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WO2012128368A1 - 燃料電池モジュール - Google Patents

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Publication number
WO2012128368A1
WO2012128368A1 PCT/JP2012/057627 JP2012057627W WO2012128368A1 WO 2012128368 A1 WO2012128368 A1 WO 2012128368A1 JP 2012057627 W JP2012057627 W JP 2012057627W WO 2012128368 A1 WO2012128368 A1 WO 2012128368A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
temperature
cell module
air
combustion catalyst
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/057627
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
暁 山本
水野　康
Original Assignee
Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 filed Critical Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社
Priority to JP2013506044A priority Critical patent/JP5916707B2/ja
Publication of WO2012128368A1 publication Critical patent/WO2012128368A1/ja

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    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell module.
  • Such a fuel cell module includes at least a reformer that generates a reformed gas using a hydrogen-containing fuel, and a cell stack that generates power using the reformed gas. It is configured as.
  • the module main body of the combustion battery module as described above, after the reformed gas is converted into carbon dioxide or water vapor, the air supplied to the cell stack and the air not consumed in the cell stack are combusted There are traces of gases such as carbon monoxide, hydrogen and methane that have reacted but have not yet reacted. Therefore, in order to prevent these gases from flowing out of the module main body, a sealing material or the like is usually provided at the piping or wiring penetration portion in the module main body, and thereby the module main body has an airtight structure. . However, since the entire module body is exposed to a high temperature, it is necessary to use an expensive gasket made of expanded graphite or the like with excellent heat resistance as a sealing material, which may increase the cost of the fuel cell module. .
  • an object of the present invention is to provide a fuel cell module that can realize cost reduction while reliably preventing the outflow of gas to the outside.
  • a fuel cell module includes a reformer that generates a reformed gas using a hydrogen-containing fuel, and a cell stack that generates power using the reformed gas.
  • a module main body including at least a module main body, a heat insulating material provided so as to surround the module main body, and a housing that has an airtight structure and accommodates the module main body and the heat insulating material.
  • the module main body is housed in a casing having an airtight structure. For this reason, even if gas leaks from the module body, the casing can reliably prevent the gas from flowing out. As a result, the module body does not need to have an airtight structure, and an expensive sealing material with excellent heat resistance provided on the module body becomes unnecessary. And since the temperature of a housing
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a fuel cell module according to a first embodiment. It is a schematic block diagram which shows the fuel cell module which concerns on 2nd Embodiment. It is an enlarged view which shows the exhaust part in the fuel cell module of FIG. 3 is a flowchart showing an example of control in the fuel cell module of FIG. 2. It is an enlarged view which shows the modification of the exhaust part in the fuel cell module of FIG. It is a flowchart which shows an example of the control in a fuel cell module provided with the exhaust part of FIG. It is a schematic block diagram which shows the fuel cell module which concerns on 3rd Embodiment. It is a schematic block diagram which shows the fuel cell module which concerns on 4th Embodiment. It is a schematic block diagram which shows the fuel cell module which concerns on 5th Embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing the fuel cell module according to the first embodiment.
  • the fuel cell module 1 according to the present embodiment includes a module body 10 that includes at least a reformer 2, a cell stack 3, a combustion unit 4, and a water vaporizer 5.
  • This module main body 10 is modularized by accommodating the reformer 2, the cell stack 3, the combustion section 4, and the water vaporizer 5 in a metal box 10a having a rectangular parallelepiped shape.
  • the module main body 10 generates power in the cell stack 3 using a hydrogen-containing fuel and an oxidant.
  • the type of the cell stack 3 in the module body 10 is not particularly limited.
  • the polymer electrolyte fuel cell (PEFC), the solid oxide fuel cell (SOFC), the phosphoric acid type Fuel cell (PAFC: Phosphoric Acid) Fuel Cell), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), and other types can be employed.
  • hydrocarbon fuel a compound containing carbon and hydrogen in the molecule (may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof is used.
  • hydrocarbon fuels include hydrocarbons, alcohols, ethers, and biofuels. These hydrocarbon fuels are derived from conventional fossil fuels such as petroleum and coal, and synthetic systems such as synthesis gas. Those derived from fuel and those derived from biomass can be used as appropriate. Specific examples of hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, town gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil.
  • methanol and ethanol are mentioned as alcohols.
  • ethers include dimethyl ether.
  • biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet.
  • oxygen-enriched air is used as the oxidizing agent.
  • the reformer 2 generates a reformed gas as a hydrogen rich gas (hydrogen containing gas) from the supplied hydrogen containing fuel.
  • the reformer 2 reforms the hydrogen-containing fuel and generates a reformed gas by a reforming reaction using a reforming catalyst.
  • the reforming method in the reformer 2 is not particularly limited, and for example, steam reforming, partial oxidation reforming, autothermal reforming, and other reforming methods can be employed.
  • the reformer 2 may have a configuration for adjusting the properties in addition to the reformer reformed by the reforming catalyst depending on the properties of the hydrogen-rich gas required for the cell stack 3.
  • the reformer 2 is configured to remove carbon monoxide in the hydrogen-rich gas. (For example, a shift reaction part and a selective oxidation reaction part). The reformer 2 supplies the reformed gas to the cell stack 3.
  • PEFC polymer electrolyte fuel cell
  • PAFC phosphoric acid fuel cell
  • the cell stack 3 generates power using the reformed gas and oxidant from the reformer 2.
  • the type of the cell stack 3 is a solid oxide fuel cell
  • the cell stack 3 supplies the reformed gas and the oxidant that have not been used for power generation as off-gas to the combustion unit 4.
  • the combustion unit 4 burns off gas supplied from the cell stack 3 and heats the reformer 2 and the water vaporizer 5.
  • the combustion unit 4 is located at the upper part of the cell stack 3.
  • the exhaust gas generated by the combustion of the combustion unit 4 is exhausted out of the housing 7 through the exhaust gas pipe 4a.
  • the exhaust gas pipe 4a is provided with a combustion catalyst 4b, whereby the exhaust gas exhausted is combusted by the combustion catalyst 4b.
  • the water vaporizer 5 heats and vaporizes the supplied water to generate water vapor supplied to the reformer 2.
  • the water vaporizer 5 supplies the generated steam to the reformer 2. Heating of the water in the water vaporizer 5 can use heat generated in the fuel cell module 1 such as recovering heat of the reformer 2, heat of the combustion unit 4, or exhaust gas.
  • the water vaporizer 5 is disposed on the upper side of the combustion unit 4.
  • a through pipe 11 is connected to such a module body 10, and a hydrogen-containing fuel is supplied to the reformer 2 through the through pipe 11.
