特開 2024-47980 燃料電池モジュールおよび燃焼器

(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】P2024047980

(43)【公開日】2024-04-08

(54)【発明の名称】燃料電池モジュールおよび燃焼器

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240401BHJP

   F23N 1/00 20060101ALI20240401BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20240401BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

F23N1/00 102Z

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

H01M8/12 102B

H01M8/12 102C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022153776

(22)【出願日】2022-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】519322392

【氏名又は名称】森村ＳＯＦＣテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001911

【氏名又は名称】弁理士法人アルファ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】赤木 陽祐

【テーマコード（参考）】

3K068

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

3K068FB07

3K068FC01

3K068FD03

3K068HA01

5H126BB05

5H126BB06

5H127AA04

5H127AA07

5H127BA02

5H127BA13

5H127BA34

5H127BA38

5H127BA47

5H127BB02

5H127BB19

5H127EE02

5H127EE03

5H127EE16

5H127EE29

5H127EE30

(57)【要約】

【課題】燃料電池モジュールに用いられる燃焼器の燃焼性能を向上させる。
【解決手段】燃料電池モジュールは、燃料電池と、燃料電池の発電に利用されなかった燃料ガスおよび水蒸気を含む混合ガスである燃料オフガスが噴出する複数の燃料ガス噴出口が形成され、燃料オフガスを燃焼させる燃焼器と、を備える燃料電池モジュールにおいて、いずれか１つの燃料ガス噴出口である特定噴出口から噴出する燃料オフガスの燃焼熱量は、１０Ｗ以上である。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池と、前記燃料電池の発電に利用されなかった燃料ガスおよび水蒸気を含む混合ガスである燃料オフガスが噴出する複数の燃料ガス噴出口が形成され、前記燃料オフガスを燃焼させる燃焼器と、を備える燃料電池モジュールにおいて、
いずれか１つの前記燃料ガス噴出口である特定噴出口から噴出する前記燃料オフガスの燃焼熱量は、１０Ｗ以上である、
ことを特徴とする燃料電池モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池モジュールであって、
前記特定噴出口から噴出する前記燃料オフガスの流速は、１．４５ｍ／ｓ以下である、
ことを特徴とする燃料電池モジュール。

【請求項3】

請求項２に記載の燃料電池モジュールであって、
各前記燃料ガス噴出口の口径は、５ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下である、
ことを特徴とする燃料電池モジュール。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の燃料電池モジュールであって、
燃料利用率７０％以上での前記燃料電池の発電時において、前記特定噴出口から噴出する前記燃料オフガスの燃焼熱量は、１０Ｗ以上である、
ことを特徴とする燃料電池モジュール。

【請求項5】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池モジュールであって、
各前記燃料ガス噴出口の口径は、隣の前記燃料ガス噴出口との間隔より大きい、
ことを特徴とする燃料電池モジュール。

【請求項6】

燃料電池の発電に利用されなかった燃料ガスおよび水蒸気を含む混合ガスである燃料オフガスが噴出する複数の燃料ガス噴出口が形成され、前記燃料オフガスを燃焼させる前記燃料電池用の燃焼器において、
いずれか１つの前記燃料ガス噴出口である特定噴出口から噴出する前記混合ガスの燃焼熱量は、１０Ｗ以上である、
ことを特徴とする燃焼器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書によって開示される技術は、燃料電池モジュールおよび燃焼器に関する。

【背景技術】

【0002】

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池モジュールにおいて、燃料電池と、燃料電池における発電のために燃料オフガス（燃料電池の発電に利用されなかった燃料ガスおよび水蒸気を含む混合ガス）を燃焼させる燃焼器と、を備える構成が知られている。燃焼器には、燃料オフガスが流れる燃料ガス流路が形成されている。当該燃料ガス流路は、燃料オフガスが噴出する複数の燃料ガス噴出口を含んでいる（例えば、特許文献１参照）。当該燃料ガス噴出口から噴出した燃料オフガスが酸化剤ガス（例えば、燃料電池の発電に利用されなかった酸化剤ガスである酸化オフガス）と共に燃焼する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－５４１５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような燃料電池モジュールにおいて、燃料利用率（燃料電池で電力に変換された燃料（Ｈ_２）の発熱量／燃料電池に供給される原燃料ガスが１００％燃料（Ｈ_２）に改質されたとみなした際の燃料（Ｈ_２）の発熱量）を高くすることが課題となっている。

【0005】

一方で、燃料利用率が高くなるほど、燃料オフガス（燃料電池の発電に利用されなかった燃料ガスおよび水蒸気を含む混合ガス）の水素濃度が低くなることから、高燃料利用率（例えば、７０％以上）で燃料電池を動作（発電）させる際には、複数の燃料ガス噴出口のうちの何れかにおいて燃焼炎の失火が生じる（ひいては、燃焼器の燃焼性能が低下する）おそれがある。特に、従来の設計思想では、燃料ガス噴出口が複数である構成においては、設計上の理由（燃料ガス噴出口から噴出する流量、流速等）等により全ての燃料ガス噴出口の口径の合計に上限が存在し、当該上限を考慮して１つの燃料ガス噴出口の口径を小さくしていたため、上記の燃焼炎の失火が生じることが多い。

【0006】

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

【0008】

（１）本明細書に開示される燃料電池モジュールは、燃料電池と、前記燃料電池の発電に利用されなかった燃料ガスおよび水蒸気を含む混合ガスである燃料オフガスが噴出する複数の燃料ガス噴出口が形成され、前記燃料オフガスを燃焼させる燃焼器と、を備える燃料電池モジュールにおいて、いずれか１つの前記燃料ガス噴出口である特定噴出口から噴出する前記燃料オフガスの燃焼熱量は、１０Ｗ以上である。

【0009】

本燃料電池モジュールが備える燃焼器においては、特定噴出口から噴出する燃焼熱量が１０Ｗ以上と大きいことにより、特定噴出口における燃焼炎の失火が抑制される。そのため、本燃料電池モジュールによれば、燃焼器の燃焼性能を向上（ひいては、燃料電池モジュールの発電性能）させることができる。

【0010】

（２）上記燃料電池モジュールにおいて、前記特定噴出口から噴出する前記燃料オフガスの流速は、１．４５ｍ／ｓ以下である構成としてもよい。仮に特定噴出口から噴出する燃料オフガスの流速が過度に高い（例えば、１．４５ｍ／ｓより高い）と、比較的、特定噴出口から噴出する燃料オフガスが炎を形成する前に吹き抜けて燃焼炎の失火が生じやすくなる。これに対し、本燃料電池モジュールの燃焼器においては、特定噴出口から噴出する燃料オフガスの流速が１．４５ｍ／ｓ以下と低いため、特定噴出口における燃焼炎の失火を更に抑制することができる。そのため、本燃料電池モジュールによれば、燃焼器の燃焼性能（ひいては、燃料電池モジュールの発電性能）を更に向上させることができる。

