(57)【要約】【課題】熱歪によってマニホールドに変位が生じても正確な温度測定を行うことが可能な、固体酸化物形燃料電池を有する発電ユニットを提供する。【解決手段】発電ユニット１０は、燃料電池スタック２０（ＳＯＦＣスタック）およびガスプロセッシングユニット３０（ＧＰＵ）を、いずれかのマニホールド４０の中心線４５上において車体に固定支持し、他の支持点７３、７４を中心線４５と直交する方向に変位可能に車体に支持する支持機構８０を有する。変位吸収機構５０が配置された変位側のマニホールド４０は、温度センサー９０を変位吸収機構に対して流れの上流側に配置する。中心線を備える固定側のマニホールド４０は、温度センサー９０をＧＰＵ側よりもＳＯＦＣスタック側に近い位置に配置する。【選択図】図５
2020161229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に支持される発電ユニットであって、
固体酸化物形燃料電池の燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに供給する燃料を改質する機能を有するガスプロセッシングユニットと、
前記燃料電池スタックと前記ガスプロセッシングユニットとの間で、燃料の供給および排出、空気の供給および排出のそれぞれを行うマニホールドと、
燃料の給気および排気の温度、空気の給気および排気の温度のそれぞれを検出する温度センサーと、
前記マニホールドに配置され熱歪による前記マニホールドの変位を吸収する変位吸収機構と、
前記燃料電池スタックおよび前記ガスプロセッシングユニットを、いずれかの前記マニホールドの中心線上において車体に固定支持し、他の支持点を前記中心線と直交する方向に変位可能に前記車体に支持する支持機構と、を有し、
前記変位吸収機構が配置された変位側の前記マニホールドは、前記温度センサーを前記変位吸収機構に対して流れの上流側に配置し、
前記中心線を備える固定側の前記マニホールドは、前記温度センサーを前記ガスプロセッシングユニット側よりも記燃料電池スタック側に近い位置に配置してなる、発電ユニット。
【請求項２】
前記支持機構は、前記中心線上に配置され、前記燃料電池スタックおよび前記ガスプロセッシングユニットを、前記中心線が伸びている方向に変位可能に前記車体に支持する可動支持部を有する、請求項１に記載の発電ユニット。
【請求項３】
変位側の前記マニホールドは、空気供給マニホールドであり、空気給気温度センサーを前記変位吸収機構に対して流れの上流側に配置し、
固定側の前記マニホールドは、空気排出マニホールドであり、空気排気温度センサーを前記燃料電池スタックの出口近傍に配置してなる、請求項１または請求項２に記載の発電ユニット。
【請求項４】
変位側の前記マニホールドは、燃料供給マニホールドであり、燃料給気温度センサーを前記変位吸収機構に対して流れの上流側に配置し、
固定側の前記マニホールドは、燃料排出マニホールドであり、燃料排気温度センサーを前記燃料電池スタックの出口近傍に配置してなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電ユニット。
【請求項５】
前記マニホールドは、空気供給マニホールド、空気排出マニホールドおよび燃料供給マニホールドを含み、
前記空気供給マニホールドは、前記空気排出マニホールドおよび前記燃料供給マニホールドが伸びている方向に対して交差する方向に伸びている交差部を含み、
前記空気供給マニホールドの形成材料は、前記燃料電池スタックにおける前記空気供給マニホールドに接続される部材と同じ線膨張係数を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電ユニット。
【請求項６】
前記空気供給マニホールドは、空気給気温度センサーを前記燃料電池スタックの入口近傍に配置してなる、請求項５に記載の発電ユニット。
【請求項７】
前記ガスプロセッシングユニットは、燃料を改質する改質器、前記燃料電池スタックからの排気を燃焼させて熱を生成する排気燃焼器、および前記燃料電池スタックに供給する空気を加熱する空気熱交換器を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池を有する発電ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックにおいて、燃料や空気の給排気の温度を検出する温度センサーをマニホールドに配置する技術が知られている（特許文献１を参照）。特許文献１に記載された燃料電池スタックは、エンドプレートに燃料の供給および排出、空気の供給および排出のための略長方形の開口部を備えている。開口部のそれぞれに、燃料の供給および排出、空気の供給および排出のそれぞれを行うマニホールドが接続されている。マニホールドの開口部は、エンドプレート側は略長方形の開口部であるのに対し、他方側は略円形である。温度センサーは、マニホールドに配置され、略長方形の開口部および略円形の開口部の形状が重なる部位に、重力方向上方から挿入されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−６３０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マニホールドは、熱歪によって変位が生じる。マニホールドに変位が生じると、流れの中央に温度センサーを暴露できい可能性がある。このため、温度計測点にズレが生じ、正確な温度測定を行うことができなくなる。特許文献１に記載された技術は、熱歪によってマニホールドに変位が生じることを考慮して温度を検出するものではない。
【０００５】