  • the through pipe 12 is connected, and water is supplied to the water vaporizer 5 through the through pipe 12.
  • a through wiring 13 is connected to the module main body 10, and the module main body 10 is electrically connected to the outside through the through wiring 13.
  • the module main body 10 does not have an airtight structure.
  • the airtight structure here refers to the inflow of gas from a dedicated gas inflow path, and the discharge of gas is performed only from the dedicated gas exhaust path, from the gap of the parts connection part, the gap of the welding location, etc. It means a structure that does not allow the inflow and outflow of gas.
  • the fuel cell module 1 of the present embodiment includes a heat insulating material 6, a casing 7, and a control device (control unit) 8.
  • the heat insulating material 6 is provided so as to surround the module body 10 and thermally seals the module body 10.
  • the material and specifications of the heat insulating material 6 are not limited, and various types can be used.
  • the housing 7 is a metal box having a rectangular parallelepiped shape, and houses (encloses) the module main body 10 surrounded by the heat insulating material 6.
  • a seal material 9 is provided at least at the penetrating portions of the through pipes 11 and 12, the through wiring 13, and the exhaust gas pipe 4a, whereby the inside of the casing 7 is sealed and hermetically sealed.
  • the housing 7 has an airtight structure with respect to the outside.
  • the sealing material 9 a normal temperature specification sealing material used at normal temperature (low temperature) can be used, and here, for example, a material made of fluorine rubber or the like is used.
  • the casing 7 is provided with an exhaust part 21 and an intake part 22.
  • the exhaust unit 21 exhausts leaked gas such as carbon monoxide, hydrogen or methane (hereinafter simply referred to as “leakage gas”) leaking from the module body 10 to the outside.
  • the exhaust unit 21 includes a gas processing unit 23, a temperature detection unit 24, and a heater (heating unit) 25.
  • the gas processing unit 23 burns and removes the leaked gas using the combustion catalyst 23a.
  • the temperature detection unit 24 includes a pair of thermocouples provided in the exhaust unit 21 on the upstream side and the downstream side of the combustion catalyst 23a. The temperature detector 24 detects the temperature of the combustion catalyst 23a based on the difference between the temperatures detected by the pair of thermocouples, and grasps the state of the combustion catalyst 23a.
  • the temperature detection unit 24 is connected to the control device 8 and outputs the detected temperature of the combustion catalyst 23 a to the control device 8.
  • the heater 25 heats the combustion catalyst 23a.
  • the heater 25 is connected to the control device 8, and its operation is controlled by the control device 8.
  • the intake part 22 allows air to flow into the housing 7 from the outside.
  • a blower (air supply part) 26 is connected to the air intake part 22 so that air flows from the air intake part 22 toward the exhaust part 21 between the module body 10 and the housing 7.
  • the blower 26 is connected to the control device 8, and its operation is controlled by the control device 8.
  • the exhaust part 21 and the intake part 22 are provided so as to be most separated from each other in the casing 7.
  • the exhaust part 21 is located on one side in the left-right direction (upper left in the figure) of the upper part of the casing 7
  • the intake part 22 is the other side in the left-right direction in the bottom part of the casing 7 (lower right in the figure). Is located.
  • the control device 8 is configured by an ECU (Electronic Control Unit) including, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like.
  • the control device 8 is connected to the temperature detection unit 24, the heater 25, and the blower 26.
  • the control device 8 controls the operation of the heater 25 based on the temperature of the combustion catalyst 23a detected by the temperature detection unit 24 (details will be described later). Further, the control device 8 controls the operation of the blower and monitors the soundness of the blower 26.
  • the module main body 10 is accommodated in the casing 7 having an airtight structure. Therefore, even if leaked gas leaks from the module main body 10, the casing 7 can reliably prevent the leaked gas from flowing out.
  • the module body 10 it is not necessary for the module body 10 to have an airtight structure, and an expensive sealing material or the like provided in the module body 10 is not necessary. Therefore, for example, as described above, it is sufficient to provide a gasket or the like having a high temperature resistance but a low airtightness in a through portion between the through pipes 11 and 12, the through wiring 13, and the exhaust gas pipe 4a. Further, it is not necessary to provide a module body 10 with an airtight structure by providing a stuffing box in the penetrating portion or by making the opening of the module body 10 into a flange structure. An inspection process for inspecting the above is also unnecessary.
  • the ambient temperature of the module body 10 is lowered by the heat insulating material 6, and when the cell stack 3 is a solid oxide fuel cell, the temperature of the module body 10 (for example, the outer surface temperature 700 ° C. to 800 ° C.
  • the temperature of the housing 7 is lower (for example, the outer surface temperature is 70 ° C. to 80 ° C.). Therefore, the airtight structure of the housing 7 can be easily ensured by the inexpensive room temperature specification sealing material 9 made of fluoro rubber or the like as described above. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize cost reduction while reliably preventing outflow of leakage gas to the outside.
  • the exhaust part 21 is provided in the housing
  • This exhaust part 21 has the gas processing part 23 which processes leakage gas using the combustion catalyst 23a. . Therefore, the leaked gas from the module body 10 can be safely processed and exhausted outside the housing 7. Furthermore, it is possible to suppress the internal pressure of the housing 7 from being excessively increased due to the leaked gas and the heat from being trapped in the housing 7.
  • the operation of the heater 25 is controlled by the control device 8 so that the temperature of the combustion catalyst 23a detected by the temperature detection unit 24 becomes equal to or higher than a predetermined temperature (for example, 80 ° C. or higher) suitable for the leakage gas combustion process. Be controlled. Therefore, at the time of start-up, for example, the operation of the heater 25 is turned on by the control device 8 to heat the combustion catalyst 23a, and the temperature of the combustion catalyst 23a can be reliably set to a predetermined temperature or higher. Further, for example, during normal operation, when the temperature of the combustion catalyst 23a falls below a predetermined temperature, the operation of the heater 25 can be turned on by the control device 8 to assist the combustion catalyst 23a. Therefore, according to the present embodiment, the gas processing unit 23 can appropriately process the leaked gas.
  • a predetermined temperature for example, 80 ° C. or higher
  • the casing 7 is provided with the intake portion 22, and the intake portion 22 is provided with the blower 26. Therefore, the blower 26 is operated by the control device 8 and air is forced into the housing 7 from outside to form a forced air flow from the intake portion 22 toward the exhaust portion 21 in the housing 7. be able to. As a result, the leaked gas from the module body 10 can be safely processed without convection.
  • control device 8 may control the operation of the blower 26 based on the temperature of the combustion catalyst 23a.