【0011】

（３）上記燃料電池モジュールにおいて、各前記燃料ガス噴出口の口径は、５ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下である構成としてもよい。特定噴出口における燃焼炎の失火を更に抑制することができる。本燃料電池モジュールが備える燃焼器においては、各燃料ガス噴出口の口径が５ｍｍ以上とある程度大きいため、各燃料ガス噴出口から噴出する燃料オフガスの流量が大きくなる（かつ、流速が低くなる）ことにより燃焼器の燃焼性能がある程度確保されるものでありながら、各燃料ガス噴出口の口径が２０ｍｍ以下とある程度小さいため、燃焼器を小型化することができる。そのため、本燃料電池モジュールによれば、燃焼器の燃焼性能（ひいては、燃料電池モジュールの発電性能）を更に向上させることができる。

【0012】

（４）上記燃料電池モジュールにおいて、燃料利用率７０％以上での前記燃料電池の発電時において、前記特定噴出口から噴出する前記燃料オフガスの燃焼熱量は、１０Ｗ以上である構成としてもよい。そのため、本燃料電池モジュールによれば、７０％以上という高燃料利用率で燃料電池を動作（発電）させることにより、水素濃度が比較的低い燃料オフガスが燃料ガス噴出口から噴出する場合においても、燃焼炎の失火を効果的に抑制することができる。

【0013】

（５）上記燃料電池モジュールにおいて、各前記燃料ガス噴出口の口径は、隣の前記燃料ガス噴出口との間隔より大きい構成としてもよい。そのため、本燃料電池モジュールが備える燃焼器によれば、燃料ガス噴出口の口径がある程度大きいものでありながら、隣り合う燃料ガス噴出口の間隔がある程度狭いことにより、燃料オフガスの燃焼熱量を大きくしつつ、燃焼器を小型化することができる。

【0014】

（６）本明細書に開示される燃焼器は、燃料電池の発電に利用されなかった燃料ガスおよび水蒸気を含む混合ガスである燃料オフガスが噴出する複数の燃料ガス噴出口が形成され、前記燃料オフガスを燃焼させる前記燃料電池用の燃焼器において、いずれか１つの前記燃料ガス噴出口である特定噴出口から噴出する前記混合ガスの燃焼熱量は、１０Ｗ以上である。本燃焼器によれば、上述したように、特定噴出口から噴出する燃焼熱量が１０Ｗ以上と大きいことにより、特定噴出口における燃焼炎の失火を抑制することができる。

【0015】

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃焼器、燃焼器を備える燃料電池モジュール、及びそれらの製造方法等の形態で実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態における燃料電池モジュール１の構成を模式的に示す図

【図2】図１に示す燃料電池モジュールの燃焼器１２の分解斜視図

【図3】図１に示す燃料電池モジュールの燃焼器１２の外観構成を示す平面図

【図4】図３に示す燃焼器１２の本体部４４の外観構成を示す平面図

【図5】図３のＶ－Ｖの位置における燃焼器１２のＹＺ断面構成を示す図

【図6】図３のＶＩ－ＶＩの位置における燃焼器１２のＸＺ断面構成を示す図

【図7】図３のＶＩＩ－ＶＩＩの位置における燃焼器１２のＸＺ断面構成を示す図

【図8】検証試験１の結果を示す説明図

【図9】検証試験２の結果を示す説明図

【発明を実施するための形態】

【0017】

Ａ．本実施形態：
Ａ－１．燃料電池モジュール１の構成：
図１は、本実施形態における燃料電池モジュール１の構成を模式的に示す図である。なお、図１において、燃料ガスＦＧ（原燃料ガスＲＦＧ、水蒸気が混合された原燃料ガスＲＦＧである混合ガスＭＧ、及び燃料電池スタック（燃料電池）２において発電に使用されずに残った燃料オフガスＦＯＧを含む）の流れが一点鎖線で示され、酸化剤ガスＯＧ（燃料電池スタック２において発電に使用されなかった酸化剤オフガスＯＯＧを含む）の流れが実線で示され、排気ガスＥＧの流れが破線で示されている。

【0018】

図１に示すように、燃料電池モジュール１は、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池スタック２と、燃料電池スタック２に反応ガス（酸化剤ガスＯＧ、燃料ガスＦＧ）を供給する流体供給装置４とを備える。

【0019】

流体供給装置４は、蒸発器４ａと、改質・加熱器４ｂとを備える。

【0020】

蒸発器４ａには、水ＷＡを供給するための水供給用配管２０と、原燃料ガスＲＦＧを供給するための原燃料ガス供給配管２２と、排気ガスＥＧを排出するための排気ガス排出管２３が接続されている。また、蒸発器４ａには、改質・加熱器４ｂのハウジング６から蒸発器４ａへ排気ガスＥＧを供給する排気ガス配管２６と、蒸発器４ａから改質器１０へ混合ガスＭＧを供給する混合ガス導管２８とが接続されている。

【0021】

蒸発器４ａは、排気ガス配管２６を通じて供給された排気ガスＥＧの熱により、水供給用配管２０から供給された水ＷＡを蒸発させて水蒸気を生成すると共に、この水蒸気を原燃料ガス供給配管２２から供給された原燃料ガスＲＦＧと混合するように構成されている。蒸発器４ａにおいて水蒸気と混合された原燃料ガスＲＦＧである混合ガスＭＧは、混合ガス導管２８を通じて改質器１０に供給される。なお、水ＷＡを加熱した排気ガスＥＧは排気ガス排出管２３を通じて外部に排出される。

【0022】

改質・加熱器４ｂはハウジング６を備えており、このハウジング６が燃料電池スタック２の上方に鉛直方向に並べて配置されている。これらの燃料電池スタック２及びハウジング６は、断熱材８によって包囲されているとともに、燃料電池スタック２とハウジング６との間にも断熱材８が設けられているため、燃料電池スタック２は、ハウジング６（流体供給装置４）から熱的に隔離されている。この燃料電池スタック２及びハウジング６を包囲している断熱材８は、燃料電池モジュール１の最表面を構成しており、断熱材８の外側を覆う金属製の容器等は設けられていてもよいが、設けられていなくてもよい。また、ハウジング６によって密閉された空間内には、改質器１０及び燃焼器１２が収容されている。

【0023】

ハウジング６は、二重壁構造となっており、内壁と外壁の間に空気流路６Ａが形成されている。ハウジング６の天面には空気供給パイプ２４が接続されており、外部から空気供給パイプ２４を通じて酸化剤ガスＯＧとしての空気が供給される。空気流路６Ａに供給された空気（酸化剤ガスＯＧ）は、空気流路６Ａを流れる間に、燃焼器１２の燃焼熱により加熱される。空気流路６Ａ内において加熱された空気は、酸化剤ガス供給通路３２を介して燃料電池スタック２に供給される。

【0024】

改質・加熱器４ｂと燃料電池スタック２との間には、改質器１０から燃料電池スタック２に燃料ガスＦＧを供給する燃料供給通路３０が設けられ、ハウジング６の空気流路６Ａから加熱された空気（酸化剤ガスＯＧ）を燃料電池スタック２に供給する酸化剤ガス供給通路３２が設けられている。また、改質・加熱器４ｂと燃料電池スタック２との間には、燃料電池スタック２において発電に使用されなかった燃料ガス（より厳密には、燃料ガスおよび水蒸気を含む混合ガス）ＦＧである燃料オフガスＦＯＧを燃焼器１２に供給するための燃料排出通路３４と、燃料電池スタック２において発電に使用されなかった酸化剤ガスＯＧである酸化剤オフガスＯＯＧを燃焼器１２に供給するための酸化剤ガス排出通路３６が接続されている。