固体酸化物形燃料電池を使用する発電ユニットは、固体高分子形燃料電池を使用する場合に比べると、運転温度が高く、熱膨張によって各部位に大きな変位が生じる。このため、温度を検出する機構は、熱歪によってマニホールドに変位が生じることを考慮したものでなければならない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、熱歪によってマニホールドに変位が生じても正確な温度測定を行うことが可能な、固体酸化物形燃料電池を有する発電ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、車体に支持される発電ユニットであって、固体酸化物形燃料電池の燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに供給する燃料を改質する機能を有するガスプロセッシングユニットと、を有する。発電ユニットは、マニホールドと、温度センサーと、変位吸収機構と、支持機構とを有する。マニホールドは、前記燃料電池スタックと前記ガスプロセッシングユニットとの間で、燃料の供給および排出、空気の供給および排出のそれぞれを行う。温度センサーは、燃料の給気および排気の温度、空気の給気および排気の温度のそれぞれを検出する。変位吸収機構は、前記マニホールドに配置され熱歪による前記マニホールドの変位を吸収する。支持機構は、前記燃料電池スタックおよび前記ガスプロセッシングユニットを、いずれかの前記マニホールドの中心線上において車体に固定支持し、他の支持点を前記中心線と直交する方向に変位可能に前記車体に支持する。前記変位吸収機構が配置された変位側の前記マニホールドは、前記温度センサーを前記変位吸収機構に対して流れの上流側に配置する。そして、前記中心線を備える固定側の前記マニホールドは、前記温度センサーを前記ガスプロセッシングユニット側よりも記燃料電池スタック側に近い位置に配置する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、熱歪によってマニホールドに変位が生じても正確な温度測定を行うことが可能な、固体酸化物形燃料電池を有する発電ユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る発電ユニットのシステム構成を模式的に示す正面図であって、図１Ｂの矢印１Ａに沿って視た正面図である。
【図１Ｂ】発電ユニットのシステム構成を模式的に示す上面図である。
【図１Ｃ】発電ユニットのシステム構成を模式的に示す正面図であって、図１Ｂの矢印１Ｃに沿って視た正面図である。
【図１Ｄ】ガスプロセッシングユニットの構成を模式的に示す図であって、図１Ｂの１Ｄ−１Ｄ線に沿う図である。
【図１Ｅ】燃料電池スタックにおける燃料の供給ポートおよび排出ポート、空気の供給ポートおよび排出ポートを模式的に示す図であって、図１Ｂの１Ｅ−１Ｅ線に沿う図である。
【図２】燃料電池スタックおよびガスプロセッシングユニットの熱膨張差によって生じるマニホールドの変位を説明する説明図である。
【図３】マニホールドに配置された変位吸収機構の作用を説明する説明図である。
【図４Ａ】第１実施形態に係る発電ユニットにおける燃料電池スタックおよびガスプロセッシングユニットの車体への支持構造および温度センサーの配置位置を模式的に示す正面図であって、図４Ｂの矢印４Ａに沿って視た正面図である。
【図４Ｂ】第１実施形態に係る発電ユニットにおける燃料電池スタックおよびガスプロセッシングユニットの車体への支持構造および温度センサーの配置位置を模式的に示す上面図である。
【図４Ｃ】第１実施形態に係る発電ユニットにおける燃料電池スタックおよびガスプロセッシングユニットの車体への支持構造および温度センサーの配置位置を模式的に示す正面図であって、図４Ｂの矢印４Ｃに沿って視た正面図である。
【図５】第１の実施形態に係る発電ユニットにおけるマニホールドの変位を説明する説明図である。
【図６Ａ】第２実施形態に係る発電ユニットにおける燃料電池スタックおよびガスプロセッシングユニットの車体への支持構造および温度センサーの配置位置を模式的に示す正面図であって、図６Ｂの矢印６Ａに沿って視た正面図である。
【図６Ｂ】第２実施形態に係る発電ユニットにおける燃料電池スタックおよびガスプロセッシングユニットの車体への支持構造および温度センサーの配置位置を模式的に示す上面図である。
【図６Ｃ】第２実施形態に係る発電ユニットにおける燃料電池スタックおよびガスプロセッシングユニットの車体への支持構造および温度センサーの配置位置を模式的に示す正面図であって、図６Ｂの矢印６Ｃに沿って視た正面図である。
【図７Ａ】第３実施形態に係る発電ユニットにおける燃料電池スタックおよびガスプロセッシングユニットの車体への支持構造および温度センサーの配置位置を模式的に示す正面図であって、図７Ｂの矢印７Ａに沿って視た正面図である。
【図７Ｂ】第３実施形態に係る発電ユニットにおける燃料電池スタックおよびガスプロセッシングユニットの車体への支持構造および温度センサーの配置位置を模式的に示す上面図である。
【図７Ｃ】第３実施形態に係る発電ユニットにおける燃料電池スタックおよびガスプロセッシングユニットの車体への支持構造および温度センサーの配置位置を模式的に示す正面図であって、図７Ｂの矢印７Ｃに沿って視た正面図である。
【図８Ａ】第４実施形態に係る発電ユニットにおける燃料電池スタックおよびガスプロセッシングユニットの車体への支持構造および温度センサーの配置位置を模式的に示す正面図であって、図８Ｂの矢印８Ａに沿って視た正面図である。
【図８Ｂ】第４実施形態に係る発電ユニットにおける燃料電池スタックおよびガスプロセッシングユニットの車体への支持構造および温度センサーの配置位置を模式的に示す上面図である。
【図８Ｃ】第４実施形態に係る発電ユニットにおける燃料電池スタックおよびガスプロセッシングユニットの車体への支持構造および温度センサーの配置位置を模式的に示す正面図であって、図８Ｂの矢印８Ｃに沿って視た正面図である。
【図８Ｄ】第４実施形態に係る発電ユニットにおけるガスプロセッシングユニットの構成を模式的に示す図であって、図８Ｂの８Ｄ−８Ｄ線に沿う図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。なお、説明の便宜のため、ＸＹＺ直交座標系を各図中に示す。Ｘ軸（幅方向）およびＹ軸（長さ方向）は水平方向を示し、Ｚ軸（高さ方向）は上下方向を示している。
【００１１】
（第１実施形態）
図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃは、発電ユニット１０のシステム構成のレイアウトを模式的に示す図、図１Ｄは、ガスプロセッシングユニット３０の構成を模式的に示す図である。また、図１Ｅは、燃料電池スタック２０における燃料の供給ポート２１および排出ポート２２、空気の供給ポート２３および排出ポート２４の位置を示している。
【００１２】
