(57)【要約】【課題】燃料電池モジュールの製造を効率的に行う。【解決手段】燃料電池モジュールＭの製造方法であり、上下に第一の配管３２９ｂ，３３９ｂ，３１９ａ，３４９ａと第二の配管３１９ｂ，３４９ｂ，３２９ａ，３３９ａとを備えたカートリッジ群２００ａ，２００ｂを収容する工程と、下部マンホール１７Ｂ，１８を介して、圧力容器１０内で、第一の配管３２９ｂ，３３９ｂ，３１９ａ，３４９ａと第一の貫通配管３２４ｂ，３３４ｂ，３１４ａ，３４４ａとを接続する工程と、上部マンホール１８，１７Ａを介して、圧力容器１０内で、第二の配管３１９ｂ，３４９ｂ，３２９ａ，３３９ａと第二の貫通配管３１４ｂ、３４４ｂ、３２４ａ、３３４ａとを接続する工程と、を備える。【選択図】図１
2014127453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル集合体が複数組み付けられて、柱状の形状を成す複数のカートリッジからなるカートリッジ群と、
前記カートリッジ群を収容する圧力容器と、
前記カートリッジ群の下方に設けられた第一の配管と、
前記カートリッジ群の上方に設けられた第二の配管と、
前記圧力容器を貫通し、前記第一の配管が接続される第一の貫通配管と、
前記圧力容器を貫通し、前記第二の配管が接続される第二の貫通配管と、
前記圧力容器において、前記カートリッジ群の下方に連通する下部マンホールと、
前記圧力容器において、前記カートリッジ群の上方に連通する上部マンホールと、
を備えていることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記第一の貫通配管と前記第一の配管、前記第二の貫通配管と前記第二の配管とが、それぞれフランジ接合されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記第一の配管および前記第二の配管は、前記カートリッジと前記第一の貫通配管および前記第二の貫通配管との間に、可撓性を有するとともに、その軸線方向に沿って伸縮可能なフレキシブル配管を備えていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記カートリッジ群の外側に設けられ、該カートリッジ群を支持する支持フレームと、
前記圧力容器の内周面に形成され、該圧力容器内に前記支持フレームに支持された前記カートリッジ群を前記圧力容器内に収容するときの移動方向に沿って設けられたガイド部材と、
前記支持フレームに形成され、前記ガイド部材に噛み合う被ガイド部と、
を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記支持フレームおよび前記圧力容器のいずれか一方に、前記圧力容器に対して前記カートリッジ群を収容するときの前記移動方向に沿って突出するピンを設け、前記支持フレームおよび前記圧力容器のいずれか他方に、前記ピンと嵌合し、前記移動方向に直交した方向への前記支持フレームの移動を拘束する嵌合部を設けたことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールの製造方法であって、
前記圧力容器内に、上下に前記第一の配管と前記第二の配管とを備えた前記カートリッジ群を収容する工程と、
前記下部マンホールを介して、前記圧力容器内で、前記第一の配管と前記第一の貫通配管とを接続する工程と、
前記上部マンホールを介して、前記圧力容器内で、前記第二の配管と前記第二の貫通配管とを接続する工程と、
を備えることを特徴とする燃料電池モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記圧力容器内に、上下に複数段の前記カートリッジ群が収容されるとともに、
前記圧力容器は、
下面が閉じた筒状をなした下部容器と、
前記下部容器上に配置され、上下が開放された筒状をなした中間容器と、
前記中間容器上に配置され、上面が閉じた筒状をなした上部容器と、を備え、
前記下部容器は、前記下部マンホールと、下段側の前記カートリッジ群の下部に設けられた前記第一の配管が接続される前記第一の貫通配管と、を備え、
前記中間容器は、下段側の前記カートリッジ群と上段側の前記カートリッジ群との間に連通する中間マンホールと、下段側の前記カートリッジ群の上部に設けられた前記第二の配管が接続される前記第二の貫通配管と、上段側の前記カートリッジ群の下部に設けられた前記第一の配管が接続される前記第一の貫通配管と、を備え、
前記上部容器は、前記上部マンホールと、上段側の前記カートリッジ群の上部に設けられた前記第二の配管が接続される前記第二の貫通配管と、を備え、
前記圧力容器内に前記カートリッジ群を収容する工程は、
前記下部容器を設置する工程と、
前記下部容器の上方から該下部容器上に下段側の前記カートリッジ群を設置する工程と、
前記下部マンホールを介し、前記下部容器内で、下段側の前記カートリッジ群の前記第一の配管と前記第一の貫通配管とを接続する工程と、
前記下部容器上に前記中間容器を設置する工程と、
前記中間容器の上方から該中間容器内に上段側の前記カートリッジ群を設置する工程と、
前記中間マンホールを介し、前記中間容器内で、下段側の前記カートリッジ群の前記第二の配管と前記第二の貫通配管とを接続するとともに、上段側の前記カートリッジ群の前記第一の配管と前記第一の貫通配管とを接続する工程と、
前記中間容器上に前記上部容器を設置する工程と、
前記上部マンホールを介し、前記上部容器内で、上段側の前記カートリッジ群の前記第二の配管と前記第二の貫通配管とを接続する工程と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セル集合体が圧力容器内に収納されている燃料電池モジュール、燃料電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、低公害で発電効率が高いため、近年、各種分野での利用が期待されている。燃料電池は、一般的に、水素や炭化水素系ガス等を含む燃料ガスを触媒作用により改質する燃料極と、空気等の酸化剤ガスから酸素イオンを生成する空気極と、この空気極で生成された酸素イオンを燃料極に移動させる固体電解質とを有する。燃料極と固体電解質との界面付近では、燃料極で改質された燃料ガスと固定電解質からの酸素イオンとが電気化学反応して発電が行われる。この燃料電池は、排気ガスがクリーンであることから、例えば、病院や工場等の分散電源として利用されている。
【０００３】
このような燃料電池を備えた燃料電池モジュールの一例として、例えば、以下の特許文献１に開示されているものがある。
【０００４】
この燃料電池モジュールは、上下方向に延びる円筒形状の圧力容器と、この圧力容器内に配置される複数のカートリッジと、各カートリッジに燃焼ガスや酸化剤ガスを供給等するための配管と、を備えている。カートリッジは、セル集合体であるセルチューブ（又はセルスタック）の束である。セルチューブは、複数の電池セルと、多孔質材料で形成されている円筒形状の基体管とを有している。電池セルは、前述の燃料極、固体電解質及び空気極を有して構成されている。複数の電池セルは、円筒形状の基体管の外周面に形成されている。
【０００５】
それぞれのカートリッジは、両端部が上下方向を向いている。これら複数のカートリッジは、水平方向で互いに隣接してカートリッジ群を形成し、圧力容器内に配置されている。
各カートリッジには、燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管、燃料ガスを排出する燃料ガス排出配管、酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給配管、酸化性ガスを排出する酸化性ガス排出配管がそれぞれ接続されている。これらの配管は、それぞれ、圧力容器の内外を貫通するメイン配管が設けられ、このメイン配管から分岐した分岐管が、圧力容器内の各カートリッジに接続されている。
そして、燃料ガス供給配管と燃料ガス排出配管、酸化性ガス供給配管と酸化性ガス排出配管は、それぞれ、カートリッジの一端側と他端側に配置されて、燃料ガスと酸化性ガスは、カートリッジを構成するセルチューブに沿った方向に流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１１９７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料電池モジュールの製造時においては、上記したようなカートリッジ群は、クレーン等によって吊り上げられて、圧力容器内に収容・設置される。
ここで、上記したように、圧力容器内には、カートリッジの両端部のそれぞれに、燃料ガスの供給または排出を行う燃料ガス用の配管と、酸化性ガスの供給または排出を行う酸化性ガス用の配管の２種類が配置されている。このため、カートリッジの両端部で、燃料ガス用と酸化性ガス用の多数本の配管（メイン配管と分岐管）を接続しなければならない。このため、燃料電池モジュールの製造には、多大な手間がかかり、製造コストにもこれが反映されてしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、燃料電池モジュールの製造を効率的に行うことのできる燃料電池モジュール、燃料電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するための発明の一態様としての燃料電池モジュールは、セル集合体が複数組み付けられて、柱状の形状を成す複数のカートリッジからなるカートリッジ群と、前記カートリッジ群を収容する圧力容器と、前記カートリッジ群の下方に設けられた第一の配管と、前記カートリッジ群の上方に設けられた第二の配管と、前記圧力容器を貫通し、前記第一の配管が接続される第一の貫通配管と、前記圧力容器を貫通し、前記第二の配管が接続される第二の貫通配管と、前記圧力容器において、前記カートリッジ群の下方に連通する下部マンホールと、前記圧力容器において、前記カートリッジ群の上方に連通する上部マンホールと、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
このような燃料電池モジュールにおいては、カートリッジ群の上下に、多数のメイン配管や枝管からなる第一の配管と第二の配管とを予め設けておき、圧力容器内にカートリッジ群を収容した後、下部マンホールを介して、圧力容器内で、第一の配管と第一の貫通配管とを接続し、上部マンホールを介して、圧力容器内で、第二の配管と第二の貫通配管とを接続するのみで、配管接続作業を容易に行うことができる。