  • the combustion catalyst 23a when the temperature on the downstream side of the combustion catalyst 23a detected by the temperature detection unit 24 is higher than the temperature on the upstream side, the combustion catalyst 23a can be determined to be normal, while the other temperatures In the state, it can be determined that an abnormality has occurred in the combustion catalyst 23a.
  • the heater 25 is stopped by the control device 8 while the blower 26 is continuously operated, and the blower 26 is stopped after a predetermined time after the combustion catalyst 23a is sufficiently cooled. Stopped.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing a fuel cell module according to the second embodiment
  • FIG. 3 is an enlarged view showing an exhaust part of the fuel cell module of FIG.
  • the module main body 10 of the fuel cell module 200 in the present embodiment houses a power generation unit 201 including a cell stack and the like.
  • the power generation unit 201 has a PCS (Power A Conditioning System (power conditioner) 202 is connected.
  • PCS Power A Conditioning System
  • the module main body 10 air is supplied from the outside through a pipe 203.
  • the air supplied to the module main body 10 is circulated in the module main body 10 and at least a part thereof is used as cathode air (oxidant) of the power generation unit 201.
  • the pipe 203 is provided with a blower 205 for supplying air to the module body 10 side.
  • a heat exchanger 207 is provided on the downstream side of the combustion catalyst 4b.
  • a heat medium (not shown) circulates, and heat exchange is performed between the gas flowing through the exhaust gas pipe 4a and the heat medium.
  • the heat exchanger 207 When the exhaust gas is cooled by the heat exchanger 207, the moisture contained in the exhaust gas is condensed, and the condensed moisture is stored in the reforming water tank 209 as reforming water.
  • the reformed water stored in the reformed water tank 209 is supplied to the water vaporizer 5 through the through pipe 12.
  • the fuel cell module 200 includes an outer case 211 that accommodates each of the devices described above, and the outer case 211 constitutes an envelope of the fuel cell module 200.
  • a temperature sensor 213 is provided on the combustion catalyst 23 a of the exhaust part 21.
  • the temperature sensor 213 outputs the detected temperature T to the control device 8.
  • the arrangement position of the temperature sensor 213 is not limited.
  • the temperature sensor 213 may be a temperature sensor 213a provided on the downstream side of the combustion catalyst 23a in the exhaust pipe 215 of the exhaust part 21, A temperature sensor 213b provided on the upstream side of the combustion catalyst 23a may be used, or a temperature sensor 213c provided on the outer wall surface of the exhaust pipe 215 may be used.
  • the temperature sensor 213 may be a temperature sensor 213d provided on the outer wall surface of the housing 7 or a temperature sensor 213e provided on the inner wall surface, or may be an internal space of the housing 7 (for example, the outer surface of the heat insulating material 6).
  • the temperature sensor 213f may be provided.
  • the control device 8 stops the fuel cell module 200 when the temperature detected by the temperature sensor 213 exceeds the maximum temperature (predetermined temperature) Tmax (that is, when the temperature of the combustion catalyst 23a exceeds the maximum temperature). Further, the control device 8 increases or decreases the output of the blower 26 stepwise based on the temperature detected by the temperature sensor 213.
  • the control device 8 determines whether or not the temperature T is equal to or lower than the maximum temperature Tmax ( S1, S2).
  • the process proceeds to S1 as it is.
  • the output of the blower 26 is decreased stepwise by the controller 8. The process proceeds to S1 (S3, S4).
  • the fuel cell module 200 is stopped when the blower 26 output is maximum, while when the blower 26 output is not maximum, the control device 8 causes the output of the blower 26 to be stepwise. Increased and the process proceeds to S1 (S5, S6, S7).
  • the fuel cell module 200 is stopped when the temperature T exceeds the maximum temperature Tmax, so that the sealing material 9 is preferably damaged. Can be suppressed.
  • control device 8 of the present embodiment may control the blowers 26 and 205 according to the power generation amount of the power generation unit 201.
  • the relationship between the power generation amount and the outputs of the blowers 26 and 205 is tabulated. What is necessary is just to store in the control apparatus 8. For example, as control according to such power generation amount, when the power generation amount is large, it is assumed that the heat generation amount is large and the output of the blower 26 is increased, and when the power generation amount is large, the necessary cathode air amount is increased. For example, control for increasing the output of the blower 205 can be given.
  • FIG. 5 is an enlarged view showing a modification of the exhaust part in the fuel cell module of FIG.
  • the 1st temperature sensor 223 may be provided in the combustion catalyst 23a
  • the 2nd temperature sensor 224 may be provided in the upstream of the combustion catalyst 23a.
  • Each of the first and second temperature sensors 223 and 224 outputs the detected temperatures T1 and T2 to the control device 8, respectively.
  • the arrangement positions of the first and second temperature sensors 223 and 224 are not limited, and the first temperature sensor 223 is provided on the downstream side of the combustion catalyst 23 a in the exhaust pipe 215 of the exhaust unit 21 as illustrated.
  • the temperature sensor 223a may be used, or the temperature sensor 223b provided on the outer wall surface of the exhaust pipe 215 may be used.
  • the second temperature sensor 224 may be a temperature sensor 224 a provided on the outer wall surface of the housing 7 or a temperature sensor 224 b provided in the internal space of the housing 7.
  • the temperature T1 or the temperature T2 is detected by the control device 8. Is less than or equal to the maximum temperature Tmax (S11, S12).
  • the process proceeds to S11.
  • the temperature T1 or the temperature T2 is higher than the maximum temperature Tmax, the fuel cell module 200 is stopped (S13). Thereby, when the temperature inside or downstream of the combustion catalyst 23a exceeds the maximum temperature Tmax, it is determined that the leakage is excessive, and the system can be stopped.
  • the control device 8 subtracts the temperature T1 from the temperature T2. It is determined whether the subtracted value is equal to or lower than the maximum differential temperature Tdmax (S21, S22). When the subtraction value is equal to or lower than the maximum difference temperature Tdmax, the process proceeds to S21. On the other hand, when the subtraction value is higher than the maximum difference temperature Tdmax, the fuel cell module 200 is stopped (S23). Thereby, the system can be stopped when the temperature difference between the temperature inside or downstream of the combustion catalyst 23a and the upstream of the combustion catalyst 23a exceeds the maximum differential temperature Tdmax.
  • FIG. 7 is a schematic block diagram showing a fuel cell module according to the third embodiment.
  • the fuel cell module 300 of the present embodiment is different from the second embodiment in that the pipe 203 and the blower 205 (see FIG. 2) are not provided, and the downstream side of the exhaust pipe 215 is connected to the module body 10. It is a connected point. Even in this embodiment, the same effects as the above-described embodiment can be obtained.