図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃに示される黒菱形は、発電ユニット１０が備える温度センサー９０を表している。但し、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃにおける黒菱形は、温度センサー９０の配置位置を表すものではない。温度センサー９０の具体的な配置位置については後述する。温度センサー９０は、燃料給気温度センサー９１、燃料排気温度センサー９２、空気給気温度センサー９３、および空気排気温度センサー９４を含んでいる。
【００１３】
図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、本実施形態の発電ユニット１０は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池スタック２０（以下、「ＳＯＦＣスタック２０」とも記す）と、ＳＯＦＣスタック２０に供給する燃料を改質する機能を有するガスプロセッシングユニット３０（Ｇａｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）（以下、「ＧＰＵ３０」とも記す）とを有する。ＳＯＦＣスタック２０とＧＰＵ３０とは、マニホールド４０によって接続されている。マニホールド４０は、ＳＯＦＣスタック２０とＧＰＵ３０との間で、燃料の供給および排出、空気の供給および排出のそれぞれを行う。マニホールド４０は、具体的に、ＧＰＵ３０からＳＯＦＣスタック２０に燃料を供給する燃料供給マニホールド４１、ＳＯＦＣスタック２０からＧＰＵ３０に燃料を排出する燃料排出マニホールド４２、ＧＰＵ３０からＳＯＦＣスタック２０に空気を供給する空気供給マニホールド４３、およびＳＯＦＣスタック２０からＧＰＵ３０に空気を排出する空気排出マニホールド４４を有する。図１Ｂの上面図に示されるように、発電ユニット１０を高さ方法（Ｚ方向）から平面視した場合、燃料供給マニホールド４１と空気供給マニホールド４３とは重なり合い、燃料排出マニホールド４２と空気排出マニホールド４４とは重なり合っている。
【００１４】
発電ユニット１０は、マニホールド４０に配置され熱歪によるマニホールド４０の変位を吸収する変位吸収機構５０を有する。変位吸収機構５０は、マニホールド４０の変位を吸収することができれば構造は限定されないが、例えば、変位および伸縮が自在なベローズ部材を例示できる。第１実施形態の発電ユニット１０においては、変位吸収機構５０は、燃料供給マニホールド４１および空気供給マニホールド４３のそれぞれに配置されている。
【００１５】
ＧＰＵ３０は、ＳＯＦＣスタック２０に供給する燃料を改質する機能を少なくとも有する。図１Ｄに示すように、第１実施形態のＧＰＵ３０は、改質器３１と、排気燃焼器３２と、空気熱交換器３３の３部品を有している。改質器３１は、燃料を改質して水素を生成する。排気燃焼器３２は、ＳＯＦＣスタック２０からの排気に含まれる未燃焼の燃料を燃焼させて浄化するとともに、システム全体に供給する熱を生成する。排気燃焼器３２にて生成された熱は、改質器３１、空気熱交換器３３および図示しないその他の部品（例えば、液体燃料を用いた場合は燃料蒸発器）に供給される。空気熱交換器３３は、排気燃焼器３２から排出された排気ガスとＳＯＦＣスタック２０に供給する空気との間で熱交換を行い、ＳＯＦＣスタック２０に供給する空気を加熱する。
【００１６】
図１Ｅに示すように、燃料の供給ポート２１および排出ポート２２、空気の供給ポート２３および排出ポート２４は、ＳＯＦＣスタック２０端部に配置されるエンドプレート２５に形成される。それぞれのポート２１、２２、２３、２４は、開口部である。それぞれのポート２１、２２、２３、２４を介して、燃料の供給および排出、空気の供給および排出が行われる。第１実施形態のＳＯＦＣスタック２０は、エンドプレート２５の幅方向（Ｘ軸方向）の一方の端部に、燃料供給ポート２１および空気供給ポート２３が形成され、他方の端部に、燃料排出ポート２２および空気排出ポート２４が形成されている。ＳＯＦＣスタック２０の高さ方法（Ｚ方向）において、燃料供給ポート２１は、空気供給ポート２３よりも高い位置に形成され、燃料排出ポート２２は、空気排出ポート２４よりも高い位置に形成されている。
【００１７】
図２は、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の熱膨張差によって生じるマニホールド６３の変位を説明する説明図である。
【００１８】
図２に示される黒丸は、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を固定プレート７０（図４Ａおよび図４Ｃを参照）にリジッド状態に固定した固定点６１、６２を表している。リジッド状態に固定する構造は、ボルト締結あるいは溶接接合などである。固定点６１、６２のそれぞれは、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０が向かい合う端部において、幅方向（Ｘ軸方向）の中央に位置する。ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０は、固定点６１、６２以外の他の支持点においては、熱膨張に伴う変位が可能に支持されている。
【００１９】
一般的に、ＳＯＦＣスタック２０の運転温度は５００〜７００℃程度である。ＳＯＦＣスタック２０のセルの構成部品は、セラミックスおよび金属から形成されている。昇温による熱膨張の差を考慮して、使用される金属は熱膨張が比較的小さいものが用いられる（例えば、フェライト系材料）。一方、ＧＰＵ３０は耐熱性を考慮し、ＳＯＦＣスタック２０とは異なる種類の金属が用いられる（例えば、オーステナイト系材料）。
【００２０】