【００１１】
前記第一の貫通配管と前記第一の配管、前記第二の貫通配管と前記第二の配管とが、それぞれフランジ接合されているのが好ましい。
【００１２】
これにより、第一の貫通配管と第一の配管、第二の貫通配管と第二の配管との接合作業を、溶接等を用いずに容易に行える。
【００１３】
さらに、前記第一の配管および前記第二の配管は、前記カートリッジと前記第一の貫通配管および前記第二の貫通配管との間に、可撓性を有するとともに、その軸線方向に沿って伸縮可能なフレキシブル配管を備えているのが好ましい。
【００１４】
これにより、第一の配管、第二の配管の第一の貫通配管、第二の貫通配管に対する着脱等の際に、その取り扱いを容易に行うとともに、芯合わせを容易かつ確実に行うことができる。
【００１５】
また、前記カートリッジ群の外側に設けられ、該カートリッジ群を支持する支持フレームと、前記圧力容器の内周面に形成され、該圧力容器内に前記支持フレームに支持された前記カートリッジ群を前記圧力容器内に収容するときの移動方向に沿って設けられたガイド部材と、前記支持フレームに形成され、前記ガイド部材に噛み合う被ガイド部と、を備えているようにしてもよい。
これにより、カートリッジ群を圧力容器内に収容するときには、支持フレームに形成された被ガイド部をガイド部材に噛み合わせることによって、カートリッジ群の移動方向がガイドされる。
ここで、前記ガイド部材と前記被ガイド部との間のクリアランスは、前記圧力容器に対して前記カートリッジ群を収容するときの前記移動方向手前側から奥側に向けて、漸次小さくなるよう形成してもよい。これにより、圧力容器にカートリッジ群を収容しはじめるときには、ガイド部材と被ガイド部とのクリアランスが大きいために、収容作業を容易に行うことができる。また、カートリッジ群を圧力容器の所定位置まで収容するにつれて、前記のクリアランスが小さくなることで、圧力容器に対するカートリッジ群の位置ズレを抑えることができる。
【００１６】
前記支持フレームおよび前記圧力容器のいずれか一方に、前記圧力容器に対して前記カートリッジ群を収容するときの前記移動方向に沿って突出するピンを設け、前記支持フレームおよび前記圧力容器のいずれか他方に、前記ピンと嵌合し、前記移動方向に直交した方向への前記支持フレームの移動を拘束する嵌合部を設けた構成としてもよい。
これにより、カートリッジ群を圧力容器内に収容した状態で、ピンと嵌合部とを嵌合させることによって、支持フレームに保持されたカートリッジ群が、圧力容器内で前記移動方向に直交する方向に位置ズレするのを抑えることができる。
【００１７】
ここで、前記ピンと前記嵌合部とのクリアランスが、前記ガイド部材と前記被ガイド部とのクリアランスより小さくなるよう設定されているのが好ましい。
これにより、圧力容器に対するカートリッジ群の収容作業を容易に行いつつ、カートリッジ群が収容された状態では、カートリッジ群の位置ズレを抑えるとともに、位置決めを高精度に行うことができる。
【００１８】
また、本発明の一態様としての燃料電池モジュールの製造方法は、上記したような燃料電池モジュールの製造方法であって、前記圧力容器内に、上下に前記第一の配管と前記第二の配管とを備えた前記カートリッジ群を収容する工程と、前記下部マンホールを介して、前記圧力容器内で、前記第一の配管と前記第一の貫通配管とを接続する工程と、前記上部マンホールを介して、前記圧力容器内で、前記第二の配管と前記第二の貫通配管とを接続する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
これにより、圧力容器内にカートリッジ群を収容した後には、下部マンホールを介して、圧力容器内で、第一の配管と第一の貫通配管とを接続し、上部マンホールを介して、圧力容器内で、第二の配管と第二の貫通配管とを接続するのみでよく、配管接続作業を容易に行うことができる。
【００２０】
前記圧力容器内に、上下に複数段の前記カートリッジ群が収容されるとともに、前記圧力容器は、下面が閉じた筒状をなした下部容器と、前記下部容器上に配置され、上下が開放された筒状をなした中間容器と、前記中間容器上に配置され、上面が閉じた筒状をなした上部容器と、を備え、前記下部容器は、前記下部マンホールと、下段側の前記カートリッジ群の下部に設けられた前記第一の配管が接続される前記第一の貫通配管と、を備え、前記中間容器は、下段側の前記カートリッジ群と上段側の前記カートリッジ群との間に連通する中間マンホールと、下段側の前記カートリッジ群の上部に設けられた前記第二の配管が接続される前記第二の貫通配管と、上段側の前記カートリッジ群の下部に設けられた前記第一の配管が接続される前記第一の貫通配管と、を備え、前記上部容器は、前記上部マンホールと、上段側の前記カートリッジ群の上部に設けられた前記第二の配管が接続される前記第二の貫通配管と、を備え、前記圧力容器内に前記カートリッジ群を収容する工程は、前記下部容器を設置する工程と、前記下部容器の上方から該下部容器上に下段側の前記カートリッジ群を設置する工程と、前記下部マンホールを介し、前記下部容器内で、下段側の前記カートリッジ群の前記第一の配管と前記第一の貫通配管とを接続する工程と、前記下部容器上に前記中間容器を設置する工程と、前記中間容器の上方から該中間容器内に上段側の前記カートリッジ群を設置する工程と、前記中間マンホールを介し、前記中間容器内で、下段側の前記カートリッジ群の前記第二の配管と前記第二の貫通配管とを接続するとともに、上段側の前記カートリッジ群の前記第一の配管と前記第一の貫通配管とを接続する工程と、前記中間容器上に前記上部容器を設置する工程と、前記上部マンホールを介し、前記上部容器内で、上段側の前記カートリッジ群の前記第二の配管と前記第二の貫通配管とを接続する工程と、を有することを特徴とすることもできる。
【００２１】
これにより、圧力容器内に上下に複数段にカートリッジ群を備える場合においても、各カートリッジ群の上下における配管接続作業を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃料電池モジュールの製造を効率的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る一実施形態における燃料電池モジュールの構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る一実施形態におけるセルスタックの要部断面図である。
【図３】本発明に係る一実施形態におけるカートリッジの断面図である。
【図４】本発明に係る一実施形態におけるカートリッジの斜視図である。
【図５】本発明に係る一実施形態における燃料電池モジュールの横断面であり、図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図６】本発明に係る一実施形態において、図５に示した部分の燃料電池モジュールの圧力容器内における配管レイアウトを示す斜視図である。
【図７】本発明に係る一実施形態における燃料電池モジュールの横断面であり、図１のＢ−Ｂ矢視図である。
【図８】本発明に係る一実施形態において、図７に示した燃料電池モジュールの圧力容器内における配管レイアウトを示す斜視図である。
【図９】本発明に係る一実施形態におけるフレキシブル管の接続構造を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る一実施形態におけるカートリッジ群を支持する支持フレームの圧力容器内への設置状態を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る一実施形態におけるカートリッジ群を圧力容器内に収容している状態を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る一実施形態におけるカートリッジ群を支持する支持フレームの圧力容器内への設置状態を示す図であり、図１０のＣ−Ｃ断面およびＤ−Ｄ断面を示す図である。
【図１３】本発明に係る一実施形態における支持フレームの下部における圧力容器による支持構造を示す平面図及び側断面図である。
【図１４】本発明に係る一実施形態における支持フレームの上部における圧力容器のガイド部材によるガイド構造を示す平面図及び側断面図である。
【図１５】本発明に係る一実施形態における燃料電池モジュールの構成を示す展開断面図である。
【図１６】本発明に係る一実施形態における燃料電池モジュールの製造方法の流れを示す図である。
【図１７】本発明に係る一実施形態における燃料電池モジュールの製造方法の流れを示す図であって、図１６に続く状態を示す断面図である。
【図１８】本発明に係る一実施形態における燃料電池モジュールの製造方法の流れを示す図であって、図１７に続く状態を示す断面図である。
【図１９】本発明に係る一実施形態における燃料電池モジュールの製造方法の流れを示す図であって、図１８に続く状態を示す断面図である。
【図２０】本発明に係る一実施形態の変形例における支持フレームの下部における圧力容器による支持構造を示す平面図及び側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る燃料電池モジュール、燃料電池モジュールの製造方法の一実施形態及び各種変形例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
「実施形態」
まず、本発明に係る燃料電池モジュールの一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２６】
本実施形態の燃料電池モジュールＭは、図１に示すように、容器中心軸Ａｖを中心として容器中心軸方向Ｄｖに延びる円筒形状の圧力容器１０と、この圧力容器１０内に配置されている複数のカートリッジ２０１及び複数の各種配管３００と、を備えている。
【００２７】
配管３００としては、燃料ガス供給源１からの燃料ガスＧｆを圧力容器１０内の各カートリッジ２０１に導く燃料ガス供給配管３１０と、各カートリッジ２０１を通過した燃料ガスＧｆを圧力容器１０外に導く燃料ガス排出配管３２０と、酸化剤ガス供給源（図示なし）からの酸化剤ガスＧｏを圧力容器１０内の各カートリッジ２０１に導く酸化剤ガス供給配管３３０と、各カートリッジ２０１を通過した酸化剤ガスＧｏを圧力容器１０外に導く酸化剤ガス排出配管３４０とがある。
【００２８】