【0025】

改質器１０には、改質触媒（図示せず）が充填されており、蒸発器４ａから混合ガス導管２８を通じて混合ガスＭＧ（水蒸気が混合された原燃料ガスＲＦＧ）が供給され、燃焼器１２の燃焼熱により混合ガスＭＧを水蒸気改質して、水素を豊富に含む燃料ガスＦＧを生成するように構成されている。改質器１０において生成された燃料ガスＦＧは燃料電池スタック２に送られ、燃料電池スタック２において発電に使用される。この燃料ガスＦＧは、改質器１０と燃料電池スタック２の間に延びる燃料供給通路３０を介して燃料電池スタック２に供給される。なお、燃料ガスＦＧを供給する燃料供給通路３０は、ハウジング６及び断熱材８を貫通して燃料電池スタック２へ延びている。

【0026】

燃焼器１２は、内部に空間が形成された箱形部材であり、例えば金属により形成されている。燃焼器１２は、燃料電池スタック２において発電に使用されずに残った燃料オフガスＦＯＧ及び酸化剤オフガスＯＯＧを燃焼させるように構成されている。燃料電池スタック２において発電に使用されずに残った燃料オフガスＦＯＧは、燃焼器１２と燃料電池スタック２の間に延びる燃料排出通路３４を介して燃焼器１２へ排出される。この燃料排出通路３４も、ハウジング６及び断熱材８を貫通して燃料電池スタック２から燃焼器１２へ延びている。燃焼器１２へ排出された残余燃料としての燃料オフガスＦＯＧは、燃焼器１２によって燃焼され、燃焼器１２の上方に配置された改質器１０を加熱する。これにより、改質器１０内の改質触媒（図示せず）が水蒸気改質可能な温度に加熱される。

【0027】

一方、発電用の酸化剤ガスＯＧである空気も外部から空気供給パイプ２４を通じてハウジング６に供給され、空気流路６Ａを通る間に燃焼器１２の燃焼熱によって加熱され、高温になった状態で燃料電池スタック２へ供給される。流体供給装置４において加熱された発電用の空気は、ハウジング６から延びる酸化剤ガス供給通路３２を介して燃料電池スタック２に供給される。この酸化剤ガス供給通路３２も、ハウジング６を包囲する断熱材８を貫通してハウジング６から燃料電池スタック２へ延びている。

【0028】

燃料電池スタック２は、平板型セルスタックであり、複数の長方形の平板型燃料電池セルを積層して構成されている。燃料電池スタック２は、ハウジング６の外部に独立して設けられている。各燃料電池セルは、酸化物イオン伝導体で構成された平板状の電解質の両面に、燃料極及び空気極（酸化剤ガス極）の電極を夫々設けることにより構成され、各燃料電池セルの間にはセパレータが配置されている。各燃料電池セルには、燃料供給通路３０及び酸化剤ガス供給通路３２を通じて燃料ガスＦＧ及び酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料電池セルによる発電が行われる。

【0029】

燃料電池スタック２に供給され、発電に使用されずに残った残余の燃料オフガスＦＯＧは、上述の通り、燃料排出通路３４を介して燃焼器１２へ排出される。また、燃料電池スタック２に供給され、発電に使用されずに残った残余の空気（酸化剤オフガスＯＯＧ）は、酸化剤ガス排出通路３６を介して燃焼器１２へ排出される。この酸化剤ガス排出通路３６も、ハウジング６を包囲する断熱材８を貫通して燃料電池スタック２から燃焼器１２へ延びている。燃焼器１２へ排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、燃焼器１２における燃焼に使用される。燃焼により生成された燃焼ガスは、排気ガスＥＧとして排気ガス配管２６を通じて蒸発器４ａに排出される。蒸発器４ａに排出された排気ガスＥＧは、水ＷＡを蒸発するのに用いられた後に、排気ガス排出管２３から外部に排出される。

【0030】

Ａ－２．燃焼器１２の詳細構成（基本的構成）：
次に、本実施形態における燃焼器１２の詳細構成（基本的構成）について説明する。図２から図７は、図１に示す燃料電池モジュール１の燃焼器１２を示す図である。図２は分解斜視図であり、図３は燃焼器１２の外観構成を示す平面図である。図４は燃焼器１２の本体部４４の外観構成を示す平面図である。なお、図４では、後述するカバー部材４３Ａ，４３Ｂが省かれたときの状態が示されている。図５は、図３のＶ－Ｖの位置における燃焼器１２のＹＺ断面構成を示す図である。図６は、図３のＶＩ－ＶＩの位置における燃焼器１２のＸＺ断面構成を示す図である。図７は、図３のＶＩＩ－ＶＩＩの位置における燃焼器１２のＸＺ断面構成を示す図である。なお、各図においてハウジング６の記載は基本的に省略されており、図６，７においてはハウジング６の底面６ａの一部のみが記載されている。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方と呼び、Ｚ軸負方向を下方と呼ぶものとするが、燃焼器１２は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。

【0031】

図２から図７に示すように、燃焼器１２は燃料オフガスＦＯＧ及び酸化剤オフガスＯＯＧを噴出するマニホールドからなり、このマニホールドは、図６等に示すように、ハウジング６の底面６ａ上に配置された本体部４４及び底板４２を備える。ハウジング６の底面６ａには、酸化剤ガス排出通路３６が接続される酸化剤ガス開口（図示せず）と、燃料排出通路３４が接続される燃料開口６Ｃとが形成されている。

【0032】

図２、図５および図６に示すように、底板４２は、略長方形状の平板部４２Ａと、平板部４２Ａの中央に形成された開口部４２ａに接続された管状部４２Ｂとを有する。管状部４２Ｂは平板部４２Ａから下方に延びるように形成されている。なお、底板４２の管状部４２Ｂは、燃料排出通路３４の一部を構成する。以下において、底板４２の開口部４２ａを、「燃料ガス流路５２の入口」ともいう。

【0033】

図２および図４等に示すように、本体部４４は、平坦な略矩形の環状の縁部４９と、環状である縁部４９の内側において縁部４９から上方に向かって突出する第１酸化剤ガス案内部４６と、環状である第１酸化剤ガス案内部４６の内側において第１酸化剤ガス案内部４６から上方に向かって突出する燃料ガス噴出部４８と、を有する。

【0034】

第１酸化剤ガス案内部４６は、縁部４９に沿った環状であると共に平面視（Ｚ軸方向視）略矩形状に上方に延びるように形成された側壁部４６Ａと、環状である側壁部４６Ａの内側において側壁部４６Ａの上端を閉鎖する平板状の平板部４６Ｂとを有する。側壁部４６Ａと平板部４６Ｂとの境界（略矩形）における角部は湾曲状に面取りされている。また、平板部４６Ｂの幅方向（Ｘ軸方向）の両側には、円形の開口部を形成する酸化剤ガス噴出部４７が、長手方向（Ｙ軸方向）に沿って一列に等間隔で並ぶように複数（３１個）形成されている。

