(57)【要約】    【課題】  燃料電池モジュール用筐体１の最外側で気密が破れた場合でもアノードオフガスの流出を防止する。    【解決手段】  燃料電池モジュール用筐体１は、筐体１の最外側を構成する直方体状の第１のケース２と、第１のケース２内に第１の空隙を隔てて収納される直方体状の第２のケース３と、第２のケース３内に第２の空隙を隔てて収納され、その内部にセルスタック１１を具備すると共にオフガス燃焼部を区画するチャンネル状の第３のケース４と、を含んで構成される。前記第１の空隙は、第１のケース２の６面の内側に形成されて、カソード用空気の流通空間をなす。前記第２の空隙は、第２のケース３の短側面３ｅ、３ｆの内側には形成されず、長側面３ｃ、３ｄの内側に形成されて、排ガスの流通空間をなす。【選択図】  図４
2014032801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素含有燃料と空気とを反応させて発電するセルスタックと、
前記セルスタックでのオフガスを燃焼させて前記セルスタックを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、
前記セルスタック及び前記オフガス燃焼部を内包する筐体と、
を備える燃料電池モジュールであって、
前記筐体は、
前記筐体の最外側を構成する直方体状の第１のケースと、
前記第１のケース内に第１の空隙を隔てて収納される直方体状の第２のケースと、
前記第２のケース内に第２の空隙を隔てて収納され、その内部に前記セルスタックを具備すると共に前記オフガス燃焼部を区画する第３のケースと、
を含んで構成され、
前記第１の空隙は、前記第１のケースの６面の内側に形成されて、前記筐体の外部から前記セルスタックのカソードへ供給する空気の流通空間をなし、
前記第２の空隙は、前記第２のケースの対向する２組の側面のうち、いずれか１組の側面の内側には形成されず、他の１組の側面の内側に形成されて、前記オフガス燃焼部から前記筐体の外部へ排出する排ガスの流通空間をなす
ことを特徴とする、燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記第３のケースは、底面及びこれに連なる１対の側面からなる上部開放のチャンネル状で、その延在方向の両端部が前記第２のケースの前記第２の空隙が形成されない側の１組の側面に接合され、
前記第３のケースの前記底面及びこれに連なる１対の側面の外側に、前記第２のケースとの間の前記第２の空隙が形成されることを特徴とする、請求項１記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記第１のケースは、直方体状で少なくとも１つの面が開口部をなす第１のケース本体と、前記開口部を覆う蓋体とから構成され、
前記第２のケースは、前記第１のケース内に前記開口部より挿入されて配置されることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記第２のケースは、前記第２の空隙が形成されない側の１組の側面を結ぶ方向が、挿入方向となることを特徴とする、請求項３記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記開口部は、前記第１のケース本体の互いに対向する２つの面に形成されることを特徴とする、請求項３又は請求項４記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記筐体は、前記第１のケースと前記第２のケースとの間に前記第１の空隙を形成するように、前記第１のケースに対し前記第２のケースを位置決めする位置決め部材を更に含んで構成されることを特徴とする、請求項３〜請求項５のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
【請求項７】
前記位置決め部材は、前記第２のケースに形成され、前記第２のケースの外壁から前記第１のケースの内壁側へ突出するフランジであることを特徴とする、請求項６記載の燃料電池モジュール。
【請求項８】
前記位置決め部材は、前記第２のケースの四隅に取付けられた脚部材であることを特徴とする、請求項６記載の燃料電池モジュール。
【請求項９】
前記位置決め部材は、前記第１のケースに形成され、前記第２のケースの挿入時に前記第２のケースを案内するガイド部材であることを特徴とする、請求項６記載の燃料電池モジュール。
【請求項１０】
前記第１のケースは、内部に前記第１の空隙の一部を形成する扁平な中空箱状のベースと、このベースを底面として４つの側面を形成する側板と、側板の上部に形成される開口部を塞ぐ蓋板とから構成され、
前記第２のケースは、前記第１のケース内の前記ベース上に位置することを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の燃料電池モジュール。
