本發(fā)明涉及一種包括燃料電池堆的燃料電池模塊，該燃料電池堆設(shè)置有用于通過可燃?xì)怏w和含氧氣體的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的多個燃料電池。

背景技術(shù)：

一般而言，固體氧化物燃料電池(SOFC)應(yīng)用固體電解質(zhì)。該固體電解質(zhì)為氧離子導(dǎo)體，例如穩(wěn)定的二氧化鋯。該固體電解質(zhì)插入陽極和陰極之間以形成電解質(zhì)電極組件(MEA)。該電解質(zhì)電極組件被夾在分離器(雙極板)之間。在使用中，一般地，預(yù)定數(shù)量的電解質(zhì)電極組件和分離器堆疊在一起以形成燃料電池堆。

與其他類型的燃料電池相比，固體氧化物燃料電池的操作溫度相對較高。因此，需要將固體氧化物燃料電池維持在高溫(適當(dāng)?shù)牟僮鳒囟?下。為此，目前已提出各種建議。

例如，已知日本專利申請公開JP2002-280053公開了一種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。在該燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，每一個都具有帶有底部的圓柱形形狀的多個固體氧化物燃料電池被置于發(fā)電反應(yīng)室中。由分隔壁劃分的廢氣室形成在發(fā)電反應(yīng)室的上部位置處，并且可燃?xì)怏w室形成在發(fā)電反應(yīng)室的下部中間位置處。在發(fā)電反應(yīng)室的下部位置處，表面燃燒噴燃器圍繞可燃?xì)怏w室設(shè)置。絕熱層圍繞發(fā)電反應(yīng)室、廢氣室和可燃?xì)怏w室。進(jìn)一步地，模塊容器圍繞絕熱層設(shè)置。

進(jìn)一步地，已知日本專利申請公開JP2013-131329公開了一種燃料電池裝置。該燃料電池裝置具有發(fā)電室，該發(fā)電室包括容納在殼體內(nèi)部中心處的燃料電池堆。發(fā)電室由高度絕熱層隔開，并且廢氣通道設(shè)置在絕熱層的外部，以將在發(fā)電室內(nèi)產(chǎn)生的廢氣排到外部。進(jìn)一步地，陰極氣體通道設(shè)置在廢氣通道外部，以將陰極氣體供給至燃料電池堆的陰極。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在日本專利申請公開JP2002-280053中，通過操作設(shè)置在發(fā)電反應(yīng)室的下部位置處的表面燃燒噴燃器來實施燃燒。因此，發(fā)電反應(yīng)室內(nèi)的燃料電池由輻射熱加熱。然而，由于燃料電池僅僅由來自下部位置的輻射熱加熱，因此不可能在垂直方向上均勻地加熱整個燃料電池。

進(jìn)一步地，在日本專利申請公開JP2013-131329中，絕熱層、廢氣通道和陰極氣體通道圍繞位于中心處的發(fā)電室設(shè)置在殼體內(nèi)。因此，殼體整體上具有相當(dāng)大的直徑，并且不可能均勻地加熱設(shè)置在發(fā)電室內(nèi)的整個燃料電池堆。

本發(fā)明的主要目標(biāo)是提供一種具有緊湊且簡單的結(jié)構(gòu)的燃料電池模塊。

本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供一種其中可以均勻地加熱整個燃料電池堆的燃料電池模塊。

根據(jù)本發(fā)明的燃料電池模塊包括燃料電池堆和燃燒器。燃料電池堆包括多個燃料電池，該多個燃料電池被構(gòu)造為通過可燃?xì)怏w和含氧氣體的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能。燃燒器設(shè)置在燃料電池堆的下端，并且被構(gòu)造為產(chǎn)生燃燒氣體以加熱燃料電池堆。