【0035】

図２から図４、および図６等に示すように、燃焼器１２は、更に、本体部４４の幅方向（Ｘ軸方向）の両側の第１酸化剤ガス案内部４６上に１つずつ配置されたカバー部材４３Ａ，４３Ｂを備える。各カバー部材４３Ａ，４３Ｂは、第１酸化剤ガス案内部４６に接続（例えば溶接）されている。各カバー部材４３Ａ，４３Ｂは、一列に並ぶ複数（３１個）の酸化剤ガス噴出部４７を上方から覆うように位置している。換言すれば、各カバー部材４３Ａ，４３Ｂは、本体部４４に対して燃焼空間（後述するハウジング６の内部空間７（の燃料ガス噴出口４８Ｃ周辺））側に位置している。

【0036】

全体として、２つのカバー部材４３Ａ，４３Ｂは、互いに、平板部４６Ｂの長手方向（Ｙ軸方向）の中心を対称面として面対称な構成となっている。各カバー部材４３Ａ，４３Ｂは、平坦な略矩形の縁部４３１Ａ，４３１Ｂと、縁部４３１Ａ，４３１Ｂに対して燃料ガス噴出部４８側において縁部４９から略矩形状に上方に突出する第２酸化剤ガス案内部４３２Ａ，４３２Ｂと、を有する。第２酸化剤ガス案内部４３２Ａ，４３２Ｂは、本体部４４の中央側である燃料ガス噴出部４８側に対向する部分が開口しており、後述する酸化剤ガス流路５０の出口(特定空間ＳＰＡ，ＳＰＢの開口部４３ａ，４３ｂ）の一部を画定している。

【0037】

図６、図３および図４等に示すように、上述したカバー部材４３Ａ，４３Ｂと本体部４４とにより、空間（以下、「特定空間」という。）ＳＰＡ，ＳＰＢが形成されている。本体部４４の幅方向（Ｘ軸方向）の両側の各特定空間ＳＰＡ，ＳＰＢは、その下方に位置する各酸化剤ガス噴出部４７と繋がっている。各特定空間ＳＰＡ，ＳＰＢは、平面視（Ｚ軸方向視）略矩形状（より正確には、燃料ガス噴出部４８側である下底が上底よりもわずかに長い略台形状）である。

【0038】

各特定空間ＳＰＡ，ＳＰＢは、燃料ガス噴出部４８（より詳細には、後述する燃料ガス噴出口４８Ｃ））側に向かって開口する開口部４３ａ，４３ｂを含んでいる。当該開口部４３ａ，４３ｂは、カバー部材４３Ａ，４３Ｂのうち、特定空間ＳＰＡ，ＳＰＢを覆う表面（以下、「特定表面」という。）ＳＦＡ，ＳＦＢの一部により画定されている。

【0039】

特定表面ＳＦＡ，ＳＦＢのうち開口部４３ａ，４３ｂ側部分は、酸化剤ガス噴出部４７が並ぶ方向（Ｙ軸方向）の一端と他端との間の距離が、当該方向に直交するＸ軸方向に沿って燃料ガス噴出部４８（燃料ガス流路５２の出口（燃料ガス噴出口４８Ｃ））に近づくほど長くなっている。以下において、特定空間ＳＰＡ，ＳＰＢの開口部４３ａ，４３ｂを、「酸化剤ガス流路５０の出口」ともいう。

【0040】

なお、一列に並ぶ複数（３１個）の酸化剤ガス噴出部４７は、燃料ガス噴出部４８との間の距離が基本的に略同一であるが、平板部４６Ｂの長手方向（Ｙ軸方向）の両端に位置する各酸化剤ガス噴出部４７のみは、燃料ガス噴出部４８との間の距離が比較的短い。

【0041】

図２、図３および図４等に示すように、燃料ガス噴出部４８は、本体部４４の幅方向（Ｘ軸方向）中央に長手方向（Ｙ軸方向）に沿って延びるように形成されている。燃料ガス噴出部４８は、第１酸化剤ガス案内部４６に沿った環状であると共に平面視（Ｚ軸方向視）略矩形状に上方に延びるように形成された側壁部４８Ａと、環状である側壁部４８Ａの内側において側壁部４８Ａの上端を閉鎖する天面部４８Ｂとを備える。

【0042】

天面部４８Ｂには、本体部４４の幅方向（Ｘ軸方向）の中央に位置すると共に長手方向（Ｙ軸方向）に沿って一列に並ぶ円形の開口部が複数（１２個）形成されている。各開口部の周縁には円筒状の円筒側壁部４８Ｄが形成されており、この円筒側壁部４８Ｄの上端に燃料ガス噴出口４８Ｃが形成されている。燃料ガス噴出口４８Ｃは長手方向に沿って等間隔に並んでいる。燃料ガス噴出部４８の長手方向（Ｙ軸方向）の中央付近に位置する燃料ガス噴出口４８Ｃ（４８１Ｃ）の下方に、燃料ガス流路５２の入口（底板４２の開口部４２ａ）が位置している（図６等参照）。当該燃料ガス噴出口４８１Ｃは、燃料ガス流路５２の入口（底板４２の開口部４２ａ）から最も近い燃料ガス噴出口４８Ｃである。以下において、燃料ガス噴出口４８Ｃを「燃料ガス流路５２の出口」ともいい、燃料ガス噴出部４８の長手方向（Ｙ軸方向）の中央付近に位置する上記燃料ガス噴出口４８Ｃ（４８１Ｃ）を「中央側出口４８１Ｃ」ともいう。

【0043】

図６等に示すように、本体部４４は、縁部４９がハウジング６の底面６ａに当接するように配置されており、縁部４９とハウジング６の底面６ａとが接続（例えば溶接）されている。また、底板４２は、管状部４２Ｂがハウジング６の底面６ａの燃料開口６Ｃを貫通するように配置されている。さらに、底板４２の平板部４２Ａが、本体部４４の平板部４６Ｂの燃料ガス噴出部４８の周囲に接続（例えば溶接）されている。

【0044】

このような構成により、ハウジング６の底面６ａと、本体部４４の第１酸化剤ガス案内部４６との間には、酸化剤ガスＯＧが流れる酸化剤ガス流路５０が形成される。酸化剤ガス流路５０は、ハウジング６の底面６ａの酸化剤ガス開口を通じて、酸化剤ガス排出通路３６と連通している。

【0045】

また、酸化剤ガス流路５０は、酸化剤ガス噴出部４７を通じてハウジング６の内部空間７と連通している。換言すれば、燃料ガス噴出口４８Ｃは、燃料オフガスＦＯＧと酸化剤オフガスＯＯＧとが混合される燃焼空間（ハウジング６の内部空間７）に向かって開口している。なお、本実施形態では、酸化剤ガス流路５０には、酸化剤ガス排出通路３６を介して燃料電池スタック２において発電に使用されなかった酸化剤オフガスＯＯＧが供給されるが、これに限らず、外部から直接酸化剤ガスＯＧを供給することも可能である。