燃料ガスＧｆとしては、例えば、水素、一酸化炭素、メタン等の炭化水素系ガス、石炭等の炭素質原料のガス化により得られたガス、又は、これらの２以上の成分を含むガス等が利用される。また、酸化剤ガスＧｏとしては、例えば、酸素を１５〜３０ｖｏｌ％含むガス等が利用される。代表的な酸化剤ガスＧｏとしては、空気であるが、燃焼排気ガスと空気との混合ガスや、酸素と空気との混合ガスを利用してもよい。
【００２９】
圧力容器１０は、例えば、内部の圧力が０．１ＭＰａ〜約５ＭＰａ、内部の温度が大気温度〜約５５０℃で運用される。このため、この圧力容器１０は、耐圧性を考慮して、円筒形状の胴部（中間容器）１１と、胴部１１の中心軸方向における両端部に形成されている半球状の鏡部１２とを有している。
胴部１１の上下端部には、それぞれ、外周側に張り出すフランジ１１ｆが形成されている。また、下部の鏡部１２（下部容器：以下、これを下部鏡部１２と適宜称する）の上端部、および上部の鏡部１２（上部容器：以下、これを上部鏡部１２と適宜称する）の下端部には、それぞれ、外周側に張り出すフランジ１２ｆが形成されている。そして、胴部１１の下端部と下部鏡部１２、胴部１１の上端部と上部鏡部１２は、それぞれ周方向複数個所において、ボルト１９によって締結されている。
この圧力容器１０は、全体として円筒形状を成し、その容器中心軸Ａｖが上下方向に延びるよう設置されている。また、この圧力容器１０は、耐圧性と共に、酸化剤ガスＧｏ中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性も要求されるため、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス系材で形成されている。
【００３０】
カートリッジ２０１は、複数のセルスタックの束で構成されている。図２に示すように、セル集合体であるセルスタック１０１は、円筒形状（又は管形状）の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に形成されている複数の燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されているインターコネクタ１０７とを有する。燃料電池セル１０５は、燃料極１１２と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層して形成されている。セルスタック１０１は、さらに、基体管１０３の外周面に形成されている複数の燃料電池セル１０５のうちで、基体管１０３の軸方向において最も端に形成されている燃料電池セル１０５の空気極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されているリード
膜１１５を有する。
【００３１】
本実施形態では、この円筒形状（又は管形状）のセルスタック１０１の内周側に燃料ガスＧｆが通り、外周側に酸化剤ガスＧｏが通る。
【００３２】
基体管１０３は、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）、ＭｇＡｌ２Ｏ４等のいずれかで形成されている多孔質体である。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持する役目を担っている。さらに、この基体管１０３は、内周側に供給された燃料ガスＧｆを基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料電池セル１０５に拡散させる役目も担っている。
【００３３】
燃料極１１２は、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺ等、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で形成されている。この場合、燃料極１１２は、燃料極１１２の成分であるＮｉが燃料ガスＧｆに対して触媒として作用する。この触媒としての作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガスＧｆ中に、例えば、メタン（ＣＨ４）と水蒸気とが含まれている場合、これら相互を反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質する作用である。
【００３４】
空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で形成されている。この空気極１１３は、固体電解質１１１との界面付近において、供給される酸化剤ガスＧｏ中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２−）を生成する。
【００３５】
固体電解質１１１は、例えば、主としてＹＳＺで形成されている。このＹＳＺは、ガスを通しにくい気密性と、高温下での高い酸素イオン導電性とを有している。この固体電解質１１１は、空気極１１３で生成された酸素イオン（Ｏ２−）を燃料極１１２に移動させる。
【００３６】
前述の燃料極１１２では、固体電解質１１１との界面付近において、改質により得られた水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１から供給された酸素イオン（Ｏ２−）とが反応し、水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）が生成される。この燃料電池セル１０５では、この反応過程で酸素イオンから電子が放出されて、発電が行われる。
【００３７】
インターコネクタ１０７は、例えば、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物で形成されている。このインターコネクタ１０７は、燃料ガスＧｆと酸化剤ガスＧｏとが混合しないように緻密な膜で、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した電気導電性を有する。このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１１２とを電気的に接続する。つまり、このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５同士を電気的に直列接続する。
【００３８】
リード膜１１５は、電子伝導性を有すること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材で形成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタ１０７により電気的に直列接続されている複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出する役目を担っている。
【００３９】
カートリッジ２０１は、図３及び図４に示すように、複数のセルスタック１０１と、複数のセルスタック１０１の束の一方の端部を覆う第一カートリッジヘッダ２２０ａと、複数のセルスタック１０１の束の他方の端部を覆う第二カートリッジヘッダ２２０ｂと、を有している。複数のセルスタック１０１は、互いに平行で且つその長手方向における互いの位置が揃って、全体として円柱形状を成している。また、第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂは、円柱形状を成している複数のセルスタック１０１の束の外径よりわずかに大きな外径の円筒形状を成している。このため、カートリッジ２０１は、全体として、セルスタック１０１の長手方向に長い円柱形状を成している。
【００４０】
第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂは、いずれも、複数のセルスタック１０１の束の端部が開口２２８から内部に入り込む円筒形状のケーシング２２９ａ，２２９ｂと、ケーシング２２９ａ，２２９ｂの開口２２８を塞ぐ断熱体２２７ａ，２２７ｂと、ケーシング２２９ａ，２２９ｂの内部空間をセルスタック１０１の長手方向で２つの空間に仕切る管板２２５ａ，２２５ｂと、を有している。管板２２５ａ，２２５ｂ等は、インコネル（ニッケル基合金に対するスペシャルメタルズ社の登録商標）等の高温耐久性のある金属材料で形成されている。管板２２５ａ，２２５ｂ及び断熱体２２７ａ，２２７ｂには、複数のセルスタック１０１の端部のそれぞれが挿通可能な貫通孔が形成されている。管板２２５ａ，２２５ｂは、その貫通孔に挿通されたセルスタック１０１の端部をシール部材又は接着剤２３７を介して支持する。このため、この管板２２５ａ，２２５ｂには貫通孔が形成されているものの、この管板２２５ａ，２２５ｂを基準にしてケーシング２２９ａ，２２９ｂ内の一方の空間に対する他方の空間の気密性が確保されている。断熱体２２７ａ，２２７ｂの貫通孔の内径は、ここに挿通されるセルスタック１０１の外径よりも大きく形成されている。つまり、断熱体２２７ａ，２２７ｂの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されたセルスタック１０１の外周面との間には隙間２３５ａ，２３５ｂが存在する。
【００４１】
第一カートリッジヘッダ２２０ａのケーシング２２９ａと管板２２５ａとで形成されている空間は、燃料ガスＧｆが供給される燃料ガス供給室２１７を形成している。このケーシング２２９ａには、燃料ガス供給配管３１０（３１３ａ，３１３ｂ）からの燃料ガスＧｆを燃料ガス供給室２１７に導くための燃料ガス供給孔２３１ａが形成されている。この燃料ガス供給室２１７内には、複数のセルスタック１０１における基体管１０３の端部が位置し、ここで開放している。燃料ガス供給配管３１０から燃料ガス供給室２１７に導かれた燃料ガスＧｆは、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に流れ込む。この際、燃料ガスＧｆは、燃料ガス供給室２１７により、複数のセルスタック１０１の各基体管１０３に対してほぼ均等流量に配分される。このため、複数のセルスタック１０１における各発電量の均一化を図ることができる。
【００４２】
第二カートリッジヘッダ２２０ｂのケーシング２２９ｂと管板２２５ｂとで形成されている空間は、セルスタック１０１の基体管１０３内を通過した燃料ガスＧｆが流れ込む燃料ガス排出室２１９を形成している。このケーシング２２９ｂには、燃料ガス排出室２１９に流れ込んだ燃料ガスＧｆを燃料ガス排出配管３２０（３２３ａ，３２３ｂ）に導くための燃料ガス排出孔２３１ｂが形成されている。この燃料ガス排出室２１９内には、複数のセルスタック１０１における基体管１０３の端部が位置し、ここで開放している。複数のセルスタック１０１の各基体管１０３内を通過した燃料ガスＧｆは、前述したように、燃料ガス排出室２１９に流入した後、燃料ガス排出配管３２０を通って、圧力容器１０外へ排出される。