燃料電池模塊包括與燃燒器連接并且沿燃料電池堆的側(cè)面向上延伸的通道構(gòu)件。通道構(gòu)件包括燃燒氣體通道和燃燒氣體噴射孔，該燃燒氣體通道被構(gòu)造為允許在燃燒器中產(chǎn)生的燃燒氣體向上流動，該燃燒氣體噴射孔與燃燒氣體通道連接，并且被構(gòu)造為朝向燃料電池堆的側(cè)面釋放燃燒氣體。

進(jìn)一步地，優(yōu)選地，燃料電池堆為包括沿垂直方向堆疊的平面型燃料電池的平板堆疊型燃料電池。在該情況下，優(yōu)選地，被構(gòu)造為固定燃料電池的端板分別設(shè)置在燃料電池堆的上端和下端，并且上燃燒氣體噴射端口設(shè)置在通道構(gòu)件的上部位置處，并且被構(gòu)造為朝向燃料電池堆上方的區(qū)域釋放燃燒氣體。

設(shè)置在燃料電池堆的下端的端板由來自燃燒室的燃燒熱加熱，并且設(shè)置在燃料電池堆的上端的端板由從上燃燒氣體噴射端口噴射的燃燒氣體加熱。盡管通常燃料電池在所述端板(在兩端)附近處的溫度趨向于變低，但是在本發(fā)明中燃料電池溫度的過度降低不會發(fā)生。因此，可以保持燃料電池的所需的發(fā)電性能。

進(jìn)一步地，燃料電池模塊優(yōu)選地包括至少容納燃料電池堆、燃燒器和通道構(gòu)件的殼體，并且所述殼體包括密封地封閉的上端。在該結(jié)構(gòu)中，可以可靠地將釋放進(jìn)所述殼體中的燃燒氣體供給至燃料電池堆上方的區(qū)域，并且可以有效地利用燃燒氣體的燃燒熱。

進(jìn)一步地，在殼體中，優(yōu)選地，所述殼體包括燃燒氣體排放端口，該燃燒氣體排放端口被構(gòu)造為將從通道構(gòu)件釋放的燃燒氣體排放到殼體外部，并且燃燒氣體排放端口設(shè)置在殼體的下部位置處。在該結(jié)構(gòu)中，可以延長燃燒氣體呆在殼體內(nèi)的時間，并且可以可靠地加熱燃料電池堆。

進(jìn)一步地，優(yōu)選地，所述殼體包括多個面板。在多個面板中，一個面板包括被構(gòu)造為將含氧氣體從殼體外部引入殼體內(nèi)部的含氧氣體引入端口。與所述一個面板相反定位的另一個面板包括被構(gòu)造為將含氧氣體供給至燃料電池堆的含氧氣體供給端口。

在該結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選地，含氧氣體供給通道形成在多個面板內(nèi)部，該含氧氣體供給通道被構(gòu)造為將通過含氧氣體引入端口引入的含氧氣體從含氧氣體供給端口供給至燃料電池堆，并且被構(gòu)造為從燃燒氣體接收熱量以加熱含氧氣體。

在該結(jié)構(gòu)中，含氧氣體供給通道的流場變長，并且可以通過與燃燒氣體的熱交換可靠地加熱含氧氣體。進(jìn)一步地，不需要專門的換熱器來加熱含氧氣體。進(jìn)一步地，可以適當(dāng)?shù)匾种苼碜匀剂想姵啬K的熱輻射。

進(jìn)一步地，優(yōu)選地，從燃料電池堆排放的可燃廢氣和含氧廢氣被供給至燃燒器。在該結(jié)構(gòu)中，燃燒器可以同時具有作為啟動燃燒器的功能和在穩(wěn)定操作期間作為廢氣燃燒器的功能。

此外，優(yōu)選地，燃燒器包括燃燒室，并且燃燒室的兩端均是敞開的。在該結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選地，通道構(gòu)件包括中空的矩形的第一殼體構(gòu)件和中空的矩形的第二殼體構(gòu)件。第一殼體構(gòu)件連接至燃燒室的一端并且沿燃料電池堆的一個側(cè)面向上延伸。第二殼體構(gòu)件連接至燃燒室的另一端并且沿燃料電池堆的另一側(cè)面向上延伸。