  • FIG. 8 is a schematic block diagram showing a fuel cell module according to the fourth embodiment.
  • the fuel cell module 400 of the present embodiment is different from the third embodiment in that a pipe 401 for exhausting gas (including air) to the outside and an upstream side of the pipe 401 are provided. And a flow rate control valve 403.
  • the piping 401 is connected to the branching portion 405 on the upstream side of the module main body 10 in the exhaust piping 215.
  • the same effects as in the above embodiment can be obtained. Further, in the present embodiment, when the air supplied and circulated by the blower 26 is larger than the cathode air used in the module main body 10, the flow rate control valve 403 is controlled by the control device 8 to be opened, Thereby, surplus air is exhausted outside.
  • FIG. 9 is a schematic block diagram showing a fuel cell module according to the fifth embodiment.
  • the fuel cell module 500 of the present embodiment is different from the third embodiment in that it includes a pipe 501 for allowing air to flow in from the outside, and an auxiliary blower 503 provided on the pipe 501. It is a point.
  • the pipe 501 is connected to the branch portion 505 upstream of the module main body 10 in the exhaust pipe 215.
  • the same effects as in the above embodiment can be obtained. Further, in the present embodiment, when the air supplied and circulated by the blower 26 is insufficient with respect to the cathode air used in the module body 10, the auxiliary blower 503 is controlled by the control device 8, and also by the auxiliary blower 503. Air is supplied to the module main body 10 via the pipe 501, and thus the insufficient air is compensated.
  • the oxidizing agent is introduced from the upper part of the housing 7 and the exhaust gas is led out from the lower part, but the present invention is not limited thereto.
  • An oxidant introduction flow path and an exhaust gas discharge flow path may be optionally formed inside the heat insulating material 6.
  • air supplied from the blower 26 is introduced from the lower right side of the housing 7 and led out from the upper left corner.
  • the inlet and outlet of air in the housing 7 may be provided so that the air circulates around the heat insulating material 6 without significant air retention.
  • the introduction port may be provided in the center of the bottom wall portion of the housing 7 and the outlet port may be provided in the center of the upper wall portion of the housing 7.
  • the introduction port may be provided above the side wall surface of the housing, and the lead-out port may be provided at the lower part of the side wall surface facing the surface provided with the introduction port.
  • the arrangement position of the water vaporizer 5 is not limited to the above embodiment.
  • the water vaporizer 5 is arranged in the exhaust gas flow path at the bottom in the module main body 10, and the heat of the exhaust gas is converted into the water vaporizer 5. It is good also as a structure collect
  • the temperature detection part 24 is comprised by a pair of thermocouple provided in the upstream and downstream of the combustion catalyst 23a, the temperature detection part 24 directly detects the temperature of the combustion catalyst 23a. As such, it may be provided directly on the combustion catalyst 23a.
  • one exhaust part 21 and one intake part 22 are provided in the casing 7, but two or more casings 7 may be provided, and at least one of the casings 7 may be provided. What is necessary is just to be provided. In some cases, the configuration may be such that the intake section 22 is not provided in the casing 7 or the exhaust section 21 and the intake section 22 are not provided in the casing 7.