【００４３】
第二カートリッジヘッダ２２０ｂのケーシング２２９ｂと断熱体２２７ｂと管板２２５ｂとで形成されている空間は、酸化剤ガス供給室２１６を形成している。このケーシング２２９ｂには、酸化剤ガス供給配管３３０（３３３ａ，３３３ｂ）からの酸化剤ガスＧｏを酸化剤ガス供給室２１６に導くための酸化剤ガス供給孔２３３ｂが形成されている。この酸化剤ガス供給室２１６内に導かれた酸化剤ガスＧｏは、断熱体２２７ｂの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されているセルスタック１０１の外周面との間の隙間２３５ｂから、第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間の発電室２１５へと流出する。
【００４４】
第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間の発電室２１５には、複数のセルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置されている。このため、この発電室２１５では、燃料ガスＧｆと酸化剤ガスＧｏとが電気化学的反応して、発電が行われる。なお、この発電室２１５で、セルスタック１０１の長手方向における中央部付近の温度は、燃料電池モジュールＭの定常運転時に、およそ７００℃〜１１００℃の高温雰囲気になる。また、この発電室２１５は、第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間であって、外周側が後述の内側断熱材１６で囲まれた空間である。
【００４５】
第一カートリッジヘッダ２２０ａのケーシング２２９ａと断熱体２２７ａと管板２２５ａとで形成されている空間は、発電室２１５を通った酸化剤ガスＧｏが流入する酸化剤ガス排出室２１８を形成している。このケーシング２２９ａには、酸化剤ガス排出室２１８に流れ込んだ酸化剤ガスＧｏを酸化剤ガス排出配管３４０（３４３ａ，３４３ｂ）に導くための酸化剤ガス排出孔２３３ａが形成されている。発電室２１５中の酸化剤ガスＧｏは、断熱体２２７ａの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されているセルスタック１０１の外周面との間の隙間２３５ａから酸化剤ガス排出室２１８内に流入した後、酸化剤ガス排出配管３４０を通って、圧力容器１０外へ排出される。
【００４６】
発電室２１５の高温化に伴って、各カートリッジヘッダ２２０ａ，２２０ｂの管板２２５ａ，２２５ｂが高温化する。第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂの断熱体２２７ａ，２２７ｂは、この管板２２５ａ，２２５ｂが高温化による強度低下や酸化剤ガスＧｏ中に含まれている酸化剤による腐食を抑える。さらに、この断熱体２２７ａ，２２７ｂは、管板２２５ａ，２２５ｂの熱変形も抑える。
【００４７】
前述したように、発電室２１５中の酸化剤ガスＧｏと、この発電室２１５に配置されている複数のセルスタック１０１の内側を通る燃料ガスＧｆとは、セルスタック１０１における複数の燃料電池セル１０５で電気化学反応する。この結果、複数の燃料電池セル１０５で発電が行われる。
【００４８】
複数の燃料電池セル１０５での発電で得られた直流電流は、複数の燃料電池セル１０５相互間に設けられているインターコネクタ１０７を経て、セルスタック１０１の端部側へ流れ、このセルスタック１０１のリード膜１１５に流れ込む。そして、この直流電流は、リード膜１１５から、集電板（不図示）を介して、カートリッジ２０１の集電棒（不図示）に流れ、カートリッジ２０１外部へ取り出される。複数の集電棒は、互いに直列及び／又は並列接続されている。集電棒のうち、最も下流側の集電棒は、例えば、図示されていないインバータに接続されている。カートリッジ２０１外部に取り出された直流電流は、直列及び／又は並列接続されている複数の集電棒を経て、例えば、インバータに流れ、ここで交流電流に変換されて、電力負荷へと供給される。
【００４９】
セルスタック１０１の内周側を流れる燃料ガスＧｆとセルスタック１０１の外周側を流れる酸化剤ガスＧｏとは、このセルスタック１０１を介して熱交換する。この結果、燃料ガスＧｆは、酸化剤ガスＧｏにより加熱され、酸化剤ガスＧｏは、逆に燃料ガスＧｆにより冷却される。本実施形態では、これら燃料ガスＧｆと酸化剤ガスＧｏとがセルスタック１０１の内周側と外周側とを対向して流れる。このため、燃料ガスＧｆと酸化剤ガスＧｏとの熱交換率が高まり、燃料ガスＧｆによる酸化剤ガスＧｏの冷却効率、及び酸化剤ガスＧｏによる燃料ガスＧｆの加熱効率が高まる。よって、本実施形態において、酸化剤ガスＧｏは、第一カートリッジヘッダ２２０ａを形成する管板２２５ａ等が座屈変形等しない温度に冷却されてから、この第一カートリッジヘッダ２２０ａの酸化剤ガス排出室２１８に流れ込む。また、本実施形態において、燃料ガスＧｆは、発電室２１５内のセルスタック１０１内で、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温される。
【００５０】
なお、本実施形態では、燃料ガスＧｆと酸化剤ガスＧｏとがセルスタック１０１の内周側と外周側とを対向して流れる、つまり燃料ガスＧｆと酸化剤ガスＧｏとが逆向きに流れるが、必ずしもこの必要はなく、例えば、燃料ガスＧｆと酸化剤ガスＧｏとがセルスタック１０１の内周側と外周側で同じ向きに流れてもよいし、酸化剤ガスＧｏが燃料ガスＧｆの流れに対して直交する方向に流れてもよい。
【００５１】
円柱形状の複数のカートリッジ２０１は、いずれも、カートリッジ中心軸Ａｃが圧力容器１０の容器中心軸Ａｖと平行になるよう、圧力容器１０内に配置されている。つまり、本実施形態では、カートリッジ中心軸Ａｃは、容器中心軸Ａｖと同様、上下方向に延びている。本実施形態において、所定数のカートリッジ２０１は、容器中心軸方向Ｄｖ（上下方向）における位置が互いに同じ位置になり、且つ容器中心軸Ａｖに対して垂直な仮想面を含む方向で互いに隣接するよう配置されて、カートリッジ群２００を構成している。
【００５２】
本実施形態の燃料電池モジュールＭは、このカートリッジ群２００を２つ備えている。２つのカートリッジ群２００は、圧力容器１０の胴部１１内で容器中心軸方向Ｄｖに沿って並んでいる。また、２つのカートリッジ群２００（第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂ）は、胴部１１内で、上下に間隔を隔てて配置されている。
【００５３】
図５〜図８に示すように、１つのカートリッジ群２００を構成するカートリッジ２０１の数量は、３以上であり、本実施形態の場合、７個である。７個のカートリッジ２０１のうち、一のカートリッジ２０１は、容器中心軸Ａｖ（図５、図７）上に配置され、残りの６個のカートリッジ２０１は、一のカートリッジ２０１を囲むように、容器中心軸Ａｖを中心として周方向に並んで配置されている。また、容器中心軸Ａｖ上に配置されている一のカートリッジ２０１を基準にして対称な位置に、残りの６個のカートリッジ２０１のうちの２個が配置されている。つまり、一のカートリッジ２０１を含む３個のカートリッジ２０１の各カートリッジ中心軸Ａｃは、容器中心軸Ａｖに対する放射方向に直線上に並んでいる。このように本実施形態では、容器中心軸Ａｖに対する放射方向に３個のカートリッジ２０１が直線状に並ぶ関係上、円柱形状のカートリッジ２０１の直径（＝カートリッジ２０１の内接円の直径）は、円筒形状の圧力容器１０の内径の１／３未満である。また、互いに隣り合っているカートリッジ２０１の各カートリッジ中心軸Ａｃの相互間隔は、いずれの組合せでも同一である。よって、本実施形態において、互いに隣り合っている３個のカートリッジ２０１の各カートリッジ中心軸Ａｃは、正三角形の頂点上に位置している。
【００５４】
２つのカートリッジ群２００のうち、上側に配置されている第一カートリッジ群２００ａを構成する複数のカートリッジ２０１は、第一カートリッジヘッダ２２０ａを下側に向け、第二カートリッジヘッダ２２０ｂを上側に向けて配置されている。また、第二カートリッジ群２００ｂを構成する複数のカートリッジ２０１は、第一カートリッジヘッダ２２０ａを上側に向け、第二カートリッジヘッダ２２０ｂを下側に向けて配置されている。
【００５５】
図５，図７に示すように、燃料ガス供給配管３１０、燃料ガス排出配管３２０、酸化剤ガス供給配管３３０、酸化剤ガス排出配管３４０には、いずれも、第一カートリッジ群２００ａ用の配管３１０ａ，３２０ａ，３３０ａ，３４０ａと第二カートリッジ群２００ｂ用の配管３１０ｂ，３２０ｂ，３３０ｂ，３４０ｂとがある。さらに、燃料ガス供給配管３１０、燃料ガス排出配管３２０、酸化剤ガス供給配管３３０、酸化剤ガス排出配管３４０は、いずれも、本管と、カートリッジ群２００を構成する複数のカートリッジ２０１の数量分（又はこの数量の倍数分）だけ本管から分岐した分岐管とを有している。
【００５６】
図５に示すように、第一カートリッジ群２００ａ用の燃料ガス供給本管３１１ａは、第一カートリッジ群２００ａの下方位置で圧力容器１０の外周側に配置されている。この燃料ガス供給本管３１１ａには、例えば３本の燃料ガス供給サブ管３１２ａが接続され、各燃料ガス供給サブ管３１２ａは、圧力容器１０の胴部１１を貫通して、第一カートリッジ群２００ａの下方位置で横方向に延びるよう配置されている。これらの燃料ガス供給サブ管３１２ａには、合計７（又は７×ｎ）本の燃料ガス供給分岐管３１３ａが接続されている。各燃料ガス供給分岐管３１３ａは、第一カートリッジ群２００ａを構成する７個のカートリッジ２０１の第一カートリッジヘッダ２２０ａ内の燃料ガス供給室２１７（図３）と連通している。
【００５７】
燃料ガス供給サブ管３１２ａは、溶接等により予め胴部１１に接合されて胴部１１を貫通するスリーブ（第一の貫通配管）３１４ａと、胴部１１外において燃料ガス供給本管３１１ａから分岐し、スリーブ３１４ａにフランジ接合された外部サブ管３１８ａと、胴部１１内において圧力容器１０の容器中心軸Ａｖに直交する方向に延び、スリーブ３１４ａにフランジ接合された内部サブ管３１９ａと、を備える。
さらに、内部サブ管３１９ａは、その中間部に、可撓性を有するとともに、管軸方向に伸縮可能なフレキシブル配管３１９ｆを備えている。