因此，由燃燒器產(chǎn)生的燃燒氣體可以有效地用作熱源以加熱燃料電池堆，并且可以迅速地啟動燃料電池堆的操作。

進(jìn)一步地，優(yōu)選地，轉(zhuǎn)化器設(shè)置在燃燒器的底部，并且被構(gòu)造為轉(zhuǎn)化主要含有碳?xì)浠衔锏脑剂弦援a(chǎn)生供給至燃料電池堆的可燃?xì)怏w。在該結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)化器可以容易地被來自燃燒器的熱量加熱，并且實現(xiàn)了熱效率的提高。

在本發(fā)明中，燃料電池堆被來自燃燒器的熱量從下端至上端地加熱，并且燃料電池堆被從燃燒氣體噴射孔釋放的燃燒氣體從側(cè)面加熱。因此，燃料電池堆從其下端和側(cè)面被加熱。因此，通過緊湊且簡單的結(jié)構(gòu)，可以均勻且迅速地加熱整個燃料電池堆。

通過下面的結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點將變得更明顯，在所述附圖中，本發(fā)明的優(yōu)選實施例通過說明性的示例示出。

附圖說明

圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的燃料電池模塊的透視圖；

圖2是示出燃料電池模塊的主要部件的分解透視圖；

圖3是示出沿圖1的線III-III截取的燃料電池模塊的截面圖；

圖4是沿圖1的線IV-IV截取的截面圖；和

圖5是示出燃料電池模塊的主要部件的分解透視圖。

具體實施方式

根據(jù)圖1和2所示的本發(fā)明的實施例的燃料電池模塊10用于各種應(yīng)用，包括靜止的和移動的應(yīng)用。例如，燃料電池模塊10安置在車輛上。燃料電池模塊10包括燃料電池堆12、燃燒器14、燃燒氣體通道構(gòu)件16和轉(zhuǎn)化器18以及容納燃料電池堆12、燃燒器14、燃燒氣體通道構(gòu)件16和轉(zhuǎn)化器18的殼體20。盡管燃料電池堆12在圖示的實施例中具有矩形形狀，但該燃料電池堆12可具有方形形狀。

如圖3和4所示，燃料電池堆12包括多個燃料電池22，用于通過可燃?xì)怏w(氫氣與甲烷和一氧化碳的混合氣體)與含氧氣體(空氣)的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能。每個燃料電池22為平板型固體氧化物燃料電池。燃料電池22沿箭頭A示出的垂直方向堆疊在一起，以形成平板堆疊型燃料電池堆。

燃料電池22包括電解質(zhì)電極組件(MEA)。電解質(zhì)電極組件包括陰極、陽極和插入陰極與陽極之間的電解質(zhì)。例如，電解質(zhì)為諸如穩(wěn)定二氧化鋯的氧化物離子導(dǎo)體。陰極分離器和陽極分離器設(shè)置在電解質(zhì)電極組件的兩個表面上。用于將含氧氣體供給至陰極的含氧氣體流場形成在陰極分離器中，并且用于將可燃?xì)怏w供給至陽極的可燃?xì)怏w流場形成在陽極分離器中。

燃料電池堆12在兩端(即沿燃料電池22的堆疊方向的上端和下端)包括上端板24u和下端板24d。上端板24u和下端板24d以將燃料電池22固定在一起的方式沿堆疊方向擠壓燃料電池22。

如圖4所示，下端板24d具有將含氧氣體供給至燃料電池22中的每一個的含氧氣體進(jìn)氣端口26和將可燃?xì)怏w供給至燃料電池22中的每一個的可燃?xì)怏w進(jìn)氣端口28。