発電ユニット１０を稼働すると、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０は、固定点６１、６２の位置を維持したまま、図２に矢印によって示されるように、幅方向（Ｘ軸方向）および長さ方向（Ｙ軸方向）に線膨張する。ＳＯＦＣスタック２０とＧＰＵ３０は異種材料にて構成されるため、昇温による熱膨張に差異が生まれる。ＳＯＦＣスタック２０とＧＰＵ３０との間のマニホールド６３は、破線によって示すように、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の熱膨張差に伴って変位する。発電システムをコンパクト化するために、マニホールド６３の全長（Ｙ軸方向）を短くした場合には、マニホールド６３は、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の幅方向（Ｘ軸方向）の線膨張を弾性変形することによって吸収できない。この結果、マニホールド６３が破損する。したがって、マニホールドは、発電システムのコンパクト化を図りつつ変位による破損を防止するために、変位を吸収する機構を配置する必要がある。
【００２１】
図３は、マニホールド４０に配置された変位吸収機構５０の作用を説明する説明図である。
【００２２】
図３に破線によって示される円は、変位吸収機構５０に対して流れの下流側に配置された温度センサー６４を表している。図３に二点鎖線によって示すように、マニホールド４０の変位は、変位吸収機構５０が変形することによって吸収する。マニホールド４０内のガス通路は、変位吸収機構５０が変形するのに伴って曲りが生じる。このため、変位吸収機構５０に対して流れの下流側においては、ガスの流れに乱れが生じる。したがって、温度センサー６４を変位吸収機構５０に対して流れの下流側に配置した場合には、流れに乱れが生じることによって、正確な温度測定を行うことができない恐れがある。
【００２３】
マニホールド４０の全長（Ｙ軸方向）を長くすることによって、Ｘ軸方向の変位量が同一のときには、温度センサー６４の位置ズレを小さくできる。このときには、線膨張が温度測定の精度に与える悪影響を小さくできる。しかしながら、マニホールド４０の全長が長くなるため、発電ユニット１０のコンパクト化が阻害される。発電ユニット１０のコンパクト化を図るために、マニホールド４０の全長を必要以上に長くすることはできない。
【００２４】
図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の車体への支持構造および温度センサー９０の配置位置を模式的に示す図である。
【００２５】
図示される黒丸は、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を固定プレート７０にリジッド状態に固定した固定点７１、７２を表している。黒三角は、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を熱膨張に伴う変位が可能に支持する支持点７３、７４を表している。黒菱形は、温度センサー９０を表している。
【００２６】
図４Ａおよび図４Ｃに示すように、発電ユニット１０は、車体に接続される固定プレート７０上に支持機構８０によって支持される。固定プレート７０は、車体の例えばサイドメンバーに溶接接合あるいはボルト締結によってリジッド状態に固定されている。
【００２７】
支持機構８０は、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を、空気排出マニホールド４４の中心線４５（図４Ｂを参照）、上において車体に固定支持する固定支持部８１、８２を有する。さらに、支持機構８０は、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を、中心線４５と直交する方向に変位可能に車体に支持する自由支持部８３、８４を有する。燃料排出マニホールド４２と空気排出マニホールド４４とは高さ方法（Ｚ方向）に重なり合っていることから、固定支持部８１、８２は、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を、燃料排出マニホールド４２の中心線４５上においても車体に固定支持する。
【００２８】
図４Ｂに示される固定点７１、７２は固定支持部８１、８２が配置された位置を表し、支持点７３、７４は自由支持部８３、８４が配置された位置を表している。
【００２９】
本明細書において、「マニホールド４０の中心線４５上において車体に固定支持する」とは、マニホールド４０の中心線４５上に固定点７１、７２が厳密に位置することを要求するものではない。ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０が熱膨張した場合に、特定のマニホールド４０に対して、変位を生じさせないまたは変位を小さくできるように、ＳＯＦＣスタック２０側の固定点７１およびＧＰＵ３０側の固定点７２を配置する位置を限定することを意図したものである。したがって、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０が熱膨張した場合に、上記の特定のマニホールド４０が変位を生じないまたは変位を小さくできる、ＳＯＦＣスタック２０側の固定点７１およびＧＰＵ３０側の固定点７２の配置は、すべて、「マニホールド４０の中心線４５上において車体に固定支持する」に含まれると理解されなければならない。発電ユニット１０を平面視した場合に、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の固定点７１、７２を結ぶ直線が、マニホールド４０の投影面に重なるような場合には、そのマニホールド４０は、変位を生じないまたは変位を小さくできると考えられる。
【００３０】
支持機構８０の固定支持部８１は、空気排出マニホールド４４の中心線４５上において、ＳＯＦＣスタック２０の下面の空気排出マニホールド４４に近接した部位に配置される。固定支持部８２は、空気排出マニホールド４４の中心線４５上において、ＧＰＵ３０の下面の空気排出マニホールド４４に近接した部位に配置される。固定支持部８１、８２は、ＳＯＦＣスタック２０またはＧＰＵ３０の下面と固定プレート７０とをリジッド状態に連結する支柱８５を有する。支柱８５の上端は、溶接によってＳＯＦＣスタック２０またはＧＰＵ３０の下面に固定される。支柱８５の下端は、固定プレート７０にボルト締結される。支柱８５の上端は、溶接に代えて、ボルト締結によってＳＯＦＣスタック２０等の下面に固定できる。支柱８５の下端は、ボルト締結に代えて、溶接によって固定プレート７０に固定できる。
【００３１】