【0046】

また、底板４２の平板部４２Ａと、本体部４４の燃料ガス噴出部４８との間には、燃料オフガスＦＯＧが流れる燃料ガス流路５２が形成される。燃料ガス流路５２は、燃料ガス噴出部４８の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って略全長にわたって延びている。燃料ガス流路５２は、ハウジング６の底面６ａの燃料開口６Ｃを通じて燃料排出通路３４と連通している。また、燃料ガス流路５２は、燃料ガス噴出口４８Ｃを通じてハウジング６の内部空間７と連通している。燃料ガス噴出部４８は、第１酸化剤ガス案内部４６の平板部４６Ｂに対して上方に向かって延びており、上端の燃料ガス噴出口４８Ｃは、酸化剤ガス噴出部４７よりも上方に位置している。

【0047】

全体として、底板４２及び本体部４４は、幅方向（Ｘ軸方向）の中心を対称面として略面対称な構成となっている。そして、燃料ガス噴出口４８Ｃは対称面に沿うように一列に配置されている。なお、本実施形態では、燃料ガス噴出口４８Ｃは当該対称面に沿うように一列に配置されているが、これに限らず、例えば、ジグザグの線上に一列に配置してもよい。

【0048】

図２、図６および図７等に示すように、燃焼器１２は、更に、底板４２の平板部４２Ａと本体部４４の燃料ガス噴出部４８との間に形成された燃料ガス流路５２内に配置された中仕切り部材４１を備える。

【0049】

中仕切り部材４１は、その幅方向（Ｘ軸方向）の両側それぞれに位置する平坦な縁部４１Ａ，４１Ｂと、両縁部４１Ａ，４１Ｂの内側において縁部４１Ａ，４１Ｂから略矩形状に上方に向かって突出する中央部４１Ｃとを備える。中仕切り部材４１は、燃料ガス流路５２の長手方向（Ｙ軸方向）の略全長にわたって位置している。

【0050】

図６等に示すように、中仕切り部材４１は、縁部４１Ａ，４１Ｂが底板４２の上面４２ｂに当接するように配置されており、縁部４１Ａ，４１Ｂと底板４２の上面４２ｂとが接続（例えば溶接）されている。

【0051】

中仕切り部材４１により、燃料ガス流路５２は、入口（底板４２の開口部４２ａ）側と、出口（燃料ガス噴出口４８Ｃ）側とに区画されている。以下において、燃料ガス流路５２の入口（底板４２の開口部４２ａ）側５２１を「入口側流路部５２１」といい、燃料ガス流路５２の出口（燃料ガス噴出口４８Ｃ）側５２２を「出口側流路部５２２」という。

【0052】

中仕切り部材４１の中央部４１Ｃにより囲まれた空間（以下「特定流路」という。）５２１ａは、燃料ガス流路５２の入口側流路部５２１の一部である。特定流路５２１ａは、燃料ガス流路５２の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って燃料ガス流路５２の略全長にわたって延伸している（図４参照）。すなわち、特定流路５２１ａは、複数の燃料ガス流路５２の出口（燃料ガス噴出口４８Ｃ）が並ぶ方向に延びている。特定流路５２１ａは、燃料ガス流路５２の入口（底板４２の管状部４２Ｂ）の上方に位置している。

【0053】

図６等に示すように、中仕切り部材４１の中央部４１Ｃは、燃料ガス流路５２の入口（底板４２の開口部４２ａ）から第１出口（燃料ガス噴出口４８Ｃ）に向かう方向（Ｚ軸方向）（以下、「第１方向」という。）に交差する表面（以下、「第１表面」という。）を有する。第１表面４１１ｃは、特定流路５２１ａに面している。

【0054】

中仕切り部材４１の中央部４１Ｃは、第１表面４１１ｃから、第１方向（Ｚ軸方向）の燃料ガス流路５２の入口（底板４２の開口部４２ａ）側に向かう方向（Ｚ軸負方向）に沿って延伸して特定流路５２１ａに面する表面（以下、「第２表面」という。）４１２ｃ，４１３ｃを有する。第２表面４１２ｃ，４１３ｃも、特定流路５２１ａに面している。

【0055】

図６等に示すように、中仕切り部材４１の幅方向（Ｘ軸方向）の両側における、縁部４１Ａ，４１Ｂと中央部４１Ｃとの境界付近には、特定流路５２１ａと出口側流路部５２２とを連通する円形の開口部を形成する燃料ガス流通部４１４ｃ，４１５ｃが複数（２１個）形成されている。この複数（２１個）の燃料ガス流通部４１４ｃ，４１５ｃは、中仕切り部材４１の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って一列に並んでいる。

【0056】

Ａ－３．燃焼器１２における燃料オフガスＦＯＧ及び酸化剤オフガスＯＯＧの流れ：
次に、図６を参照しながら、燃焼器１２における燃料オフガスＦＯＧ及び酸化剤オフガスＯＯＧの流れについて説明する。

【0057】

燃料ガス流路５２には、燃料排出通路３４を通じて燃料電池スタック２において発電に使用されなかった燃料オフガスＦＯＧが供給される。燃料ガス流路５２に供給された燃料オフガスＦＯＧは、中仕切り部材４１（の中央部４１Ｃ）の第１表面４１１ｃに衝突し、これに案内され、特定流路５２１ａを通じてＹ軸方向（燃料ガス流路５２の長手方向）に供給される。より詳細には、特定流路５２１ａにおいて、燃料ガス噴出部４８の長手方向（Ｙ軸方向）の中央付近に位置する入口（底板４２の開口部４２ａ）から長手方向（Ｙ軸方向）の両側それぞれに向かって（換言すれば、何れかの燃料ガス噴出口４８Ｃ側から他の燃料ガス噴出口４８Ｃ側に供給される。その過程で、燃料オフガスＦＯＧは、中仕切り部材４１に形成された何れかの燃料ガス流通部４１４ｃ，４１５ｃを通じて出口側流路部５２２に供給され、燃料ガス噴出口４８Ｃから鉛直上方に向かって燃焼空間（ハウジング６の内部空間７）に向かって噴出される。

【0058】

酸化剤ガス流路５０には、酸化剤ガス排出通路３６を通じて燃料電池スタック２において発電に使用されなかった酸化剤オフガスＯＯＧが供給される。酸化剤ガス排出通路３６を通じて酸化剤ガス流路５０に供給された酸化剤オフガスＯＯＧは、底板４２の平板部４２Ａに衝突し、これに案内され、水平方向（ＸＹ平面方向）に外方に向かって流れる。その過程で、酸化剤オフガスＯＯＧは、第１酸化剤ガス案内部４６の側壁部４６Ａ及び平板部４６Ｂにより、何れかの酸化剤ガス噴出部４７に送られる。そして、酸化剤オフガスＯＯＧは、第２酸化剤ガス案内部４３２Ａ，４３２Ｂにより案内されて、酸化剤ガス噴出部４７から燃料ガス噴出部４８の側壁部４８Ａに向かってハウジング６の内部空間７に噴出される。酸化剤ガス噴出部４７から燃料ガス噴出部４８の側壁部４８Ａに向かって噴出された酸化剤オフガスＯＯＧは側壁部４８Ａに衝突する。そして、酸化剤オフガスＯＯＧは、側壁部４８Ａに沿うように上方に向かって案内される。