下端板24d具有用于排放供給至陰極并且在陰極處部分地消耗的含氧氣體(下文中也被稱為含氧廢氣)或用于排放在啟動燃料電池堆12的操作之前已經(jīng)流過陰極的含氧氣體的含氧氣體出氣端口30。進(jìn)一步地，下端板24d還具有用于排放供給至陽極并且部分地在陽極處消耗的可燃?xì)怏w(下文中也稱為可燃廢氣)或用于排放在啟動燃料電池堆12的操作之前已經(jīng)流過陽極的可燃?xì)怏w的可燃?xì)怏w出氣端口32。

含氧氣體供給構(gòu)件(含氧氣體供給端口)34的一端(出口)連接至含氧氣體進(jìn)氣端口26，并且含氧氣體供給構(gòu)件34的另一端(入口)連接至殼體20，如下所述。轉(zhuǎn)化氣體供給管36的一端(出口)連接至可燃?xì)怏w進(jìn)氣端口28，并且轉(zhuǎn)化氣體供給管36的另一端(入口)連接至轉(zhuǎn)化器18的出口，如下所述。

含氧氣體排放構(gòu)件38的一端連接至含氧氣體出氣端口30，并且含氧氣體排放構(gòu)件38的另一端連接至燃燒器14?？扇?xì)怏w排放管40的一端連接至可燃?xì)怏w出氣端口32，并且可燃?xì)怏w排放管40的另一端連接至燃燒器14。

燃燒器14設(shè)置在燃料電池堆12的下端(下表面)處，并且包括在由箭頭B指示的水平方向上沿下端延伸的燃燒器殼體42。燃燒室44形成在燃燒器殼體42中。如圖5所示，燃燒室44的端部44a、44b沿箭頭B的方向是敞開的。在燃燒室44中，含氧氣體殼體46和可燃?xì)怏w殼體48沿箭頭B指示的方向設(shè)置在中心。含氧氣體殼體46和可燃?xì)怏w殼體48沿箭頭A指示的垂直方向堆疊。

如圖4和5所示，設(shè)置在可燃?xì)怏w殼體48下面的含氧氣體殼體46的一端突出至燃燒器殼體42的外部。含氧氣體排放構(gòu)件38的另一端連接至含氧氣體殼體46的一端。含氧氣體殼體46沿箭頭C指示的燃料電池堆12的縱向方向(沿垂直于箭頭B指示的方向的水平方向)延伸，并且多個孔50a、50b形成在含氧氣體殼體46的兩個細(xì)長的側(cè)面(兩個垂直表面)中?？?0a、50b通至燃燒室44。

設(shè)置在含氧氣體殼體46上側(cè)的可燃?xì)怏w殼體48為薄板的形式?？扇?xì)怏w殼體48比含氧氣體殼體46小。可燃?xì)怏w排放管40的另一端連接至含氧氣體殼體46的上表面的大致中心位置。多個孔52a、52b形成在可燃?xì)怏w殼體48的兩個細(xì)長的側(cè)面(兩個垂直表面)中?？?2a、52b通至燃燒室44。

如圖2和3所示，燃燒氣體通道構(gòu)件16沿燃料電池堆12的長邊的側(cè)面12a、12b向上延伸。燃燒氣體通道構(gòu)件16包括中空的矩形的第一殼體構(gòu)件54a和中空的矩形的第二殼體構(gòu)件54b。第一殼體構(gòu)件54a的上端和第二殼體構(gòu)件54b的上端位于燃料電池堆12的上端上方(參見圖3)。

如圖3和5所示，開口56a形成在第一殼體構(gòu)件54a的下部位置處。開口56a連接至燃燒器殼體42的一端44a。開口56a形成在第一殼體構(gòu)件54a中。開口56a連接至燃燒氣體通道58a，以允許燃燒氣體向上流動。

