】

積層部７５の前側には、積層部７５の発電セルによって発電された電力を出力する端子として、上下を幅方向とした板状の第１電力端子７４ａおよび第２電力端子７４ｂが配置されている。なお、第１電力端子７４ａと第２電力端子７４ｂは、互いに極性が異なる電力端子である。第１電力端子７４ａは、積層部７５の前側から前方へ突出して、端部７４ａ１が左側に折り曲げられている。第２電力端子７４ｂは、積層部７５の前側における第１電力端子７４ａよりも左下寄りの位置から前方へ突出して、端部７４ｂ１が右側に折り曲げられている。

【0119】

このように、第１電力端子７４ａおよび第２電力端子７４ｂは、積層部７５における平板型発電セルの積層面（左右方向と直交する平面）に略平行かつ同一方向（本実施形態の例では前方）に突出している。各電力端子の端部７４ａ１，７４ｂ１は、何れも前方を向いた平面を構成しており、前後方向および左右方向の位置が同じである。

【0120】

＜セルスタック集合体＞
次に、セルスタック集合体６１の構成等について、より詳細に説明する。図１６および図１７は、それぞれ異なる視点から見た左側のセルスタック集合体６１の斜視図である。なお本実施形態の例では、右側のセルスタック集合体６１におけるセルスタック１は、左側のセルスタック集合体６１におけるセルスタック１とは上下逆向きに配置される。これにより改質器２を挟んで左右に設けられる各セルスタック集合体６１は、各電力端子７４ａ，７４ｂが前方に位置しながら、フランジ付ガスポート７２が左右方向内側に位置するように構成される。

【0121】

セルスタック集合体６１は、オープンラック６２を用いて複数のセルスタック１を上下方向に積み上げた構成となっている。これにより、セルスタック集合体６１の設置面積、ひいてはホットモジュールＨＭの設置面積を極力小さくすることが可能である。そのため本実施形態によれば、既設設備の空きスペース等、狭い場所に設置しやすい燃料電池システム１００を構築することができる。また、複数基のセルスタック集合体６１をホットモジュールＨＭに搭載することにより、燃料電池システム１００の発電出力の大容量化も容易である。

【0122】

オープンラック６２は、上下に延びる柱部６４が上方視四隅それぞれに設けられ、この４本の柱部６４に固定支持されるようにして、複数のステージ盤６３が上下方向へ略等間隔に配置されている。ステージ盤６３に挟まれるスペースのサイズは、セルスタック１のサイズに合うように設定されている。

【0123】

個々のセルスタック１は、ステージ盤６３の上に載置されるとともに、例えばネジ止めによって支持板７１が右側の柱部６４に固定されて、オープンラック６２に収容される。そのためセルスタック集合体６１の組み立ては、セルスタック１をステージ盤６３に載置し、支持板７１を柱部６４に固定する作業を繰り返すだけでよい。これにより、セルスタック集合体６１を容易に組み立てることができる。また、個々のセルスタック１は、ステージ盤６３により安定的に自重が支えられ、上下方向の適正位置に保持されるとともに運転中の脱落が防止される。

【0124】

また、上述したオープンラック６２は、規定数量（本実施形態の例では４個）のセルスタック１を搭載可能に設計されているが、当該オープンラックの代わりに、１個のセルスタック１に対応する単位ラックの複数個を組み立てたオープンラックを採用しても良い。図１８は、このようなオープンラックを形成し得る単位ラック６２ａにセルスタック１を搭載した状態を例示している。

【0125】

単位ラック６１ａは、オープンラック６２におけるステージ盤６３の１段分と同等の構成であるステージ盤６３ａと、オープンラック６２における４本の柱部６４の１段分と同等の構成である４本の柱部６４ａと、を備え、単位ラック６１ａどうしを上下方向に段積みして固定することが可能となっている。これにより、オープンラック６２の場合と同様にして、所要数量のセルスタック１それぞれを各単位ラック６１ａに収容しておき、収容済みの単位ラック６１ａ（スタック保持体）それぞれを段積みして固定することにより、先述したセルスタック集合体６１と同等のものを得ることができる。

【0126】

この場合のオープンラックは、セルスタック１ごとに分割された単位ラック６１ａによって形成されることになる。このように単位ラック６１ａを利用する場合は、例えばホットモジュールＨＭの発電出力に応じて、セルスタック１の搭載数を容易に調節することができる。また、オープンラックにセルスタック１を搭載しない空き部分が生じないので、ラックの材料コストを削減することもできる。

【0127】

＜マニホールドの枝管＞
全てのセルスタック１における各フランジ付ガスポート７２は、対応するマニホールドから延びる枝管に接続されている。具体的には、アノード燃料流入ポート７２ａは第１分配マニホールドＭａから延びる枝管に接続され、カソード空気流入ポート７２ｂは第２分配マニホールドＭｂから延びる枝管に接続され、アノードオフガス流出ポート７２ｃは第１収集マニホールドＭｃから延びる枝管に接続され、カソードオフガス流出ポート７２ｄは第２収集マニホールドＭｄから延びる枝管に接続されている。本実施形態では８個のセルスタック１を有しているため、それぞれのマニホールドから各々８本の枝管が延びる構成である。

【0128】

各マニホールドＭａ～Ｍｄから延びる枝管は、対応するフランジ付ガスポート７２と当該マニホールドを結ぶ最短距離よりも長い管長を有し、かつ湾曲部を含んで構成されている。また、何れの枝管にも先端にフランジが設けられており、当該フランジを、対応するフランジ付ガスポート７２のフランジ部７２ｘに連結させることが可能である。

【0129】

ここで図１９に、各マニホールドＭａ～Ｍｄ（便宜的に「マニホールドＭｘ」と総称する。）から延びる枝管の構成例を示す。本図に示す何れの枝管ＢＰも、マニホールドＭｘから延びて先端にフランジＦｇが設けられている。

【0130】

図１９（Ａ）に示す例では、マニホールドＭｘから２個のセルスタック１に対して２本の枝管ＢＰが延びている状態を部分的に示しており、一方の枝管ＢＰには湾曲部ＣＶ１が含まれ、他方の枝管ＢＰには湾曲部ＣＶ２が含まれている。これらの湾曲部ＣＶ１，ＣＶ２は何れも、平面的な（つまり二次元的な）パイプ構造となっている。すなわち、湾曲部ＣＶ１の全領域で枝管ＢＰの断面視中心（枝管ＢＰの延びる方向に直交する平面で切断した場合の断面視中心）は同一の平面（マニホールドＭｘの軸方向と直交する平面）に含まれており、湾曲部ＣＶ２の全領域でも枝管ＢＰの断面視中心は同一の平面（マニホールドＭｘの軸方向と直交する平面）に含まれている。

【0131】

図１９（Ｂ）に示す例では、マニホールドＭｘから１個のセルスタック１に対して１本の枝管ＢＰが延びている状態を部分的に示しており、この枝管ＢＰには湾曲部ＣＶ３が含まれている。この湾曲部ＣＶ３も、平面的なパイプ構造となっている。すなわち、湾曲部ＣＶ３の全領域で枝管ＢＰの断面視中心は同一の平面（マニホールドＭｘの軸方向と直交する平面）に含まれている。また当該枝管ＢＰには途中にベローズ形伸縮管継手Ｂｐ１が設けられており、枝管ＢＰの伸縮を吸収させることが可能となっている。