【請求項１１】
前記水素含有燃料を改質して前記セルスタックに供給する改質器を更に備え、
前記改質器は、前記セルスタックの上方に配置されて、前記セルスタックと共に前記第３のケース内に収納されることを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池モジュールに関し、特に固体酸化物形の燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池モジュールは、燃料電池システムの中核をなすもので、水素含有燃料と空気とを反応させて発電するセルスタックと、セルスタックでのオフガス（余剰の水素含有燃料）を燃焼させてセルスタックを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、セルスタック及びオフガス燃焼部を内包する筐体と、を含んで構成される。
【０００３】
また、燃料電池モジュールは、一般には、水素含有燃料を改質する改質器を更に含んで構成され、筐体内には、セルスタックと共に改質器が収納され、オフガス燃焼部はセルスタック及び改質器を加熱する。
【０００４】
燃料電池モジュールの筐体としては、特許文献１に記載のものが知られている。
これは、第１のケース（外殻部材）と第２のケース（内殻部材）との二重構造で、第２のケース内にセルスタック及び改質器が収納される。第１のケースと第２のケースとの間には空隙が形成され、該空隙は筐体の外部からセルスタックのカソードへ供給する空気の流通空間をなしている。
また、第２のケースの外壁には凹み部が形成され、これを覆うように仕切板が設けられて、前記空隙の内側に別の空隙が形成されている。この別の空隙は、オフガス燃焼部から筐体の外部へ排出する排ガスの流通空間をなしている。
従って、第２のケースによるセルスタック及び改質器の収納空間を囲むように、仕切板による排ガスの流通空間が設けられ、更にこれを囲むように第１のケースによる空気の流通空間が設けられている。よって、実質的には三重構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０４４９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池モジュール用筐体においては、筐体の短側面方向から見た場合には、セルスタック及び改質器の収納空間を囲むように、排ガスの流通空間が設けられ、更にこれを囲むように空気の流通空間が設けられているものの、筐体の長側面方向から見た場合には、セルスタック及び改質器の収納空間が筐体の短側面に接している。言い換えれば、筐体の短側面側は第１のケースにより仕切られるだけで、多重構造となっていない。
【０００７】
このため、筐体の短側面の気密が破れた場合には、セルスタック及び改質器の収納空間からアノードオフガス（可燃性ガスや一酸化炭素を含有）が筐体外に漏洩する恐れがあった。
【０００８】
その一方、長側面側と短側面側を全く同じ構造にすると、製造時の組み立てが煩雑となることが懸念される。
【０００９】
本発明は、このような実状に鑑み、筐体の最外側で気密が破れた場合でもアノードオフガスの流出を防止でき、なおかつ、製造容易性を確保できる構造の燃料電池モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る燃料電池モジュールは、水素含有燃料と空気とを反応させて発電するセルスタックと、前記セルスタックでのオフガス（余剰の水素含有燃料）を燃焼させて前記セルスタックを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、前記セルスタック及び前記オフガス燃焼部を内包する筐体と、を備える。
【００１１】
ここにおいて、前記筐体は、前記筐体の最外側を構成する直方体状の第１のケースと、前記第１のケース内に第１の空隙を隔てて収納される直方体状の第２のケースと、前記第２のケース内に第２の空隙を隔てて収納され、その内部に前記セルスタックを具備すると共に前記オフガス燃焼部を区画する第３のケースと、を含んで構成される。
【００１２】
前記第１の空隙は、前記第１のケースの６面（上面及び底面と４つの側面）の内側に形成されて、前記筐体の外部から前記セルスタックのカソードへ供給する空気の流通空間をなす。
【００１３】
前記第２の空隙は、前記第２のケースの対向する２組の側面のうち、いずれか１組の側面（短側面）の内側には形成されず、他の１組の側面（長側面）の内側に形成されて、前記オフガス燃焼部から前記筐体の外部へ排出する排ガスの流通空間をなす。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、筐体の最外側を構成する第１のケースの６面の内側が全て空気の流通空間となるため、筐体の最外側で気密が破れた場合でも、カソード用空気が流出するに止まり、アノードオフガスの漏洩を防止することができる。