多個燃燒氣體噴射孔60a設(shè)置為在第一殼體構(gòu)件54a的大致中心高度位置之上的多個垂直列。燃燒氣體朝向燃料電池堆12的一個側(cè)面被釋放流過燃燒氣體噴射孔60a。上燃燒氣體噴射端口62a形成在第一殼體構(gòu)件54a的上部位置處。燃燒氣體朝向燃料電池堆12上方的區(qū)域被釋放流過上燃燒氣體噴射端口62a。上燃燒氣體噴射端口62a具有橫向的細(xì)長狹縫形狀，并且通至燃料電池堆12的上表面上方的位置(參見圖3和4)。

如圖5所示，開口56b形成在第二殼體構(gòu)件54b的下部位置處。開口56b連接至燃燒器殼體42的另一端44b。開口56b形成在第二殼體構(gòu)件54b中。開口56b連接至燃燒氣體通道58b，以允許燃燒氣體向上流動。

多個燃燒氣體噴射孔60b設(shè)置為在第二殼體構(gòu)件54b的大致中心高度的位置上方的多個垂直列。燃燒氣體朝向燃料電池堆12的另一側(cè)面12b被釋放流過燃燒氣體噴射孔60b。上燃燒氣體噴射端口62b形成在第二殼體構(gòu)件54b的上部位置處。燃燒氣體朝向燃料電池堆12上方的區(qū)域被釋放流過上燃燒氣體噴射端口62b。上燃燒氣體噴射端口62b具有橫向的細(xì)長狹縫形狀，并且通至燃料電池堆12的上表面上方的位置。

轉(zhuǎn)化器18轉(zhuǎn)化主要包含碳?xì)浠衔锏脑剂?例如，通過水蒸氣轉(zhuǎn)化而轉(zhuǎn)化城市燃?xì)夂退魵獾幕旌蠚怏w)，以產(chǎn)生供給至燃料電池堆12的可燃?xì)怏w。原燃料供給管64的一端連接至轉(zhuǎn)化器18的入口，并且原燃料供給管64的另一端連接至原燃料供給源(未示出)。轉(zhuǎn)化氣體供給管36的另一端連接至轉(zhuǎn)化器18的出口。

如圖2所示，殼體20包括多個(例如6個)面板66a至66f。面板66a至66f結(jié)合在一起，并且采用多個螺釘70固定于底板68上。燃燒器14、燃燒氣體通道構(gòu)件16和轉(zhuǎn)化器18置于殼體20內(nèi)。進(jìn)一步地，燃燒氣體室72形成在殼體20中。燃燒氣體充滿燃燒氣體室72。燃燒氣體室72通過設(shè)置在面板66a的下部位置(下端或鄰近下端的位置)的燃燒氣體排放端口74而通至外部，以將燃燒氣體排放至殼體20外部。殼體20的至少上端(面板66e)是密封封閉的。

如圖3和4所示，面板66a至66f中的每一個均具有中空的結(jié)構(gòu)，并且含氧氣體供給通道76形成在面板66a至66f中，在含氧氣體被供給至燃料電池堆12之前作為含氧氣體的通道。面板66a(一個面板)具有含氧氣體引入端口78，用于將含氧氣體從殼體20的外部引入殼體20的內(nèi)部。面板66a的下部局部擴大成環(huán)形形狀，以形成呈雙管的含氧氣體引入端口78。燃燒氣體排放端口74形成在雙管的內(nèi)部，以將殼體20暴露于外部。沿垂直方向延伸的含氧氣體供給管80連接至含氧氣體引入端口78。

含氧氣體供給端口82設(shè)置在與面板66a相反定位的另一面板66c中，以將含氧氣體供給至燃料電池堆12。在含氧氣體流進(jìn)含氧氣體引入端口78之后，含氧氣體被從含氧氣體供給端口82通過含氧氣體供給通道76供給至燃料電池堆12。進(jìn)一步地，含氧氣體供給通道76具有換熱器的功能，以從燃燒氣體接收熱量來加熱含氧氣體。含氧氣體供給構(gòu)件34的另一端連接至含氧氣體供給端口82。