【0132】

図１９（Ｃ）に示す例では、マニホールドＭｘから２個のセルスタック１に対して２本の枝管ＢＰが延びている状態を部分的に示しており、一方の枝管ＢＰには湾曲部ＣＶ４が含まれ、他方の枝管ＢＰには湾曲部ＣＶ５が含まれている。これらの湾曲部ＣＶ４，ＣＶ５は何れも、立体的な（つまり三次元的な）パイプ構造となっている。すなわち、湾曲部ＣＶ４，ＣＶ５の何れにおいても、全領域で枝管ＢＰの断面視中心が同一の平面に含まれるようにはなっていない。

【0133】

図１９（Ｄ）に示す例では、マニホールドＭｘから２個のセルスタック１に対して２本の枝管ＢＰが延びている状態を部分的に示しており、一方の枝管ＢＰには湾曲部ＣＶ６が含まれ、他方の枝管ＢＰには湾曲部ＣＶ７が含まれている。これらの湾曲部ＣＶ６，ＣＶ７は何れも、立体的なパイプ構造となっている。すなわち、湾曲部ＣＶ６，ＣＶ７の何れにおいても、全領域で枝管ＢＰの断面視中心が同一の平面に含まれるようにはなっていない。

【0134】

図１９（Ａ）或いは（Ｂ）に示す例のように、マニホールドＭｘの枝管ＢＰに平面的なパイプ構造を有する湾曲部を設けるようにすると、主に枝管ＢＰの水平方向（ホットモジュールＨＭの上下方向と直交する方向）に生じるパイプの伸縮を、効果的に吸収することができる。これにより、フランジ付ガスポート７２との接合部に作用するストレスに基因するガスリークの問題が解消される。

【0135】

一方で図１９（Ｃ）或いは（Ｄ）に示す例のように、マニホールドＭｘの枝管ＢＰに立体的なパイプ構造を有する湾曲部を設けるようにすると、枝管ＢＰの水平方向に加えて高さ方向（ホットモジュールＨＭの上下方向）に生じるパイプの伸縮も、効果的に吸収することができる。これにより、フランジ付ガスポート７２との接合部に作用するストレスに基因するガスリークの問題が解消される。各マニホールドＭａ～Ｍｄの枝管にどのパイプ構造の湾曲部を設けるかは、例えばホットモジュールＨＭの仕様等に応じて決めることができる。

【0136】

＜電力端子およびその接続形態＞
また左右両方のセルスタック集合体６１において、各セルスタック１における各電力端子７４ａ，７４ｂは何れも前方に突出しており、これらの電力端子の端部７４ａ１，７４ｂ１は、前後方向および左右方向の位置が同じとなるように揃えられている。また、同じセルスタック集合体６１におけるセルスタック１どうしでは、第１電力端子７４ａおよび第２電力端子７４ｂの上下の位置関係が揃えられている。すなわち、右側のセルスタック集合体６１では、何れのセルスタック１においても第１電力端子７４ａが第２電力端子７４ｂよりも上側にあり、左側のセルスタック集合体６１では、何れのセルスタック１においても第１電力端子７４ａが第２電力端子７４ｂよりも下側にある。

【0137】

そして近接するセルスタック１どうしの各電力端子７４ａ，７４ｂは、図５や図７等に示すように、メインバスバー７８ａおよびサブバスバー７８ｂを用いて電気的に接続されるようにし、各セルスタック１の発電電力を纏めて外部へ出力させることが可能となっている。なお各バスバー７８ａ，７８ｂは、例えば、各電力端子の端部７４ａ１，７４ｂ１にネジ止め等によって接続固定される。

【0138】

ここで図２０は、各電力端子７４ａ，７４ｂの接続形態を模式的に示している。本図に示すように、右側のセルスタック集合体６１の各セルスタック１においては、第１電力端子７４ａが第２電力端子７４ｂより上側に設けられており、左側のセルスタック集合体６１の各セルスタック１においては、第１電力端子７４ａが第２電力端子７４ｂより下側に設けられている。

【0139】

右側のセルスタック集合体６１では、最上段のセルスタック１の第２電力端子７４ｂと上から２段目のセルスタック１の第１電力端子７４ａとの接続、上から２段目のセルスタック１の第２電力端子７４ｂと上から３段目のセルスタック１の第１電力端子７４ａとの接続、および、上から３段目のセルスタック１の第２電力端子７４ｂと最下段のセルスタック１の第１電力端子７４ａとの接続のそれぞれが、メインバスバー７８ａにより実現されている。

【0140】

左側のセルスタック集合体６１では、最上段のセルスタック１の第１電力端子７４ａと上から２段目のセルスタック１の第２電力端子７４ｂとの接続、上から２段目のセルスタック１の第１電力端子７４ａと上から３段目のセルスタック１の第２電力端子７４ｂとの接続、および、上から３段目のセルスタック１の第１電力端子７４ａと最下段のセルスタック１の第２電力端子７４ｂとの接続のそれぞれが、メインバスバー７８ａにより実現されている。

【0141】

更に、右側のセルスタック集合体６１における最下段のセルスタック１の第２電力端子７４ｂと、左側のセルスタック集合体６１における最下段のセルスタック１の第１電力端子７４ａとが、サブバスバー７８ｂにより実現されている。また、右側のセルスタック集合体６１における最上段のセルスタック１の第１電力端子７４ａ、および、左側のセルスタック集合体６１における最上段のセルスタック１の第２電力端子７４ｂは、それぞれ別の電力線７９に接続されている。これらの電力線７９は、それぞれ別の電力線保護管７９ａに保護されており、ホットモジュールＨＭの外部に延出する。

【0142】

メインバスバー７８ａは、ホットモジュールＨＭの冷態時と発電動作時の温度差による鉛直方向の伸縮に伴う不具合を防ぐため、伸縮吸収部７８ａ１を有する金属板で構成されている。伸縮吸収部７８ａ１は、本実施形態の例では、図８等に示すように左右方向視でＵ字状の湾曲部としているが、Ｖ字状の折曲部等としても良い。伸縮吸収部７８ａ１を有するメインバスバー７８ａを採用することで、熱応力が緩和され、安定した発電動作が実現可能であるとともに、各段のセルスタック１に過剰な力が作用するのを防止することもできる。

【0143】

サブバスバー７８ｂは、ホットモジュールＨＭの冷態時と発電動作時の温度差による水平方向の伸縮に伴う不具合を防ぐため、伸縮吸収部７８ｂ１を有する金属板で構成されている。伸縮吸収部７８ｂ１は、本実施形態の例では、図５等に示すように上下方向視でＵ字状の湾曲部としているが、Ｖ字状の折曲部等としても良い。伸縮吸収部７８ｂ１を有するサブバスバー７８ｂを採用することで、熱応力が緩和され、安定した発電動作が実現可能であるとともに、最上段のセルスタック１に過剰な力が作用するのを防止することもできる。

【0144】

＜冷却体＞
次に、冷却管Ｚｃを含む冷却用空気ラインＬｋの構成について詳細に説明する。図２１は、冷却用空気ラインＬｋの設置例を示すホットモジュールＨＭの斜視図である。なお図２１においては、図５と同様に、第１ボックスＸ１、第２ボックスＸ２、および板状断熱材５３を不図示としており、さらに、冷却用空気ラインＬｋの主要部以外の部分を薄く表示し、冷却用空気Ａｄの出入り方向を着色矢印で概略的に示している。