【００１５】
また、空気の流通空間の内側に画成する排ガスの流通空間については、長側面側のみに止め、短側面側には設けない。すなわち、長側面側は、第１のケース、第２のケース、第３のケースの三重構造とするが、短側面側は第１のケースと第２のケースとの二重構造とする。これによって、製造容易性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態を示す燃料電池モジュール用筐体の概略斜視図
【図２】同上実施形態での筐体の分解斜視図
【図３】同上実施形態での第２のケースの位置決め部材を示す斜視図
【図４】同上実施形態での燃料電池モジュールの平面断面図
【図５】同上実施形態での燃料電池モジュールの正面断面図（長側面側から見た断面図）
【図６】同上実施形態での燃料電池モジュールの側面断面図（短側面側から見た断面図）
【図７】第２のケースの位置決め部材の変形例１を示す斜視図
【図８】第２のケースの位置決め部材の変形例２を示す斜視図
【図９】本発明の他の実施形態を示す燃料電池モジュール用筐体の分解斜視図
【図１０】同上他の実施形態での燃料電池モジュールの平面断面図
【図１１】本発明の更に他の実施形態を示す燃料電池モジュール用筐体の分解斜視図
【図１２】同上更に他の実施形態での燃料電池モジュールの正面断面図（長側面側から見た断面図）
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して、詳細に説明する。
先ず燃料電池モジュール用筐体の概略構成について説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す燃料電池モジュール用筐体の概略斜視図である。
【００１８】
筐体１は、筐体１の最外側を構成する直方体状の第１のケース（外殻部材）２と、第１のケース２内に第１の空隙５を隔てて収納される直方体状の第２のケース（内殻部材）３と、第２のケース３内に第２の空隙６を隔てて収納されるチャンネル状の第３のケース（燃焼室区画部材）４と、を含んで構成される。これらのケース２、３、４は金属製である。
【００１９】
第１のケース２は、直方体状で、上面２ａ、底面２ｂ、長側面２ｃ、２ｄ、短側面２ｅ、２ｆを有している。尚、以下の説明では、長側面２ｃを正面とし、長側面２ｃと長側面２ｄとを結ぶ方向を前後方向、短側面２ｅと短側面２ｆとを結ぶ方向を左右方向という。
【００２０】
図２に第１のケース２内への第２のケース３の収納構造について示す。第１のケース２の一方の短側面２ｆは、別体の蓋体として構成される。すなわち、第１のケース２は、直方体状で１つの面（短側面２ｆ）が開口部をなす第１のケース本体２００と、前記開口部を覆う蓋体２０２とから構成される。
【００２１】
従って、第１のケース本体２００内にその開口部よりアッセンブリ状態の第２のケース３を挿入後、前記開口部を蓋体２０２で閉止する。尚、本体２００と蓋体２０２とは、本体２００側の開口部のフランジ２０１に蓋体２０２の周縁部をシール材を介してあてがい、ボルト等で固定することによって、一体化される。
【００２２】
第２のケース３は、直方体状で、上面３ａ、底面３ｂ、長側面３ｃ、３ｄ、短側面３ｅ、３ｆを有している（図２参照）。
この第２のケース３は、第１のケース２より一回り小さく、第１のケース２と第２のケース３との間には、前記第１の空隙５として、上面２ａ、３ａ間、底面２ｂ、３ｂ間、長側面２ｃ、３ｃ間、長側面２ｄ、３ｄ間、短側面２ｅ、３ｅ間、短側面２ｆ、３ｆ間に、それぞれ空隙が形成される。これらの空隙は後述するようにカソード用空気の流通空間をなす。
【００２３】
図３に第２のケース３の位置決め部材（位置決め用フランジ）について示す。
第２のケース３には、短側面３ｅ、３ｆの下側の端縁に連なって底面３ｂより下方に突出しかつ長側面３ｃ、３ｄよりも前後方向に突出する位置決め用フランジ３０１と、長側面３ｃ、３ｄの左右の端縁に連なって短側面３ｅ、３ｆよりも左右方向に突出する位置決め用フランジ３０２とが設けられる。そして、これらの位置決め用フランジ３０１、３０２の突出端部を第１のケース２の内壁に当接させることで、第１のケース２内に前記第１の空隙５を隔てて第２のケース３が位置決め・収納される。これらの位置決め用フランジ３０１、３０２は各面の空隙の相互連通を妨げないように貫通孔を有している。尚、図３は位置決め用フランジの形成例を示したものであり、位置決め用フランジの形成面及び突出方向を限定するものではない。
【００２４】
第２のケース３内への第３のケース４の収納構造については、ここでは示さないが、第２のケース３についても、例えば短側面３ｆを別体の蓋体として構成することで、第２のケース３内への第３のケース４の収納が可能となる。すなわち、第２のケース３の本体内にその開口部よりアッセンブリ状態の第３のケース４を挿入後、前記開口部を蓋体で閉止するようにすればよい。
【００２５】
