(57)【要約】【課題】圧力容器内における配管スペースを小さくし、圧力容器を小型化する。【解決手段】燃料電池モジュールＭは、カートリッジ群２００と、圧力容器１０と、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、を備える。燃料ガス供給配管３１０または燃料ガス排出配管３２０と、酸化剤ガス供給配管３３０または酸化剤ガス排出配管３４０とのいずれか一方が、圧力容器１０の中央部に配置された第一の本管３１１と、第一の本管３１１から外周部に向けて延びた第一の分岐管３１３を備え、燃料ガス供給配管３１０または燃料ガス排出配管３２０と、酸化剤ガス供給配管３３０または酸化剤ガス排出配管３４０とのいずれか他方が、圧力容器１０の外周部に配置された第二の本管３４１から内周部に向けて延びた第二の分岐管３４３を備える。【選択図】図１
2014110174.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、
外部から前記圧力容器内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、
前記圧力容器内から前記燃料ガスを排出する燃料ガス排出配管と、
外部から前記圧力容器内に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給配管と、
前記圧力容器内から外部に前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出配管と、を備え、
前記燃料ガス供給配管または前記燃料ガス排出配管と、前記酸化剤ガス供給配管または前記酸化剤ガス排出配管とのいずれか一方が、
前記圧力容器の中央部に配置された第一の本管と、
該第一の本管から前記圧力容器の外周部に向けて延び、それぞれの前記カートリッジに接続された第一の分岐管と、を備え、
前記燃料ガス供給配管または前記燃料ガス排出配管と、前記酸化剤ガス供給配管または前記酸化剤ガス排出配管とのいずれか他方が、
前記圧力容器の外周部に配置された第二の本管と、
該第二の本管から前記圧力容器の内周部に向けて延び、それぞれの前記カートリッジに接続された第二の分岐管と、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】
前記第一の分岐管と前記第二の分岐管とが、前記圧力容器の容器中心軸に直交する同一平面内に配置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】
前記第二の本管の端部に、前記圧力容器の外周部に沿って延びるマニホールドが接続され、
前記マニホールドに、複数の前記第二の分岐管が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記圧力容器内に、複数の前記カートリッジ群が、該圧力容器の容器中心軸方向に沿って収容され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】
前記圧力容器の一端側に配置された第一の前記カートリッジ群は、該第一のカートリッジ群に対して前記圧力容器の他端側に配置された第二の前記カートリッジ群よりも前記カートリッジの数を少なくすることで、前記容器中心軸方向に連続する中空部が形成され、
前記第二の前記カートリッジ群用の、前記燃料ガス供給配管、前記燃料ガス排出配管、前記酸化剤ガス供給配管、前記酸化剤ガス排出配管の少なくとも一つが、前記中空部を通して設けられている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】
前記中空部に、前記酸化剤ガス供給配管または前記酸化剤ガス排出配管が設けられていることを特徴とする請求項５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、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、角柱形状を成している。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】
複数の角柱形状のカートリッジは、両端部が上下方向を向き、水平方向で互いに隣接して、圧力容器内に配置されている。水平方向で互いに隣接している複数のカートリッジは、カートリッジ群を形成している。
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、それぞれ、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】
ここで、設置スペース削減、設備コスト低減のため、圧力容器をなるべく小型化することが望まれる。しかし、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）を互いに干渉しないよう、これらの配管を圧力容器内の中心軸線に直交した断面内で互いにオフセットさせるのに加え、中心軸線に沿った方向にもオフセットさせなければならない。その結果、配管が圧力容器内で大きなスペースを占め、圧力容器の小型化の妨げとなっている。
【０００８】