【0145】

図２１に示すように、改質器２および左右のセルスタック集合体６１の前側には、冷却用空気ラインＬｋにおける冷却管Ｚｃと収集管Ｌｋ１が配置されている。より具体的に説明すると、左右のセルスタック集合体６１それぞれの前側には、上下に延びる冷却管Ｚｃがメインバスバー７８ａの近傍に配置されている。これら左右２本の冷却管Ｚｃの下端部どうしは、左右に延びる連結管Ｌｋｘにより連結されており、この連結管Ｌｋｘはサブバスバー７８ｂの近傍に配置されている。そして連結管Ｌｋｘの略中央部には、上方へ延びる延出管Ｌｋｙが延出しており、連結管Ｌｋｘと延出管Ｌｋｙが一体となって収集管Ｌｋ１が構成されている。

【0146】

２本の冷却管Ｚｃおよび収集管Ｌｋ１（連結管Ｌｋｘ，延出管Ｌｋｙ）は、例えば、「コ」の字状（或いはＵ字状）に折り曲げ加工された大径管体の略中央部に小径管体（大径管体よりも径方向サイズが小さい管体）を溶接して形成することが可能であり、この場合、大径管体の両端それぞれの部分が冷却管Ｚｃとなり、その他の部分が収集管Ｌｋ１となる。このように、折り返すように曲げられている大径管体の両端側部分それぞれを冷却管Ｚｃとし、当該大径管体における冷却管Ｚｃどうしの間の部分である連結管Ｌｋｘ、および、連結管Ｌｋｘから延出するように配置された小径管体（延出管Ｌｋｙ）を、収集管Ｌｋ１とすることができる。収集管Ｌｋ１は、２本の冷却管Ｚｃを流通した後の冷却用空気Ａｄを合流させて導出する役割を果たす。

【0147】

更に、冷却管Ｚｃを流れる冷却用空気Ａｄは、メインバスバー７８ａの冷却にも利用されると共に、連結管Ｌｋｘを流れる冷却用空気Ａｄは、サブバスバー７８ｂの冷却にも利用される。これにより、メインバスバー７８ａおよびサブバスバー７８ｂの電気抵抗が減少し、発電電力の送電損失が抑制される。

【0148】

第１実施形態ではセルスタック１の積重方向へ伸びるようにセルスタック集合体６１の近傍に冷却管Ｚｃが設置されており、冷却用空気Ａｄを下降流で流すことで、ホットモジュールＨＭが上層部から下層部に向かって冷却されるようにしている。なお冷却能力を増強する場合は、背面側（セルスタック集合体６１の後側）にも冷却管を設置するようにしても良い。

【0149】

この場合、ホットモジュールＨＭの内部温度に応じて、前後の一方もしくは両方の冷却管を作動させるようにしても良い。一例としては、ホットモジュールＨＭの内部温度が所定の閾値以下であるときは、前側の冷却管Ｚｃにだけ冷却用空気Ａｄを流すようにし、所定の閾値を超えたときは、前後両方の冷却管Ｚｃに冷却用空気Ａｄを流すようにしても良い。

【0150】

以上に説明したとおり、本実施形態のホットモジュールＨＭは、セルスタック１と、冷却用空気Ａｄが流通する冷却管Ｚｃと、を備え、冷却管Ｚｃをセルスタック１の近傍に設置すると共に、冷却管Ｚｃに導入する冷却用空気Ａｄの流量を調整することにより、ホットモジュールＨＭ内部の熱量を制御するようになっている。そのためホットモジュールＨＭは、セルスタック１の動作温度を適正範囲に維持することが容易となっている。なお冷却管Ｚｃは、本発明に係る冷却体（管状の形状を有する冷却体）の一形態に相当する。

【0151】

なお、冷却管Ｚｃの配置形態は、第１実施形態のものに限定されるものではなく、種々の目的等に応じて他の配置形態を採用することも可能である。冷却管Ｚｃの配置形態を別の形態とした場合のホットモジュールＨＭの具体例について、以下、第２実施形態および第３実施形態として説明する。

【0152】

２．第２実施形態
次に本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、冷却用空気ラインＬｋの形態（特に冷却管Ｚｃの配置形態）を除いて、基本的に第１実施形態と同様である。以下の説明では、第１実施形態と異なる点の説明に重点をおき、第１実施形態と共通する点については説明を省略することがある。

【0153】

図２２は、第２実施形態に係るホットモジュールＨＭの斜視図であり、冷却用空気ラインＬｋの主要部を着色して模式的に表したものである。なお図２２においては、図２１と同様に、第１ボックスＸ１、第２ボックスＸ２、および板状断熱材５３を不図示としており、冷却用空気ラインＬｋの主要部以外の部分を薄く表示し、冷却用空気Ａｄの出入り方向を着色矢印で概略的に示している。

【0154】

図２２に示すように第２実施形態では、上方視で複数のセルスタック集合体６１の全体を囲むように、冷却管Ｚｃが上下方向を軸方向とする螺旋状に設置されている。また、前後左右の各方向から見て、当該螺旋状は最上段のセルスタック１から最下段のセルスタック１まで及んでいる。

【0155】

更に冷却管Ｚｃは、全てのセルスタック１の第２端板７６ｂ（エンドプレート）それぞれに対応して前後に伸びる対応部それぞれを有している。当該対応部それぞれは対応する第２端板７６ｂに近接しており、これにより冷却管Ｚｃは各セルスタック１を効率良く冷却することが可能となっている。なお第２実施形態においても、冷却用空気Ａｄを下降流で流すことで、ホットモジュールＨＭが上層部から下層部に向かって冷却されるようにしている。

【0156】

３．第３実施形態
次に本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、冷却用空気ラインＬｋの形態（特に冷却管Ｚｃの配置形態）を除いて、基本的に第１実施形態と同様である。以下の説明では、第１実施形態と異なる点の説明に重点をおき、第１実施形態と共通する点については説明を省略することがある。

【0157】

図２３は、第３実施形態に係るホットモジュールＨＭの斜視図であり、冷却用空気ラインＬｋの主要部を着色して模式的に表したものである。なお図２３においては、図２１と同様に、第１ボックスＸ１、第２ボックスＸ２、および板状断熱材５３を不図示としており、冷却用空気ラインＬｋの主要部以外の部分を薄く表示し、冷却用空気Ａｄの出入り方向を着色矢印で概略的に示している。

【0158】

図２３に示すように第３実施形態では、上方視で複数のセルスタック集合体６１の全体を囲むように、冷却管Ｚｃが上下方向を軸方向とする螺旋状に設置されている。但し第３実施形態では、前後左右の各方向から見て、当該螺旋状は最上段のセルスタック１の周囲に留まっており、最上段のセルスタック１の第２端板７６ｂ（エンドプレート）が重点的に冷却されるようになっている。

【0159】

なお冷却管Ｚｃは、最上段の左右のセルスタック１の第２端板７６ｂそれぞれに対応して前後に伸びる対応部それぞれを有しており、当該対応部それぞれは対応する第２端板７６ｂに近接している。これにより冷却管Ｚｃは最上段のセルスタック１を効率良く冷却することが可能となっている。

【0160】

第３実施形態によれば、ホットモジュールＨＭの上層部を重点的に冷却することで、ホットモジュールＨＭの内部に温度差が生まれる。これにより、断熱材で閉じ込められているホットモジュールＨＭ内部の空気の対流を促すことで、温度の均一化を図ることが可能となっている。また、上層部の温度が高い場合は、空気の対流により上層部に位置するセルスタック１が積極的に冷やされる。これにより、積層されたセルスタック１の上下方向の温度分布を解消することが可能となっている。なお第１～第３実施形態の各冷却管Ｚｃは、その内部に冷却用空気Ａｄの乱流を促進する構造物ないし充填物を有する構成としても良い。これにより、冷却用空気Ａｄの乱流が促進され、吸熱効果の向上が期待できる。