  • the blower 26 is provided in the intake section 22, but a fan may be used in place of the blower 26, and various types can be used as long as air can be supplied. Further, the arrangement position of the blower 26 is not limited, and it may be arranged at a position where air can be circulated from the outside toward the exhaust section 21 from the intake section 22.
  • a gas sensor that detects a leaked gas is provided in the casing 7 or upstream of the combustion catalyst 23a in the exhaust part 21, and when the leaked gas is detected by the gas sensor, the combustion catalyst 23a is at a predetermined temperature.
  • the heater 25 may be turned on by the control device 8 to heat the combustion catalyst 23a. Further, the combustion catalyst 23a and the heater 25 may not be provided.
  • a gas that does not require reforming such as pure hydrogen or a hydrogen-enriched gas, can also be supplied as the hydrogen-containing fuel.
  • the reformer 2 and the water vaporizer 5 can be omitted.

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Abstract

　燃料電池モジュールは、改質ガスを用いて発電を行うセルスタックを内部に少なくとも含むモジュール本体と、モジュール本体を取り囲むように設けられた断熱材と、気密構造を有し、モジュール本体及び断熱材を収容する筐体と、を備えている。

Description

燃料電池モジュール
　本発明は、燃料電池モジュールに関する。
　従来、燃料電池モジュールとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このような燃料電池モジュールは、水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器と、改質ガスを用いて発電を行うセルスタックと、を少なくとも備え、これらがモジュール化されてモジュール本体として構成されている。
特開２０１０－１４０７５０号公報
　ここで、上述したような燃焼電池モジュールのモジュール本体内においては、改質ガスが二酸化炭素や水蒸気に変換された後、セルスタックに供給された空気のうちセルスタックで消費されなかった空気と燃焼反応し、それでも反応しなかった微量の一酸化炭素、水素及びメタン等のガスが存在する。よって、これらのガスがモジュール本体から外部へ流出するのを防止するため、通常、モジュール本体における配管や配線の貫通箇所にシール材等が設けられ、これにより、モジュール本体が気密構造とされている。しかし、モジュール本体はその全体が高温にさらされることから、膨張黒鉛等からなる耐熱性の優れた高価なガスケット等をシール材として用いる必要があり、燃料電池モジュールが高コスト化してしまうおそれがある。
　そこで、本発明は、外部へのガスの流出を確実に防止しつつ低コスト化を実現可能な燃料電池モジュールを提供することを課題とする。
　上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る燃料電池モジュールは、水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器、及び改質ガスを用いて発電を行うセルスタックを内部に少なくとも含むモジュール本体と、モジュール本体を取り囲むように設けられた断熱材と、気密構造を有し、モジュール本体及び断熱材を収容する筐体と、を備えている。
　この燃料電池モジュールでは、気密構造を有する筐体にモジュール本体が収容されている。そのため、モジュール本体からガスが漏洩したとしても、当該ガスが外部へ流出するのを筐体によって確実に防止することができる。その結果、モジュール本体が気密構造を有する必要がなくなり、モジュール本体に設けられる耐熱性の優れた高価なシール材等が不要となる。そして、筐体の温度がモジュール本体の温度に比べて低くなるため、フッ素ゴム等からなる安価な常温仕様のシール材等により筐体の気密構造を確保することができる。従って、外部へのガスの流出を確実に防止しつつ低コスト化を実現可能となる。
第１実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。 第２実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。 図２の燃料電池モジュールにおける排気部を示す拡大図である。 図２の燃料電池モジュールにおける制御の一例を示すフローチャートである。 図２の燃料電池モジュールにおける排気部の変形例を示す拡大図である。 図５の排気部を備えた燃料電池モジュールにおける制御の一例を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。 第４実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。 第５実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。
　以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。図１に示すように、本実施形態の燃料電池モジュール１は、改質器２、セルスタック３、燃焼部４及び水気化器５を、少なくとも内部に含むモジュール本体１０を備えている。このモジュール本体１０は、改質器２、セルスタック３、燃焼部４及び水気化器５を、直方体状を呈する金属製の箱体１０ａに収容してモジュール化している。
　モジュール本体１０は、水素含有燃料及び酸化剤を用いて、セルスタック３にて発電を行う。モジュール本体１０におけるセルスタック３の種類は特に限定されず、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ：PhosphoricAcid
Fuel Cell）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ：Molten Carbonate Fuel Cell）、及び、その他の種類を採用することができる。
　水素含有燃料として、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。
　なお、アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス（通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい）、酸素富化空気が用いられる。