【００５８】
図６に示すように、燃料ガス供給分岐管３１３ａは、燃料ガス供給サブ管３１２ａの内部サブ管３１９ａから分岐した第一固定管３１６ａと、第一カートリッジ群２００ａの第一カートリッジヘッダ２２０ａに接続された第二固定管（固定配管）３１７ａと、これら第一固定管３１６ａと第二固定管３１７ａとの間に設けられ、可撓性を有するとともに、管軸方向に伸縮可能なフレキシブル配管３１５ａと、を有している。
【００５９】
また、図５に示すように、第二カートリッジ群２００ｂ用の燃料ガス供給本管３１１ｂは、第二カートリッジ群２００ｂの上方位置で圧力容器１０の外周側に配置されている。この燃料ガス供給本管３１１ｂには、例えば３本の燃料ガス供給サブ管３１２ｂが接続され、各燃料ガス供給サブ管３１２ｂは、圧力容器１０の胴部１１を貫通して、第二カートリッジ群２００ｂの上方位置で横方向に延びるよう配置されている。これらの燃料ガス供給サブ管３１２ｂには、合計７（又は７×ｎ）本の燃料ガス供給分岐管３１３ｂが接続されている。各燃料ガス供給分岐管３１３ｂは、第二カートリッジ群２００ｂを構成する７個のカートリッジ２０１の第一カートリッジヘッダ２２０ａ内の燃料ガス供給室２１７（図３）と連通している。
【００６０】
燃料ガス供給サブ管３１２ｂは、溶接等により予め胴部１１に接合されて胴部１１を貫通するスリーブ（第二の貫通配管）３１４ｂと、胴部１１外において燃料ガス供給本管３１１ｂから分岐し、スリーブ３１４ｂにフランジ接合された外部サブ管３１８ｂと、胴部１１内において圧力容器１０の容器中心軸Ａｖに直交する方向に延び、スリーブ３１４ｂにフランジ接合された内部サブ管３１９ｂと、を備える。
さらに、内部サブ管３１９ｂは、その中間部に、可撓性を有するとともに、管軸方向に伸縮可能なフレキシブル配管３１９ｇを備えている。
【００６１】
図６に示すように、燃料ガス供給分岐管３１３ｂは、燃料ガス供給サブ管３１２ｂの内部サブ管３１９ｂから分岐した第一固定管３１６ｂと、第二カートリッジ群２００ｂの第一カートリッジヘッダ２２０ａに接続された第二固定管（固定配管）３１７ｂと、これら第一固定管３１６ｂと第二固定管３１７ｂとの間に設けられ、可撓性を有するとともに、管軸方向に伸縮可能なフレキシブル配管３１５ｂと、を有している。
【００６２】
図１，図７に示すように、第一カートリッジ群２００ａ用の燃料ガス排出本管３２１ａは、第一カートリッジ群２００ａの上方位置で圧力容器１０の上部鏡部１２の内外を貫通し、横方向に延びるよう配置されている。この燃料ガス排出本管３２１ａには、７（又は７×ｎ）本の燃料ガス排出分岐管３２３ａ（図７）が接続され、各燃料ガス排出分岐管３２３ａは、第一カートリッジ群２００ａを構成する７個のカートリッジ２０１の第二カートリッジヘッダ２２０ｂ内の燃料ガス排出室２１９（図３）と連通している。
【００６３】
燃料ガス排出本管３２１ａは、溶接等により予め上部鏡部１２に接合されて上部鏡部１２を貫通するスリーブ管（第二の貫通配管）３２４ａと、上部鏡部１２外においてスリーブ管３２４ａにフランジ接合された外部本管３２８ａと、上部鏡部１２内において圧力容器１０の容器中心軸Ａｖに直交する方向に延び、スリーブ管３２４ａにフランジ接合された内部本管３２９ａと、を備えている。
【００６４】
図８に示すように、燃料ガス排出分岐管３２３ａは、燃料ガス排出本管３２１ａの内部本管３２９ａから分岐した第一固定管３２６ａと、第一カートリッジ群２００ａの第二カートリッジヘッダ２２０ｂに接続された第二固定管（固定配管）３２７ａと、これら第一固定管３２６ａと第二固定管３２７ａとの間に設けられ、可撓性を有するとともに、管軸方向に伸縮可能なフレキシブル配管３２５ａと、を有している。
【００６５】
また、図１，図７に示すように、第二カートリッジ群２００ｂ用の燃料ガス排出本管３２１ｂは、第二カートリッジ群２００ｂの下方位置で圧力容器１０の下部鏡部１２の内外を貫通し、横方向に延びるよう配置されている。この燃料ガス排出本管３２１ｂには、７（又は７×ｎ）個の燃料ガス排出分岐管３２３ｂ（図７）が接続され、各燃料ガス排出分岐管３２３ｂは、第二カートリッジ群２００ｂを構成する７個のカートリッジ２０１の第二カートリッジヘッダ２２０ｂ内の燃料ガス排出室２１９（図３）と連通している。
【００６６】
燃料ガス排出本管３２１ｂは、溶接等により予め下部鏡部１２に接合されて下部鏡部１２を貫通するスリーブ管（第一の貫通配管）３２４ｂと、下部鏡部１２外においてスリーブ管３２４ｂにフランジ接合された外部本管３２８ｂと、下部鏡部１２内において圧力容器１０の容器中心軸Ａｖに直交する方向に延び、スリーブ管３２４ｂにフランジ接合された内部本管３２９ｂと、を備えている。
【００６７】
図８に示すように、燃料ガス排出分岐管３２３ｂは、燃料ガス排出本管３２１ｂの内部本管３２９ｂから分岐した第一固定管３２６ｂと、第二カートリッジ群２００ｂの第二カートリッジヘッダ２２０ｂに接続された第二固定管（固定配管）３２７ｂと、これら第一固定管３２６ｂと第二固定管３２７ｂとの間に設けられ、可撓性を有するとともに、管軸方向に伸縮可能なフレキシブル配管３２５ｂと、を有している。
【００６８】
図１，図７に示すように、第一カートリッジ群２００ａ用の酸化剤ガス供給本管３３１ａは、第一カートリッジ群２００ａの上方位置で、燃料ガス排出本管３２１ａと平行に、圧力容器１０の上部鏡部１２の内外を貫通し、横方向に延びるよう配置されている。図７に示すように、酸化剤ガス供給本管３３１ａには、７（又は７×ｎ）本の酸化剤ガス供給分岐管３３３ａが接続されている。各酸化剤ガス供給分岐管３３３ａは、第一カートリッジ群２００ａを構成する７個のカートリッジ２０１の第二カートリッジヘッダ２２０ｂ内の酸化剤ガス供給室２１６（図３）と連通している。
【００６９】
酸化剤ガス供給本管３３１ａは、溶接等により予め上部鏡部１２に接合されて上部鏡部１２を貫通するスリーブ管（第二の貫通配管）３３４ａと、上部鏡部１２外においてスリーブ管３３４ａにフランジ接合された外部本管３３８ａと、上部鏡部１２内において圧力容器１０の容器中心軸Ａｖに直交する方向に延び、スリーブ管３３４ａにフランジ接合された内部本管３３９ａと、を備えている。
【００７０】
図８に示すように、酸化剤ガス供給分岐管３３３ａは、酸化剤ガス供給本管３３１ａの内部本管３３９ａから分岐した第一固定管３３６ａと、第一カートリッジ群２００ａの第二カートリッジヘッダ２２０ｂに接続された第二固定管（固定配管）３３７ａと、これら第一固定管３３６ａと第二固定管３３７ａとの間に設けられ、可撓性を有するとともに、管軸方向に伸縮可能なフレキシブル配管３３５ａと、を有している。
【００７１】
図１，図７に示すように、第二カートリッジ群２００ｂ用の酸化剤ガス供給本管３３１ｂは、第二カートリッジ群２００ｂの下方位置で、燃料ガス排出本管３２１ｂと平行に、圧力容器１０の下部鏡部１２の内外を貫通し、横方向に延びるよう配置されている。酸化剤ガス供給本管３３１ｂには、７本（又は７×ｎ）の酸化剤ガス供給分岐管３３３ｂ（図７）が接続されている。各酸化剤ガス供給分岐管３３３ｂは、第二カートリッジ群２００ｂを構成する７個のカートリッジ２０１の第二カートリッジヘッダ２２０ｂ内の酸化剤ガス供給室２１６（図３）と連通している。
【００７２】
酸化剤ガス供給本管３３１ｂは、溶接等により予め下部鏡部１２に接合されて下部鏡部１２を貫通するスリーブ管（第一の貫通配管）３３４ｂと、下部鏡部１２外においてスリーブ管３３４ｂにフランジ接合された外部本管３３８ｂと、下部鏡部１２内において圧力容器１０の容器中心軸Ａｖに直交する方向に延び、スリーブ管３３４ｂにフランジ接合された内部本管３３９ｂと、を備えている。
【００７３】
図８に示すように、酸化剤ガス供給分岐管３３３ｂは、酸化剤ガス供給本管３３１ｂの内部本管３３９ｂから分岐した第一固定管３３６ｂ（図７）と、第二カートリッジ群２００ｂの第二カートリッジヘッダ２２０ｂに接続された第二固定管（固定配管）３３７ｂと、これら第一固定管３３６ｂと第二固定管３３７ｂとの間に設けられ、可撓性を有するとともに、管軸方向に伸縮可能なフレキシブル配管３３５ｂ（図７）と、を有している。
【００７４】
図１，図５に示すように、第一カートリッジ群２００ａ用の酸化剤ガス排出本管３４１ａは、第一カートリッジ群２００ａの下方位置で、圧力容器１０の外周側に配置されている。この酸化剤ガス排出本管３４１ａには、例えば５本の酸化性ガス排出サブ管３４２ａが接続され、各酸化性ガス排出サブ管３４２ａは、圧力容器１０の胴部１１を貫通して、第一カートリッジ群２００ａの下方位置で横方向に延びるよう配置されている。これらの酸化性ガス排出サブ管３４２ａには、合計１４（又は７×ｎ）本の酸化剤ガス排出分岐管３４３ａが接続されている。各酸化剤ガス排出分岐管３４３ａは、第一カートリッジ群２００ａを構成する７個のカートリッジ２０１の第一カートリッジヘッダ２２０ａ内の酸化剤ガス排出室２１８（図３）と連通している。
【００７５】
酸化性ガス排出サブ管３４２ａは、溶接等により予め胴部１１に接合されて胴部１１を貫通するスリーブ（第一の貫通配管）３４４ａと、胴部１１外において酸化剤ガス排出本管３４１ａから分岐し、スリーブ３４４ａにフランジ接合された外部サブ管３４８ａと、胴部１１内において圧力容器１０の容器中心軸Ａｖに直交する方向に延び、スリーブ３４４ａにフランジ接合された内部サブ管３４９ａと、を備える。
さらに、内部サブ管３４９ａは、その中間部に、可撓性を有するとともに、管軸方向に伸縮可能なフレキシブル配管３４９ｆを備えている。
【００７６】
図６に示すように、酸化剤ガス排出分岐管３４３ａは、酸化性ガス排出サブ管３４２ａの内部サブ管３４９ａに接続された第一固定管３４６ａと、第一カートリッジ群２００ａの第一カートリッジヘッダ２２０ａに接続された第二固定管（固定配管）３４７ａと、これら第一固定管３４６ａと第二固定管３４７ａとの間に設けられ、可撓性を有するとともに、管軸方向に伸縮可能なフレキシブル配管３４５ａと、を有している。
【００７７】
図１，図５に示すように、第二カートリッジ群２００ｂ用の酸化剤ガス排出本管３４１ｂは、第二カートリッジ群２００ｂの上方位置で、圧力容器１０の外周側に配置されている。この酸化剤ガス排出本管３４１ｂには、例えば５本の酸化性ガス排出サブ管３４２ｂが接続され、各酸化性ガス排出サブ管３４２ｂは、圧力容器１０の胴部１１を貫通して、第二カートリッジ群２００ｂの上方位置で横方向に延びるよう配置されている。これらの酸化性ガス排出サブ管３４２ｂには、合計１４（又は７×ｎ）本の酸化剤ガス排出分岐管３４３ｂが接続されている。各酸化剤ガス排出分岐管３４３ｂは、第二カートリッジ群２００ｂを構成する７個のカートリッジ２０１の第一カートリッジヘッダ２２０ａ内の酸化剤ガス排出室２１８（図３）と連通している。