【0161】

また、セルスタック１のアノードでは水素濃度が高い上流側ほど発電反応が進むので、発熱量が多くなる。そこで第１～第３実施形態の各冷却管Ｚｃは、冷却管Ｚｃの内部を流通する冷却用空気Ａｄの流れ方向と、セルスタック１の内部を流通するアノード燃料の流れ方向とが略同じ方向になるように、セルスタック１ないしセルスタック集合体６１の近傍に設置しても良い。これにより、アノードでの発熱量が多い側に対してより低温の冷却用空気Ａｄを流すことができ、冷却用空気Ａｄの吸熱量を増やして冷却効率の向上が期待できる。

【0162】

なお、第１～第３実施形態のセルスタック１は、一対の端板（第１端板７６ａと第２端板７６ｂ）の間に所定数の平板型発電セルを積層した構成（積層部７５を有した構成）であって、第１端板７６ａに、アノード燃料流入ポート７２ａ、カソード空気流入ポート７２ｂ、アノードオフガス流出ポート７２ｃ、およびカソードオフガス流出ポート７２ｄを有している。そして第２および第３実施形態の冷却管Ｚｃは、一部が第２端板７６ｂの板面に沿うように設置されている。これにより、セルスタック１を効果的に冷却することが可能となっている。

【0163】

また第１～第３実施形態の冷却管Ｚｃは、第２分配マニホールドＭｂを含む各マニホールド、および、カソード空気流入ポート７２ｂと第２分配マニホールドＭｂとを接続する枝管を含む各枝管とは、別個の構成要素として設けられている。そのため、例えば各マニホールドや各枝管において仕様変更等が生じても、冷却管Ｚｃへの影響は極力抑えられ、ホットモジュールＨＭの内部を安定的に冷却することが可能である。

【0164】

４．第４実施形態
次に本発明の第４実施形態について説明する。以下の説明では、第１実施形態と異なる点の説明に重点をおき、第１実施形態と共通する点については説明を省略することがある。

【0165】

図２４は、第４実施形態に係る燃料電池システム２００の構成を示す説明図である。図２４に示すように燃料電池システム２００は、６個の前段側セルスタック１ａ、２個の後段側セルスタック１ｂ、改質器２、バーナ３、蒸発器４、空気予熱器５、アノードオフガス冷却器６、アノードオフガス凝縮器７、凝縮水回収タンク９、第１原燃料ブロワ１０、第１空気ブロワ１１、水ポンプ１２、第３空気ブロワ１７、再熱器１８、および２個の冷却体１１０を備える。なお以下の説明では、前段側セルスタック１ａおよび後段側セルスタック１ｂを、セルスタック１と総称することがある。

【0166】

また燃料電池システム２００は、混合ガスラインＬｂ、アノード燃料ラインＬｃ、第１アノードオフガスラインＬｄａ、第２アノードオフガスラインＬｄｂ、カソード空気ラインＬｅ、カソードオフガスラインＬｆ、燃焼ガスラインＬｇ、冷却用空気ラインＬｋ、および改質水ラインＬｉの各ライン（管路）を備える。

【0167】

混合ガスラインＬｂは、燃料取入口Ｅ２と改質器２を接続する管路であり、この管路中には上流側から順に、第１原燃料ブロワ１０、および蒸発器４が配置されている。第１原燃料ブロワ１０は、燃料取入口Ｅ２から取り入れられた原燃料ガス（例えば都市ガス１３Ａ等のメタン含有ガス）Ｇａを昇圧して、混合ガスラインＬｂの下流側へ送る機器である。

【0168】

アノード燃料ラインＬｃは、改質器２と各前段側セルスタック１ａのアノードとを接続する管路である。第１アノードオフガスラインＬｄａは、各前段側セルスタック１ａのアノードと各後段側セルスタック１ｂのアノードとを接続する管路である。第１アノードオフガスラインＬｄａは、上流側から順に、再熱器１８、アノードオフガス冷却器６、アノードオフガス凝縮器７、凝縮水回収タンク９、および再熱器１８を通るように配置されている。

【0169】

第２アノードオフガスラインＬｄｂは、各後段側セルスタック１ｂのアノードとバーナ３とを接続する管路である。カソード空気ラインＬｅは、空気取入口Ｅ３と各セルスタック１のカソードとを接続する管路である。カソード空気ラインＬｅは、上流側から順に、アノードオフガス冷却器６および空気予熱器５を通るように配置されている。

【0170】

カソードオフガスラインＬｆは、各セルスタック１のカソードとバーナ３とを接続する管路である。燃焼ガスラインＬｇは、バーナ３とガス排出口（燃焼ガスの排出口）とを接続する管路である。燃焼ガスラインＬｇは、上流側から順に、空気予熱器５および蒸発器４を通るように配置されている。

【0171】

冷却用空気ラインＬｋは、空気取入口Ｅ５と各冷却体１１０とを接続する管路である。冷却用空気ラインＬｋは途中に第３空気ブロワ１７が配置されており、その後段側の所定位置αにおいて、第１冷却用空気ラインＬｋａと第２冷却用空気ラインＬｋｂに分岐して伸びている。第３空気ブロワ１７は、空気取入口Ｅ５から取り入れられた冷却用空気Ａｄを昇圧して、冷却用空気ラインＬｋの下流側へ送る機器である。

【0172】

第１冷却用空気ラインＬｋａは、２個の冷却体１１０の一方の入口側（後述する冷却用空気導入管１１５）に繋がり、第２冷却用空気ラインＬｋｂは、２個の冷却体１１０の他方の入口側に繋がっている。各冷却体１１０の出口側（後述する冷却用空気導出管１１６）から伸びる管路は、所定位置βにおいて合流して一本化され、空気排出口に繋がっている。

【0173】

改質水ラインＬｉは、凝縮水回収タンク９と混合ガスラインＬｂの所定位置（第１原燃料ブロワ１０と蒸発器４の間の位置）とを接続する管路であり、この管路中には水ポンプ１２が配置されている。水ポンプ１２は、凝縮水回収タンク９に貯留した水を改質水Ｗａとして改質水ラインＬｉの下流側へ送る機器である。

【0174】

次に、燃料電池システム２００の動作概要について、図２４を参照しながら説明する。燃料取入口Ｅ２から混合ガスラインＬｂ内に供給された原燃料ガスＧａは、第１原燃料ブロワ１０の作用により後段側へ送られる。原燃料ガスＧａの供給に並行して、凝縮水回収タンク９から改質水ラインＬｉ内に供給された改質水Ｗａは、水ポンプ１２によって水量が調節され、混合ガスラインＬｂへ流入する。

【0175】

改質水Ｗａは、混合ガスラインＬｂ内の原燃料ガスＧａとともに蒸発器４に流入し、蒸発器４において熱交換により加熱されて水蒸気（過熱蒸気）となる。当該水蒸気は加熱された原燃料ガスＧａと混合し、混合ガスＧｂとして改質器２へ流入する。

【0176】

改質器２は、混合ガスＧｂ中の水蒸気を用いて原燃料ガスＧａを改質し、改質ガスＧｃを生成して後段側へ送出する。改質器２から送出された改質ガスＧｃは、アノード燃料ラインＬｃを通って各前段側セルスタック１ａのアノードへ分配される。