そこで、本発明は、圧力容器内における配管スペースを小さくし、圧力容器を小型化することのできる燃料電池モジュール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、外部から前記圧力容器内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、前記圧力容器内から前記燃料ガスを排出する燃料ガス排出配管と、外部から前記圧力容器内に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給配管と、前記圧力容器内から外部に前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出配管と、を備え、前記燃料ガス供給配管または前記燃料ガス排出配管と、前記酸化剤ガス供給配管または前記酸化剤ガス排出配管とのいずれか一方が、前記圧力容器の中央部に配置された第一の本管と、該第一の本管から前記圧力容器の外周部に向けて延び、それぞれの前記カートリッジに接続された第一の分岐管と、を備え、前記燃料ガス供給配管または前記燃料ガス排出配管と、前記酸化剤ガス供給配管または前記酸化剤ガス排出配管とのいずれか他方が、前記圧力容器の外周部に配置された第二の本管と、該第二の本管から前記圧力容器の内周部に向けて延び、それぞれの前記カートリッジに接続された第二の分岐管と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
圧力容器の中央部に配置された第一の本管から第一の分岐管が外周部に向けて延び、圧力容器の外周部に配置された第二の本管から第二の分岐管が内周部に向けて延びることで、第一の分岐管と第二の分岐管とを、容易に互いに干渉しないよう配置することができる。
【００１１】
そこで、前記第一の分岐管と前記第二の分岐管とが、前記圧力容器の容器中心軸に直交する同一平面内に配置されているのが好ましい。
【００１２】
前記第二の本管の端部に、前記圧力容器の外周部に沿って延びるマニホールドが接続され、前記マニホールドに、複数の前記第二の分岐管が接続されているようにしてもよい。
【００１３】
前記圧力容器内に、複数の前記カートリッジ群が、該圧力容器の容器中心軸方向に沿って収容されているようにしてもよい。
この場合、前記圧力容器の一端側に配置された第一の前記カートリッジ群は、該第一のカートリッジ群に対して前記圧力容器の他端側に配置された第二の前記カートリッジ群よりも前記カートリッジの数を少なくすることで、前記容器中心軸方向に連続する中空部が形成され、前記第二の前記カートリッジ群用の、前記燃料ガス供給配管、前記燃料ガス排出配管、前記酸化剤ガス供給配管、前記酸化剤ガス排出配管の少なくとも一つが、前記中空部を通して設けられているようにしてもよい。これにより、燃料ガス供給配管、前記燃料ガス排出配管、前記酸化剤ガス供給配管、前記酸化剤ガス排出配管の断面積を大きくし、その流量を確保することができる。
【００１４】
そこで、特に、前記中空部に、前記酸化剤ガス供給配管または前記酸化剤ガス排出配管が設けられているのが好ましい。
これにより、酸化剤ガスの流量を増大させ、十分な空気流量を確保することが可能となり、セル集合体における確実な温度制御を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、圧力容器内における配管スペースを小さくし、圧力容器を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る第１の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】本発明に係る第１の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】本発明に係る第１の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７】本発明に係る第１の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Ｃ−Ｃ矢視図である。
【図８】本発明に係る第２の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９】本発明に係る第２の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Ｄ−Ｄ矢視図である。
【図１０】本発明に係る第２の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Ｅ−Ｅ矢視図である。
【図１１】本発明に係る第２の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Ｆ−Ｆ矢視図である。
【図１２】本発明に係る第２の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Ｇ−Ｇ矢視図である。