【0059】

このようにして噴出された燃料オフガスＦＯＧは、着火装置（図示せず）により着火され、酸化剤オフガスＯＯＧとともに燃焼する。そして、燃料オフガスＦＯＧが燃焼することにより発生した燃焼熱により、改質器１０が加熱され、また、ハウジング６の空気流路６Ａを流れる空気が加熱される。

【0060】

Ａ－４．燃焼器１２の詳細構成（特徴的構成）：
次に、本実施形態における燃焼器１２の詳細構成（特徴的構成）について更に説明する。

【0061】

燃焼器１２は、下記の第１特定条件を満たしている。
（第１特定条件）
いずれか１つの燃料ガス噴出口４８Ｃである特定噴出口（４８Ｃ）（本実施形態では全ての燃料ガス噴出口４８Ｃがこれに該当）から噴出する燃料オフガスＦＯＧの燃焼熱量ＢＨは、１０Ｗ以上である。

【0062】

上記第１特定条件における「燃料オフガスＦＯＧ」は、燃料電池スタック２において発電に使用されずに残った燃料（完全改質後のＨ_２状態）と、燃料電池スタック２の発電により生成された水蒸気（Ｈ_２Ｏ）と、原燃料ガスＲＦＧを改質器１０により改質した際に生成されるＣＯ_２と、改質器１０における水蒸気改質のために供給される水蒸気から当該水蒸気改質に利用された水蒸気を除いたものと、を含むガスである。

【0063】

上記第１特定条件における上記「燃焼熱量ＢＨ」（Ｗ）は、「燃料オフガスＦＯＧ」に含まれる「燃料電池スタック２において発電に使用されずに残った燃料（Ｈ_２）」が理論的に完全燃焼した際の燃焼熱量である。各燃料ガス噴出口４８Ｃから均一に「燃料オフガスＦＯＧ」が噴出された際の熱量を各燃料ガス噴出口４８Ｃの熱量とみなす。以上のような方針に基づいて、具体的には、「燃焼熱量ＢＨ」は数式：「燃焼熱量ＢＨ」（Ｗ）＝（「燃料電池スタック２において発電に使用されずに残った燃料（Ｈ_２）」のうち１つの燃料ガス噴出口４８Ｃから噴射する燃料（Ｈ_２）の流量（ｍ^３／ｓ））×（当該燃料（Ｈ_２）の低位発熱量（１０．７８（ＭＪ／ｍ^３））×１０^６）により算出されるものである。

【0064】

ここで、「燃料電池スタック２において発電に使用されずに残った燃料（Ｈ_２）」の流量（ｍ^３／ｓ）は、原燃料ガスＲＦＧが１００％燃料（Ｈ_２）に改質されたとみなして、燃料電池スタック２の発電によって生じた電流値と蒸発器４ａに供給される原燃料ガスＲＦＧの流量とに基づいて算出される。したがって、「燃料電池スタック２において発電に使用されずに残った燃料（Ｈ_２）」の流量（ｍ^３／ｓ）を燃料ガス噴出口４８Ｃの数で割った値が、１つの燃料ガス噴出口４８Ｃから噴射する燃料（Ｈ_２）の流量（ｍ^３／ｓ）である。なお、本明細書において「流量（ｍ^３／ｓ）」は、標準状態（０℃、１気圧）における流量（ｍ^３／ｓ）を意味する。

【0065】

本実施形態の燃焼器１２は、特に、燃料利用率７０％以上（例えば、８０％）での燃料電池スタック２の発電時において、上記第１特定条件（上記燃焼熱量ＢＨは１０Ｗ以上である）を満たす構成となっている。燃料利用率（％）は、数式：（燃料電池スタック２で電力に変換された燃料（Ｈ_２）の発熱量）／（燃料電池スタック２に供給される原燃料ガスＲＦＧが１００％燃料（Ｈ_２）に改質されたとみなした際の燃料（Ｈ_２）の発熱量）により算出されるものである。具体的には、燃料利用率は、原燃料ガスＲＦＧが１００％燃料（Ｈ_２）に改質されたとみなして、燃料電池スタック２の発電によって生じた電流値と蒸発器４ａに供給される原燃料ガスＲＦＧの流量とに基づいて算出される。

【0066】

なお、上記「燃焼熱量ＢＨ」は、各燃料ガス噴出口４８Ｃの開口面積の合計、燃料ガス噴出口４８Ｃの個数、燃料電池スタック２の燃料利用率、各燃料ガス噴出口４８Ｃの口径（内径）等を制御することにより調整することができる。燃料ガス噴出口４８Ｃの個数を少なくすると、基本的には、「燃焼熱量ＢＨ」は高くなる。燃料電池スタック２の燃料利用率を低くすると、基本的には、「燃焼熱量ＢＨ」は高くなる。

【0067】

燃焼器１２は、更に、下記の第２特定条件を満たしている。
（第２特定条件）
特定噴出口（４８Ｃ）から噴出する燃料オフガスＦＯＧの流速ＦＲは、１．４５ｍ／ｓ以下である。

【0068】

上記第２特定条件における上記「流速ＦＲ」（ｍ／ｓ）は、数式：（燃料オフガスＦＯＧの流量（ｍ^３／ｓ））÷（各燃料ガス噴出口４８Ｃの開口面積の合計（ｍ^２））により算出されるものである。

【0069】

なお、上記「流速ＦＲ」は、燃料ガス噴出口４８Ｃの個数、燃料ガス噴出口４８Ｃの口径、燃料ガス噴出口４８Ｃの開口面積等を制御することにより調整することができる。燃料ガス噴出口４８Ｃの個数、燃料ガス噴出口４８Ｃの口径や燃料ガス噴出口４８Ｃの開口面積を大きくすると、基本的には、「流速ＦＲ」は低くなる。

【0070】

燃焼器１２は、更に、下記の第３特定条件を満たしている。
（第３特定条件）
各燃料ガス噴出口４８Ｃの口径は、５ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下である。

【0071】

燃焼器１２は、更に、下記の第４特定条件を満たしている。
（第４特定条件）
燃料ガス噴出口４８Ｃ（端に位置する燃料ガス噴出口４８Ｃを除く）の口径は、隣の燃料ガス噴出口４８Ｃとの間隔より大きい。「隣の燃料ガス噴出口４８Ｃ」とは、他の燃料ガス噴出口４８Ｃのうち、最も近い燃料ガス噴出口４８Ｃであり、「隣の燃料ガス噴出口４８Ｃとの間隔」とは、互いに隣り合う燃料ガス噴出口４８Ｃを画定する輪郭線同士の最短距離である（図３および図４のΔＫ参照）。