【0177】

一方、上述した原燃料ガスＧａの供給に並行して、空気取入口Ｅ３からカソード空気ラインＬｅ内に空気Ａａが供給される。カソード空気ラインＬｅ内の空気Ａａは、第１空気ブロワ１１の作用により後段側へ送られる。この空気Ａａは、アノードオフガス冷却器６での熱交換によって加熱され、更に空気予熱器５での熱交換によって加熱された後、各セルスタック１のカソードへ分配される。

【0178】

前段側セルスタック１ａは、アノードに流入した改質ガスＧｃとカソードに流入した空気Ａａを用いて発電するとともに、アノードから第１アノードオフガスラインＬｄａへ第１アノードオフガスＧｄ１を排出し、カソードからカソードオフガスラインＬｆへカソードオフガスＧｅを排出する。第１アノードオフガスＧｄ１には、アノードにおいて未反応であった燃料成分が含まれており、カソードオフガスＧｅには、カソードにおいて未反応であった酸素が含まれている。

【0179】

第１アノードオフガスラインＬｄａへ排出された第１アノードオフガスＧｄ１は、アノードオフガス冷却器６での熱交換によって冷却され、アノードオフガス凝縮器７へ流入する。アノードオフガス凝縮器７では、第１アノードオフガスＧｄ１は露点温度以下まで冷却され、第１アノードオフガスＧｄ１に含まれる水蒸気が凝縮する。

【0180】

アノードオフガス凝縮器７を通過した第１アノードオフガスＧｄ１は気水分離され、凝縮水が凝縮水回収タンク９に回収される。凝縮水回収タンク９に回収された凝縮水は、改質水Ｗａとして再利用される。なお、気水分離後の第１アノードオフガスＧｄ１は、再熱器１８で加熱された後、各後段側セルスタック１ｂのアノードへ送られる。

【0181】

後段側セルスタック１ｂは、アノードに流入した第１アノードオフガスＧｄ１とカソードに流入した空気Ａａを用いて発電するとともに、アノードから第２アノードオフガスラインＬｄｂへ第２アノードオフガスＧｄ２を排出し、カソードからカソードオフガスラインＬｆへカソードオフガスＧｅを排出する。第２アノードオフガスＧｄ２には、アノードにおいて未反応であった燃料成分が含まれており、カソードオフガスＧｅには、カソードにおいて未反応であった酸素が含まれている。

【0182】

バーナ３は、第２アノードオフガスＧｄ２とカソードオフガスＧｅが流入し、これらを燃焼させて熱を発生させる。バーナ３での燃焼により生じる燃焼ガスＧｇは、燃焼ガスラインＬｇへ送られ、空気予熱器５、および蒸発器４を順に通過して、ガス排出口からホットモジュールの外部へ排出される。

【0183】

また、空気取入口Ｅ５から冷却用空気ラインＬｋに供給された冷却用空気Ａｄは、一部が第１冷却用空気ラインＬｋａを介して一方の冷却体１１０に流入し、残りが第２冷却用空気ラインＬｋｂを介して他方の冷却体１１０に流入する。これらの冷却体１１０に流入した冷却用空気Ａｄは、冷却体１１０を流れる際にホットモジュール内部の冷却に利用された後、空気排出口からホットモジュールＨＭの外部へ排出される。

【0184】

次に冷却体１１０の構成等について説明する。図２５は冷却体１１０の斜視図を示し、図２６は冷却体１１０の断面図（冷却体１１０を幅方向に二分する平面で切断した場合の断面図）を示している。なお説明の便宜上、冷却体１１０についての長さ方向、幅方向、および高さ方向は図２５に示すとおりとする。また、燃料電池システム２００に設けられた２個の冷却体１１０それぞれの構成や機能は同等である。

【0185】

これらの図に示す冷却体１１０は、第１吸熱プレート１１１、第２吸熱プレート１１２、２本の第１サイドバー１１３、２本の第２サイドバー１１４、冷却用空気導入管１１５、および冷却用空気導出管１１６の各部材をロウ付けにより接合して形成した箱状体の内部に、オフセットフィン１１７を封入した形態となっている。なおこれらの部材の材料としては、一例として、Ａｌを２％以上含むフェライト系ステンレス鋼（例えば、ＮＣＡ－１等の高温耐酸化ステンレス鋼）を使用することが可能である。

【0186】

より詳細に説明すると、冷却体１１０は、外面が高さ方向の一方を向いた略板状の第１吸熱プレート１１１、外面が高さ方向の他方を向いた略板状の第２吸熱プレート１１２、外面が幅方向両側それぞれを向いた２本の略板状の第１サイドバー１１３、および、外面が長さ方向両側それぞれを向いた２本の略板状の第２サイドバー１１４によって形成された内部が空洞である略直方体の構造部を有し、この空洞にオフセットフィン１１７が配置されている。

【0187】

なお、各吸熱プレート１１１，１１２の厚さは１～２mm程度、各サイドバー１１３，１１４の高さ方向寸法は８～１２mm程度であることが好ましい。また、第２サイドバー１１４の幅方向寸法は、各サイドバー１１３，１１４の高さ方向寸法に対して２～８倍程度であることが好ましい。第１サイドバー１１３の長さ方向寸法は、発熱源であるセルスタック１の数や配置を考慮して設定される。本実施形態の例では、冷却体１１０の長さ方向寸法は、その幅方向寸法に比べて十分に大きくなっている。

【0188】

第１吸熱プレート１１１の外面には、長さ方向の一端近傍において筒状の冷却用空気導入管１１５の端部が固定されており、長さ方向の他端近傍において筒状の冷却用空気導出管１１６の端部が固定されている。第１吸熱プレート１１１におけるこれらの管１１５，１１６の内部に対応する箇所には貫通孔が設けられており、冷却用空気導入管１１５および冷却用空気導出管１１６の内部は、上記構造部の内部と連通している。

【0189】

第１冷却用空気ラインＬｋａおよび第２冷却用空気ラインＬｋｂを流れる冷却用空気Ａｄは、冷却用空気導入管１１５から冷却体１１０の内部に流入し、オフセットフィン１１７が配置されている当該内部をその長さ方向へ流れた後、冷却用空気導出管１１６から冷却体１１０の外部へ流出する。この際、冷却用空気Ａｄが冷却体１１０の熱を奪いながら流れることにより、冷却体１１０が冷却されることになる。

【0190】

ここで図２７に、冷却体１１０内部に配置されたオフセットフィン１１７の概略的な斜視図を例示する。なお図２７に示す太線矢印は、冷却用空気Ａｄの概略的な流れ方向を示している。本図に示すオフセットフィン１１７は、長さ方向に伸びる４列のフィン部材１１７ａ～１１７ｄが幅方向に並べられた形態となっている。各フィン部材１１７ａ～１１７ｄは、高さ方向へ一定周期で蛇行しながら長さ方向へ延びるように、帯状の板材が折り曲げられた形態となっている。なお、オフセットフィンは周知のように薄板金属加工により製作され、典型的には第１曲げ加工、切断加工、および第２曲げ加工からなる３つの工程を経て製作される。

【0191】

各フィン部材１１７ａ～１１７ｄは、基本的な形状およびサイズは同等であるが、隣合うフィン部材どうしにおいて、蛇行の位置が長さ方向にずれるよう配置されている。図２７に示す例では、フィン部材１１７ａおよびフィン部材１１７ｃと、フィン部材１１７ｂおよびフィン部材１１７ｄとの間には、蛇行の１周期分の概ね１／４に相当する長さ方向の位置ずれがある。