【図１３】本発明に係る第２の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Ｈ−Ｈ矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る燃料電池モジュールの複数の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。しかし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１に示すように、本実施形態の燃料電池モジュールＭは、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。
【００１９】
配管３００としては、外部の燃料ガス供給源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２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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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の内周側と外周側を対向して逆向きに流れるが、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の内周側と外周側とで同じ向きに流れる、つまり燃料ガスＧｆと酸化剤ガスＧｏとが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。
【００４３】
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。
【００４４】
図５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。
【００４５】
カートリッジ群２００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。
【００４６】
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、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。
【００４７】
図１、図６に示すように、燃料ガス供給本管（第一の本管）３１１は、圧力容器１０の上部鏡部１２の中央部において上部鏡部１２を貫通し、圧力容器１０内で容器中心軸Ａｖに沿ってカートリッジ群２００の上方位置まで延びている。燃料ガス供給本管３１１の下端には、合計７（又は７×ｎ）本の燃料ガス供給分岐管（第一の分岐管）３１３が接続されている。これら７本の燃料ガス供給分岐管３１３のうちの一本は、容器中心軸Ａｖに沿って下方に延び、カートリッジ群２００を構成する７個のカートリッジ２０１のうち、容器中心軸Ａｖ上に配置されたカートリッジ２０１に接続されている。また、７本の燃料ガス供給分岐管３１３のうちの残る６本は、圧力容器１０内で容器中心軸Ａｖ上に位置する燃料ガス供給本管３１１から圧力容器１０の外周部に向けて放射状に延び、カートリッジ群２００を構成する残る６個のカートリッジ２０１に接続されている。ここで、各燃料ガス供給分岐管３１３は、各カートリッジ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。
【００４８】
燃料ガス排出本管（第一の本管）３２１は、圧力容器１０の下部鏡部１２の中央部において下部鏡部１２を貫通し、圧力容器１０内で容器中心軸Ａｖに沿ってカートリッジ群２００の下方位置まで延びている。図１、図７に示すように、燃料ガス排出本管３２１の上端には、合計７（又は７×ｎ）本の燃料ガス排出分岐管（第一の分岐管）３２３が接続されている。これら７本の燃料ガス排出分岐管３２３のうちの一本は、容器中心軸Ａｖに沿って上方に延び、カートリッジ群２００を構成する７個のカートリッジ２０１のうち、容器中心軸Ａｖ上に配置されたカートリッジ２０１に接続されている。また、７本の燃料ガス排出分岐管３２３のうちの残る６本は、圧力容器１０内で容器中心軸Ａｖ上に位置する燃料ガス排出本管３２１から圧力容器１０の外周部に向けて放射状に延び、カートリッジ群２００を構成する残る６個のカートリッジ２０１に接続されている。ここで、外周部に向けて延びる６本の燃料ガス排出分岐管３２３は、燃料ガス排出本管３２１から、外周部に向けて放射状に延びる３本の中間パイプ３２２を介し、各中間パイプ３２２から燃料ガス排出分岐管３２３が２本ずつ分岐してさらに外周側に延びるように設けられている。各燃料ガス排出分岐管３２３は、各カートリッジ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。
【００４９】
酸化剤ガス供給本管３３１は、圧力容器１０の下部鏡部１２の外周部において下部鏡部１２を貫通し、圧力容器１０内で容器中心軸Ａｖと平行にカートリッジ群２００の下方位置まで延びている。本実施形態においては、このような酸化剤ガス供給本管３３１は、圧力容器１０の容器中心軸Ａｖを挟んで対向する位置に２本が設置されている。それぞれの酸化剤ガス供給本管３３１の上端には、圧力容器１０内で圧力容器１０の外周部に沿って半円状に延びるマニホールド３３２が接続されている。各マニホールド３３２には、合計７（又は７×ｎ）本の酸化剤ガス供給分岐管（第二の本管）３３３が接続されている。そして、２つのマニホールド３３２に接続された合計１４本の酸化剤ガス供給分岐管３３３は、圧力容器１０の内周側に向けて延び、カートリッジ群２００を構成する７個のカートリッジ２０１に対し、それぞれ２本ずつが接続されている。各酸化剤ガス供給分岐管３３３は、各カートリッジ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。