【0072】

Ａ－５．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の燃料電池モジュール１は、燃料電池スタック（燃料電池）２と、燃料オフガスＦＯＧを燃焼させる燃焼器１２と、を備える。燃焼器１２には、燃料電池スタック２の発電に利用されなかった燃料ガスおよび水蒸気を含む混合ガスである燃料オフガスＦＯＧが噴出する複数の燃料ガス噴出口４８Ｃが形成されている。いずれか１つの燃料ガス噴出口４８Ｃである特定噴出口（４８Ｃ）（本実施形態では全ての燃料ガス噴出口４８Ｃがこれに該当）から噴出する燃料オフガスＦＯＧの燃焼熱量ＢＨは、１０Ｗ以上である。

【0073】

本実施形態の燃料電池モジュール１が備える燃焼器１２においては、特定噴出口（４８Ｃ）から噴出する燃焼熱量ＢＨが１０Ｗ以上と大きいことにより、特定噴出口（４８Ｃ）における燃焼炎の失火が抑制される。そのため、本実施形態の燃料電池モジュール１によれば、燃焼器１２の燃焼性能を向上（ひいては、燃料電池モジュール１の発電性能）させることができる。なお、上記第１特定条件（上記燃焼熱量ＢＨは１０Ｗ以上である）を満たすことによる優位性は、下記の「検証試験１」等により見出されたものである。

【0074】

また、本実施形態の燃料電池モジュール１が備える燃焼器１２では、特定噴出口（４８Ｃ）から噴出する燃料オフガスＦＯＧの流速ＦＲは、１．４５ｍ／ｓ以下である。仮に特定噴出口（４８Ｃ）から噴出する燃料オフガスＦＯＧの流速ＦＲが過度に高い（例えば、１．４５ｍ／ｓより高い）と、比較的、特定噴出口（４８Ｃ）から噴出する燃料オフガスＦＯＧが炎を形成する前に吹き抜けて燃焼炎の失火が生じやすくなる。これに対し、本実施形態の燃料電池モジュール１の燃焼器１２においては、特定噴出口（４８Ｃ）から噴出する燃料オフガスＦＯＧの流速ＦＲが１．４５ｍ／ｓ以下と低いため、特定噴出口（４８Ｃ）における燃焼炎の失火を更に抑制することができる。そのため、本実施形態の燃料電池モジュール１によれば、燃焼器１２の燃焼性能（ひいては、燃料電池モジュール１の発電性能）を更に向上させることができる。なお、上記第２特定条件（上記流速ＦＲは１．４５ｍ／ｓ以下である）を満たすことによる優位性は、下記の「検証試験２」等により見出されたものである。

【0075】

また、本実施形態の燃料電池モジュール１が備える燃焼器１２では、各燃料ガス噴出口４８Ｃの口径は、５ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下である。特定噴出口（４８Ｃ）における燃焼炎の失火を更に抑制することができる。本実施形態の燃料電池モジュール１が備える燃焼器１２においては、各燃料ガス噴出口４８Ｃの口径が５ｍｍ以上とある程度大きいため、各燃料ガス噴出口４８Ｃから噴出する燃料オフガスＦＯＧの流量が大きくなる（かつ、流速が低くなる）ことにより燃焼器１２の燃焼性能がある程度確保されるものでありながら、各燃料ガス噴出口４８Ｃの口径が２０ｍｍ以下とある程度小さいため、燃料ガス噴出口４８Ｃを複数設けたとしても燃焼器１２を小型化することができる。そのため、本実施形態の燃料電池モジュール１によれば、燃焼器１２の燃焼性能（ひいては、燃料電池モジュール１の発電性能）を更に向上させることができる。

【0076】

また、本実施形態の燃料電池モジュール１が備える燃焼器１２では、燃料利用率（燃料電池スタック２で電力に変換された燃料（Ｈ_２）の発熱量）／（燃料電池スタック２に供給される原燃料ガスＲＦＧが１００％燃料（Ｈ_２）に改質されたとみなした際の燃料（Ｈ_２）の発熱量）７０％以上での燃料電池スタック２の発電時において、特定噴出口（４８Ｃ）から噴出する燃料オフガスＦＯＧの燃焼熱量ＢＨは、１０Ｗ以上である。そのため、本実施形態の燃料電池モジュール１によれば、７０％以上という高燃料利用率で燃料電池スタック２を動作（発電）させることにより、水素濃度が比較的低い燃料オフガスＦＯＧが燃料ガス噴出口４８Ｃから噴出する場合においても、燃焼炎の失火を効果的に抑制することができる。

【0077】

また、本実施形態の燃料電池モジュール１が備える燃焼器１２では、燃料ガス噴出口４８Ｃ（端に位置する燃料ガス噴出口４８Ｃを除く）の口径は、隣の燃料ガス噴出口４８Ｃとの間隔より大きい。そのため、本実施形態の燃料電池モジュール１が備える燃焼器１２によれば、燃料ガス噴出口４８Ｃの口径がある程度大きいものでありながら、隣り合う燃料ガス噴出口４８Ｃの間隔がある程度狭いことにより、燃料オフガスＦＯＧの燃焼熱量ＢＨを大きくしつつ、燃焼器１２を小型化することができる。

【0078】

Ａ－６．検証試験１：
次に、検証試験１について説明する。検証試験１は、上記第１特定条件（上記燃焼熱量ＢＨは１０Ｗ以上である）による優位性を見出す根拠となった試験である。図８は、検証試験１の結果を示す説明図である。

【0079】

本試験では、図８に示す１４個の燃焼器１２のサンプルＳＰ１，・・・，ＳＰ１４を準備し、各サンプルについて、燃料電池スタック２の燃料利用率が異なる条件下で、燃料ガス噴出口４８Ｃから燃料オフガスＦＯＧを噴出させることにより、これらを燃焼させ、その際の燃焼炎の失火の有無を確認した。このとき、燃焼器１２の各サンプルを電気炉内に設置し、電気炉内の燃焼環境温度を約７００℃とした。本試験では、図８に示すように、各サンプルの燃料ガス噴出口４８Ｃから噴出する燃料オフガスＦＯＧの流速ＦＲが略均一（０．４ｍ／ｓ程度）で燃焼熱量ＢＨが互いに異なるように調整した。

【0080】

図８に示すように、各サンプル（ＳＰ１，・・・，ＳＰ１４）は、燃料電池スタック２の燃料利用率（％）と、各燃料ガス噴出口４８Ｃの口径（ｍｍ）とが互いに異なっている。各燃料ガス噴出口４８Ｃの口径が４．２ｍｍであるサンプルＳＰ１，・・・，ＳＰ７における燃料ガス噴出口４８Ｃの個数は２４個であり、各燃料ガス噴出口４８Ｃの口径が７．５ｍｍであるサンプルＳＰ８，・・・，ＳＰ１４における燃料ガス噴出口４８Ｃの個数が９個である。それに伴い、各サンプル（ＳＰ１，・・・，ＳＰ１４）は、各燃料ガス噴出口４８Ｃにおける燃焼熱量ＢＨ（Ｗ）が互いに異なっている。

【0081】

各燃料ガス噴出口４８Ｃにおける燃焼熱量ＢＨが１０Ｗ以上であるサンプルＳＰ１，・・・，ＳＰ３，ＳＰ８・・・，ＳＰ１４では失火が「無し」であるのに対し、各燃料ガス噴出口４８Ｃにおける燃焼熱量ＢＨが１０Ｗ未満であるサンプルＳＰ４，・・・，ＳＰ７では失火が「有り」であった。この結果から、上記燃焼熱量ＢＨが１０Ｗ以上である構成においては、各燃料ガス噴出口４８Ｃにおける燃焼炎の失火が抑制されることが確認された。