支持機構８０の自由支持部８３は、ＳＯＦＣスタック２０の下面において固定支持部８１と対角の部位に配置される。自由支持部８４は、ＧＰＵ３０の下面において固定支持部８２と対角の部位に配置される。自由支持部８３、８４は、他の支持点７３、７４を中心線４５と直交する方向に変位可能に車体に支持する限りにおいて構造は特に限定されるものではない。自由支持部８３、８４は、中心線４５が伸びている長さ方向（Ｙ軸方向）および中心線４５と直交する方向である幅方向（Ｘ軸方向）の２軸のそれぞれに移動自在な２軸スライダー８６を有する。２軸スライダー８６の上端は、ＳＯＦＣスタック２０またはＧＰＵ３０の下面にボルト締結される。２軸スライダー８６の下端は、固定プレート７０にボルト締結される。
【００３２】
第１実施形態の発電ユニット１０において、燃料供給マニホールド４１および空気供給マニホールド４３が、変位吸収機構５０が配置された変位側のマニホールド４０に相当する。また、燃料排出マニホールド４２および空気排出マニホールド４４が、中心線４５を備える固定側のマニホールド４０に相当する。
【００３３】
そして、図４Ａに示すように、変位側のマニホールド４０のうち空気供給マニホールド４３は、温度センサー９０（空気給気温度センサー９３）を変位吸収機構５０に対して流れの上流側に配置している。
【００３４】
図４Ｃに示すように、固定側のマニホールド４０のうち空気排出マニホールド４４は、温度センサー９０（空気排気温度センサー９４）をＧＰＵ３０側よりもＳＯＦＣスタック２０側に近い位置に配置している。
【００３５】
図５は、第１の実施形態に係る発電ユニット１０におけるマニホールド４０の変位を説明する説明図である。
【００３６】
図示される黒丸、黒三角および黒菱形は、上述したものと同様に、それぞれ、固定点７１、７２、他の支持点７３、７４および温度センサー９０を表している。なお、図５においては、理解の容易のため、変位側のマニホールド４０として空気供給マニホールド４３を図示し、固定側のマニホールド４０として空気排出マニホールド４４を図示する。また、温度センサー９０として、空気給気温度センサー９３および空気排気温度センサー９４を図示する。
【００３７】
図示するような固定点７１、７２とすることによって、矢印によって示される方向にＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０が線膨張するときの変位の基準点を作って、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の変位の方向を規制できる。ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０が熱膨張しても、空気排出マニホールド４４の変位を無くすことができる。変位がない空気排出マニホールド４４は、空気排気温度センサー９４をＧＰＵ３０側よりもＳＯＦＣスタック２０側に近い位置、好ましくは、ＳＯＦＣスタック２０直近に配置できる。このように空気排気温度センサー９４を配置することによって、ＳＯＦＣスタック２０から排出された直後の空気の排気温度を測定できる。排出された直後の空気排気温度は、ＳＯＦＣスタック２０の状態を正確に反映している。このため、ＳＯＦＣスタック２０の稼働状況をより正確に把握できる。
【００３８】
一方、変位吸収機構５０が配置された空気供給マニホールド４３は、空気給気温度センサー９３を変位吸収機構５０に対して流れの上流側に配置する。ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の熱膨張に伴って空気供給マニホールド４３が変位しても、空気給気温度センサー９３と空気供給マニホールド４３との相対的な位置関係の変化が最も少ない。このため、空気供給マニホールド４３の変位に伴うガス流れの乱れの影響を受けることなく、空気給気温度を正確に測定できる。
【００３９】
このように、発電ユニット１０は、温度センサー９０による温度測定の精度が低下しないように、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の車体への支持構造および温度センサー９０の配置位置が決定されている。
【００４０】
なお、空気給気温度センサー９３は、空気供給マニホールド４３上ではなく、ＧＰＵ３０内に配置できる。
【００４１】
第１実施形態では、燃料供給マニホールド４１が変位側のマニホールド４０であるため、燃料給気温度センサー９１は、燃料供給マニホールド４１上の変位吸収機構５０の下流位置以外であって、ガス流れの乱れの影響を受けない任意の位置に配置できる。例えば、燃料給気温度センサー９１は、燃料供給マニホールド４１における変位吸収機構５０の上流側のＧＰＵ３０内にも配置できる。
【００４２】
燃料排出マニホールド４２が固定側のマニホールド４０であるため、燃料排気温度センサー９２は、燃料排出マニホールド４２上、ＳＯＦＣスタック２０内またはＧＰＵ３０内の任意の位置に配置できる。
【００４３】
以上説明したように、第１実施形態の発電ユニット１０は、マニホールド４０に配置され熱歪によるマニホールド４０の変位を吸収する変位吸収機構５０と、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を、いずれかのマニホールド４０の中心線４５上において車体に固定支持し、他の支持点７３、７４を中心線４５と直交する方向に変位可能に車体に支持する支持機構８０と、を有する。そして、変位吸収機構５０が配置された変位側のマニホールド４０は、温度センサー９０を変位吸収機構５０に対して流れの上流側に配置し、中心線４５を備える固定側のマニホールド４０は、温度センサー９０をＧＰＵ３０側よりもＳＯＦＣスタック２０側に近い位置に配置している。
【００４４】
このように構成することによって、変位に伴うガス流れの乱れの影響を受けることなく、変位側のマニホールド４０を流れるガスの温度を正確に測定できる。さらに、固定側のマニホールド４０を流れるガスの温度をＳＯＦＣスタック２０に近い位置において測定することができ、ＳＯＦＣスタック２０の稼働状況をより正確に把握できる。したがって、熱歪によってマニホールド４０に変位が生じても正確な温度測定を行うことが可能な、ＳＯＦＣを有する発電ユニット１０を提供できる。
【００４５】