　改質器２は、供給される水素含有燃料から水素リッチガス（水素含有ガス）としての改質ガスを発生させる。改質器２は、改質触媒を用いた改質反応により、水素含有燃料を改質して改質ガスを発生させる。改質器２での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他の改質方式を採用できる。なお、改質器２は、セルスタック３に要求される水素リッチガスの性状によって、改質触媒により改質する改質器の他に性状を調整するための構成を有する場合もある。例えば、セルスタック３のタイプが固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）やリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）であった場合、改質器２は、水素リッチガス中の一酸化炭素を除去するための構成（例えば、シフト反応部、選択酸化反応部）を有する。改質器２は、改質ガスをセルスタック３へ供給する。
　セルスタック３は、改質器２からの改質ガス及び酸化剤を用いて発電を行う。セルスタック３のタイプが固体酸化物形燃料電池である場合、このセルスタック３は、発電に用いられなかった改質ガス及び酸化剤をオフガスとして、燃焼部４へ供給する。
　燃焼部４は、セルスタック３から供給されるオフガスを燃焼させ、改質器２及び水気化器５を加熱する。この燃焼部４は、セルスタック３の上部に位置している。燃焼部４の燃焼で発生した排ガスは、排ガス配管４ａを介して筐体７外へ排気される。排ガス配管４ａには、燃焼触媒４ｂが設けられており、これにより、排気される排ガスが当該燃焼触媒４ｂにより燃焼処理される。
　水気化器５は、供給される水を加熱し気化させ、改質器２に供給される水蒸気を生成する。水気化器５は、生成した水蒸気を改質器２へ供給する。この水気化器５における水の加熱は、例えば、改質器２の熱、燃焼部４の熱、あるいは排ガスの熱を回収する等、燃料電池モジュール１内で発生した熱を用いることができる。本実施形態では、水気化器５は、燃焼部４の上方側に配置されている。
　このようなモジュール本体１０には、貫通配管１１が接続されており、貫通配管１１を介して改質器２に水素含有燃料が供給される。これと共に、貫通配管１２が接続されており、貫通配管１２を介して水気化器５に水が供給される。また、モジュール本体１０には、貫通配線１３が接続されており、貫通配線１３を介してモジュール本体１０が外部と電気的に接続される。
　なお、このモジュール本体１０において少なくとも貫通配管１１，１２、貫通配線１３及び排ガス配管４ａの貫通部分には、高温耐性はあるが気密性の低いガスケット等が設けられてこれらが保持及び固定されている。つまり、モジュール本体１０は、気密構造を有していない。なお、ここでの気密構造とは、気体の流入は専用の気体流入路から行われると共に、気体の排出は専用の気体排出路からのみ行われ、部品連結部の隙間や溶接箇所の隙間等からの気体の流出入を許容しない構造を意味する。
　ここで、本実施形態の燃料電池モジュール１は、断熱材６と、筐体７と、制御装置（制御部）８と、を備えている。断熱材６は、モジュール本体１０を取り囲むように設けられており、モジュール本体１０を熱的に密閉している。断熱材６としては、その材質や仕様は限定されず、種々のものを使用することができる。
　筐体７は、直方体状を呈する金属製の箱体とされ、断熱材６で囲まれたモジュール本体１０を収容（内包）する。この筐体７において少なくとも貫通配管１１，１２、貫通配線１３及び排ガス配管４ａとの貫通部分には、シール材９が設けられ、これにより、筐体７内が封止されて気密化されている。すなわち、筐体７は、外部に対する気密構造を有している。シール材９としては、常温（低温）で使用される常温仕様のシール材を用いることができ、ここでは、例えばフッ素ゴム等からなるものが用いられている。
　この筐体７には、排気部２１及び吸気部２２が設けられている。排気部２１は、モジュール本体１０から漏洩する一酸化炭素、水素又はメタン等の漏洩ガス（以下、単に「漏洩ガス」という）を外部へ排気する。この排気部２１は、ガス処理部２３、温度検出部２４及びヒータ（加熱部）２５を有している。
　ガス処理部２３は、燃焼触媒２３ａを用いて漏洩ガスを燃焼処理して除去する。温度検出部２４は、排気部２１において燃焼触媒２３ａよりも上流側及び下流側にそれぞれ設けられた一対の熱電対で構成されている。この温度検出部２４は、一対の熱電対で検知した各温度の差に基づいて燃焼触媒２３ａの温度を検出し、燃焼触媒２３ａの状況を把握する。この温度検出部２４は、制御装置８に接続されており、検出した燃焼触媒２３ａの温度を制御装置８へ出力する。ヒータ２５は、燃焼触媒２３ａを加熱するものである。このヒータ２５は、制御装置８に接続されており、その動作が制御装置８で制御される。
　吸気部２２は、外部から筐体７内へ空気を流入させる。吸気部２２には、モジュール本体１０と筐体７との間にて吸気部２２から排気部２１に向けて空気が流通するよう送気するブロア（送気部）２６が接続されている。ブロア２６は、制御装置８に接続されており、その動作が制御装置８で制御される。
　このような排気部２１及び吸気部２２は、筐体７において互いに最も離隔するよう設けられている。ここでは、排気部２１は、筐体７の上部の左右方向一方側（図中の左上）に位置し、吸気部２２は、筐体７の底部の左右方向他方側（図中の右下）に位置している。
　制御装置８は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を含むＥＣＵ（ElectronicControl Unit）で構成されている。制御装置８は、温度検出部２４、ヒータ２５及びブロア２６に接続されている。この制御装置８は、温度検出部２４で検出された燃焼触媒２３ａの温度に基づいてヒータ２５の動作を制御する（詳しくは後述）。また、制御装置８は、ブロアの動作を制御すると共にブロア２６の健全性を監視する。
　以上、本実施形態の燃料電池モジュール１では、気密構造を有する筐体７にモジュール本体１０が収容されている。そのため、モジュール本体１０から漏洩ガスが漏洩したとしても、当該漏洩ガスが外部へ流出するのを筐体７によって確実に防止することができる。
　その結果、モジュール本体１０が気密構造を有する必要がなくなり、モジュール本体１０に設けられる高価なシール材等が不要となる。よって、例えば上記のように、貫通配管１１，１２、貫通配線１３及び排ガス配管４ａとの貫通部分には、高温耐性はあるが気密性の低いガスケット等を設ければ足りることとなる。さらには、当該貫通部分にスタフィングボックスを設けたり、モジュール本体１０の開口部をフランジ構造としたり等してモジュール本体１０を気密構造にすることも要されず、また、モジュール本体１０の気密性を検査する検査工程も不要となる。
　そして、筐体７内では、モジュール本体１０の周囲温度が断熱材６により低下し、セルスタック３が固体酸化物形燃料電池の場合、モジュール本体１０の温度（例えば、外表面温度７００℃～８００℃）に比べて筐体７の温度が低温（例えば、外表面温度７０℃～８０℃）となる。そのため、上記のようにフッ素ゴム等からなる安価な常温仕様のシール材９等により、筐体７の気密構造を容易に確保することができる。従って、本実施形態によれば、外部への漏洩ガスの流出を確実に防止しつつ低コスト化を実現することが可能となる。
　また、本実施形態では、上述したように、筐体７に排気部２１が設けられており、この排気部２１は燃焼触媒２３ａを用いて漏洩ガスを処理するガス処理部２３を有している。よって、モジュール本体１０からの漏洩ガスを安全に処理して筐体７外へ排気することができる。さらには、漏洩ガスにより筐体７の内圧が高まり過ぎたり、筐体７内に熱が籠もったりするのを抑制することが可能となる。なお、ガス処理部２３で処理され排気部２１から排気されたガスについては、排ガス配管４ａに合流させてもよいし、そのまま外部へ排気してもよい。
　また、本実施形態では、温度検出部２４で検出した燃焼触媒２３ａの温度が、漏洩ガスの燃焼処理に好適な所定温度（例えば８０℃以上）以上となるようヒータ２５の動作が制御装置８で制御される。よって、例えば起動時において、制御装置８によりヒータ２５の動作をＯＮとして燃焼触媒２３ａを加熱し、燃焼触媒２３ａの温度を確実に所定温度以上とすることができる。また、例えば通常運転時において、燃焼触媒２３ａの温度が所定温度よりも低下したとき、制御装置８によりヒータ２５の動作をＯＮとして燃焼触媒２３ａをアシスト加熱することもできる。従って、本実施形態によれば、ガス処理部２３にて漏洩ガスの処理を好適に行うことが可能となる。
　また、本実施形態では、上述したように、筐体７に吸気部２２が設けられ、この吸気部２２にブロア２６が設けられている。そのため、制御装置８によりブロア２６を作動させ、外部から空気を筐体７内へ圧送することで、筐体７内にて吸気部２２から排気部２１に向けた強制的な空気流れを形成することができる。その結果、モジュール本体１０からの漏洩ガスを対流させずに安全に処理することが可能となる。