下文將描述具有上述結(jié)構(gòu)的燃料電池模塊10的操作。

如圖1和4所示，當(dāng)燃料電池模塊10啟動操作時，從含氧氣體供給管80引入含氧氣體引入端口78的空氣被供給至由殼體20的雙管結(jié)構(gòu)形成的含氧氣體供給通道76中。如圖4所示，在空氣沿著含氧氣體供給通道76流動之后，含氧氣體從含氧氣體供給端口82流過含氧氣體供給構(gòu)件34，并且然后，含氧氣體被供給至下端板24d的含氧氣體進(jìn)氣端口26中。

空氣流進(jìn)各個燃料電池22中。空氣從含氧氣體出氣端口30流過含氧氣體排放構(gòu)件38，并且流入燃燒器14的含氧氣體殼體46中。進(jìn)一步地，空氣流過孔50a和孔50b，并且然后，空氣被供給至燃燒器殼體42的燃燒室44。

同時，諸如城市燃?xì)?包括CH₄、C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀)的原燃料被從原燃料供給管64供給至轉(zhuǎn)化器18。原燃料可以包含水(水蒸氣)，用于轉(zhuǎn)化反應(yīng)。原燃料流過轉(zhuǎn)化氣體供給管36，并且原燃料被供給至下端板24d的可燃?xì)怏w進(jìn)氣端口28。

原燃料流入各個燃料電池22內(nèi)。原燃料從可燃?xì)怏w出氣端口32流過可燃?xì)怏w排放管40，并且流入燃燒器14的可燃?xì)怏w殼體48中。進(jìn)一步地，原燃料流過孔52a和孔52b，并且然后，原燃料被供給至燃燒器殼體42的燃燒室44中。

因此，如圖5所示，空氣和原燃料混合地出現(xiàn)在燃燒室44內(nèi)。通過打開點火塞(glow plug，未示出)等，點火發(fā)生，并且燃燒開始。由燃燒產(chǎn)生的燃燒氣體從燃燒室44兩側(cè)上的端部44a、44b流入第一殼體構(gòu)件54a的燃燒氣體通道58a和第二殼體構(gòu)件54b的燃燒氣體通道58b。

燃燒氣體沿著燃燒氣體通道58a、58b向上流動，并且燃燒氣體從燃燒氣體噴射孔60a和燃燒氣體噴射孔60b朝向燃料電池堆12的側(cè)面12a、12b被部分釋放。剩余的燃燒氣體從連接至燃燒器通道58a、58b的上部位置的上燃燒氣體噴射端口62a、62b朝向燃料電池堆12上方的區(qū)域被釋放。因此，燃料電池堆12從側(cè)面12a、12b及上側(cè)被加熱。

燃燒器14設(shè)置在燃料電池堆12的下方。因此，通過來自燃燒器14的熱輻射，燃料電池堆12從下側(cè)被加熱。進(jìn)一步地，由于殼體20內(nèi)的燃燒氣體室72充滿燃燒氣體，因此在圍繞燃燒氣體室72的含氧氣體供給通道76中，含氧氣體被燃燒氣體加熱。

充滿燃燒氣體室72的燃燒氣體從形成在面板66a的下部位置處的燃燒氣體排放端口74被排放至外部，并且加熱從含氧氣體供給管80供給至含氧氣體引入端口78的空氣。

進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)化器18設(shè)置在燃燒器14的下部位置，并且轉(zhuǎn)化器18由來自燃燒器14的輻射熱和燃燒氣體室72的燃燒氣體加熱。因此，通過供給至轉(zhuǎn)化器18的原燃料的轉(zhuǎn)化反應(yīng)(例如水蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng))，C₂₊的碳?xì)浠衔锉蝗コ?轉(zhuǎn)化)，并且獲得主要包含甲烷的轉(zhuǎn)化氣體(可燃?xì)怏w)。