変位側のマニホールド４０は、空気供給マニホールド４３であり、空気給気温度センサー９３を変位吸収機構５０に対して流れの上流側に配置できる。さらに、固定側のマニホールド４０は、空気排出マニホールド４４であり、空気排気温度センサー９４をＳＯＦＣスタック２０の出口近傍に配置できる。
【００４６】
このように構成することによって、変位に伴うガス流れの乱れの影響を受けることなく空気給気温度を正確に測定できる。さらに、空気排気温度をＳＯＦＣスタック２０から排出された直後に測定することができ、ＳＯＦＣスタック２０の稼働状況をより正確に把握できる。
【００４７】
ＧＰＵ３０は、改質器３１、排気燃焼器３２および空気熱交換器３３を有する。
【００４８】
このように構成することによって、３つの機器のそれぞれの熱膨張がマニホールド４０の変位に及ぼす影響を考慮して、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の車体への支持構造および温度センサー９０の配置位置を決定できる。
【００４９】
（第２実施形態）
図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃは、第２実施形態に係る発電ユニット１０におけるＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の車体への支持構造および温度センサー９０の配置位置を模式的に示す図である。第１実施形態と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００５０】
図示される黒丸および黒菱形は、第１実施形態と同様に、それぞれ、固定点７１、７２および温度センサー９０を表している。黒三角は、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を中心線４５と直交する方向への変位が可能に支持する支持点７５、７６を表している。白抜き三角は、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を中心線４５が伸びている方向への変位が可能に支持する支持点７７，７８を表している。
【００５１】
図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃに示すように、第２実施形態の支持機構８０は、第１実施形態と同様に、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を、空気排出マニホールド４４の中心線４５上において車体に固定支持する固定支持部８１、８２を有する。燃料排出マニホールド４２と空気排出マニホールド４４とは高さ方法（Ｚ方向）に重なり合っていることから、固定支持部８１、８２は、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を、燃料排出マニホールド４２の中心線４５上においても車体に固定支持する。
【００５２】
第２実施形態の支持機構８０は、中心線４５上に配置され、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を、中心線４５が伸びている方向に変位可能に車体に支持する第１可動支持部１０１、１０２（可動支持部に相当する）を有する。さらに、支持機構８０は、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を、中心線４５と直交する方向に変位可能に車体に支持する第２可動支持部１０３、１０４を有する。
【００５３】
固定点７１、７２は固定支持部８１、８２が配置された位置を表し、支持点７７、７８は第１可動支持部１０１、１０２が配置された位置を表し、支持点７５、７６は第２可動支持部１０３、１０４が配置された位置を表している。
【００５４】
第１可動支持部１０１は、中心線４５上において、ＳＯＦＣスタック２０の下面の固定支持部８１から離間した部位に配置される。第１可動支持部１０２は、中心線４５上において、ＧＰＵ３０の下面の固定支持部８２から離間した部位に配置される。第２可動支持部１０３は、ＳＯＦＣスタック２０の下面の空気供給マニホールド４３に近接した部位に配置される。第２可動支持部１０４は、ＧＰＵ３０の下面の空気供給マニホールド４３に近接した部位に配置される。
【００５５】
第１可動支持部１０１、１０２および第２可動支持部１０３、１０４は、一方向への変位を許容する限りにおいて構造は特に限定されるものではない。例えば、第１可動支持部１０１、１０２は、固定プレート７０に対して固定される一対の支持脚１０５と、一対の支持脚１０５に連結されたガイドシャフト１０６と、ＧＰＵ３０またはＳＯＦＣスタック２０の下面側に対して固定されるブラケット１０７とを有する。一対の支持脚１０５は、長さ方向（Ｙ軸方向）に沿って離間する。ガイドシャフト１０６は、長さ方向（Ｙ軸方向）に沿って伸びている。ガイドシャフト１０６は、ブラケット１０７を挿通して一対の支持脚１０５に連結される。支持脚１０５のそれぞれは、固定プレート７０にボルト締結される。ブラケット１０７は、溶接によってＧＰＵ３０またはＳＯＦＣスタック２０の下面に固定される。支持脚１０５のそれぞれは、ボルト締結に代えて、溶接によって固定プレート７０に固定できる。ブラケット１０７は、溶接に代えて、ボルト締結によってＧＰＵ３０またはＳＯＦＣスタック２０の下面に固定できる。
【００５６】
第２可動支持部１０３、１０４は、第１可動支持部１０１、１０２と同様の構成部材を有し、一対の支持脚１０５が幅方向（Ｘ軸方向）に沿って離間し、ガイドシャフト１０６が幅方向（Ｘ軸方向）に沿って伸びている。
【００５７】
第１可動支持部１０１、１０２を上記の直線上に配置することによって、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の熱膨張の方向を中心線４５上の長さ方向（Ｙ軸方向）に規制できる。このため、空気排出マニホールド４４の変位を一層無くすことができ、空気排気温度センサー９４によって空気の排気温度をより正確に計測できる。
【００５８】
第２可動支持部１０３、１０４によって、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の熱膨張の方向を幅方向（Ｘ軸方向）に規制できる。これによって、空気供給マニホールド４３の変位を変位吸収機構５０とともに吸収できる。