　また、制御装置８によりブロア２６の健全性を監視する（つまり、動作判定を行う）ことで、筐体７内全体が意図した性能を発揮しているか（つまり、意図した状態となっているか）を判断することが可能となる。
　なお、本実施形態では、制御装置８により、燃焼触媒２３ａの温度に基づいてブロア２６の動作を制御してもよい。また、本実施形態では、温度検出部２４によって検出された燃焼触媒２３ａの下流側の温度が上流側の温度よりも高い温度状態のとき、燃焼触媒２３ａを正常と判定できる一方、それ以外の温度状態のとき、燃焼触媒２３ａに異常が生じていると判定できる。
　ちなみに、燃料電池モジュール１を停止する際には、制御装置８によりヒータ２５が停止される一方でブロア２６は引き続き作動され、そして、燃焼触媒２３ａが十分に冷却された所定時間経過後にブロア２６が停止される。
［第２実施形態］
　次に、第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
　図２は、第２実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図であり、図３は、図２の燃料電池モジュールの排気部を示す拡大図である。図２に示すように、本実施形態における燃料電池モジュール２００のモジュール本体１０は、セルスタック等を含む発電ユニット２０１を収容している。発電ユニット２０１には、その動作を制御するＰＣＳ（Power
Conditioning System，パワーコンディショナ）２０２が接続されている。
　モジュール本体１０内には、配管２０３により外部から空気が供給される。モジュール本体１０に供給された空気は、当該モジュール本体１０内に流通されると共に、その少なくとも一部が発電ユニット２０１のカソード空気（酸化剤）として用いられる。配管２０３には、モジュール本体１０側へ空気を送気するブロア２０５が設けられている。
　排ガス配管４ａにおいて燃焼触媒４ｂの下流側には、熱交換器２０７が設けられている。熱交換器２０７では、図示しない熱媒体が循環しており、排ガス配管４ａを流通するガスと熱媒体との間で熱交換を行う。排ガスが熱交換器２０７で冷却されると、この排ガスに含まれていた水分が凝縮し、当該凝縮した水分が改質水として改質水タンク２０９に貯められる。改質水タンク２０９に貯められた改質水は、貫通配管１２を介して水気化器５へ供給される。この燃料電池モジュール２００は、上述の各機器を収容する外ケース２１１を備えており、外ケース２１１は、燃料電池モジュール２００の外囲を構成する。
　図３に示すように、排気部２１の燃焼触媒２３ａには、温度センサ２１３が設けられている。温度センサ２１３は、検出した温度Ｔを制御装置８へ出力する。なお、温度センサ２１３の配置位置は限定されず、図示するように、温度センサ２１３は、排気部２１の排気配管２１５内において燃焼触媒２３ａの下流側に設けられた温度センサ２１３ａとしてもよいし、燃焼触媒２３ａの上流側に設けられた温度センサ２１３ｂとしてもよいし、排気配管２１５の外壁面に設けられた温度センサ２１３ｃとしてもよい。また、温度センサ２１３は、筐体７における外壁面に設けられた温度センサ２１３ｄ又は内壁面に設けられた温度センサ２１３ｅとしてもよいし、筐体７の内部空間（例えば、断熱材６の外表面）に設けられた温度センサ２１３ｆとしてもよい。
　制御装置８は、温度センサ２１３で検出した温度が最大温度（所定温度）Ｔｍａｘを超えた場合（つまり、燃焼触媒２３ａの温度が最大温度を超えた場合）、燃料電池モジュール２００を停止させる。また、制御装置８は、温度センサ２１３で検出した温度に基づいて、ブロア２６の出力を段階的に増減させる。
　このように構成された本実施形態では、図４に示すように、温度センサ２１３により温度Ｔが取得された後、制御装置８により温度Ｔが最大温度Ｔｍａｘ以下であるか否か判定される（Ｓ１，Ｓ２）。温度Ｔが最大温度Ｔｍａｘ以下の場合、ブロア２６出力が最小のときには上記Ｓ１へそのまま移行される一方、ブロア２６出力が最小でないときには、制御装置８によりブロア２６の出力が段階的に減少させられ、上記Ｓ１へ移行される（Ｓ３，Ｓ４）。
　他方、温度Ｔが最大温度Ｔｍａｘよりも大きい場合、ブロア２６出力が最大のときには燃料電池モジュール２００が停止される一方、ブロア２６出力が最大でないときには、制御装置８によりブロア２６の出力が段階的に増大させられ、上記Ｓ１へ移行される（Ｓ５，Ｓ６．Ｓ７）。
　以上、本実施形態でも、上記実施形態と同様な効果が奏される。また、本実施形態では、燃焼触媒２３ａが最大温度Ｔｍａｘを超えたとき、未燃ガスの漏出が多いと判断され、システム異常として燃料電池モジュール２００が停止されることになる。よって、システム異常に好適に対応することができる。
　なお、例えば、最大温度Ｔｍａｘをシール材９の耐熱温度に基づき設定する場合には、温度Ｔが最大温度Ｔｍａｘを超えたときに燃料電池モジュール２００を停止することにより、シール材９の損傷を好適に抑制できる。
　また、本実施形態の制御装置８は、発電ユニット２０１の発電量に応じてブロア２６，２０５を制御してもよく、この場合、発電量とブロア２６，２０５の出力との関係をテーブル化して制御装置８に格納すればよい。例えば、このような発電量に応じた制御としては、発電量が大きい場合に発熱量が多いとしてブロア２６の出力を増大する制御、及び、発電量が大きい場合に必要カソード空気量が増加するとしてブロア２０５の出力を増大する制御等が挙げられる。
　図５は、図２の燃料電池モジュールにおける排気部の変形例を示す拡大図である。図５に示すように、排気部２１では、燃焼触媒２３ａに第１温度センサ２２３が設けられ、燃焼触媒２３ａの上流側に第２温度センサ２２４が設けられていてもよい。第１及び第２温度センサ２２３，２２４それぞれは、検出した温度Ｔ１，Ｔ２を制御装置８へそれぞれ出力する。
　これら第１及び第２温度センサ２２３，２２４の配置位置は限定されず、図示するように、第１温度センサ２２３は、排気部２１の排気配管２１５内において燃焼触媒２３ａの下流側に設けられた温度センサ２２３ａとしてもよいし、排気配管２１５の外壁面に設けられた温度センサ２２３ｂとしてもよい。また、第２温度センサ２２４は、筐体７における外壁面に設けられた温度センサ２２４ａとしてもよいし、筐体７の内部空間に設けられた温度センサ２２４ｂとしてもよい。
　この変形例では、図６（ａ）に示すように、第１温度センサ２２３により温度Ｔ１が、又は、第２温度センサ２２４により温度Ｔ２が検出された後、制御装置８により温度Ｔ１又は温度Ｔ２が最大温度Ｔｍａｘ以下であるか判定される（Ｓ１１，Ｓ１２）。温度Ｔ１又は温度Ｔ２が最大温度Ｔｍａｘ以下の場合、上記Ｓ１１へ移行される一方、温度Ｔ１又は温度Ｔ２が最大温度Ｔｍａｘよりも大きい場合、燃料電池モジュール２００が停止される（Ｓ１３）。これにより、燃焼触媒２３ａ内部又は下流の温度が最大温度Ｔｍａｘを超えたときに漏洩過剰と判断してシステムを停止させることができる。
　あるいは、図６（ｂ）に示すように、第１温度センサ２２３により温度Ｔ１が、及び、第２温度センサ２２４により温度Ｔ２が検出された後、制御装置８により、温度Ｔ２から温度Ｔ１を減算した減算値が最大差分温度Ｔｄｍａｘ以下であるか判定される（Ｓ２１，Ｓ２２）。当該減算値が最大差分温度Ｔｄｍａｘ以下の場合、上記Ｓ２１へ移行される一方、当該減算値が最大差分温度Ｔｄｍａｘよりも大きい場合、燃料電池モジュール２００が停止される（Ｓ２３）。これにより、燃焼触媒２３ａ内部又は下流の温度と、燃焼触媒２３ａの上流との温度差が最大差分温度Ｔｄｍａｘを超えたときにシステムを停止させることができる。
［第３実施形態］
　次に、第３実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第２実施形態と異なる点について主に説明する。
　図７は、第３実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。図７に示すように、本実施形態の燃料電池モジュール３００が上記第２実施形態と異なる点は、配管２０３及びブロア２０５（図２参照）を備えず、排気配管２１５の下流側がモジュール本体１０に接続されている点である。このような本実施形態でも、上記実施形態と同様な効果が奏される。
［第４実施形態］