ここで、酸化剤ガス供給本管３３１の上端は、燃料ガス排出本管３２１の上端と同じ高さに配置されており、燃料ガス排出分岐管３２３と、マニホールド３３２およびマニホールド３３２から内周側に延びる酸化剤ガス供給分岐管３３３は、同一水平面（容器中心軸Ａｖに直交する同一平面）内に、互いに干渉することなく配置されている。
【００５０】
図１，図６に示すように、酸化剤ガス排出本管（第二の本管）３４１は、圧力容器１０の上部鏡部１２の外周部において上部鏡部１２を貫通し、圧力容器１０内で容器中心軸Ａｖと平行にカートリッジ群２００の上方位置まで延びている。本実施形態においては、このような酸化剤ガス排出本管３４１は、圧力容器１０の容器中心軸Ａｖを挟んで対向する位置に２本が設置されている。それぞれの酸化剤ガス排出本管３４１の下端には、圧力容器１０内で圧力容器１０の外周部に沿って半円状に延びるマニホールド３４２が接続されている。各マニホールド３４２には、合計７（又は７×ｎ）本の酸化剤ガス排出分岐管（第二の分岐管）３４３が接続されている。そして、２つのマニホールド３４２に接続された合計１４本の酸化剤ガス排出分岐管３４３は、カートリッジ群２００を構成する７個のカートリッジ２０１に対し、それぞれ２本ずつが接続されている。ここで、計１４本の酸化剤ガス排出分岐管３４３のうちの４本は、マニホールド３４２から容器中心軸Ａｖと平行に下方に向けて延び、圧力容器１０内で外周部に位置するカートリッジ２０１に接続されている。計１４本の酸化剤ガス排出分岐管３４３のうちの残る１０本は、マニホールド３４２から圧力容器１０の内周側に向けて延び、各カートリッジ２０１に接続されている。各酸化剤ガス排出分岐管３４３は、各カートリッジ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。
ここで、酸化剤ガス排出本管３４１の下端は、燃料ガス供給本管３１１の下端と同じ高さに配置されており、燃料ガス供給分岐管３１３と、マニホールド３４２およびマニホールド３４２から内周側に延びる酸化剤ガス排出分岐管３４３は、同一水平面内に、互いに干渉することなく配置されている。
【００５１】
図１に示すように、上記のようなカートリッジ群２００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。
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、その内側には、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。
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と下部フレーム４２０との間に、鉛直方向に延在するよう設けられている。
【００５２】
圧力容器１０は、その内周面１０ａに、圧力容器１０内でカートリッジ群２００を支える支持台５００を備える。
【００５３】
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、かつカートリッジ群２００の外周側に配置されている円筒形状の外側断熱材１５と、カートリッジ群２００を構成する複数のカートリッジ２０１の相互間に充填されている内側断熱材１６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。
【００５４】
以上のように、本実施形態では、圧力容器１０の中央部に配置された燃料ガス供給本管３１１、燃料ガス排出本管３２１と、燃料ガス供給本管３１１、燃料ガス排出本管３２１から圧力容器１０の外周部に向けて放射状に延び、カートリッジ２０１に接続された燃料ガス供給分岐管３１３、燃料ガス排出分岐管３２３と、圧力容器１０の外周部に配置された酸化剤ガス供給本管３３１、酸化剤ガス排出本管３４１と、酸化剤ガス供給本管３３１、酸化剤ガス排出本管３４１に接続され、圧力容器１０内で圧力容器１０の外周部に沿って延びるマニホールド３３２、マニホールド３４２と、マニホールド３３２、マニホールド３４２から圧力容器１０の内周側に向けて延び、カートリッジ２０１に接続された酸化剤ガス供給分岐管３３３、酸化剤ガス排出分岐管３４３と、を備えている。
そして、酸化剤ガス供給本管３３１の上端と、燃料ガス排出本管３２１の上端とが同じ高さに配置され、燃料ガス排出分岐管３２３と、マニホールド３３２および酸化剤ガス供給分岐管３３３とが、同一水平面内で互いに干渉することなく配置されている。また、酸化剤ガス排出本管３４１の下端と、燃料ガス供給本管３１１の下端とが同じ高さに配置され、燃料ガス供給分岐管３１３と、マニホールド３４２および酸化剤ガス排出分岐管３４３とが、同一水平面内で、互いに干渉することなく配置されている。