第３のケース４は、上部開放のチャンネル状（コ字溝状）で、底面４ｂと２つの長側面４ｃ、４ｄとから構成されている（図２参照）。
第３のケース４の底面４ｂ及び長側面４ｃ、４ｄの左右方向の長さは第２のケース３の底面３ｂ及び長側面３ｃ、３ｄの左右方向の長さとほぼ等しく、第３のケース４の底面４ｂ及び長側面４ｃ、４ｄの左右方向の両端部は、第２のケース３の短側面３ｅ、３ｆに接合される。尚、第２のケース３の短側面３ｅ、３ｆと接合するチャンネル状の第３のケース４の両端部には接合用フランジ部を設けるとよい。
【００２６】
第３のケース４の上側の開口部は、空隙を隔てて、第２のケース３の上面３ａに相対する。また、第３のケース４の底面４ｂ及び長側面４ｃ、４ｄは、空隙を隔てて、第２のケース３の底面３ｂ及び長側面３ｃ、３ｄに相対する。
従って、第２のケース３と第３のケース４との間には、前記第２の空隙６として、底面３ｂ、４ｂ間、長側面３ｃ、４ｃ間、長側面３ｄ、４ｄ間に、それぞれ空隙が形成される。これらの空隙は後述するように排ガスの流通空間をなす。
【００２７】
次に筐体１内部の構成について詳細に説明する。
図４は平面断面図、図５は正面断面図（長側面２ｃ側から見た断面図）、図６は側面断面図（短側面２ｆ側から見た断面図）である。
【００２８】
本実施形態の燃料電池モジュールは、筐体１内、特に第３のケース４内に、水素含有燃料と空気（酸化剤含有ガス）とを用いて発電するセルスタック１１と、セルスタック１１でのオフガス（余剰の水素含有燃料）を燃焼させてセルスタック１１を高温状態に維持するオフガス燃焼部１３とを備える。
【００２９】
燃料電池モジュールはまた、筐体１内に、水素含有燃料を改質してセルスタック１１のアノード（燃料極）に供給する改質器１４と、水を気化させることによって改質器１４へ改質用の水蒸気を供給する水気化器１６と、セルスタック１１のカソード（酸化剤極）に空気を供給する空気供給部材２３とを備える。
【００３０】
セルスタック１１は、複数の固体酸化物形燃料電池（セル）を直列接続して連結してなる組立体であり、本実施形態では、第３のケース４内の底面４ｂの台座１２上に２列に配置されている。但し、１列に配置されてもよい。
【００３１】
各セルは、固体酸化物からなる電解質の両面にアノード（燃料極）及びカソード（酸化剤極）を積層してなり、アノードには水素含有燃料が供給され、カソードには空気が供給される。
【００３２】
電解質は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等からなり、高温下で酸化物イオンを伝導する。アノードは、例えばニッケルとＹＳＺとの混合物からなり、酸化物イオンと燃料中の水素とを反応させて、電子及び水を発生させる。カソードは、例えばランタンストロンチウムマンガナイトからなり、空気中の酸素と電子とを反応させて、酸化物イオンを発生させる。
【００３３】
従って、各セルにおいて、カソードにて、下記（１）式の電極反応が生起され、アノードにて、下記（２）式の電極反応が生起されて、発電がなされる。
カソード：  １／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−（電解質）    ・・・（１）
アノード：  Ｏ２−（電解質）＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−   ・・・（２）
【００３４】
尚、セルスタック１１への水素含有燃料の供給は、台座１２側（セルスタック１１の下端部側）からなされ、水素含有燃料としては、改質器１４から改質ガスが供給される。セルスタック１１への空気の供給は、セルスタック１１の列間に配置した空気導入部材２３を介してなされる。
【００３５】
また、セルスタック１１の上端部側はアノードオフガス（未反応の水素含有燃料）の排出部となり、アノードオフガスは余剰の空気供給下で燃焼する。従って、セルスタック１１の上端部近傍がオフガス燃焼部１３となる。
【００３６】
改質器１４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、水素リッチな改質ガスを生成する。本実施形態では、オフガス燃焼部１３での燃焼熱によって加熱されるように、改質器１４は、第３のケース４内でセルスタック１１の上方に配置される。そして、改質器１４からセルスタック１１の台座１２へ改質ガスの供給パイプ１５が設けられる。
【００３７】
水素含有燃料（原燃料）としては、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は、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、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。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。
【００３８】