轉(zhuǎn)化氣體被供給至各個燃料電池22的可燃?xì)怏w通道?？諝獗还┙o至各個燃料電池22的含氧氣體通道。如上所述，轉(zhuǎn)化氣體和空氣由燃燒氣體加熱，并且直接加熱各個燃料電池22。

當(dāng)燃料電池堆12被加熱至適合操作的溫度(產(chǎn)生電力的溫度)時，燃料電池堆12開始產(chǎn)生電力(發(fā)電)。即，在每個燃料電池22中，通過轉(zhuǎn)化氣體和空氣的化學(xué)反應(yīng)實施發(fā)電。如圖4所示，通過發(fā)電反應(yīng)，空氣作為含氧廢氣從燃料電池堆12被排出。含氧廢氣從含氧氣體出氣端口30流動至含氧氣體排放構(gòu)件38，并且流入燃燒器14的含氧氣體殼體46中。進(jìn)一步地，含氧廢氣流過孔50a和孔50b，并且含氧廢氣被供給至燃燒器殼體42的燃燒室44。

可燃?xì)怏w作為可燃廢氣從燃料電池堆12被排出?？扇紡U氣從可燃?xì)怏w出氣端口32流過可燃?xì)怏w排放管40，并且可燃廢氣流入燃燒器14的可燃?xì)怏w殼體48中。進(jìn)一步地，可燃廢氣流過孔52a和孔52b，并且可燃廢氣被供給至燃燒器殼體42的燃燒室44。

因此，在燃燒室44中，可燃廢氣和含氧廢氣混合在一起，并且燃燒以產(chǎn)生燃燒廢氣。該燃燒廢氣流入第一殼體構(gòu)件54a的燃燒氣體通道58a和第二殼體構(gòu)件54b的燃燒氣體通道58b中。

在本發(fā)明的實施例中，燃料電池模塊10具有燃燒氣體通道構(gòu)件16。燃燒氣體通道構(gòu)件16連接至燃燒器14，并且沿著位于燃料電池堆12的長邊上的側(cè)面12a、12b向上延伸。燃燒氣體通道構(gòu)件16具有燃燒氣體通道58a、58b和燃燒氣體噴射孔60a、60b。產(chǎn)生在燃燒器14中的燃燒氣體向上流過燃燒氣體通道58a、58b。燃燒氣體噴射孔60a、60b連接至燃燒氣體通道58a、58b，并且朝向燃料電池堆12的側(cè)面12a、12b釋放燃燒氣體。

在該結(jié)構(gòu)中，借助來自燃燒器14的熱量，燃料電池堆12被從下端至上端地加熱，并且借助從燃燒氣體噴射孔60a、60b釋放的燃燒氣體，燃料電池堆12從側(cè)面12a、12b被加熱。因此，燃料電池堆12從其下端和側(cè)面12a、12b被加熱。因此，通過緊湊且簡單的結(jié)構(gòu)，可以均勻且迅速地加熱整個燃料電池堆12。

進(jìn)一步地，燃料電池堆12為通過沿垂直方向堆疊多個平板型燃料電池22而形成的平板堆疊型燃料電池堆。在這點上，上端板24u和下端板24d設(shè)置在燃料電池堆12的上端和下端以固定燃料電池22。進(jìn)一步地，上燃燒氣體噴射端口62a、62b設(shè)置在燃燒氣體通道構(gòu)件16的上部位置處，以朝向燃料電池堆12上方的區(qū)域釋放燃燒氣體。

設(shè)置在燃料電池堆12的下端處的下端板24d由來自燃燒器14的燃燒熱加熱。設(shè)置在燃料電池堆12的上端處的上端板24u由從上燃燒氣體噴射端口62a、62b噴射的燃燒氣體加熱。因此，盡管燃料電池22在上端板24u和下端板24d處的溫度趨向于變低，但燃料電池22的溫度的過度下降不會發(fā)生。因此，可以維持燃料電池22的需要的發(fā)電性能。