このようにして、圧力容器１０内における配管スペースを小さくし、圧力容器１０を小型化することが可能となる。
【００５５】
（第１の実施形態の変形例）
上記実施形態において、酸化剤ガス供給本管３３１、酸化剤ガス排出本管３４１、マニホールド３３２，３４２を、それぞれ２組備える構成としたが、これを１組のみとすることも可能である。
また、燃料ガス供給本管３１１、燃料ガス排出本管３２１、酸化剤ガス供給本管３３１、酸化剤ガス排出本管３４１は、圧力容器１０内において、それぞれ中央部または外周部に位置していれば良く、圧力容器１０の外部においては、それぞれが延びる方向は容器中心軸Ａｖと平行な方向でなくてもよい。
さらに、上記実施形態では、燃料ガス排出本管３２１、燃料ガス供給本管３１１、燃料ガス排出分岐管３２３を圧力容器１０の中央部に配置し、酸化剤ガス供給本管３３１、酸化剤ガス排出本管３４１、マニホールド３３２、３４２と、酸化剤ガス供給分岐管３３３、酸化剤ガス排出分岐管３４３を圧力容器１０の外周部に配置するようにしたが、これらの中央部と外周側の配置を入れ替えてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態においては、燃料ガス排出分岐管３２３と、マニホールド３３２および酸化剤ガス供給分岐管３３３とが、同一水平面内に配置され、燃料ガス供給分岐管３１３と、マニホールド３４２および酸化剤ガス排出分岐管３４３とが、同一水平面内に配置されているが、これらを同一水平面内に配置することは必須ではない。これらを、容器中心軸Ａｖに沿ってオフセットしてもよく、その場合であっても、これらが互いに干渉することはないので、圧力容器１０内の省スペース化を図ることが可能である。
【００５７】
（第２の実施形態）
次に、本発明にかかる燃料電池モジュールの第２の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第２の実施形態においては、上記第１の実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
図８に示すように、本実施形態の燃料電池モジュールＭは、合計２つの、第一カートリッジ群２００ａと、第二カートリッジ群２００ｂとを備えている。これらの第一カートリッジ群２００ａと、第二カートリッジ群２００ｂは、圧力容器１０内で容器中心軸方向Ｄｖに沿って並んでいる。
【００５８】
下側に配置されている第二カートリッジ群２００ｂは、上記第１の実施形態のカートリッジ群２００と同様、７個のカートリッジ２０１から構成されている（図５参照）。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のうち、一のカートリッジ２０１は、容器中心軸Ａｖ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。
【００５９】
一方、図９に示すように、上側に配置されている第一カートリッジ群２００ａは、６個のカートリッジ２０１から構成されている。これら６個のカートリッジ２０１は、上記第二カートリッジ群２００ｂにおいて容器中心軸Ａｖ上に配置された１個のカートリッジ２０１を除去したような構成であり、６個のカートリッジ２０１を、容器中心軸Ａｖの外周側に、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。これにより、第一カートリッジ群２００ａには、その中央部に、容器中心軸Ａｖを通る中空部２０５が形成されている。
【００６０】
そして、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。
【００６１】
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。
【００６２】
図８、図１０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（第二の本管）３１１ａは、圧力容器１０の上部鏡部１２の外周部において上部鏡部１２を貫通し、圧力容器１０内で容器中心軸Ａｖと平行に第一カートリッジ群２００ａの上方位置まで延びている。本実施形態においては、このような燃料ガス供給本管３１１ａは、圧力容器１０の容器中心軸Ａｖを挟んで対向する位置に２本が設置されている。それぞれの燃料ガス供給本管３１１ａの下端には、圧力容器１０内で圧力容器１０の外周部に沿って延びるマニホールド３１２ａが接続されている。各マニホールド３１２ａには、合計６（又は６×ｎ）本の燃料ガス供給分岐管（第二の分岐管）３１３ａが接続されている。そして、２つのマニホールド３１２ａに接続された合計６本の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６個のカートリッジ２０１にそれぞれ接続されている。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６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。
【００６３】