【００７８】
酸化性ガス排出サブ管３４２ｂは、溶接等により予め胴部１１に接合されて胴部１１を貫通するスリーブ（第二の貫通配管）３４４ｂと、胴部１１外において酸化剤ガス排出本管３４１ｂから分岐し、スリーブ３４４ｂにフランジ接合された外部サブ管３４８ｂと、胴部１１内において圧力容器１０の容器中心軸Ａｖに直交する方向に延び、スリーブ３４４ｂにフランジ接合された内部サブ管３４９ｂと、を備える。
さらに、内部サブ管３４９ｂは、その中間部に、可撓性を有するとともに、管軸方向に伸縮可能なフレキシブル配管３４９ｇを備えている。
【００７９】
図６に示すように、酸化剤ガス排出分岐管３４３ｂは、酸化性ガス排出サブ管３４２ｂの内部サブ管３４９ｂに接続された第一固定管３４６ｂと、第二カートリッジ群２００ｂの第一カートリッジヘッダ２２０ａに接続された第二固定管（固定配管）３４７ｂと、これら第一固定管３４６ｂと第二固定管３４７ｂとの間に設けられ、可撓性を有するとともに、管軸方向に伸縮可能なフレキシブル配管３４５ｂと、を有している。
【００８０】
図９に示すように、上記のフレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３１９ｆ，３１９ｇ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂ，３４９ｆ，３４９ｇは、それぞれ、ステンレス合金製のフレキシブルチューブ３８０と、フレキシブルチューブ３８０の両端部に設けられ、外周側に張り出す円環状のフランジ３８１，３８２と、を備えている。
フレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂの両端部が接続される第一固定管３１６ａ，３１６ｂ，３２６ａ，３２６ｂ，３３６ａ，３３６ｂ，３４６ａ，３４６ｂと、第二固定管３１７ａ，３１７ｂ，３２７ａ，３２７ｂ，３３７ａ，３３７ｂ，３４７ａ，３４７ｂとには、それぞれ外周側に張り出す円環状のフランジ３８３，３８４が設けられている。
そして、フランジ３８１とフランジ３８３、フランジ３８２とフランジ３８３は、それぞれ互いに突き合わされ、図示しないボルト・ナットやクランプ金具等の締結手段によって締結されている。これにより、フレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂの両端部が、第一固定管３１６ａ，３１６ｂ，３２６ａ，３２６ｂ，３３６ａ，３３６ｂ，３４６ａ，３４６ｂと、第二固定管３１７ａ，３１７ｂ，３２７ａ，３２７ｂ，３３７ａ，３３７ｂ，３４７ａ，３４７ｂとに連結される。
【００８１】
さらに、フランジ３８１，３８２，３８３，３８４には、円環状の溝３８１ａ，３８２ａ，３８３ａ，３８４ａが形成されている。そして、フランジ３８１とフランジ３８３との間、フランジ３８２とフランジ３８４との間には、それぞれ、円環状のパッキン３９０が挟み込まれている。
パッキン３９０は、フランジ３８１，３８２，３８３，３８４の内径および外径とほぼ同じ内径および外径を有した円環プレート部３９１と、円環プレート部３９１の両側の側面３９１ａ，３９１ｂに一体に形成され、円環プレート部３９１の周方向に沿って連続する突条部３９２，３９３と、を有している。ここで、突条部３９２，３９３は、その内径面３９２ａ，３９３ａが、円環プレート部３９１の側面３９１ａ、３９１ｂから直交する方向（突条部３９２，３９３の側面３９１ａ、３９１ｂからの突出方向）に離間するにしたがって、その内径が漸次拡大するテーパ形状とされている。また、突条部３９２，３９３の外径面３９２ｂ，３９３ｂは、円環プレート部３９１の側面３９１ａ、３９１ｂに直交し、一定の外径を有したストレート形状とされている。
このようなパッキン３９０は、円環プレート部３９１が、フランジ３８１とフランジ３８３との間、フランジ３８２とフランジ３８４との間に挟み込まれ、突条部３９２，３９３が、円環状の溝３８１ａ，３８３ａ、３８２ａ，３８４ａに嵌まり込むようになっている。この状態で、パッキン３９０は、弾性変形領域内で弾性変形した状態とされている。さらに、パッキン３９０の突条部３９２，３９３の外径面３９２ｂ，３９３ｂは、溝３８１ａ，３８２ａ，３８３ａ，３８４ａの溝側面３８１ｂ，３８２ｂ，３８３ｂ，３８４ｂと平行になり、内圧が作用したときに互いに密着できるようになっている。
【００８２】
また、パッキン３９０は、フランジ３８１，３８２，３８３，３８４よりも、熱膨張率の高い材料で形成するのが好ましいい。例えば、フランジ３８１，３８２，３８３，３８４がフェライト系のＳＵＳ４３０材（１０．４×１０＾−６［１／Ｋ］）で形成されている場合、パッキン３９０は、オーステナイト系のＳＵＳ３０４材（熱膨張率１７×１０＾−６［１／Ｋ］）等で形成するのが好ましい。このようにすると、高温になるにしたがって、パッキン３９０が膨張することによって、フランジ３８１とフランジ３８３との間、フランジ３８２とフランジ３８４との間におけるシール性が、より高まる。
【００８３】
なお、上記の図９に示したフレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３１９ｆ，３１９ｇ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂ，３４９ｆ，３４９ｇの構成は、フレキシブル配管３１９ｆ，３１９ｇ，３４９ｆ，３４９ｇにも同様に適用することができる。
【００８４】
図１０、図１１、図１２に示すように、上記のような第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂは、それぞれ、所定数（本実施形態では７本）個のカートリッジ２０１が、支持フレーム４００によって保持されている。支持フレーム４００は、上部フレーム４１０と、下部フレーム４２０と、これら上部フレーム４１０と下部フレーム４２０とを一体に連結する支柱４３０と、を備えている。
上部フレーム４１０は、予め定められた外径を有する円環状で、本実施形態では、例えばＨ型断面の鋼材４１１が平面視略円形に形成されることで構成されている。ここで、Ｈ型断面の鋼材４１１は、フランジ４１１ａ，４１１ｂを水平面内に位置させ、ウェブ４１１ｃを鉛直面内に位置させて配置されている。この円環状の上部フレーム４１０の内側には、適宜、補強のための鋼材４１２が設けられている。
下部フレーム４２０は、予め定められた外径を有する円環状で、本実施形態では、例えばＨ型断面の鋼材４２１が平面視略円形に形成されることで構成されている。ここで、Ｈ型断面の鋼材４２１は、フランジ４２１ａ，４２１ｂを水平面内に位置させ、ウェブ４２１ｃを鉛直面内に位置させて配置されている。この円環状の下部フレーム４２０の内側には、所定個数のカートリッジ２０１を支持するためのサポートフレーム４２２が格子状に設けられている。適宜、補強のための鋼材等を設けても良い。
支柱４３０は、上部フレーム４１０および下部フレーム４２０の周方向に間隔を隔てて複数本（本実施形態では８本）が設けられている。各支柱４３０は、上部フレーム４１０の下側のフランジ４１１ｂと下部フレーム４２０の上側のフランジ４２１ａとの間に、鉛直方向に延在するよう設けられている。
【００８５】
圧力容器１０は、その内周面１０ａに、圧力容器１０内で第一カートリッジ群２００ａを支える第一支持台５００ａと、圧力容器１０内で第二カートリッジ群２００ｂを支える第二支持台５００ｂと、を備える。第一支持台５００ａは、圧力容器１０の上下方向中間部に設けられ、第二支持台５００ｂは、下部鏡部１２の上部に設けられている。
図１１、図１３に示すように、第一支持台５００ａ，第二支持台５００ｂは、それぞれ、圧力容器１０の内周面１０ａから圧力容器１０の中心に向けて突出し、水平面内に位置する支持プレート５０１と、支持プレート５０１の下面と圧力容器１０の内周面１０ａとの間に設けられた補強プレート５０２と、を備えている。第一支持台５００ａ，第二支持台５００ｂの支持プレート５０１は、圧力容器１０の内周面１０ａの周方向に沿って連続する平面視円環状としても良いし、圧力容器１０の内周面１０ａの周方向に沿って間隔を隔てて間欠的に複数個（３個以上）を設けても良い。
【００８６】
また、図１１、図１４に示すように、第一支持台５００ａ、第二支持台５００ｂの上方には、圧力容器１０の内周面１０ａに沿って上下方向に連続するガイド部材（凸部）５１０が形成されている。このガイド部材５１０は、その上下方向において、圧力容器１０の内周面１０ａから圧力容器１０の径方向における突出寸法、および圧力容器１０の周方向に沿った厚さが一定とされている。このようなガイド部材５１０は、それぞれ、圧力容器１０の内周面１０ａの周方向に沿って間隔を隔てて少なくとも２個が設けられている。
【００８７】
さらに、図１３に示すように、第一支持台５００ａ、第二支持台５００ｂのそれぞれは、支持プレート５０１の上面に、上方に向けて突出する位置決めピン５２０が設けられている。位置決めピン５２０は、先端部５２０ａが上方に行くにしたがいその外径が漸次縮小するテーパ状とされ、それ以外の部分５２０ｂは、上下方向に沿って一定の外径を有したストレート形状とされている。
【００８８】
図１４に示すように、上記のガイド部材５１０に対応し、上部フレーム４１０の鋼材４１１のフランジ４１１ａ，４１１ｂ、下部フレーム４２０の鋼材４２１のフランジ４２１ａ，４２１ｂに、ガイド部材５１０を受け入れる凹部（被ガイド部）４１３ａ，４１３ｂ、４２３ａ，４２３ｂが形成されている。そして、これら凹部４１３ａ，４１３ｂ、４２３ａ，４２３ｂ内にガイド部材５１０が挿入されている。
また、上記の位置決めピン５２０に対応し、下部フレーム４２０の鋼材４２１のフランジ４２１ｂに、凹部（嵌合部）４２４が形成され、この凹部４２４に位置決めピン５２０が挿入されている。
【００８９】
さらに、燃料電池モジュールＭは、圧力容器１０の内周面１０ａに沿い、かつ第一カートリッジ群２００ａ及び第二カートリッジ群２００ｂの外周側に配置されている円筒形状の外側断熱材１５と、第一カートリッジ群２００ａを構成する複数のカートリッジ２０１の相互間及び第二カートリッジ群２００ｂを構成する複数のカートリッジ２０１の相互間に充填されている内側断熱材（図示無し）と、を備えている。各断熱材１５，１６は、例えば、アルミナシリカ系の材料で形成されている。
【００９０】