【0192】

このようにオフセットフィン１１７を配置したことにより、冷却体１１０内部を流れる冷却用空気Ａｄの乱流が促進され、冷却体１１０の吸熱効率が高められるようになっている。本実施形態の例では、冷却用空気Ａｄの流れを幅方向および高さ方向に蛇行させるためフィンの立ち上げ面に空気流が当たるように、オフセットフィン１１７の形状や配置等が工夫されている。

【0193】

なお冷却体１１０の内部にオフセットフィン１１７を封入する代わりに、ラシヒリングやボール等を、冷却用空気Ａｄの乱流を促進させる充填物として冷却体１１０の内部に充填するようにしても良い。これらの充填物としては、例えばステンレス製またはセラミックス製のものを使用することができる。また、冷却体１１０の幅が小さく、オフセットフィン、ラシヒリング、或いはボール等の封入が困難である場合は、ステンレス製のウール（繊維状金属）を、冷却用空気Ａｄの乱流を促進させる充填物として冷却体１１０の内部に充填しても良い。

【0194】

なお、本実施形態に係る燃料電池システム２００もホットモジュールを有しており、当該ホットモジュールは第１実施例と同様に第１領域と第２領域に区画され、それぞれ断熱材で包囲されている。当該第１領域には、セルスタック１、改質器２、バーナ３、および冷却体１１０が設置され、当該第２領域には、蒸発器４、空気予熱器５、アノードオフガス冷却器６、および再熱器１８が設置される。

【0195】

なおバーナ３の燃焼熱を改質反応（吸熱）に利用できるように、改質器２とバーナ３は熱的に統合されていることが望ましい。また、ホットモジュール外部（断熱領域の外部）には、アノードオフガス凝縮器７（空冷ラジエータ）、凝縮水回収タンク９、水ポンプ１２、および各種ブロワ１０，１１，１７が設置される。本実施形態に係るホットモジュールの他の基本的な構成等については、以下に説明する事項を除き、第１実施形態に係るホットモジュールＨＭと同等またはこれに準じたものとすることができる。

【0196】

次に、本実施形態のホットモジュールにおける冷却体１１０等の配置例について説明する。図２８（ａ）は、セルスタック１を水平方向に集積する場合のホットモジュール内の一構成例を示す平面図であり、図２８（ｂ）は、ホットモジュール内の当該構成例を示す側面図である。

【0197】

図２８に示す例では、ホットモジュール内部の第１領域を囲うように断熱材１２０が配置されており、断熱材１２０の内部（断熱領域）の前後方向中央領域において、少なくとも左右に伸びるように改質器２が配置され、その右側にバーナ３が配置されている。断熱領域における改質器２の前後両側それぞれの領域には、平板型の４個のセルスタック１が左右に並ぶように配置されている。

【0198】

各セルスタック１は、一対の端板（第１端板７６ａと第２端板７６ｂ）の間に所定数の平板型発電セルを積層した構成であって、当該端板の一方である第１端板７６ａには、第１実施形態の第１端板７６ａと同様に、アノード燃料流入ポート、カソード空気流入ポート、アノードオフガス流出ポートおよびカソードオフガス流出ポートが設けられている。なお各セルスタック１において、第１端板７６ａは、これらの各ガスポートの形成面であるエンドプレートに相当し、第２端板７６ｂは、これらの各ガスポートの非形成面であるエンドプレートに相当する。各セルスタック１は、第１端板７６ａが上側を向くように配置されている。

【0199】

２個の冷却体１１０は、何れも長さ方向が左右方向に一致するように配置されている。２個の冷却体１１０の一方は、改質器２の前側に配置された４個のセルスタック１全ての上側をカバーするように配置され、第２吸熱プレート１１２の下面がこれらのセルスタック１の第１端板７６ａの上面と平行になっており、当該下面と当該上面は近接している。

【0200】

２個の冷却体１１０の他方は、改質器２の後側に配置された４個のセルスタック１全ての上側をカバーするように配置され、第２吸熱プレート１１２の下面がこれらのセルスタック１の第１端板７６ａの上面と平行になっており、当該下面と当該上面は近接している。なお、各冷却体１１０の上側の領域ＳＰは、ガスの分配マニホールドおよび収集マニホールドの両方または一方の配置領域である。また図２８に示す例では、冷却体１１０を各セルスタック１の第１端板７６ａの板面に沿って設置しており、各セルスタック１を効果的に冷却することができる。

【0201】

ホットモジュール内部において、セルスタック１（放熱源）の動作温度が高温になるほど、内部空気の対流により断熱領域の上層部に向かって高温になる。この点、図２８に示す配置例によれば、冷却体１１０をセルスタック１の上方に配置しており、断熱領域内の上層部から中層部を効果的に冷却することが可能である。

【0202】

なお、図２８に示す冷却体１１０は、上述のように４個のセルスタック１全ての上側をカバーするように配置する以外に、前段側セルスタック１ａのみ、あるいは後段側セルスタック１ｂのみの上側をカバーするように配置することもできる。

【0203】

また図２９（ａ）は、セルスタック１を鉛直方向に集積する場合のホットモジュール内の一構成例を示す平面図であり、図２９（ｂ）は、ホットモジュール内の当該構成例を示す側面図である。

【0204】

図２９に示す例では、ホットモジュール内部の第１領域を囲うように断熱材１２０が配置されており、断熱材１２０内部（断熱領域）の左右方向中央領域において、少なくとも上下に伸びるように改質器２が配置され、その上側にバーナ３が配置されている。断熱領域における改質器２の左右両側それぞれの領域には、平板型の４個のセルスタック１が上下に並ぶように配置されている。なお各セルスタック１は、第１端板７６ａが左右方向内側を向くように配置されている。

【0205】

２個の冷却体１１０は何れも、冷却用空気導入管１１５が冷却用空気導出管１１６よりも上側に位置するように、長さ方向を上下方向に一致させて配置されている。これにより、冷却体１１０内部の冷却用空気Ａｄは下方へ流れることになる。２個の冷却体１１０の一方は、改質器２の左側に配置された４個のセルスタック１全ての左側をカバーするように配置され、第２吸熱プレート１１２の右面がこれらのセルスタック１の第２端板７６ｂの左面と近接するとともに平行になっている。

【0206】

２個の冷却体１１０の他方は、改質器２の右側に配置された４個のセルスタック１全ての右側をカバーするように配置され、第２吸熱プレート１１２の左面がこれらのセルスタック１の第２端板７６ｂの右面と近接するとともに平行になっている。なお、断熱領域内の前後両側それぞれの領域ＳＰは、ガスの分配マニホールドおよび収集マニホールドの両方または一方の配置領域である。

【0207】

ホットモジュール内部において、セルスタック１（放熱源）の動作温度が高温になるほど、内部空気の対流により断熱領域の上層部に向かって高温になる。この点、図２９に示す配置例によれば、冷却体１１０の内部において冷却用空気Ａｄを上方から下方に向かって流し、断熱領域内の上層部から中層部を効果的に冷却することが可能である。また、上層部の温度が高い場合は、空気の対流により上層部に位置するセルスタック１が積極的に冷やされる。これにより、積層されたセルスタック１の上下方向の温度分布を解消することが可能となっている。特に図２９に示す例では、冷却体１１０を各セルスタック１の第２端板７６ｂの板面に沿って設置しており、各セルスタック１を効果的に冷却することができる。

【0208】

なお、図２９に示す冷却体１１０は、上述のように４個のセルスタック１全ての右側をカバーするように配置する以外に、前段側セルスタック１ａのみ、あるいは後段側セルスタック１ｂのみの右側をカバーするように配置することもできる。