【００５９】
以上説明したように、第２実施形態の支持機構８０は、中心線４５上に配置され、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を、中心線４５が伸びている方向に変位可能に車体に支持する第１可動支持部１０１、１０２を有する。
【００６０】
このように構成することによって、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の熱膨張の方向を中心線４５上の長さ方向（Ｙ軸方向）に規制し、固定側のマニホールド４０の変位を一層無くすことができ、固定側のマニホールド４０を流れるガスの温度をより正確に測定できる。
【００６１】
（第３実施形態）
図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、第３実施形態に係る発電ユニット１０におけるＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の車体への支持構造および温度センサー９０の配置位置を模式的に示す図である。
【００６２】
図示される黒丸、黒三角および黒菱形は、第１実施形態において示したものと同様に、それぞれ、固定点７１、７２、他の支持点７３、７４および温度センサー９０を表している。
【００６３】
第３実施形態の発電ユニット１０は、第１実施形態の発電ユニット１０と同様に、燃料供給マニホールド４１および空気供給マニホールド４３が、変位吸収機構５０が配置された変位側のマニホールド４０に相当する。また、燃料排出マニホールド４２および空気排出マニホールド４４が、中心線４５を備える固定側のマニホールド４０に相当する。
【００６４】
そして、第１実施形態の構成に加えて、変位側のマニホールド４０である燃料供給マニホールド４１は、温度センサー９０（燃料給気温度センサー９１）を変位吸収機構５０に対して流れの上流側に配置している。また、固定側のマニホールド４０である燃料排出マニホールド４２は、温度センサー９０（燃料排気温度センサー９２）をＧＰＵ３０側よりもＳＯＦＣスタック２０側に近い位置に配置している。
【００６５】
第３実施形態は、第１実施形態の作用効果に加えて次の作用効果を奏する。図示するような固定点７１、７２とすることによって、燃料排出マニホールド４２の変位を無くすことができるので、変位がない燃料排出マニホールド４２は、燃料排気温度センサー９２をＧＰＵ３０側よりもＳＯＦＣスタック２０側に近い位置、好ましくは、ＳＯＦＣスタック２０直近に配置できる。このように燃料排気温度センサー９２を配置することによって、ＳＯＦＣスタック２０から排出された直後の燃料の排気温度を測定することができ、ＳＯＦＣスタック２０の稼働状況をより正確に把握できる。
【００６６】
一方、変位吸収機構５０が配置された燃料供給マニホールド４１は、燃料給気温度センサー９１を変位吸収機構５０に対して流れの上流側に配置することによって、変位に伴うガス流れの乱れの影響を受けることなく、燃料給気温度を正確に測定できる。
【００６７】
以上説明したように、第３実施形態の発電ユニット１０は、変位側のマニホールド４０は、燃料供給マニホールド４１であり、燃料給気温度センサー９１を変位吸収機構５０に対して流れの上流側に配置している。さらに、固定側のマニホールド４０は、燃料排出マニホールド４２であり、燃料排気温度センサー９２をＳＯＦＣスタック２０の出口近傍に配置できる。
【００６８】
このように構成することによって、変位に伴うガス流れの乱れの影響を受けることなく燃料給気温度を正確に測定できる。さらに、燃料排気温度をＳＯＦＣスタック２０から排出された直後に測定することができ、ＳＯＦＣスタック２０の稼働状況をより正確に把握できる。
【００６９】
（第４実施形態）
図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃは、第４実施形態に係る発電ユニット１０におけるＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０の車体への支持構造および温度センサー９０の配置位置を模式的に示す図である。図８Ｄは、第４実施形態に係る発電ユニット１０におけるＧＰＵ３０の構成を模式的に示す図である。
【００７０】
図示される黒丸、黒三角および黒菱形は、第１実施形態において示したものと同様に、それぞれ、固定点７１、７２、他の支持点７３、７４および温度センサー９０を表している。
【００７１】
図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃに示すように、第４実施形態の発電ユニット１０におけるマニホールド４０は、第１実施形態とは異なり、ＳＯＦＣスタック２０の高さ方法（Ｚ方向）において、空気供給マニホールド４３は、燃料供給マニホールド４１よりも高い位置に配置され、空気排出マニホールド４４は、燃料排出マニホールド４２（不図示）よりも高い位置に配置されている。
【００７２】
支持機構８０は、ＳＯＦＣスタック２０およびＧＰＵ３０を、空気排出マニホールド４４の中心線４５上において車体に固定支持し、他の支持点７３、７４を中心線４５と直交する方向に変位可能に車体に支持している。
【００７３】
変位吸収機構５０は、燃料供給マニホールド４１に配置している。変位側のマニホールド４０は、燃料供給マニホールド４１であり、燃料給気温度センサー９１を変位吸収機構５０に対して流れの上流側のＧＰＵ３０内に配置している。固定側のマニホールド４０は、空気排出マニホールド４４であり、空気排気温度センサー９４をＳＯＦＣスタック２０の出口近傍に配置している。
【００７４】
図８Ｂおよび図８Ｄに示すように、第４実施形態のＧＰＵ３０は、空気熱交換器３３を幅方向（Ｘ軸方向）に沿う中央に配置し、空気熱交換器３３の幅方向（Ｘ軸方向）の両側に改質器３１と排気燃焼器３２とを配置している。
【００７５】