改質器１４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。
【００３９】
水気化部１６は、改質器１４において水蒸気を用いる改質方式を採用する場合に設けられる。水気化部１６は、筐体１外部から供給される水を加熱し気化させることによって、改質器１４に供給する水蒸気を生成する。本実施形態では、排ガスの熱を回収して水を加熱するように、水気化器１６は、第２のケース３と第３のケース４との間、特に第３のケース４の底面４ｂの外壁に取付けられている。水気化部１６で生成された水蒸気は、例えば、第３のケース４の底面４ｂを貫通して水気化部１６と改質器１４とを接続する配管（図示せず）を用い、改質器１４へ供給する。尚、水気化部１６における水の加熱は、排ガスの熱を回収する方式とする他、オフガス燃焼部１３の熱、改質器１４の熱、セルスタック１１で発生した熱を用いる方式を選択してもよく、選択された方式に合わせて水気化器１６をレイアウトすることができる。
【００４０】
次に前記第１の空隙５と空気導入部材２３とを含むカソード用空気の流路について説明する。
第１のケース２と第２のケース３との間の第１の空隙５は、第１のケース２の６面の内側（上面２ａ、３ａ間、底面２ｂ、３ｂ間、長側面２ｃ、３ｃ間、長側面２ｄ、３ｄ間、短側面２ｅ、３ｅ間、短側面２ｆ、３ｆ間）に形成されて、筐体１の外部からセルスタック１１のカソードへ供給する空気の流通空間をなす。すなわち、上面２ａ、３ａ間の空隙５ａ、底面２ｂ、３ｂ間の空隙５ｂ、長側面２ｃ、３ｃ間の空隙５ｃ、長側面２ｄ、３ｄ間の空隙５ｄ、短側面２ｅ、３ｅ間の空隙５ｅ、短側面２ｆ、３ｆ間の空隙５ｆにより、空気の流通空間が形成される。
【００４１】
そして、この空気の流通空間に連通させて、第１のケース２の底面２ｂに筐体１の外部からの空気入口管２１が接続される。
また、この空気の流通空間からセルスタック１１への空気出口として、第２のケース３の上面３ａにセルスタック１１の列設方向と同方向に延びるスリット２２が形成される。このスリット２２から第２のケース３内を経て第３のケース４内へ空気導入部材２３が挿入配置されている。
【００４２】
空気導入部材２３は、上面が開口し垂直な扁平面を有する矩形の容器で、セルスタック１１の列間に平行に配置され、上面側の開口部は第１のケース２内の空気流通空間と連通している。そして、扁平な矩形の容器の底部近傍の側面に複数の空気噴出口２４が形成され、空気噴出口２４はセルスタック１１に相対している。
【００４３】
従って、筐体１外の空気供給源からの空気は、空気入口管２１から第１のケース２と第２のケース３との間の空隙、特に底面２ｂ、３ｂ間の空隙５ｂに流入した後、長側面２ｃ、３ｃ間の空隙５ｃ、長側面２ｄ、３ｄ間の空隙５ｄ、短側面２ｅ、３ｅ間の空隙５ｅ、及び、短側面２ｆ、３ｆ間の空隙５ｆを経て、上面２ａ、３ａ間の空隙５ａに流入する。そして、スリット２２部から空気導入部材２３の内部に流入し、空気噴出口２４から噴出して、セルスタック１１のカソードに供給される。
【００４４】
次に前記第２の空隙６を含む排ガスの流路について説明する。
第３のケース４内のセルスタック１１の上端部近傍のオフガス燃焼部１３にてオフガスが燃焼し、第３のケース４はオフガス燃焼部１３を区画する。そして、オフガスの燃焼によって排ガスが発生し、排ガスは第３のケース４の上面側の開口部から第２のケース３内に排出される。
【００４５】
第２のケース３と第３のケース４との間の第２の空隙６は、第２のケース３の３面の内側（底面３ｂ、４ｂ間、長側面３ｃ、４ｃ間、長側面３ｄ、４ｄ間）に形成されて、オフガス燃焼部１３から筐体１の外部へ排出する排ガスの流通空間をなす。すなわち、底面３ｂ、４ｂ間の空隙６ｂ、長側面３ｃ、４ｃ間の空隙６ｃ、長側面３ｄ、４ｄ間の空隙６ｄにより、排ガスの流通空間が形成される。
言い換えれば、第２のケース３と第３のケース４との間の第２の空隙６は、第２のケース３の短側面３ｅ、３ｆの内側には形成されず、長側面３ｃ、３ｄの内側に形成されて、オフガス燃焼部１３から筐体１の外部へ排出する排ガスの流通空間をなす。
【００４６】
そして、この排ガスの流通空間に連通させて、第２のケース３の底面３ｂに外部への排ガス出口管２５が接続される。尚、排ガス出口管２５は第１のケース２の底面２ｂを貫通させる。
【００４７】
従って、第３のケース４内のオフガス燃焼部１３からの排ガスは、第３のケース４の上面側の開口部から、第２のケース３と第３のケース４との間の空隙、特に長側面３ｃ、４ｃ間の空隙６ｃ、及び、長側面３ｄ、４ｄ間の空隙６ｄへ流入した後、底面３ｂ、４ｂ間の空隙６ｂへ流入する。そして、ここで水気化器１６を加熱した後、排ガス出口管２５より筐体１外へ排出される。
【００４８】