【0082】

Ａ－７．検証試験２：
次に、検証試験２について説明する。検証試験２は、上記第２特定条件（上記流速ＦＲは１．４５ｍ／ｓ以下である）による優位性を見出す根拠となった試験である。図９は、検証試験２の結果を示す説明図である。

【0083】

本試験では、検証試験１と同様に、図９に示す１４個の燃焼器１２のサンプルＳＰ１５，・・・，ＳＰ２８を準備し、検証試験１と同様に、各サンプルについて、燃料電池スタック２の燃料利用率が異なる条件下で、燃料ガス噴出口４８Ｃから燃料オフガスＦＯＧを噴出させることにより、これらを燃焼させ、その際の燃焼炎の失火の有無を確認した。検証試験１と同様に、燃焼器１２の各サンプルを設置した電気炉内の燃焼環境温度を約７００℃とした。本試験では、図９に示すように、燃料電池スタック２の燃料利用率が同じサンプルについて、燃焼熱量ＢＨを同等にするとともに、流速が互いに異なるように調整した。

【0084】

図９に示すように、各サンプル（ＳＰ１５，・・・，ＳＰ２８）は、燃料電池スタック２の燃料利用率（％）と、各燃料ガス噴出口４８Ｃの口径（ｍｍ）とが互いに異なっている。各サンプル（ＳＰ１５，・・・，ＳＰ２８）における燃料ガス噴出口４８Ｃの個数はいずれも９個である。本試験では、上述したように、燃料利用率が同等であるサンプル（例えば、サンプルＳＰ１５とサンプルＳＰ２２）について、当該燃焼熱量ＢＨが同等である。

【0085】

各燃料ガス噴出口４８Ｃにおける流速ＦＲが１．４５ｍ／ｓ以下である全てのサンプルＳＰ１５，・・・，ＳＰ２８では失火が「無し」であった。この結果から、上記流速ＦＲが１．４５ｍ／ｓ以下である構成においては、各燃料ガス噴出口４８Ｃにおける燃焼炎の失火が発生しないことが確認された。

【0086】

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

【0087】

上記実施形態における燃料電池モジュール１の構成や燃料電池モジュール１を構成する各部分の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。上記実施形態における燃焼器１２や燃料電池スタック２の構成も、あくまで一例であり、種々変形可能である。

【0088】

上記実施形態では、第１特定条件、第２特定条件、・・・、第４特定条件の全てを満たしているが、これらの条件のうち、第１特定条件のみを満たすとしてもよいし、第１特定条件と他の何れか１つまたは２つの条件のみを満たすとしてもよい。

【0089】

燃焼器１２は、特に、燃料利用率７０％以上での燃料電池スタック２の発電時において、上記第１特定条件を満たす構成となっているが、燃料利用率７０％未満での燃料電池スタック２の発電時において、上記第１特定条件を満たす構成であってもよい。

【0090】

また、燃焼器１２が複数備える各種開口部（燃料ガス噴出口４８Ｃ、酸化剤ガス噴出部４７、燃料ガス流通部４１４ｃ，４１５ｃ）の個数、配置、および開口面積等は、上記の態様に特に限定されるものではなく（但し、上記特定条件は満たす点を除く）、種々変更可能である。また、複数の燃料ガス噴出口４８Ｃの口径が互いに異なっていてもよく、その場合、複数の燃料ガス噴出口４８Ｃの口径がいずれも５ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下であることが好ましい。なお、燃料ガス噴出口４８Ｃの形状は、円形に限らず、矩形状や楕円形などであってもよい。燃料ガス噴出口４８Ｃの形状が円形ではない場合、燃料ガス噴出口４８Ｃの開口面積から算出した円相当径を、本発明で言う「口径」とみなすことができる。

【0091】

また、上記実施形態では、燃料電池セルは固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）であるが、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった他のタイプの燃料電池であってもよい。また、上記実施形態では、燃料電池スタック２は平板型の燃料電池スタックであるが、他のタイプ（いわゆる円筒平板型や円筒形）の燃料電池スタックであってもよい。

【符号の説明】

【0092】

１：燃料電池モジュール ２：燃料電池スタック ４：流体供給装置 ４ａ：蒸発器 ４ｂ：改質・加熱器 ６：ハウジング ６Ａ：（ハウジングの）空気流路 ６Ｃ：（ハウジングの）燃料開口 ６ａ：（ハウジングの）底面 ７：（ハウジングの）内部空間 ８：断熱材 １０：改質器 １２：燃焼器 ２０：水供給用配管 ２２：原燃料ガス供給配管 ２３：排気ガス排出管 ２４：空気供給パイプ ２６：排気ガス配管 ２８：混合ガス導管 ３０：燃料供給通路 ３２：酸化剤ガス供給通路 ３４：燃料排出通路 ３６：酸化剤ガス排出通路 ４１：中仕切り部材 ４１Ａ，４１Ｂ：（中仕切り部材の）縁部 ４１Ｃ：（中仕切り部材の）中央部 ４２：底板 ４２Ａ：（底板の）平板部 ４２Ｂ：（底板の）管状部 ４２ａ：（底板の）開口部 ４２ｂ：（底板の）上面 ４３Ａ，４３Ｂ：カバー部材 ４３ａ，４３ｂ：（カバー部材の）開口部 ４４：（カバー部材の）本体部 ４６：第１酸化剤ガス案内部 ４６Ａ：（第１酸化剤ガス案内部の）側壁部 ４６Ｂ：（第１酸化剤ガス案内部の）平板部 ４７：酸化剤ガス噴出部 ４８：燃料ガス噴出部 ４８Ａ：（燃料ガス噴出部の）側壁部 ４８Ｂ：（燃料ガス噴出部の）天面部 ４８Ｃ：燃料ガス噴出口 ４８Ｄ：（燃料ガス噴出部の）円筒側壁部 ４９：（燃焼器の本体部の）縁部 ５０：酸化剤ガス流路 ５２：燃料ガス流路 ４１１ｃ：（中仕切り部材の）第１表面 ４１２ｃ，４１３ｃ：（中仕切り部材の）第２表面 ４１４ｃ，４１５ｃ：燃料ガス流通部 ４３１Ａ，４３１Ｂ：（カバー部材の）縁部 ４３２Ａ，４３２Ｂ：第２酸化剤ガス案内部 ４８１Ｃ：中央側出口（中央側に位置する燃料ガス噴出口） ５２１：入口側流路部 ５２１ａ：特定流路 ５２２：出口側流路部 ＦＧ：燃料ガス ＦＯＧ：燃料オフガス ＭＧ：混合ガス ＯＧ：酸化剤ガス ＯＯＧ：酸化剤オフガス ＲＦＧ：原燃料ガス ＳＦＡ，ＳＦＢ：特定表面 ＳＰＡ，ＳＰＢ：特定空間 ＷＡ：水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】