図８Ｂに示すように、燃料供給マニホールド４１は、長さ方向（Ｙ軸方向）に真っ直ぐに伸びている。空気供給マニホールド４３は、ＧＰＵ３０の中央に配置された空気熱交換器３３から長さ方向（Ｙ軸方向）に若干伸び、空気排出マニホールド４４および燃料供給マニホールド４１が伸びている方向（Ｙ軸方向）に対して直交する幅方向（Ｘ軸方向）に延伸し、その後に、ＳＯＦＣスタック２０に接続されている。このように、第４施形態では、空気供給マニホールド４３は、空気排出マニホールド４４および燃料供給マニホールド４１が伸びている方向に対して交差する方向に伸びている交差部４３ａを含んでいる。交差部４３ａが伸びている方向は、水平方向、かつ、ＳＯＦＣスタック２０とＧＰＵ３０とが向かい合う面に平行な幅方向（Ｘ軸方向）である。交差部４３ａは、空気排出マニホールド４４および燃料供給マニホールド４１が伸びている方向（Ｙ軸方向）に対して直交することは必ずしも必要ではなく、斜めに伸びて交差できる。
【００７６】
空気供給マニホールド４３の形成材料は、ＳＯＦＣスタック２０における空気供給マニホールド４３に接続される部材と同じ線膨張係数を有する。空気供給マニホールド４３は、ＳＯＦＣスタック２０のエンドプレート２５の空気供給ポート２３に接続される。したがって、空気供給マニホールド４３は、ＳＯＦＣスタック２０のエンドプレート２５の形成材料から形成される。
【００７７】
このように構成することによって、ＳＯＦＣスタック２０の幅方向（Ｘ軸方向）の熱膨張と、空気供給マニホールド４３における幅方向（Ｘ軸方向）に伸びている交差部４３ａの熱膨張とが同じになり、空気供給マニホールド４３に作用する熱応力が緩和される。空気供給マニホールド４３は、変位吸収部材を配置することなく、変位を吸収することが可能となる。
【００７８】
上記構成の場合、空気供給マニホールド４３は、ＳＯＦＣスタック２０直近において熱変位の影響を受けることがない。このため、空気供給マニホールド４３は、空気給気温度センサー９３をＳＯＦＣスタック２０の入口近傍に配置できる。
【００７９】
このように構成することによって、さらに、空気給気温度をＳＯＦＣスタック２０に供給する直前に測定することができ、ＳＯＦＣスタック２０の稼働状況をより正確に把握できる。
【００８０】
（変形例）
本発明の発電ユニット１０は上述した実施形態のそれぞれに限定されるものではなく、適宜改変できる。
【００８１】
例えば、第１〜第３実施形態では、変位吸収機構５０を配置した変位側のマニホールド４０が、燃料供給マニホールド４１および空気供給マニホールド４３であり、固定側のマニホールド４０が、燃料排出マニホールド４２および空気排出マニホールド４４である場合について説明した。これとは逆に、変位側のマニホールド４０を、燃料排出マニホールド４２および空気排出マニホールド４４とし、固定側のマニホールド４０を、燃料供給マニホールド４１および空気供給マニホールド４３とすることができる。この場合、燃料排気温度センサー９２および空気排気温度センサー９４は、変位吸収機構５０に対して流れの上流側に配置する。燃料給気温度センサー９１および空気給気温度センサー９３は、ＧＰＵ３０側よりもＳＯＦＣスタック２０側に近い位置、好ましくは、ＳＯＦＣスタック２０の入口近傍に配置する。
【００８２】
第４実施形態では、空気供給マニホールド４３が交差部４３ａを含む場合について説明した。これとは逆に、燃料供給マニホールド４１が空気供給マニホールド４３および空気排出マニホールド４４が伸びている方向に対して交差する方向に伸びている交差部を含むことができる。このときの燃料供給マニホールド４１の形成材料は、ＳＯＦＣスタック２０における燃料供給マニホールド４１に接続される部材つまりエンドプレート２５と同じ線膨張係数を有する。この構成においては、燃料供給マニホールド４１は、燃料給気温度センサー９１をＳＯＦＣスタック２０の入口近傍に配置できる。
【００８３】
改質器３１、排気燃焼器３２および空気熱交換器３３を有するＧＰＵ３０について説明したが、ＧＰＵ３０は、少なくとも、ＳＯＦＣスタック２０に供給する燃料を改質する機能を有していればよい。
【符号の説明】
【００８４】
１０    発電ユニット、
２０    ＳＯＦＣスタック（燃料電池スタック）、
２１    燃料供給ポート、
２２    燃料排出ポート、
２３    空気供給ポート、
２４    空気排出ポート、
２５    エンドプレート、
３０    ＧＰＵ（ガスプロセッシングユニット）、
３１    改質器、
３２    排気燃焼器、
３３    空気熱交換器、
４０    マニホールド、
４１    燃料供給マニホールド、
４２    燃料排出マニホールド、
４３    空気供給マニホールド、
４３ａ  交差部、
４４    空気排出マニホールド、
４５    中心線、
５０    変位吸収機構、
７０    固定プレート、
７１、７２    固定点、
７３〜７８    支持点、
８０    支持機構、
８１、８２    固定支持部、
８３、８４    自由支持部、
９０    温度センサー、
９１    燃料給気温度センサー、
９２    燃料排気温度センサー、
９３    空気給気温度センサー、
９４    空気排気温度センサー、
１０１、１０２  第１可動支持部（可動支持部）、
１０３、１０４  第２可動支持部。
【図１Ａ】
2020161229.tif 000003
【図１Ｂ】
2020161229.tif 000004
【図１Ｃ】
2020161229.tif 000005
【図１Ｄ】
2020161229.tif 000006
【図１Ｅ】
2020161229.tif 000007
【図２】
2020161229.tif 000008
【図３】
2020161229.tif 000009
【図４Ａ】
2020161229.tif 000010
【図４Ｂ】
2020161229.tif 000011
【図４Ｃ】
2020161229.tif 000012
【図５】
2020161229.tif 000013
【図６Ａ】
2020161229.tif 000014
【図６Ｂ】
2020161229.tif 000015
【図６Ｃ】
2020161229.tif 000016
【図７Ａ】
2020161229.tif 000017
【図７Ｂ】
2020161229.tif 000018
【図７Ｃ】
2020161229.tif 000019
【図８Ａ】
2020161229.tif 000020
【図８Ｂ】
2020161229.tif 000021
【図８Ｃ】
2020161229.tif 000022
【図８Ｄ】
2020161229.tif 000023