上記のように、筐体１内をカソード用空気と排ガスとが流れる過程で、すなわち、空気が第１のケース２と第２のケース３との間を第２のケース３の底面３ｂ、長側面３ｃ、３ｄ、上面３ａの外壁に沿って流れ、排ガスが第２のケース３と第３のケース４との間を第２のケース３の上面３ａ、長側面３ｃ、３ｄ、底面３ｂの内壁に沿って流れる過程で、第２のケース３の底面３ｂ、長側面３ｃ、３ｄ、上面３ａを介して、カソード用空気と排ガスとの熱交換がなされ、カソード用空気を十分に加熱する一方、排ガスを冷却することができる。
【００４９】
尚、筐体（モジュール筐体）１内に構成される燃料電池モジュールは、その筐体１ごと、第１のケース２の外表面を断熱材により覆った上で、燃料電池システムのシステム筐体内に収納され、システム筐体内には、モジュール筐体１内への燃料、空気の供給用ポンプ等の各種補機、発電制御等のための各種制御機器が収納される。
【００５０】
本実施形態によれば、燃料電池モジュール用筐体１は、筐体１の最外側を構成する直方体状の第１のケース２と、第１のケース２内に第１の空隙５を隔てて収納される直方体状の第２のケース３と、第２のケース３内に第２の空隙６を隔てて収納され、その内部にセルスタック１１を具備すると共にオフガス燃焼部１３を区画する第３のケース４と、を含んで構成され、前記第１の空隙５は、第１のケース２の６面（上面２ａ及び底面２ｂと４つの側面２ｃ〜２ｆ）の内側に形成されて、筐体１の外部からセルスタック１１のカソードへ供給する空気の流通空間をなし、前記第２の空隙６は、第２のケース３の対向する２組の側面のうち、いずれか１組の側面（短側面３ｅ、３ｆ）の内側には形成されず、他の１組の側面（長側面３ｃ、３ｄ）の内側に形成されて、オフガス燃焼部１３から筐体１の外部へ排出する排ガスの流通空間をなすことにより、次のような効果が得られる。
【００５１】
筐体１の最外側を構成する第１のケース２の６面の内側が全て空気の流通空間となるため、筐体１の最外側で気密が破れた場合でも、カソード用空気が流出するに止まり、アノードオフガスの漏洩を抑制することができる。尚、外部へのカソード用空気の流出が過剰な場合は正常な発電ができず、非常停止することとなる。
【００５２】
また、長側面側及び短側面側に空気を流通させる構造は、長側面側のみに空気を流通させる構造と比較して、第２のケース３を介した空気と排ガスとの熱交換面積を増大させることになる。モジュール内の空気流路断面積を一定に保ちつつ熱交換面積を増大させると、第２のケース３と第１のケース２との間の流路幅が狭くなるため、空気の熱交換率が高まる。これにより、モジュール内で発生した熱を効果的に再利用することができ、発電効率を向上させることができる。
【００５３】
また、短側面側において、第２のケース３と第１のケース２との間に空気の流通空間を備えることにより、短側面側の第１のケース表面温度を低減することができる。これにより、モジュール外表面を覆う短側面側の断熱材を薄くすることができる。
【００５４】
また、空気の流通空間の内側に画成する排ガスの流通空間については、長側面側のみに止め、短側面側には設けない。すなわち、長側面側は、第１のケース２、第２のケース３、第３のケース４の三重構造とするが、短側面側は第１のケース２と第２のケース３との二重構造とする。これによって、製造容易性を確保することができる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、第３のケース４は、底面４ｂ及びこれに連なる１対の側面４ｃ、４ｄからなる上部開放のチャンネル状で、その延在方向の両端部が第２のケース３の前記第２の空隙が形成されない側の１組の側面（短側面３ｅ、３ｆ）に接合され、第３のケース４の底面４ｂ及びこれに連なる１対の側面４ｃ、４ｄの外側に、第２のケース３との間の前記第２の空隙が形成される構成としたことにより、第３のケース４を簡素化して、コスト低減等を図ることができる。
【００５６】
また、本実施形態によれば、第１のケース２は、直方体状で１つの面（短側面２ｆ）が開口部をなす第１のケース本体２００と、前記開口部を覆う蓋体２０２とから構成され、第２のケース３は、第１のケース２内に前記開口部より挿入されて配置される構成としたことにより、第１のケース２と第２のケース３との組み立てを容易化することができる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、上記の挿入構造において、第２のケース３は、前記第２の空隙が形成されない側の１組の側面（短側面３ｅ、３ｆ）を結ぶ方向が、挿入方向となることにより、挿入方向の両端部を三重構造ではなく二重構造として、組み立てを容易化することができる。
【００５８】
また、本実施形態によれば、筐体１は、第１のケース２と第２のケース３との間に前記第１の空隙を形成するように、第１のケース２に対し第２のケース３を位置決めする位置決め部材を更に含んで構成されることにより、第１のケース２と第２のケース３との組み立て（空隙の確保）を容易化することができる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、前記位置決め部材として、第２のケース３に形成され、第２のケース３の外壁から第１のケース２の内壁側へ突出するフランジ３０１、３０２を用いることにより、簡単な構造で位置決めが可能となる。