図８、図１１に示すように、第一カートリッジ群２００ａの下方には、燃料ガス排出配管３２０として、第一カートリッジ群２００ａ用の計６本の燃料ガス排出分岐管３２３ａが、第一カートリッジ群２００ａを構成する６個のカートリッジ２０１のそれぞれに接続されている。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６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。
【００６４】
計６本の燃料ガス排出分岐管３２３ａは、容器中心軸Ａｖと平行に下方に向けて延び、そのまま、第二カートリッジ群２００ｂ用の燃料ガス供給分岐管３１３ｂとして、第二カートリッジ群２００ｂを構成する計７個のカートリッジ２０１のうち、外周部に位置する６個のカートリッジ２０１のそれぞれに接続されている。
図８、図１２に示すように、また、これら６本の燃料ガス排出分岐管３２３ａには、圧力容器１０の外周側から中心部に向けて延びる６本の放射状の合流管３２５が接続されている。これら６本の合流管３２５は、圧力容器１０の中央部において、容器中心軸Ａｖと平行に下方に向けて延びる、第二カートリッジ群２００ｂ用の燃料ガス供給分岐管３１３ｂに接続されている。この燃料ガス供給分岐管３１３ｂは、第二カートリッジ群２００ｂを構成する計７個のカートリッジ２０１のうち、中央部に位置する１個のカートリッジ２０１に接続されている。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。
【００６５】
また、図８、図１３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の中央部において下部鏡部１２の内外を貫通するよう配置されている。この燃料ガス排出本管３２１ｂには、外周側に向けて放射状に延びる３本の中間パイプ３２２ｂを介し、７（又は７×ｎ）個の燃料ガス排出分岐管３２３ｂが接続されている。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】
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の内外を貫通して配置されている。酸化剤ガス供給本管３３１ｂには、環状のヘッダー３３４ｂが接続されている。このヘッダー３３４ｂの中央部の開口３３９には、燃料ガス排出本管３２１ｂが貫通している。
ヘッダー３３４ｂには、７本（又は７×ｎ）の酸化剤ガス供給分岐管３３３ｂ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。
【００６７】
図８、図９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の中央部に配置され、容器中心軸Ａｖに沿って、第一カートリッジ群２００ａの中央部の中空部２０５を通って、第一カートリッジ群２００ａの上方まで延びている。この酸化剤ガス排出本管３４１ｂは、その下端が合流管３２５の上方に位置している。そして、図８、図１２に示すように、酸化剤ガス排出本管３４１ｂには、合流管３２５の上方位置において、合計７（又は７×ｎ）本の酸化剤ガス排出分岐管３４３ｂが、圧力容器１０の外周側に向けて延びて接続されている。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。
【００６８】
図８、図１１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、圧力容器１０の外周部から、容器中心軸Ａｖに直交する方向に延びて圧力容器１０を貫通している。
第一カートリッジ群２００ａの下方位置には、第一カートリッジ群２００ａ用の環状のヘッダー３３５が配置されており、このヘッダー３３５に、酸化剤ガス供給本管３３１ａが接続されている。また、このヘッダー３３５には、上下方向に貫通する貫通孔３３５ｃが形成されており、この貫通孔３３５ｃに、計６本の燃料ガス排出分岐管３２３ａが挿通されている。
そして、ヘッダー３３５には、１２（又は６×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６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】
図８に示すように、上記したように、第一カートリッジ群２００ａの中央部の中空部２０５を通って、第一カートリッジ群２００ａの上方まで延びている第二カートリッジ群２００ｂ用の酸化剤ガス排出本管３４１ｂは、第一カートリッジ群２００ａの上部に、その径が拡大する拡径部３４５を有している。そして、拡径部３４５に連続して、圧力容器１０の中央部に配置され、容器中心軸Ａｖに沿って上方に延びる、酸化剤ガス排出本管（第一の分岐管）３４１ａが設けられている。この酸化剤ガス排出本管３４１ａは、圧力容器１０の中央部において上部鏡部１２を貫通して外部に導出されている。
図１０に示すように、この酸化剤ガス排出本管３４１ａには、外周側に向けて放射状に延びる６本の酸化剤ガス排出分岐管（第一の分岐管）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６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。