圧力容器１０において、上部鏡部１２と、下部鏡部１２には、第一カートリッジ群２００ａの上方の空間Ｓ１，第二カートリッジ群２００ｂの下方の空間Ｓ２に、作業員が圧力容器１０内に出入りするためのマンホール（上部マンホール）１７Ａ，マンホール（下部マンホール）１７Ｂが形成されている。
また、圧力容器１０において、胴部１１には、第一カートリッジ群２００ａと第二カートリッジ群２００ｂとの間の空間Ｓ３に、作業員が圧力容器１０内に出入りするためのマンホール（下部マンホール、上部マンホール）１８が形成されている。
これらのマンホール１７Ａ，１７Ｂ，１８は、それぞれ蓋体１７Ｃ，１８Ｃが着脱自在とされて、通常時は蓋体１７Ｃ，１８Ｃによって密閉されている。
【００９１】
（燃料電池モジュールＭの製造方法）
上記したような燃料電池モジュールＭを製造するには、予め、第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂを構成する所定個数のカートリッジ２０１を、支持フレーム４００に組み付ける。
このとき、第一カートリッジ群２００ａの上部には、第二の配管として、燃料ガス排出分岐管３２３ａ、燃料ガス排出本管３２１ａの内部本管３２９ａ、酸化剤ガス供給分岐管３３３ａ、酸化剤ガス供給本管３３１ａの内部本管３３９ａを一体に組み付けておく。第一カートリッジ群２００ａの下部には、第一の配管として、燃料ガス供給分岐管３１３ａ、燃料ガス供給サブ管３１２ａの内部サブ管３１９ａ、酸化剤ガス排出分岐管３４３ａ、酸化性ガス排出サブ管３４２ａの内部サブ管３４９ａを一体に組み付けておく。
また、第二カートリッジ群２００ｂの上部には、第二の配管として、燃料ガス供給分岐管３１３ｂ、燃料ガス供給サブ管３１２ｂの内部サブ管３１９ｂ、酸化剤ガス排出分岐管３４３ｂ、酸化性ガス排出サブ管３４２ｂの内部サブ管３４９ｂを一体に組み付けておく。第二カートリッジ群２００ｂの下部には、第一の配管として、燃料ガス排出分岐管３２３ｂ、燃料ガス排出本管３２１ｂの内部本管３２９ｂ、酸化剤ガス供給分岐管３３３ｂ、酸化剤ガス供給本管３３１ｂの内部本管３３９ｂを一体に組み付けておく。
【００９２】
そしてまず、図１５、図１６に示すように、下部鏡部１２を、図示しない架台上に支持した状態で、支持フレーム４００をクレーン等で吊り下げ、第二カートリッジ群２００ｂを、上方から下部鏡部１２内に降下させる。そして、図１１に示すように、第二支持台５００ｂの上方に設けられたガイド部材５１０を、第二カートリッジ群２００ｂを支持する支持フレーム４００の上部フレーム４１０のフランジ４１１ａ，４１１ｂ、下部フレーム４２０のフランジ４２１ａ，４２１ｂに形成された凹部４１３ａ，４１３ｂ、４２３ａ，４２３ｂ内に挿入し、この状態で、第二カートリッジ群２００ｂを降下させていく。ガイド部材５１０によって、第二カートリッジ群２００ｂの降下動作がガイドされることで、第二カートリッジ群２００ｂを安定してセットすることができる。
そして、図１７に示すように、支持フレーム４００の下部フレーム４２０が第二支持台５００ｂに突き当たり、図１０に示すように、フランジ４２１ｂに形成された凹部４２４に、第二支持台５００ｂに設けられた位置決めピン５２０が挿入されることで、第二カートリッジ群２００ｂが圧力容器１０の下部鏡部１２に対して位置決めされる。
【００９３】
次に、下部鏡部１２に設けられたマンホール１７Ｂを介して、第二カートリッジ群２００ｂの下方の空間Ｓ２に、作業員が入り、内部本管３２９ｂを、燃料ガス排出本管３２１ｂのスリーブ管３２４ｂにフランジ接合し、内部本管３３９ｂを、酸化剤ガス供給本管３３１ｂのスリーブ管３３４ｂにフランジ接合する。
【００９４】
続いて、図１８に示すように、下部鏡部１２上に、圧力容器１０の胴部１１をクレーン等で吊り下げ、下部鏡部１２の上方から降下させ、胴部１１の下端部が下部鏡部１２上に突き当たった時点で、下部鏡部１２および胴部１１の下端部のそれぞれに設けられたフランジ部１２ｆ，１１ｆどうしをボルト１９等によって締結する。
【００９５】
次いで、図１９に示すように、第一カートリッジ群２００ａの支持フレーム４００をクレーン等で吊り下げ、上方から胴部１１内に降下させる。そして、第一支持台５００ａの上方に設けられたガイド部材５１０を、第一カートリッジ群２００ａを支持する支持フレーム４００の上部フレーム４１０のフランジ４１１ａ，４１１ｂ、下部フレーム４２０のフランジ４２１ａ，４２１ｂに形成された凹部４１３ａ，４１３ｂ、４２３ａ，４２３ｂ内に挿入し、この状態で、第一カートリッジ群２００ａを降下させていく。ガイド部材５１０によって、第一カートリッジ群２００ａの降下動作がガイドされることで、第一カートリッジ群２００ａを安定してセットすることができる。
そして、支持フレーム４００の下部フレーム４２０が第一支持台５００ａに突き当たり、フランジ４２１ｂに形成された凹部４２４に、第一支持台５００ａに設けられた位置決めピン５２０が挿入されることで、第一カートリッジ群２００ａが圧力容器１０の胴部１１に対して位置決めされる。
【００９６】
そして、圧力容器１０の胴部１１に形成されたマンホール１８を介して、第一カートリッジ群２００ａと第二カートリッジ群２００ｂとの間の空間Ｓ３に、作業員が入り、第二カートリッジ群２００ｂの上部において、内部サブ管３１９ｂを、燃料ガス供給サブ管３１２ｂのスリーブ３１４ｂにフランジ接合し、内部サブ管３４９ｂを、酸化性ガス排出サブ管３４２のスリーブ３４４ｂにフランジ接合する。また、第一カートリッジ群２００ａの下部において、内部サブ管３１９ａを、燃料ガス供給サブ管３１２ａのスリーブ３１４ａにフランジ接合し、内部サブ管３４９ａを、酸化性ガス排出サブ管３４２ａのスリーブ３４４ａにフランジ接合する。
このとき、内部サブ管３１９ｂ，３４９ｂ、３１９ａ，３２９ａは、その中間部に、フレキシブル配管３１９ｇ，３４９ｇ、３１９ｆ，３４９ｆを備えているので、スリーブ３１４ｂ，３４４ｂ、３１４ａ，３４４ａへの接合作業を容易に行うことができる。
【００９７】
この後、胴部１１の上方に上部鏡部１２を被せ、胴部１１の上端部および上部鏡部１２の下端部のそれぞれに設けられたフランジ部１２ｆ、１１ｆどうしをボルト１９によって締結する。
【００９８】
そして、上部鏡部１２に設けられたマンホール１７Ａを介して、第一カートリッジ群２００ａの上部において、内部本管３２９ａを、燃料ガス排出本管３２１ａのスリーブ管３２４ａにフランジ接合し、内部本管３３９ａを、酸化剤ガス供給本管３３１ａのスリーブ管３３４ａにフランジ接合する。
これにより、燃料電池モジュールＭが完成する。
【００９９】
以上のように、本実施形態では、下部鏡部１２に設けられたマンホール１７Ｂを介して、内部本管３２９ｂ，３３９ｂを、スリーブ管３２４ｂ，３３４ｂにフランジ接合するようにした。また、圧力容器１０の胴部１１に形成されたマンホール１８を介して、内部サブ管３９１ａ、３１９ｂ，３４９ａ、３４９ｂを、スリーブ３１４ａ、３１４ｂ，３４４ａ、３４４ｂにフランジ接合するようにした。
さらに、上部鏡部１２に設けられたマンホール１７Ａを介して、内部本管３２９ａ，３３９ａを、スリーブ管３２４ａ，３３４ａにフランジ接合するようにした。
これによって、燃料電池モジュールＭの製造を効率良く行うことができる。
【０１００】
また、本実施形態では、第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂを、それぞれ支持フレーム４００に収容し、圧力容器１０の内周面１０ａに設けたガイド部材５１０によって、第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂを圧力容器１０内に収容するための降下動作をガイドするようにした。これによって、第一カートリッジ群２００ａを安定してセットすることができ、その作業を効率良く、かつ確実に行うことができる。
【０１０１】
また、第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂを支持する第一支持台５００ａ，第二支持台５００ｂに設けられた位置決めピン５２０によって、第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂが圧力容器１０に対して位置決めされる。これによって、第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂを圧力容器１０に対して精度よく組み付けることができ、また、設置後の位置ずれや振動の発生を抑制できる。
【０１０２】
また、燃料ガス供給サブ管３１２ａ、３１２ｂの内部サブ管３１９ａ、３１９ｂ、酸化性ガス排出サブ管３４２ａ、３４２ｂの内部サブ管３４９ａ、３４９ｂは、その中間部に、フレキシブル配管３１９ｆ，３１９ｇ，３４９ｆ，３４９ｇを備えているので、スリーブ３１４ａ，３１４ｂ、３４４ａ、３４４ｂへの接合作業を容易に行うことができる。
【０１０３】
また、本実施形態では、燃料ガス供給分岐管３１３ａ，３１３ｂ、燃料ガス排出分岐管３２３ａ，３２３ｂ、酸化剤ガス供給分岐管３３３ａ，３３３ｂ、酸化剤ガス排出分岐管３４３ａ，３４３ｂは、それぞれ、その一部を構成するフレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂの両端部が、第一固定管３１６ａ，３１６ｂ，３２６ａ，３２６ｂ，３３６ａ，３３６ｂ，３４６ａ，３４６ｂと、第二固定管３１７ａ，３１７ｂ，３２７ａ，３２７ｂ，３３７ａ，３３７ｂ，３４７ａ，３４７ｂとに、フランジ３８１とフランジ３８３、フランジ３８２とフランジ３８３とが、それぞれ互いに突き合わされ、パッキン３９０を挟み込んだ状態で締結されている。これにより、第一カートリッジ群２００ａを構成する複数のカートリッジ２０１、第二カートリッジ群２００ｂを構成する複数のカートリッジ２０１の修理や交換作業を行うときには、フレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂを迅速かつ確実に取り外すことができる。その結果、修理や交換のための燃料電池モジュールＭの稼働停止時間を短縮することが可能となる。
【０１０４】