【００６０】
次に本実施形態の変形例、特に前記位置決め部材の変形例について、図７及び図８により説明する。
【００６１】
図７は第２のケースの位置決め部材の変形例１を示す斜視図である。
本変形例１では、第２のケース３の位置決め部材として、第２のケース３の四隅に脚部材３０３が取付けられている。
脚部材３０３は、底面３ｂより下方に突出する脚部ｚと、長側面３ｃ、３ｄより前後方向外側に突出する当接面ｘと、短側面３ｅ、３ｆより左右方向外側に突出する当接面ｙとを有している。脚部ｚは第１のケース２の底面２ｂ上に載せられる。当接面ｘは第１のケース２の長側面２ｃ、２ｄに当接し、当接面ｙは第１のケースの短側面２ｅ、２ｆに当接して、それぞれ位置決め作用を奏する。
【００６２】
図８は第２のケースの位置決め部材の変形例２を示す斜視図である。
本変形例２では、第２のケース３の位置決め部材として、第１のケース２に形成され、第２のケース３の挿入時に第２のケース３を案内するガイド部材（ガイドレール）２１１を用いる。
ガイドレール２１１は、第１のケース２の底面２ｂ上に２本配設されて第２のケース３の挿入方向に延び、最奥部にはストッパを有している。
他方、第２のケース３の底面３ｂの四隅には、ガイドレール２１１に案内させるための脚部３０４が形成される。
従って、第１のケース２への第２のケース３の挿入時に、第２のケース３の脚部３０４を第１のケース２側のガイドレール２１１に案内させて、最奥部でストッパに当接させる。また、挿入後、開口部を蓋体で閉止する前に、開口部側に別部材のストッパ２１２を配置する。これらにより位置決めがなされる。
【００６３】
尚、上記の実施形態では、前記第１の空隙（空気流通空間）５へは下側の空気入口管２１から空気を導入し、上側から空気導入部材２３を用いてセルスタック１１へ供給する構成としたが、これに限るものではない。例えば、前記第１の空隙（空気流通空間）５へは上側（上面２ａ側）から空気を導入し、側面側からパイプ等を用いてセルスタック１１へ供給する構成としてもよい。
【００６４】
また、前記第２の空隙（排ガス流通空間）６についても、排ガス出口管２５の位置設定を含め、排ガスの流し方は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００６５】
また、空気入口管２１及び／又は排ガス出口管２５を第１のケース２の蓋体２０２側から引き出すようにしてもよく、これによって製造時の組み立て性が大幅に向上すると考えられる。
【００６６】
次に本発明の他の実施形態について、図９及び図１０により説明する。図９は燃料電池モジュール用筐体の分解斜視図、図１０は燃料電池モジュールの平面断面図である。これらの図は前述の実施形態の図２及び図４に対応するものであり、対応する構成要素には同一符号を付して説明を簡略化する。
【００６７】
筐体１は、筐体１の最外側を構成する直方体状の第１のケース（外殻部材）２と、第１のケース２内に第１の空隙５（図１０の５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ）を隔てて収納される直方体状の第２のケース（内殻部材）３と、第２のケース３内に第２の空隙６（図１０の６ｃ、６ｄ）を隔てて収納されるチャンネル状の第３のケース（燃焼室区画部材）４と、を含んで構成される。
ここにおいて、第１のケース２のみが前述の実施形態とは異なる。
【００６８】
第１のケース２は、直方体状で、上面２ａ、底面２ｂ、長側面２ｃ、２ｄ、短側面２ｅ、２ｆを有しているが、対向する２つの短側面２ｆ、２ｅが、別体の蓋体として構成される。すなわち、第１のケース２は、直方体状で対向する２つの面（短側面２ｆ、２ｅ）が開口部をなす第１のケース本体２００と、前記開口部を覆う蓋体２０２、２０４とから構成される。
【００６９】
従って、第１のケース本体２００内にその開口部よりアッセンブリ状態の第２のケース３を挿入後、前記開口部を蓋体２０２、２０４で閉止する。尚、本体２００と蓋体２０２、２０４とは、本体２００側の開口部のフランジ２０１、２０３に蓋体２０２、２０４の周縁部をシール材を介してあてがい、ボルト等で固定することによって、一体化される。
他の構成は前述の実施形態と同じである。
【００７０】
このように第１のケース２の開口部を２つの面、特に対向する短側面２ｆ、２ｅに設けることで、ケース組立時（挿入時）の作業性を向上させることができる。
【００７１】
次に本発明の更に他の実施形態について、図１１及び図１２により説明する。図１１は燃料電池モジュール用筐体の分解斜視図、図１２は燃料電池モジュールの正面断面図（長側面側から見た断面図）である。ここでも前述の実施形態と対応する構成要素には同一符号を付して説明を簡略化する。
【００７２】