【0209】

また、冷却体１１０による冷却効率をより向上させるため、冷却体１１０の内部を流通する冷却用空気Ａｄの流れ方向と、セルスタック１の内部を流通するアノード燃料の流れ方向とが、略同じ方向となるようにすることが望ましい。そのため冷却体１１０は、冷却体１１０の内部を流通する冷却用空気Ａｄの流れ方向と、各セルスタック１の内部を流通するアノード燃料の流れ方向とが略同じ方向になるように、各セルスタック１の近傍に設置される。なおここでの「略同じ方向」であるとは、一方の流体の入口基準点と出口基準点を結ぶ直線に沿った基準流れの方向と、他方の流体の基準流れの方向とが４５°以内である場合のこととする。

【0210】

図３０は、このように冷却用空気Ａｄの流れ方向とアノード燃料の流れ方向とを略同じ方向とした３パターンの具体例を模式的に示している。なお図３０において、一点鎖線の矢印は冷却体１１０の内部を流通する冷却用空気Ａｄの流れ方向を示し、実線矢印はセルスタック１の内部を流通するアノード燃料の流れ方向を示し、破線矢印はセルスタック１の内部を流通するカソード空気の流れ方向の流れ方向を示している。

【0211】

図３０（ａ）は、並行流（コフロー）型のセルスタック１を適用した場合の一例を示している。この例では、冷却用空気Ａｄの流れ方向が左方であるのに対し、アノード燃料の流れ方向は斜め左前方（左方とのなす角度は４５°以内）であり、カソード空気の流れ方向は斜め左後方となっている。

【0212】

図３０（ｂ）は、対向流（カウンターフロー）型のセルスタック１を適用した場合の一例を示している。この例では、冷却用空気Ａｄの流れ方向が左方であるのに対し、アノード燃料の流れ方向は斜め左前方（左方とのなす角度は４５°以内）であり、カソード空気の流れ方向は斜め右前方となっている。

【0213】

図３０（ｃ）は、直交流（クロスフロー）型のセルスタック１を適用した場合の一例を示している。この例では、冷却用空気Ａｄの流れ方向が左方であるのに対し、アノード燃料の流れ方向は冷却用空気Ａｄと同じ左方であり、カソード空気の流れ方向は後方となっている。

【0214】

アノード燃料においては、水素濃度が高い上流側ほど発電反応が進むので発熱量が多くなる。そこで図３０に示した各例のように、冷却用空気Ａｄの流れ方向とアノード燃料の流れ方向とを略同じ方向とすることにより、発熱量が多い側に対してより低温の冷却用空気Ａｄを流すことができ、その結果、吸熱量を増やして冷却体１１０による冷却効率をより向上させることができる。

【0215】

また燃料電池システム２００では、冷却体１１０に導入する冷却用空気Ａｄの流量を調整することにより、ホットモジュールの内部の熱量（温度）を制御するようになっている。一例として燃料電池システム２００は、ホットモジュールの内部の温度（例えば、各セルスタック１のエンドプレートの表面温度の最大値）が上限温度を超えると第３空気ブロワ１７を駆動し、ホットモジュールの内部の温度が目標温度（当該上限温度よりも所定温度だけ低い温度）となるように第３空気ブロワ１７の回転数を制御する。また燃料電池システム２００は、下限値未満の回転数が所定時間継続すると、第３空気ブロワ１７を停止させる。なお第３空気ブロワ１７の回転数が増大するほど、冷却体１１０に導入される冷却用空気Ａｄの流量が増大される。

【0216】

５．第５実施形態
次に本発明の第５実施形態について説明する。なお第５実施形態は、冷却体の構成に関する点を除き、基本的に第４実施形態と同様である。以下の説明では、第４実施形態と異なる点の説明に重点をおき、第４実施形態と共通する点については説明を省略することがある。

【0217】

図３１は第５実施形態に係る冷却体１１０ａの斜視図を示している。なお説明の便宜上、冷却体１１０ａについての長さ方向、幅方向、および高さ方向は図３１に示すとおりとし、更に本図に示すように、高さ方向の一方側を上側とし、他方側を下側とする。本実施形態の燃料電池システム２００では、第４実施形態の２個の冷却体１１０の代わりに２個の冷却体１１０ａが設けられ、２個の冷却体１１０ａそれぞれの構成や機能は同等である。

【0218】

本図に示すように冷却体１１０ａは、第１吸熱プレート１１１、第２吸熱プレート１１２、冷却用空気導入管１１５、および冷却用空気導出管１１６の各部材をロウ付けにより接合して形成されている。なおこれら部材の材料としては、一例として、Ａｌを２％以上含むフェライト系ステンレス鋼（例えば、ＮＣＡ－１等の高温耐酸化ステンレス鋼）を使用することが可能である。

【0219】

また、図３２は上方視による第１吸熱プレート１１１を概略的に示し、図３３は上方視による第２吸熱プレート１１２を概略的に示している。なお、図３２では、各凸部１１１ｂの位置（ヘリンボーンの模様）が実線で示されており、図３３では、各凸部１１２ｂの位置（ヘリンボーンの模様）が点線で示されている。

【0220】

第１吸熱プレート１１１は、複数の凸部１１１ｂを形成した外縁が矩形状のプレート部１１１ａと、プレス加工によってプレート部１１１ａの外縁全体から下方へ延出するように形成されたフランジ部１１１ｃを有する。複数の凸部１１１ｂは、プレート部１１１ａへのプレス加工によって下方へ突出するように形成されており、上方視でヘリンボーンの模様となるように（複数の「く」の字が長さ方向へ等間隔に並ぶように）設けられている。また、フランジ部１１１ｃの下方への延出量（フランジ部１１１ｃの高さ）と各凸部１１１ｂの下方への突出量は同じであり、例えば４～６mm程度とするのが好ましい。

【0221】

第２吸熱プレート１１２は、複数の凸部１１２ｂを形成した外縁が矩形状のプレート部１１２ａと、プレス加工によってプレート部１１２ａの外縁全体から下方へ延出するように形成されたフランジ部１１２ｃを有する。複数の凸部１１２ｂは、プレート部１１１ａへのプレス加工によって上方へ突出するように形成されており、下方視でヘリンボーンの模様となるように設けられている。また、フランジ部１１２ｃの上方への延出量（フランジ部１１２ｃの高さ）と各凸部１１２ｂの上方への突出量は同じであり、例えば４～６mm程度とするのが好ましい。

【0222】

第１吸熱プレート１１１と第２吸熱プレート１１２は、フランジ部１１１ｃの下面とフランジ部１１２ｃの上面をロウ付けにより接合して一体化される。また、このように一体化された状態では、第１吸熱プレート１１１側の各凸部１１１ｂと第２吸熱プレート１１２側の各凸部１１２ｂとが、上方視で重なる位置において点接触することになる。

【0223】

この一体化されたものは、長さ方向のサイズが幅方向のサイズに比べて十分に大きく、高さ方向のサイズは幅方向のサイズよりも小さい。第１吸熱プレート１１１の外面には、長さ方向の一端近傍において筒状の冷却用空気導入管１１５の端部が固定されており、長さ方向の他端近傍において筒状の冷却用空気導出管１１６の端部が固定されている。
第１吸熱プレート１１１におけるこれらの管１１５，１１６の内部に対応する箇所には貫通孔１１１ｄ，１１１ｅが設けられており（図３２を参照）、冷却用空気導入管１１５および冷却用空気導出管１１６の内部は、第１吸熱プレート１１１と第２吸熱プレート１１２の間に形成された冷却体１１０ａの内部と連通している。