　次に、第４実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第３実施形態と異なる点について主に説明する。
　図８は、第４実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。図８に示すように、本実施形態の燃料電池モジュール４００が上記第３実施形態と異なる点は、ガス（空気を含む）を外部へ排気する配管４０１と、配管４０１の上流側に設けられた流量制御弁４０３と、を備えた点である。配管４０１は、排気配管２１５においてモジュール本体１０よりも上流側の分岐部４０５に接続されている。
　このような本実施形態でも、上記実施形態と同様な効果が奏される。また、本実施形態では、ブロア２６により送気されて流通される空気がモジュール本体１０で利用するカソード空気に対して多い場合、制御装置８により流量制御弁４０３が制御されて開状態とされ、これにより、余剰空気が外部へ排気される。
［第５実施形態］
　次に、第５実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第３実施形態と異なる点について主に説明する。
　図９は、第５実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。図９に示すように、本実施形態の燃料電池モジュール５００が上記第３実施形態と異なる点は、空気を外部から流入させる配管５０１と、配管５０１上に設けられた補助ブロア５０３と、を備えた点である。配管５０１は、排気配管２１５においてモジュール本体１０よりも上流側の分岐部５０５に接続されている。
　このような本実施形態でも、上記実施形態と同様な効果が奏される。また、本実施形態では、ブロア２６により送気されて流通される空気がモジュール本体１０で利用するカソード空気に対して不足する場合、制御装置８により補助ブロア５０３が制御され、補助ブロア５０３によっても空気が配管５０１を介してモジュール本体１０へ供給され、これにより、当該不足空気が補われる。
　以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
　例えば、図２、図７、図８及び図９は、筐体７の上部から酸化剤が導入され、下部から排ガスが導出されるようになっているが、これに限らない。断熱材６の内部において任意に酸化剤導入流路及び排ガス導出流路を形成してもよい。
　また、図１、図２、図７、図８及び図９は、ブロア２６から送気される空気が筐体７の右側面下部から導入され、上面左隅から導出されるようになっているが、これに限らない。筐体７における空気の導入口及び導出口は、空気が著しく滞留することなく断熱材６の周囲を流通するように設けられていればよい。例えば、導入口を筐体７の底壁部中央に設け、導出口を筐体７の上壁部中央に設けてもよい。あるいは、導入口を筐体の側壁面上方に設け、導出口を導入口が設けられた面に対向する側壁面下部に設けてもよい。
　また、水気化器５の配置位置は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、モジュール本体１０内の底部の排ガス流路に水気化器５が配置され、排ガスの熱が水気化器５で回収される構成としてもよい。
　また、上記実施形態では、燃焼触媒２３ａの上流側及び下流側に設けられた一対の熱電対で温度検出部２４が構成されているが、温度検出部２４は、燃焼触媒２３ａの温度を直接検出するように当該燃焼触媒２３ａに直接設けられていてもよい。
　また、上記実施形態では、排気部２１及び吸気部２２が筐体７にそれぞれ１つずつ設けられているが、これらは２つ以上筐体７設けられてもよく、少なくとも１つ筐体７に設けられていればよい。また、場合によっては、吸気部２２が筐体７に設けられない構成や、排気部２１及び吸気部２２が筐体７に設けられない構成としてもよい。
　また、上記実施形態では、吸気部２２にブロア２６が設けられているが、ブロア２６に代えてファンを用いてもよく、空気を送気できるものであれば種々のものを用いることができる。また、ブロア２６の配置位置は限定されず、吸気部２２から排気部２１に向けて外部から空気を流通させ得る位置に配置されればよい。
　また、上記実施形態では、筐体７内又は排気部２１における燃焼触媒２３ａの上流側に漏洩ガスを検知するガスセンサを設け、当該ガスセンサで漏洩ガスが検知されたときに、燃焼触媒２３ａが所定温度以上となるように制御装置８によりヒータ２５をＯＮにして燃焼触媒２３ａを加熱してもよい。また、燃焼触媒２３ａ及びヒータ２５は備えなくてもよい。
　また、上記実施形態では、水素含有燃料として、純水素や水素富化ガス等の改質が不要なガスを供給することもできる。この場合、改質器２及び水気化器５等は省略可能となる。
　本発明によれば、外部へのガスの流出を確実に防止しつつ低コスト化を実現することが可能となる。
　１…燃料電池モジュール、２…改質器、３…セルスタック、６…断熱材、７…筐体、８…制御装置（第１～第５制御部）、１０…モジュール本体、２１…排気部、２２…吸気部、２３…ガス処理部、２３ａ…燃焼触媒、２４…温度検出部、２５…ヒータ（加熱部）、２６…ブロア（送気部）、２１３…温度センサ、２２４…第１温度センサ（温度センサ）、２２４…第２温度センサ（温度センサ）、４０３…流量制御弁、５０３…補助ブロア（補助送気部）。

Claims (14)

  1. 　改質ガスを用いて発電を行うセルスタックを内部に少なくとも含むモジュール本体と、
    　前記モジュール本体を取り囲むように設けられた断熱材と、
    　気密構造を有し、前記モジュール本体及び前記断熱材を収容する筐体と、を備えた燃料電池モジュール。
  2. 　前記筐体には、その内部に外部から空気を流入させるための吸気部と、前記モジュール本体からの漏洩ガスを前記筐体外へ排気するための排気部と、が設けられ、
    　前記モジュール本体と前記筐体との間において前記吸気部から前記排気部に向けて前記空気が流通するように、当該空気を送気する送気部をさらに備えた請求項１記載の燃料電池モジュール。
  3. 　前記排気部は、燃焼触媒を用いて前記漏洩ガスを処理するガス処理部を有する請求項２記載の燃料電池モジュール。
  4. 　温度を検出する温度センサを備えた請求項３記載の燃料電池モジュール。
  5. 　前記温度センサは、前記空気の流路において前記燃焼触媒の上流側の温度を検出する請求項４記載の燃料電池モジュール。
  6. 　前記温度センサは、前記空気の流路において前記燃焼触媒の下流側の温度を検出する請求項４又は５記載の燃料電池モジュール。
  7. 　前記燃焼触媒の温度が所定温度を超えた場合に前記燃料電池モジュールを停止させる第１制御部を備えた請求項４～６の何れか一項記載の燃料電池モジュール。
  8. 　前記温度センサで検出した温度が所定温度を超えた場合に前記燃料電池モジュールを停止させる第２制御部を備えた請求項４～７の何れか一項記載の燃料電池モジュール。
  9. 　前記温度センサで検出した温度に基づいて、前記送気部の出力を段階的に増減させる第３制御部を備えた請求項４～８の何れか一項記載の燃料電池モジュール。
  10. 　前記燃焼触媒の温度を検出するための温度検出部と、
    　前記燃焼触媒を加熱する加熱部と、を備え、
    　前記温度検出部で検出した前記燃焼触媒の温度が所定温度以上となるように前記加熱部の動作を制御する第４制御部をさらに備えた請求項３～９の何れか一項記載の燃料電池モジュール。
  11. 　発電量に応じて前記送気部の出力を制御する第５制御部を備えた請求項２～１０の何れか一項記載の燃料電池モジュール。
  12. 　流通する前記空気の少なくとも一部を前記モジュール本体の酸化剤として利用する請求項１１記載の燃料電池モジュール。
  13. 　前記空気の流路において前記モジュール本体の上流側に設けられた流量制御弁を備え、
    　前記流量制御弁は、前記送気部により送気する空気が前記モジュール本体で利用する空気に対して多い場合に、当該余剰空気を外部へ排気させる請求項１２記載の燃料電池モジュール。
  14. 　補助送気部を備え、
    　前記補助送気部は、前記送気部により送気する空気が前記モジュール本体で利用する空気に対して不足する場合に、当該不足空気を補う請求項１２又は１３記載の燃料電池モジュール。
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