また、フレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂは、可撓性を有しているので、その前後の第一固定管３１６ａ，３１６ｂ，３２６ａ，３２６ｂ，３３６ａ，３３６ｂ，３４６ａ，３４６ｂ、第二固定管３１７ａ，３１７ｂ，３２７ａ，３２７ｂ，３３７ａ，３３７ｂ，３４７ａ，３４７ｂに対し、確実に芯合わせして、製作誤差や組立誤差を吸収して、容易に接続することができる。また、フレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂは、その管軸方向に伸縮可能であるので、熱膨張による管軸方向への変形を吸収することができ、高温環境下においても、フランジ接続部分におけるシール性、信頼性を高めることができる。
【０１０５】
さらに、パッキン３９０を、フランジ３８１，３８２，３８３，３８４よりも、熱膨張率の高い材料で形成することで、高温になるにしたがって、パッキン３９０が膨張し、フランジ３８１とフランジ３８３との間、フランジ３８２とフランジ３８４との間におけるシール性を、より高めることができる。
加えて、パッキン３９０は、弾性変形領域内で弾性変形した状態で、フランジ３８１とフランジ３８３との間、フランジ３８２とフランジ３８４との間に挟み込まれている。これによって、パッキン３９０によるシール性を確実に発揮することができる。
【０１０６】
「上記実施形態の変形例」
上記実施形態では、ガイド部材５１０を、その上下方向における、圧力容器１０の内周面１０ａから圧力容器１０の径方向における突出寸法、および圧力容器１０の周方向に沿った厚さを一定とし、上部フレーム４１０の鋼材４１１のフランジ４１１ａ，４１１ｂ、下部フレーム４２０の鋼材４２１のフランジ４２１ａ，４２１ｂに、ガイド部材５１０を受け入れる凹部４１３ａ，４１３ｂ、４２３ａ，４２３ｂを形成するようにした。第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂの降下動作をスムーズに行うためには、ガイド部材５１０と凹部４１３ａ，４１３ｂ、４２３ａ，４２３ｂとの間に、クリアランスが必要となっている。
ここで、ガイド部材５１０と凹部４１３ａ，４１３ｂ、４２３ａ，４２３ｂとの間のクリアランスは、第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂにおいて、下方に位置する凹部４２３ｂから、上方に位置する凹部４１３ａに向けて、漸次小さくなるようにするのが好ましい。具体的には、凹部４１３ａ，４１３ｂ、４２３ａ，４２３ｂの開口幅を、下方に位置する凹部４２３ｂから、上方に位置する凹部４１３ａに向けて、漸次小さくなるようにすることができる。
また、ガイド部材５１０の圧力容器１０の径方向における突出寸法、および圧力容器１０の周方向に沿った厚さを、上方から下方に向けて漸次小さくなるように形成することもできる。
このようにすると、第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂを、ガイド部材５１０に沿って圧力容器１０内で降下させていくにしたがって、ガイド部材５１０と凹部４１３ａ，４１３ｂ、４２３ａ，４２３ｂとの間に、クリアランスが漸次小さくなる。したがって、ガイド部材５１０を凹部４２３ｂ側から上方に向けて挿入するときには、クリアランスが大きいために作業が円滑に行え、第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂを降下させていくにしたがって、クリアランスが小さくなって、第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂの圧力容器１０に対する位置決めや固定が行えるようになる。
このような構成においては、例えば、位置決めピン５２０を省略する構成とすることも可能である。
【０１０７】
また、位置決めピン５２０は、先端部５２０ａ以外の部分５２０ｂは、上下方向に沿って一定の外径を有したストレート形状としたが、これに限らず、図２０に示すように、その全体を、上方から下方に行くにしたがってその外径が漸次拡大し、かつ、その最大外径が凹部４２４の内径と同等または内径よりも大きく設定するようにしても良い。
このようにすると、凹部４２４に位置決めピン５２０を挿入する当初は、その挿入作業を容易に行うことができ、第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂを降下させていくにしたがって、第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂの圧力容器１０に対する位置決めや固定が行えるようになる。
【０１０８】
これ以外にも、ガイド部材５１０を支持フレーム４００の外周面に外周側に向けて突出するように設け、圧力容器１０の内周面１０ａに、ガイド部材５１０を受け入れる溝を上下方向に連続して形成しても良い。
また、ガイド部材５１０は、上下方向に連続して形成するとは限らず、上下方向に間隔を隔てて複数個のガイド部材５１０を間欠的に設けても良い。
さらに、位置決めピン５２０を第一支持台５００ａ，第二支持台５００ｂに設け、凹部４２４を支持フレーム４００に設けるようにしたが、これに限らず、支持フレーム４００に設け、凹部４２４を位置決めピン５２０を第一支持台５００ａ，第二支持台５００ｂに設けても良い。
【０１０９】
上記実施形態において、フレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂの両端部を、第一固定管３１６ａ，３１６ｂ，３２６ａ，３２６ｂ，３３６ａ，３３６ｂ，３４６ａ，３４６ｂと、第二固定管３１７ａ，３１７ｂ，３２７ａ，３２７ｂ，３３７ａ，３３７ｂ，３４７ａ，３４７ｂとに、フランジ接続するようにした。しかし、フレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂの少なくとも一方の端部が、第一固定管３１６ａ，３１６ｂ，３２６ａ，３２６ｂ，３３６ａ，３３６ｂ，３４６ａ，３４６ｂまたは、第二固定管３１７ａ，３１７ｂ，３２７ａ，３２７ｂ，３３７ａ，３３７ｂ，３４７ａ，３４７ｂに、フランジ接続されていれば良い。
【０１１０】
また、上記実施形態では、燃料ガス供給分岐管３１３ａ，３１３ｂ、燃料ガス排出分岐管３２３ａ，３２３ｂ、酸化剤ガス供給分岐管３３３ａ，３３３ｂ、酸化剤ガス排出分岐管３４３ａ，３４３ｂの中間部にフレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂを設けるようにしたが、これに限らない。フレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂは、燃料ガス供給本管３１１ａ，３１１ｂ、燃料ガス排出本管３２１ａ，３２１ｂ、酸化剤ガス供給本管３３１ａ，３３１ｂ、酸化剤ガス排出本管３４１ａ，３４１ｂに直接接続しても良い。また、フレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂは、第一カートリッジヘッダ２２０ａ、第二カートリッジヘッダ２２０ｂに直接接続しても良い。
さらには、フレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂを取り外した状態で、修理や交換作業のために、第一カートリッジ群２００ａを構成する複数のカートリッジ２０１、第二カートリッジ群２００ｂを構成する複数のカートリッジ２０１を容易に着脱できるよう、フレキシブル配管３１５ａ，３１５ｂ，３２５ａ，３２５ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３４５ａ，３４５ｂは、その位置を適宜選定するのが好ましい。
【０１１１】
さらに、パッキン３９０を、フランジ３８１，３８２，３８３，３８４よりも、熱膨張率の高い材料で形成するようにしたが、その条件を満足できるのであれば、これ以外にも、例えば、パッキン３９０を、炭素繊維強化樹脂等によって形成することもできる。
【０１１２】
「その他の変形例」
なお、上記実施形態では、二つの第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂを備えるようにしたが、一つのみ、または三つ以上のカートリッジ群を備える構成であっても良い。
【符号の説明】
【０１１３】
１：燃料ガス供給源、２：酸化剤ガス供給源、１０：圧力容器、１１：胴部（中間容器）１２：下部鏡部（下部容器）、１２：上部鏡部（上部容器）、１５：外側断熱材、ｋ１６：内側断熱材、１７Ａ：マンホール（上部マンホール），１７Ｂ：マンホール（下部マンホール），１８：マンホール（上部マンホール、下部マンホール）
１０１：セルスタック（セル集合体）、１０３：基体管、１０５：燃料電池セル、２００，２００ａ，２００ｂ：カートリッジ群、２０１：カートリッジ、２１５：発電室、２１６：酸化剤ガス供給室、２１７：燃料ガス供給室、２１８：酸化剤ガス排出室、２１９：燃料ガス排出室、２２０ａ：第一カートリッジヘッダ、２２０ｂ：第二カートリッジヘッダ、３００：配管、３１０：燃料ガス供給配管、３１３ａ…燃料ガス供給分岐管（第一の配管）、３１３ｂ…燃料ガス供給分岐管（第二の配管）、３１４ａ…スリーブ（第一の貫通配管）、３１４ｂ…スリーブ（第二の貫通配管）、３１９ａ…内部サブ管（第一の配管）、３１９ｂ…内部サブ管（第二の配管）、３１９ｆ，３１９ｇ，３４９ｆ，３４９ｇ…フレキシブル配管、３２０：燃料ガス排出配管、３２３ａ…燃料ガス排出分岐管（第二の配管）、３２３ｂ…燃料ガス排出分岐管（第一の配管）、３２４ａ…スリーブ管（第二の貫通配管）、３２４ｂ…スリーブ管（第一の貫通配管）、３２９ａ…内部本管（第二の配管）、３２９ｂ…内部本管（第一の配管）、３３０：酸化剤ガス供給配管、３３３ａ…酸化剤ガス供給分岐管（第二の配管）、３３３ｂ…酸化剤ガス供給分岐管（第一の配管）、３３４ａ…スリーブ管（第二の貫通配管）、３３４ｂ…スリーブ管（第一の貫通配管）、３３９ａ…内部本管（第二の配管）、３３９ｂ…内部本管（第一の配管）、３４０：酸化剤ガス排出配管、３４３ａ…酸化剤ガス排出分岐管（第一の配管）、３４３ｂ…酸化剤ガス排出分岐管（第二の配管）、３４４ａ…スリーブ（第一の貫通配管）、３４４ｂ…スリーブ（第二の貫通配管）４００：支持フレーム、４１０：上部フレーム、４１３ａ，４１３ｂ，４２３ａ，４２３ｂ：凹部（被ガイド部）、４２０：下部フレーム、４２４：凹部（嵌合部）、４３０：支柱、５００ａ：第一支持台、５００ｂ：第二支持台、５０１：支持プレート、５１０：ガイド部材（凸部）、５２０：ピン、Ｍ：燃料電池モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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