進(jìn)一步地，燃料電池模塊10包括至少容納燃料電池堆12、燃燒器14和燃燒氣體通道構(gòu)件16的殼體20。殼體20的上端是密封封閉的。在該結(jié)構(gòu)中，可以可靠地將釋放進(jìn)殼體20中的燃燒氣體供給至燃料電池堆12的上部位置，并且可以有效地利用燃燒氣體的燃燒熱。

此外，如圖4所示，殼體20具有燃燒氣體排放端口74，以將從燃燒氣體通道構(gòu)件16釋放的燃燒氣體排放至殼體20外部。燃燒氣體排放端口74設(shè)置在殼體20的下部位置。因此，可以延長燃燒氣體呆在殼體20內(nèi)的時間，并且可以可靠地加熱燃料電池堆12。燃燒氣體排放端口74可設(shè)置在殼體20的下端，或設(shè)置在與下端向上間隔預(yù)定距離的位置處。

進(jìn)一步地，殼體20包括多個(例如6個)面板66a至66f。關(guān)于這一點，面板66a(一個面板)具有含氧氣體引入端口78，以將含氧氣體從殼體20外部引入殼體20內(nèi)部。與面板66a相反定位的另一面板66c具有含氧氣體供給端口82，以將含氧氣體供給至燃料電池堆12。

如圖3和4所示，面板66a至66f中的每一個均具有中空形狀，并且含氧氣體供給通道76形成在面板66a至66f中。因此，在含氧氣體流入含氧氣體引入端口78之后，通過含氧氣體供給通道76，含氧氣體從含氧氣體供給端口82被供給至燃料電池堆12。進(jìn)一步地，含氧氣體供給通道76從燃燒氣體中接收熱量以加熱含氧氣體。

因此，含氧氣體供給通道76的流場變長，并且可以通過與燃燒氣體的換熱器可靠地加熱含氧氣體。進(jìn)一步地，不需要專門的換熱器來加熱含氧氣體。此外，可以適當(dāng)?shù)匾种苼碜匀剂想姵啬K10的熱輻射。

進(jìn)一步地，從燃料電池堆12排出的可燃廢氣和含氧廢氣被供給至燃燒器14。在該結(jié)構(gòu)中，燃燒器14可以同時具有作為啟動燃燒器的功能和在穩(wěn)定操作期間作為廢氣(off gas)燃燒器的功能。

此外，燃燒器14具有燃燒室44，該燃燒室44具有如圖3和5所示敞開的兩個端部44a、44b。關(guān)于這一點，燃燒氣體通道構(gòu)件16包括中空的矩形的第一殼體構(gòu)件54a和中空的矩形的第二殼體構(gòu)件54b。該第一殼體構(gòu)件54a連接至燃燒室44的一個端部44a，并且沿著燃料電池堆12的一個側(cè)面12a向上延伸。第二殼體構(gòu)件54b連接至燃燒室44的另一端部44b，并且沿著燃料電池堆12的另一個側(cè)面12b向上延伸。

因此，由燃燒器14產(chǎn)生的燃燒氣體可以有效地被用作加熱燃料電池堆12的熱源，并且可以迅速地啟動燃料電池堆12的操作。

進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)化器18設(shè)置在燃燒器14的底部，以轉(zhuǎn)化主要包含碳?xì)浠衔锏脑剂喜⑶耶a(chǎn)生供給至燃料電池堆12的可燃?xì)怏w。在該結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)化器18可以容易地由來自燃燒器14的熱量加熱，并且實現(xiàn)熱效率的提高。

雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實施例特別示出和描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解的是，在不背離由附屬的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對所述實施例作出修改和變形。