【００７０】
ここで、圧力容器１０の中央部に配置された酸化剤ガス排出本管３４１ａから外周側に向けて延びる６本の酸化剤ガス排出分岐管３４３ａと、燃料ガス供給本管３１１ａの下端に接続され、圧力容器１０内で圧力容器１０の外周部に沿って延びるマニホールド３１２ａおよび燃料ガス供給分岐管３１３ａとが同一水平面内で、互いに干渉することなく配置されている。
【００７１】
図８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、第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂのそれぞれの上下に設けられた上部フレーム４１０と、下部フレーム４２０と、これら第一カートリッジ群２００ａ，第二カートリッジ群２００ｂの上部フレーム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。
【００７２】
圧力容器１０は、その内周面１０ａに、圧力容器１０内で、支持フレーム４００に支持された第一カートリッジ群２００ａおよび第二カートリッジ群２００ｂを支える支持台５００を備える。
【００７３】
以上のように、本実施形態では、圧力容器１０の中央部に配置された酸化剤ガス排出本管３４１ａから外周側に向けて延びる６本の酸化剤ガス排出分岐管３４３ａと、燃料ガス供給本管３１１ａの下端に接続され、圧力容器１０内で圧力容器１０の外周部に沿って延びるマニホールド３１２ａおよび燃料ガス供給分岐管３１３ａとが、同一水平面内で、互いに干渉することなく配置されている。このようにして、圧力容器１０内における配管スペースを小さくし、圧力容器１０を小型化することが可能となる。
【００７４】
また、上側に配置されている第一カートリッジ群２００ａは、外周部に配置された６個のカートリッジ２０１から構成され、その中央部に、容器中心軸Ａｖを通る中空部２０５が形成されている。そして、この中空部２０５を通って、第二カートリッジ群２００ｂ用の酸化剤ガス排出本管３４１ｂが配置されている。これによって、第二カートリッジ群２００ｂにおいて、十分な空気流量を確保することが可能となり、セルスタック１０１における確実な温度制御を行うことが可能となる。
【００７５】
（第２の実施形態の変形例）
なお、上記実施形態において、上記実施形態においては、酸化剤ガス排出分岐管３４３ａと、マニホールド３１２ａおよび燃料ガス供給分岐管３１３ａとが、同一水平面内に配置されているが、これらを同一水平面内に配置することは必須ではない。これらを、容器中心軸Ａｖに沿ってオフセットしてもよく、その場合であっても、これらが互いに干渉することはないので、圧力容器１０内の省スペース化を図ることが可能である。
また、上記実施形態では、第一カートリッジ群２００ａの上方においてのみ、酸化剤ガス排出分岐管３４３ａと、マニホールド３１２ａおよび燃料ガス供給分岐管３１３ａとを同一水平面内に配置するようにしたが、第一カートリッジ群２００ａと第二カートリッジ群２００ｂとの間、第二カートリッジ群２００ｂの下方においても、同様の配管レイアウトを採用することは可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１：燃料ガス供給源、２：酸化剤ガス供給源、１０：圧力容器、１５：外側断熱材、ｋ１６：内側断熱材、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、２０５：中空部、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、３１１：燃料ガス供給本管（第一の本管）、３１１ａ：燃料ガス供給本管（第二の本管）、３１２ａ：マニホールド、３１３：燃料ガス供給分岐管（第一の分岐管）、３１３ａ：燃料ガス供給分岐管（第二の分岐管）、３２０：燃料ガス排出配管、３２１：燃料ガス排出本管（第一の本管）、３２３：燃料ガス排出分岐管（第一の分岐管）、３３０：酸化剤ガス供給配管、３３１：酸化剤ガス供給本管（第二の本管）、３３２，３４２：マニホールド、３３３：酸化剤ガス供給分岐管（第二の分岐管）、３３４ｂ：ヘッダー、３３５：ヘッダー、３４０：酸化剤ガス排出配管、３４１：酸化剤ガス排出本管（第二の本管）、３４１ａ：酸化剤ガス排出本管（第一の分岐管）、３４２：マニホールド、３４３：酸化剤ガス排出分岐管（第二の分岐管）、３４３ａ：酸化剤ガス排出分岐管（第一の分岐管）、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】
2014110174.tif 000009
【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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【手続補正書】
【提出日】平成25年4月2日(2013.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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