筐体１は、筐体１の最外側を構成する直方体状の第１のケース（外殻部材）２と、第１のケース２内に第１の空隙５（図１２の５ａ、５ｂ、５ｅ、５ｆ）を隔てて収納される直方体状の第２のケース（内殻部材）３と、第２のケース３内に第２の空隙６（図１２の６ｂ）を隔てて収納されるチャンネル状の第３のケース（燃焼室区画部材）４と、を含んで構成される。
ここにおいて、第１のケース２と、第２のケース３の一部とが、前述の実施形態と異なる。
【００７３】
第１のケース２は、扁平な中空箱状のベース２２１と、このベース２２１の下面を底面（２ｂ）として４つの側面（長側面２ｃ、２ｄ及び短側面２ｅ、２ｆ）を形成する側板２２２、２２３、２２４、２２５と、これらの側板２２２、２２３、２２４、２２５により形成される上部開口部を塞いで上面（２ａ）をなす蓋板２２６と、から構成される。
【００７４】
ベース２２１は、扁平で矩形の中空箱状で、下面が第１のケース２の底面２ｂをなし、上面が第２のケース３の底面３ｂをなす。よって、ベース２２１の内部はカソード用空気の流通空間（空隙５ｂ）をなす。
【００７５】
側板２２２、２２３は、これらの下端部がベース２２１の長側面に溶接されていて、第１のケース２の長側面２ｃ、２ｄをなす。側板２２４、２２５は、これらの下端部がベース２２１の短側面に溶接されていて、第１のケース２の短側面２ｅ、２ｆをなす。また、側板２２２〜２２５は互いの隣接する角部にて溶接され、一体化される。
蓋板２２６は、側板２２２〜２２５の上部に形成される開口部を塞ぐようにセットされて溶接され、一体化される。
【００７６】
第２のケース３は、その底面３ｂが第１のケース２側（ベース２２１）に形成されている以外は、前述の実施形態と同じである。
【００７７】
従って、第１のケース２の組み立て、及び第１のケース２へのアッセンブリ状態の第２のケース３の組み込みは、次のように行うことができる。
第１のケース２のベース２２１上の所定位置に第２のケース３をセットして溶接固定する。次いで、ベース２２１に側板２２２〜２２５を溶接し、更に蓋板２２６を溶接して、第１のケース２を完成させる。但し、これらの順序は適宜変更可能である。
【００７８】
このようにアッセンブリ状態の第２のケース３のセット後に第１のケース２を組み立てるようにしても、製造時の組み立て性を確保することができる。また、側板２２２〜２２５の一部を溶接し、例えば３面開放の状態で第２のケース３をセットし、その後に他の側板及び蓋板を溶接して完成させるようにすることもできる。また、完成した第２のケース３をベース２２１上にセットするのではなく、側面３ｃ〜３ｆをベース２２１上に溶接して第２のケース３を組み立ててもよい。この場合、上面３ａ及び側面３ｃ〜３ｆは、隣接する２以上の面が一体的に形成されていてもよい。
【００７９】
尚、上記の実施形態では、水素含有燃料として、例えば炭化水素系燃料を用い、改質器１４により、水素リッチな改質ガスに改質して、セルスタック１１のアノードに供給する構成としたが、水素含有燃料として、純水素を用いることも可能である。この場合には、改質器１４及び水気化部１６を省略し、筐体１外の水素タンクなどからセルスタック１１のアノードに水素含有燃料を直接供給することができる。
【００８０】
以上からわかるように、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８１】
１  筐体
２  第１のケース
２ａ  上面
２ｂ  底面
２ｃ、２ｄ  長側面
２ｅ、２ｆ  短側面
２００  第１のケース本体
２０１、２０３  フランジ
２０２、２０４  蓋体
２２１  ベース
２２２〜２２５  側板
２２６  蓋板
２１１  位置決め用ガイドレール
２１２  位置決め用ストッパ
３  第２のケース
３ａ  上面
３ｂ  底面
３ｃ、３ｄ  長側面
３ｅ、３ｆ  短側面
３０１、３０２  位置決め用フランジ
３０３  位置決め用脚部材
３０４  脚部
４  第３のケース
４ｂ  底面
４ｃ、４ｄ  長側面
５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｆ）  第１の空隙（空気流通空間）
６（６ｂ、６ｃ、６ｄ）  第２の空隙（排ガス流通空間）
１１  セルスタック
１２  台座
１３  オフガス燃焼部
１４  改質器
１５  パイプ
１６  水気化器
２１  空気入口管
２２  スリット
２３  空気導入部材
２４  空気噴出口
２５  排ガス出口管
【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】
2014032801.tif 000010
【図９】
2014032801.tif 000011
【図１０】
2014032801.tif 000012
【図１１】
2014032801.tif 000013
【図１２】
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