【0224】

図３４は、第１吸熱プレート１１１と第２吸熱プレート１１２を一体化したものを、上方視により概略的に示している。なお図３４では、各吸熱プレートの凸部の位置関係を理解容易とするため、第２吸熱プレート１１２側の各凸部１１２ｂの位置を点線で示している。本図に示すように、第２吸熱プレート１１２におけるヘリンボーンの模様は、第１吸熱プレート１１１におけるヘリンボーンの模様をそのまま長さ方向に反転させたものとなっている。また、第１吸熱プレート１１１側の各凸部１１１ｂは、計５か所の位置（上方視での中央位置、両端位置の２か所、および中央位置と両端位置それぞれの中間位置の２か所）において、第２吸熱プレート１１２側の凸部１１２ｂと上方視で重なっており点接触している。

【0225】

本実施形態の冷却体１１０ａによれば、各吸熱プレート１１１，１１２に凸部１１１ｂ，１１２ｂを形成したことにより、各吸熱プレート１１１，１１２の表面の吸熱面積が増えるとともに、冷却体１１０ａ内部の乱流促進効果も高まるため、冷却効果を向上させることができる。なお第４実施形態に係る冷却体１１０および第５実施形態に係る冷却体１１０ａは、本発明に係る冷却体（箱状の形状を有する冷却体）の一形態に相当する。

【0226】

６．第６実施形態
次に本発明の第６実施形態について説明する。なお第６実施形態は、主に、冷却体から流出する冷却用空気をカソード空気として利用するようにした点、およびこれに関する点において第４実施形態と異なる。以下の説明では、第４実施形態と異なる点の説明に重点をおき、第４実施形態と共通する点については説明を省略することがある。

【0227】

図３５は、第６実施形態に係る燃料電池システム２００ａの構成を示す説明図である。図３５に示すように燃料電池システム２００ａにおいては、各冷却体１１０の出口側から伸びる管路は所定位置βで一本化されて、カソード空気ラインＬｅとして伸びている。カソード空気ラインＬｅは空気予熱器５を通って、各セルスタック１のカソードに繋がっている。なお第６実施形態においては、空気Ａａを各セルスタック１のカソードに供給する必要が無いため、第４実施形態で設置されていた空気取入口Ｅ３、第１空気ブロワ１１、およびアノードオフガス冷却器６は省略されている。

【0228】

燃料電池システム２００ａでは、冷却用空気ラインＬｋを介して各冷却体１１０に供給された冷却用空気Ａｄは、各冷却体１１０を通った後にカソード空気ラインＬｅを介して各セルスタック１のカソードに供給され、カソード空気として利用される。これにより第６実施形態の冷却体１１０は、ホットモジュール内部の冷却とカソード空気の予熱の両方の役割を果たすことが可能となっている。

【0229】

なお、第３空気ブロワ１７は、カソード空気の必要流量に応じて回転数を調整するよう設定される。そのため図３５に破線で示すように、各冷却体１１０に対するバイパス路ＢＹを設けておき、各冷却体１１０を流通する冷却用空気Ａｄの流量を調整可能とすることが好ましい。なおバイパス路ＢＹは、冷却体１１０の入口近傍の管路と出口近傍の管路を繋ぐように設置される。

【0230】

バイパス路ＢＹを設ける場合、ホットモジュール内部の温度が高くなるほど、バイパス路ＢＹを通る冷却用空気Ａｄの流量（バイパス流量）を減少させ、冷却体１１０への冷却用空気Ａｄの供給流量を増加させるようにすれば良い。具体的には、例えば、ホットモジュール内部の温度が所定の目標温度（上限温度よりも所定温度だけ低い温度）になるように、バイパス流量を調整すれば良い。

【0231】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の構成は上記実施形態に限られず、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

【産業上の利用可能性】

【0232】

本発明は、燃料電池システムに利用可能である。

【符号の説明】

【0233】

１ セルスタック
２ 改質器
２ａ 反応容器
３ バーナ
４ 蒸発器
５ 空気予熱器
６ アノードオフガス冷却器
７ アノードオフガス凝縮器
８ ＣＯ酸化器
９ 凝縮水回収タンク
１０ 第１原燃料ブロワ
１１ 第１空気ブロワ
１２ 水ポンプ
１３ 第２原燃料ブロワ
１４ 第２空気ブロワ
１５ パワーコンディショナ
１６ システムコントローラ
１７ 第３空気ブロワ
５１ 第１支柱
５２ 第２支柱
５３ 板状断熱材
６１ セルスタック集合体
６２ オープンラック
６３ ステージ盤
６４ 柱部
７１ 支持板
７２ フランジ付ガスポート
７２ａ アノード燃料流入ポート
７２ｂ カソード空気流入ポート
７２ｃ アノードオフガス流出ポート
７２ｄ カソードオフガス流出ポート
７４ａ 第１電力端子
７４ｂ 第２電力端子
７５ 積層部
７６ａ 第１端板
７６ｂ 第２端板
７８ａ メインバスバー
７８ａ１ 伸縮吸収部
７８ｂ サブバスバー
７８ｂ１ 伸縮吸収部
７９ 電力線
７９ａ 電力線保護管
１００、２００、２００ａ 燃料電池システム
１１０、１１０ａ 冷却体
１１１ 第１吸熱プレート
１１１ａ プレート部
１１１ｂ 凸部
１１１ｃ フランジ部
１１１ｄ、１１１ｅ 貫通孔
１１２ 第２吸熱プレート
１１２ａ プレート部
１１２ｂ 凸部
１１２ｃ フランジ部
１１３ 第１サイドバー
１１４ 第２サイドバー
１１５ 冷却用空気導入管
１１６ 冷却用空気導出管
１２０ 断熱材
Ａａ～Ａｃ 空気
Ａｄ 冷却用空気
Ｂ１ 第１ベローズ形伸縮管継手
Ｂ２ 第２ベローズ形伸縮管継手
Ｂ３ 第３ベローズ形伸縮管継手
Ｂ４ 第４ベローズ形伸縮管継手
Ｄ１ ガス排出口
Ｅ１、Ｅ２ 燃料取入口
Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５ 空気取入口
Ｇａ 原燃料ガス
Ｇｂ 混合ガス
Ｇｃ 改質ガス
Ｇｄ アノードオフガス
Ｇｅ カソードオフガス
Ｇｆ 原燃料ガス
Ｇｇ 燃焼ガス
Ｌａ 原燃料ライン
Ｌｂ 混合ガスライン
Ｌｃ アノード燃料ライン
Ｌｄ アノードオフガスライン
Ｌｅ カソード空気ライン
Ｌｆ カソードオフガスライン
Ｌｇ 燃焼ガスライン
Ｌｈ バーナ冷却用空気ライン
Ｌｉ スタック冷却用空気ライン
Ｌｊ 改質水ライン
Ｌｋ 冷却用空気ライン
Ｌｋａ 第１冷却用空気ライン
Ｌｋｂ 第２冷却用空気ライン
Ｍａ 第１分配マニホールド
Ｍｂ 第２分配マニホールド
Ｍｃ 第１収集マニホールド
Ｍｄ 第２収集マニホールド
ＲＧ 改質ガス発生装置
Ｗａ 改質水
Ｘ１ 第１ボックス
Ｘ１ａ 第１台座
Ｘ２ 第２ボックス
Ｘ２ａ 第２台座
Ｚａ 熱放射筒
Ｚｂ 燃焼ガス管
Ｚｃ 冷却管

【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】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】